A TERMÉSZETES ÉS ÉPÍTETT KÖRNYEZET VÉDELME
6.3
A polietiléngyárak közelében légkörbe jutó etilén hatásainak monitoringja két érzékeny növényfajta segítségével Tárgyszavak: etilén; levegőszennyezés; biomonitoring; növény; virágzás; növekedés.
Az etilén a levegő egyik összetevője, amelynek forrásai a szerves anyagok égése, az autók kipufogógáza, a petrolkémiai üzemek nem szándékos kibocsátása. Más szennyező anyagoktól eltérően az etilén növényi hormon és az endogén etilen számos növényi folyamatra, így a növekedésre, a virágzásra és az öregedésre is hat. A légköri etilén alapvető hatása a növekedés és a gyümölcsképződés csökkentése, és a növényi szövetek öregedésének gyorsítása. Az etilén hatása a növényekre erősen fajspecifikus; az érzékeny növények sajátságos, látható tüneteket mutatnak, ezek felhasználhatók úgy, mint egy monitoring hálózat indikátorai a légköri etilén káros hatásainak bemutatására. Ezen felül a növényekkel való biológiai indikáció felhasználható a veszélyeztetett terület körülhatárolására, az egyes növények veszélyeztetettségének meghatározására és a még megengedett koncentrációk felderítésére. Egyes növényfajták, így az orchidea, a szegfű, a paradicsom, a nagy büdöske alkalmas monitorok. A petúnia a szennyezésre kisebb méretű virággal és a bimbók nagyobb mértékű sorvadásával válaszol. Bár néhányan már foglalkoztak a véletlenül kibocsátott etilén szántóföldi növényekre gyakorolt káros hatásával, eddig azonban kevés szisztematikus vizsgálatot végeztek. Megfigyelték, hogy Washington DC városi területén az etilén szennyezés olyan mértékű, hogy egyes növényfajtákat károsít. A petúniát már sikeresen alkalmazták a vidéki autópályák mentén az etilén növényzetre gyakorolt ártalmas szintjének meghatározására. Az egyes növények etilénnel szembeni relatív érzékeny-
ségéről kevés ismeret van, termesztett növények esetében nincsenek kvantitatív ismeretek a behatás és a hatás összefüggéséről. A nagy büdöskével (Tagetes erecta L) és a petúniával (Petunia nyctaginiflora Juss) végzett biomonitoring programot 1977 és 1983 között végezték polietiléngyárak környezetében, ennek során meghatározták a légköri etilén hatását a virágzásra és a növekedésre a két növényfajtában és meghatározták a „veszélyeztetett területet” is.
Felhasznált anyagok és módszerek A kutatási terület az öt etilént kibocsátó gyárból álló együttes körül 1800 m hosszú volt az uralkodó szél irányában (délnyugatról északkeletre), a szélessége pedig 1000 m volt. A kibocsátó források 800 m-re helyezkedtek el a terület déli határától. A területet 200×200 m-es hálózatra bontották a biológiai monitoring kísérleti helyszínei a hálózat metszéspontjai voltak. A hálózatot eredetileg a talajban való elszivárgás felderítésére hozták létre a kibocsátó források közelében. A projekt során a célkitűzés megváltozott, a növényeket mérgező hatások mérésére irányult a forrásoktól nagyobb távolságokban, egészen az ipari terület határáig. Így a kísérleti helyszínek eredetileg a forrásokhoz közel, később azoktól nagyobb távolságra helyezkedtek el. A mérési helyszínek száma és elhelyezése az évek során változott. 1977 és 1983 között a növekedési időszakban összesen 49 mérési helyszín volt. Két ellenőrző mérési helyszín vidéki területen helyezkedett el 5 km-re északnyugatra a polietiléngyáraktól, az uralkodó széljárással ellenkező irányban. E források aligha gyakoroltak hatást az itteni etilénkoncentrációra. A környéken más légszennyező források nem voltak, a program megkezdése előtt az etilén egy órára vett átlagos koncentrációja kisebb volt, mint 10 µg/m3. A petúnia (Petunia nyctaginiflora) és a nagy büdöske (Tagetes erecta) palántáit minden évben kertészettől vásárolták és műanyag edényekbe átültették; az edényeken a vízfelvétel biztosításához kerámia szűrők voltak. Minden mérési helyszínen egy edényben két petúniát és két edényben három-három nagy büdöskét növesztettek. A három edényt egy nagyobb tartályba, a nagyobb tartályt a talajra helyezték és az víztartályként szolgált. A tenyészidő alatt a növények a mérési helyszíneken voltak. A méréseket hetente végezték június eleje és szeptember vége között. Megszámoltak az egyes növényfajtákon lévő virágokat minden egyes helyszínen; a növekedés mértékét vizuálisan becsülték négy mérőszámnak (indexnek) megfelelően: 0 (nem befolyásolt), 1 (csekély mértékben csök-
kent növekedés, a virágképződésre káros hatás nem észlelhető), 2 (csökkent növekedés, a virágképződésre káros hatás észlelhető) és 3 (törpeméret, kiszáradt virágok vagy a virágok teljes hiánya). Feltevés szerint a kontrollnövények növekedése normális (növekedési indexük 0). Az etilén légköri koncentrációját folyamatosan mérték 1982 és 1983 között a biomonitoring színhelyén szélirányban 1000 m távolságra a kibocsátó forrástól. A környező levegőből 4 m magasságban 10 perces átlagértéknek megfelelő mintákat vettek, az így kapott mérési értékeket egy órára átlagolták. A virágokra és a növényi növekedésre kapott értékeket a maximális virágzás 10 hetére minden évben átlagolták a két növényfajtára. A továbbiakban a virágok százalékos arányát számították a kontrollcsoporthoz képest minden egyes mérési színhelyen, minden évben, mindkét virágra. Az egyes monitoring helyszínek emissziós forrástól való távolságát kiszámolták. Annak meghatározására, hogy a távolság milyen mértékben szignifikáns, a virágzásra vonatkozó adatokat lineáris regressziós elemzésnek vetették alá, a távolságot valószínűségi változónak, a növényfajtát pedig osztályozó tényezőnek tekintették. A növekedésre vonatkozó adatokat szintén lineáris regressziós analízisnek vetették alá, ez esetben csak a távolság volt valószínűségi változó. Ezen analízisek előtt elvégezték az adatok év szerinti korrekcióját.
Eredmények A növények minősítése a kibocsátó forrásokhoz nagyon közel eső mérési színhelyeken nagyon rossz volt. Itt mindkét növény súlyos tüneteket mutatott: törpe méret, a virágrügyek elszáradása, a virágok hiánya. A kibocsátó források káros hatása az uralkodó szélirányban (a forrásoktól északkeletre) mutatkozott meg; a káros hatás a távolsággal csökkent. A kutatási terület határán növekedési rendellenességek nem mutatkoztak. A forrásokhoz közel a virágképződés csaknem teljesen elmaradt mindkét növény esetében. Minden évben volt legalább egy olyan mérési helyszín a kibocsátó források közelében, ahol sem a nagy büdöske, sem a petúnia nem hozott virágot. A virágképződés etilén okozta akadályozása a forrásoktól való távolság növekedésével csökkent. Mindkét növényen a kutatási terület határának a közelében több virágot számoltak meg, mint a kontrollcsoport növényein. A virágok számának maximális növekedése a kontrollcsoporthoz képest 71% volt az egyik helyszínen
nagy büdöske esetében és 58% volt egy másik helyszínen petúnia estében. A statisztikai elemzés kimutatta, hogy a virágok száma az egyes helyszíneken szignifikánsan függött a forrástól való távolságtól (P < 0,001) és különbözött a két növény esetében (P < 0,05). Szignifikáns távolság × fajta kölcsönhatást nem találtak. A virágok száma mindkét növény esetében lineárisan növekedett a távolsággal (1. ábra). Virágképződés szempontjából a petúnia sokkal érzékenyebbnek bizonyult az etilénre, mint a nagy büdöske. A számítások szerint a nagy büdöske virágainak a száma a kontrollcsoport virágainak a számával a forrástól 400 m távolságban egyenlő. A megfelelő távolság petúnia estében 460 m. A virágok száma ennél kisebb távolságban kevesebb volt, mint a kontrollcsoportban, nagyobb távolságokban azonban serkentő hatást észleltek. 1000
távolság, m
800 600 400 200
petúnia nagy büdöske
0 -150
-100
-50
0
50
100
150
200
a virágok száma, %-os változás
1. ábra A virágok átlagos száma (%-os változás a kontrollcsoporthoz képest) nagy büdöskére és petúniára különböző távolságokban a polietiléngyáraktól, 1977 és 1983 között. A vízszintes vonalkák a ±szórást adják meg. A források közelsége jelentős mértékben akadályozta a növények növekedését. Az egyik helyszínen 2,7 értékű növekedési indexet figyeltek meg (0 felel meg a zavartalan növekedésnek és 3 a súlyosan korlátozott növekedésnek). A növekedés szignifikánsan függött a forrástól való távolságtól (P < 0,001) és a növekedési index lineárisan csökkent a távolság növekedésével. A számítások szerint a növények növekedése a
forrástól kb. 870 m távolságra volt azonos a kontrollcsoport növekedésével. A forrásoktól szélirányban 1000 m távolságban lévő biomonitoring helyszínén az etilén maximális 1 órára vett átlagos koncentrációja 7227 µg/m3 (1982-es adat) és 307 µg/m3 (1983-as adat) között változott (1. táblázat). A 95 százalékosztály érték az etilénkoncentráció-mérések első évében majdnem négyszer nagyobb volt, mint a másodikban; a tenyészidőre vett átlagérték 61,5 µg/m3 volt 1982-ben és 15,6 µg/m3 volt 1983ban. Ugyanazon a mérési helyszínen a nagy büdöske virágainak a száma 124 és 137% volt, a petúniáé pedig 159 és 92% (a kontrollcsoporthoz képest) az 1982 és 1983 évben. A virágok növekedésére a két említett évben ezen a helyszínen az etilénkibocsátás nem gyakorolt számottevő hatást. 1. táblázat Az etilénkoncentráció százalékosztályos eloszlása és egy órára vett átlagértéke (µg/m3), valamint a nagy büdöske és a petúnia mért tulajdonságai a kibocsátó forrástól szélirányban 1000 m távolságban az 1982 és 1983 években Év
Etilén Maximum
Százalékosztály
Átlag
Virágok száma (%) Növekedési index Nagy Petúnia
büdöske
50
75
95
1982
9
61
282
7276
61,5
124
159
0,14
1983
2
15
78
307
15,5
137
92
0,08
Értékelés Az elvégzett vizsgálat kimutatta, hogy a légköri etilén a kibocsátó forrás közelében lényegesen csökkenti a nagy büdöske és a petúnia növekedését és virágainak számát. A kibocsátó forrástól távolodva ez a hatás csökkent. A forrásoktól 870 m és ennél nagyobb távolságban a növények növekedésére az etilénkibocsátás nem volt hatással, ugyanakkor a virágok száma nagyobb volt, mint a kontrollcsoportban. Jelenleg csak feltevések vannak a virágok száma etilén okozta növekedésének okáról. Egyes megfigyelések szerint az etilén elősegítheti bizonyos növényfajták virágzását. Lehetséges, hogy az etilén kis kon-
centrációban elősegíti a növény növekedését, ezt más szennyező anyagok, pl. ózon esetében már kimutatták. Az is lehetséges, hogy más szennyező anyagok idézték elő ezt a hatást. A környező légkörben más kis molekulatömegű szénhidrogének jelenlétét is észlelték, de az etilénénél jóval kisebb koncentrációban. Ezek az anyagok azonban kevésbé mérgezőek, mint az etilén, ezért hatásukat nem tekintik jelentősnek. Ha a fokozott virágzás a nagy büdöske és a petúnia közös reakciója az etilén kismértékű légköri koncentrációjára, akkor a kontrollhelyszínek körülményeinek pontos ismerete megkülönböztetett figyelmet igényel. Az ismertetett vizsgálat esetében a kontrollhelyszínek 5 km-re voltak a polietiléngyáraktól az uralkodó széllel ellenkező irányban, olyan területen, ahol nem volt légszennyező forrás. A forrásokhoz közeli helyszíneken a növények nagy etilénkoncentrációnak vannak kitéve a talajon keresztüli elszivárgás miatt. Súlyos tüneteket, így törpeméretet és a virágok hiányát gyakran észlelték e növényeknél. A távolság növekedésével az etilén behatása a légkörben bekövetkező hígulás miatt csökken és a folytonos behatás szakaszossá válik. A forrásoktól 1000 m távolságban 1982-ben és 1983-ban végzett mérések szerint az egy órára átlagolt etilénkoncentráció időben jelentősen változik. A mérés évétől függően az egy órára átlagolt koncentráció legalább hússzor nagyobb volt, mint a megfelelő év tenyészidejére vonatkozó átlagérték. A koncentrációk e helyszínen olyan tényezőktől is függenek, mint a véletlen gázkibocsátás, a szélirány és a szélsebesség; így a koncentráció rövid periódusokra megnőhetett. Az légköri etilén szakaszos behatása kevésbé káros, mint a hasonló mértékű folyamatos behatás, mert a kis koncentrációknak megfelelő időszakaszokban a növények erőre kaphatnak. A vizsgálat kimutatta, hogy a petúnia a virágok számát illetően érzékenyebb az etilénre, mint a nagy büdöske. A virágzásra gyakorolt káros hatás a kibocsátó forrástól 400 m távolságon belül volt megfigyelhető nagy büdöske esetében, és 460 m távolságon belül petúnia estében. Az etilén növekedésre gyakorolt káros hatása nagyobb területre terjedt ki, kb. 870 m távolságon belül észlelhető volt. Így az indikátor növények etilénérzékenysége jobban megmutatkozott a növekedés csökkenésében, mint a virágok számának a csökkenésében, azonban mindkét káros hatás az ipari övezetre (1000 m) korlátozódott. Más vizsgálatok szerint az etilén más légszennyező anyagokhoz képest viszonylag kis koncentrációk mellett is hat a növényekre, a küszöbérték 12 µg/m3. Hollandiában a növények védelme érdekében a legnagyobb megengedett etilénkoncentráció 1 órára vonatkozó átlagér-
téke 300 µg/m3, 24 órára vonatkozó átlagértéke 30 µg/m3 és éves átlagértéke 0,5 µg/m3. Az etilén növényekre gyakorolt káros hatásának vizsgálatát főleg laboratóriumokban és üvegházakban végezték, kevés tanulmány foglalkozik a szabad földön termesztett növényekkel. Az egyik mérési helyszínen végzett megfigyelés szerint a nagy büdöske és a petúnia virágzását elősegítette, növekedését pedig nem gátolta, ha a tenyészidőben az etilén átlagos koncentrációja kb. 62 µg/m3 volt. A vizsgálat arra utalhat, hogy a szabadföldi növények kevésbé érzékenyek az etilénre, mint a laboratóriumi vagy üvegházi körülmények közt nevelt növények. Az elvégzett biomonitoring program arra utal, hogy a Hollandiában jelenleg érvényes megengedett maximális etilénkoncentráció megfelelően védi a polietiléngyárak közelében lévő növényzetet az etilén káros hatásaitól. Összeállította: Schultz György Tonneijck, A. E. G.; ten Berge, W. F.; Jansen, B. P.: Monitoring the effects of atmospheric ethylene near polyethylene manufacturing plants with two sensitive plant species. = Environmental Pollution, 123. k. 2. sz. 2003. máj. p. 275–279. Tonneijck, A. E. G.; Jansen, B. P.; Bakker, C.: Assessing the effects of atmospheric ethylene on epinasty and tuber yield of potato (Solanum tuberosum L.) near polyethylene manufacturing plants. = Environmental Monitoring and Assessment, 60. k. 3. sz. 2000. p. 57–69. Tonneijck, A. E. G.; ten Berge, W. F. stb.: Epinastic response of potato to atmospheric ethylene near polyethylene manufacturing plants. = Chemosphere, 39. k. 10. sz. 1999. p. 1617–1628.
