The soils are considered as a main and most important natural resource for Bulgaria, which are used in agriculture, forestry and many other branches of national economy. But the quality of the soils in same locations and their multifunctionality are threaten with the impact of a great number of point and diffuse sources of inorganic and organic pollutants. These sources of pollutants are connected with industrial activities during last 40 years.
This investigation was carried out as an attempt to find out a method for determination the background contents of some inorganic substances, which is not influenced by the degree of pollution in soils. For this purpose the total content of Cd, Cu, Ni, Pb, and Zn had been determined in whole soil samples and in particle-size fractions extracted from main soil horizons of five representative soil profiles, situated in polluted and unpolluted sites in South Bulgaria.
The investigated soils are distinguished in two groups: polluted P1, P2, P3 (arable lands) and non-polluted P4, P5 (forest soils). Determined concentrations of studied elements in soil surface of P1, P2 and P3, which are in the impact zone of point sources of heavy metals, are for Cd: 2- 32 mg/kg; Cu: 136-180 mg/kg; Ni: 34-54 mg/kg; Pb: 33-1370 mg/kg; Zn: 65-1890 mg/kg. The determined values varying in wide ranges and for elements (Cu, Pb and Zn) prevail the maximum permissible concentrations (MPC) according Bulgarian state standards, showing significant level of pollution from near Cu-Pb-Zn plants. The determined concentrations of investigated elements in forest soils are for Cd: <1mg/kg; Cu: 10-34 mg/kg; Ni: 15-80 mg/kg; Pb: 41-42 mg/kg; Zn: 70-153 mg/kg and they are near to background values for Bulgarian soils.
In studied soils was observed clear trend for concentration of the analysed elements in clay fraction (particles <0.002 mm) in comparison to the whole soil. The content of investigated elements in sand fraction (particles 2.0 - 0.2 mm) separated from soil horizons is close to the mean background content of these elements in Bulgarian soils and in terrigenous soil forming rocks. The result show that with level of significance of 90%, sand fraction extracted from A- horizon brings information about geogenic/background content of investigated metals in soils, independently whether the soils are polluted or not polluted.
Determined total concentration of investigated element in studied soils were used as a base for calculation of the critical load for lead and cadmium (metals from first priority) according to Protocol of heavy metals signed in 1998. The critical load is the acceptable total load of anthropogenic heavy metal inputs (deposition, fertilizers, other anthropogenic sources). It corresponds to the sum of tolerable outputs from the system (harvest, leaching) minus the natural inputs (weathering release). Calculated critical loads for lead and cadmium on a regional scale for both types of land use vary as follows: Cadmium: 1.0 - 3.12 mg.m-2.yr-1 for arable lands and 4.89 - 5.80 mg.m-2.yr-1 for forest soils. Lead: 7.0 - 10.39 mg.m-2.yr-1 for arable lands and 15.7 - 18.4 mg.m-2.yr-1 for forest soils.
The other aim of this study was to determine the concentrations of priority organic pollutants in investigated soils and to obtain the basic data for content of this component as well in arable as in forest soils. The concentrations of SUM-PAH ranges from 31.01 µg/kg to 56.44 µg/kg d. w. for arable lands, and for forest soil these concentrations are between 22.09 µg/kg and 28.66 µg/kg d.w. Unlike PAHs, the determined concentration of DDX-compound vary in a wide ranges from 11.24 µg/kg to 950.43 µg/kg d.w. The SUM-DDX concentration in the most contaminated soil (P2 = 950.43 ng/g d.w.) was at least a factor of 30 higher than other samples.
Der Boden wird als wichtigste Naturresource fuer die Landwirtschaft, Forstwirtschaft und andere Zweige der Volkswirtschaft Bulgariens betrachtet. Die Qualitaet des Bodens ist an vielen Standorten durch punktuelle und diffuse anorganische und organische Schadstoffquellen gefaehrdet, die innerhalb der letzten 40 Jahre eingetragen wurden.
Die vorliegende Arbeit beschaeftigt sich mit Methoden der Differenzierung anorganischer Schadstoffe in Gesamtgehalte an Cd, Cu, Ni, Pb und Zn in einzelnen Bodenhorizonten kontaminierter und unkontaminierter Boeden aus Suedbulgarien, differenziert nach Konrgroessenfraktionen.
Die untersuchten Boeden wurden in 2 Gruppen unterteilt: kontaminierte Profile P1, P2, P3 (landwirtschaftliche Nutzung) und P4, P5 (Waldnutzung). In den kontaminierten Oberflaechenproben der Bodenprofile P1, P2 und P3 wurden fuer Cd: 2-32 mg/kg; Cu: 136-180 mg/kg; Ni: 34-54 mg/kg; Pb: 33-1370 mg/kg und Zn: 65-1890 mg/kg ermittelt. Die bestimmten Gehalte variieren ueber einen breiten Konzentrationsbereich, fuer die Elemente Cu, Pb und Zn wurden die maximal zulaessigen Konzentrationen (MPC) der bulgarischen Standards ueberschritten, einen signifikanten Level der Kontamination durch nahegelegene Cu-Pb-Zn- Fabriken illustrierend. Die Gehalte in den Waldbodenprofilen betragen Cd: <1mg/kg; Cu: 10-34 mg/kg; Ni: 15-80 mg/kg; Pb: 41-42 mg/kg; Zn: 70-153 mg/kg, sie liegen im Bereich der Backgroundlevel fuer bulgarische Boeden.
Die Untersuchungen zeigen eine klare Anreicherung in der Tonfraktion (Partikelkorngroesse (0,002 mm), relativ zum Gesamtgehalt betrachtet. Die Gehalte in der Sandfraktion (Partikelkorngroesse 2,0 - 0,2 mm) lagen nahe den Backgroundwerten fuer bulgarische Boeden und denen im Anstehenden. Statistische Analysen ermittelten signifikante (90%) Übereinstimmungen zwischen den bestimmten Gehalten in der Sandfraktion der A- und C-Horizonte, unabhaengig von Kontaminationsgrad.
Auf der Basis der bestimmten Gehalte wurden Critical Loads fuer die prioritaeren Schwermetalle Blei und Cadmium nach dem 1998 unterzeichneten Protokoll kalkuliert, die einen Indikator fuer die oekologische Sensibilitaet einer Region gegenueber diesem Schwermetall anzeigen und bei Überschreiten eine staatliche Reduktionsmassnahme indizieren, auch wenn sie entfernt von der Quelle via atmosphaerische Deposition auftreten. Die Werte korrespondieren mit den Austraegen durch Ernte und Leaching sowie die natuerlichen Eintraege durch Verwitterung. Die berechneten Critical Loads fuer Cadmium und Blei betragen: 1,0 - 3,12 mg.Cd m-2.yr-1 und 7,0-10,39 mg.Pb m-2.yr-1 fuer landwirtschaftliche Boeden und 4,89 - 5,80 mg.Cd m-2.yr-1 und 15,7-18,4 mg.Pb m- 2.yr-1 fuer Waldboeden.
Weiterhin wurden in den Oberflaechenproben prioritaere organische Umweltchemikalien bestimmt, um Hintergrundwerte fuer diese Klasse von Kontaminanten zu bestimmen. Die PAH- Konzentrationen rangierten von 31,01 µg SUM-PAH kg-1 bis 56,44 µg SUM-PAH kg-1 TS fuer landwirtschaftliche Boeden und zwischen 22.09 µg SUM-PAH kg-1 und 28,66 µg SUM-PAH kg-1 TS fuer Waldboeden. Diese Konzentrationen repraesentieren sehr gerineg Hintergrundgehalte, die keine Kontamination durch diese Verbindungen darstellen. Im Gegensatz zu den PAHs wurden DDX- Kongenere in z.T. deutlich erhoehten Konzentrationen von 11,24 bis zu 950,43 µg SUM-DDX kg-1 TS nachgewiesen. Die hoechsten Gehalte im Boden P2 waren um den Faktor 30 hoeher als in anderen Proben.
