Heavy Metal Concentrations, Partitioning, and Storage in Slovak Forest and Arable Soils Along a Deposition Gradient
Abstract
Along a heavy metal deposition gradient, caused by a Cu smelter, heavy metal concentrations, partitioning, and storage in forest and arable soils were examined. We sampled organic and mineral soil horizons (0—50 cm) at ten pairs of forest and arable sites derived from the same parent material. A-horizons were extracted with a seven-step sequence; O- and subsoil horizons were digested with strong acids (HNO3/HClO4). We found high concentrations of Cd (up to 17.38 mg kg—1 in the O horizons/up to 2.44 mg kg—1 in the A horizons), Cu (8437/415), Pb (3343/126), and Zn (1482/637) which decreased exponentially with distance from the smelter and with soil depth. The metal concentrations in the organic layers indicate that the average transport distance decreases in the order Cd > Zn > Pb > Cu. With regard to metal partitioning, NH4NO3- + NH4OAc-extractable forms in the A horizons were most affected by the deposition being more pronounced under forest. In the uppermost 50 cm of the four soils nearest to the smelter two to four times higher Cd, Cu, Pb, and Zn storages were found in forest than in arable soils. At greater distance, the higher deposition onto forest soils due to the scavenging effect of the canopy obviously was compensated by stronger leaching. Schwermetallgehalte, -bindungsformen und -vorräte in slowakischen Wald- und Ackerböden entlang eines Depositionsgradienten Entlang eines von einer Cu-Hütte verursachten Schwermetall-depositionsgradienten wurden Schwermetallgehalte, -bindungsformen und -vorräte in Wald- und Ackerböden untersucht. Wir beprobten organische und Mineralbodenhorizonte (0—50 cm) auf 10 Standortpaaren unter Wald- und Ackernutzung, deren Böden aus dem gleichen Ausgangsmaterial entstanden sind. Die A-Horizonte wurden mit einer siebenstufigen Sequenz extrahiert; O- und Unterbodenhorizonte wurden mit starken Säuren (HNO3/HClO4) aufgeschlossen. Wir fanden hohe Gehalte an Cd (bis zu 17,38 mg kg—1 in den O-Horizonten / bis zu 2,44 mg kg—1 in den A-Horizonten), Cu (8437/415), Pb (3343/126) und Zn (1482/637), die mit zunehmender Entfernung von der Hütte und mit zunehmender Bodentiefe exponentiell abnahmen. Die Metallgehalte in der organischen Auflage zeigten, daß die mittlere Transportentferung in der Reihenfolge Cd > Zn > Pb > Cu abnahm. Am stärksten von der Deposition beeinflußt waren die NH4NO3- + NH4-Ac-extrahierbaren Bindungsformen in den A-Horizonten. Auf den vier der Hütte am nächsten gelegenen Standorten wurden in den Waldböden zwei bis vier Mal so hohe Cd-, Cu-, Pb- und Zn- Vorräte in den oberen 50 cm gefunden als in den Ackerböden. In größerer Entfernung wurden die durch den Auskämmeffekt der Baumkronen erhöhten Einträge offenbar durch die stärkere Auswaschung kompensiert.