dc.contributor.author
Shegunova, Penka
dc.date.accessioned
2018-06-07T16:26:43Z
dc.date.available
2001-12-17T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/2543
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-6744
dc.description
0\. Title
1\. Introduction and goals 1
2\. Pollution in the environment 4
2.1. Sources 5
2.1.1. Sources of heavy metals 5
2.1.2. Sources of organic pollutants 6
2.2. Transport and deposition 9
2.3. Persistence in environment and ecotoxicology 11
2.4. Bulgaria 14
2.4.1 Soil types 14
2.4.2 Soil pollution 15
3\. Investigation area 18
3.1 Geographical position and geology of investigated territories 19
3.1.1 Pirdop - Zlatitza valley 19
3.1.2 Plovdiv region 22
3.1.3 National park "Rogen" 25
4\. Analytical and statistical methods 29
4.1 Pedological analysis 29
4.2 Analytical methods for determination of heavy metals 30
4.3 Analytical methods for determination of organic compounds 31
4.4 Statistical methods 33
5\. Results and discussion 35
5.1 Distribution of heavy metals in soil horizons 35
5.1.1 Distribution of heavy metals in arable soils, damaged by metal
pollution 35
5.1.1 Distribution of heavy metals in forest soils, situated in background
areas 40
5.2 Distribution of Cd, Cu, Ni, Pb, and Zn in particle - size fraction
extracted from polluted and unpolluted soil profiles 44
5.3 Determination of priority organic compounds in investigated soils 54
5.3.1 Polyaromatic hydrocarbons (PAH) 55
5.3.2 Organochlorine pesticides 59
5.4 Statistical analysis 62
6\. Calculation of critical loads 63
6.1 Introduction 63
6.2 Definition of critical limits 64
6.3 Model 67
6.4 Calculation of critical load for Pb and Cd 69
6.4.1 Input data 69
6.4.2 Calculation of Critical loads 73
7\. Summary 78
8\. Zusammenfassung 86
9\. References 90
Appendix
Acknowledgemens
dc.description.abstract
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.
de
dc.description.abstract
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.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
organic pollutants
dc.subject
critical loads
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::550 Geowissenschaften, Geologie::550 Geowissenschaften
dc.title
Heavy metals and priority organic pollutants in soils of Bulgaria
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Dr. Konstantin Terytze
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Ivan Atanassov
dc.date.accepted
2001-12-14
dc.date.embargoEnd
2001-12-19
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-2001002716
dc.title.translated
Schwermetalle und prioritäre organische Schadstoffe in Böden Bulgariens
de
refubium.affiliation
Geowissenschaften
de
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FUDISS_thesis_000000000483
refubium.mycore.transfer
http://www.diss.fu-berlin.de/2001/271/
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