Investigation of spatial and historical variation of air pollution in industrial regions using PAHs and PCBs in tree components, soil and air

Abstract

Türkiye'deki önemli sanayi bölgelerinden olan İskenderun ve Aliağa'da 27 farklı noktadan (sanayi ve kontrol noktaları) toplanan çam ağacı örneklerinin ibre, dal, kabuk ve yıllık halkalarında bulunan polisiklik aromatik hidrokarbonların (PAH'lar) ve poliklorlu bifenillerin (PCB'ler) konsantrasyonları ölçülmüştür. Aynı noktalardan toprak, ölü örtü ve dış hava örnekleri de alınarak toprak-ölü örtü-ağaç bileşeni-hava arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Kirletici konsantrasyonları kaynaklardan uzaklaştıkça azalmış, en düşük değerler bu bölgelerden uzak kontrol noktalarında ölçülmüştür. Kalıcı organik kirleticilerin yerel dağılımı bölgelerdeki önemli kirletici kaynakların demir-çelik tesisleri, petrol rafinerisi, gemi-söküm faaliyetleri ve petrokimya tesisleri olduğunu göstermektedir. Dış hava ile toprak, ölü örtü ve ağaç bileşenleri arasında önemli korelasyonların bulunması bu ortamlar arasında etkileşim olduğunu belirtmektedir. Yıllık halkalardaki kalıcı organik kirleticilerin (KOK'lar) konsantrasyonları endüstrileşmeye paralel olarak iki örnekleme bölgesinde de zamanla artış göstermiştir. Bu bulgular, bir bölge atmosferinde bulunan KOK'ların tarihsel gelişimi incelenirken ağaç halkalarının, yerel dağılımı incelenirken ise ağaç bileşenleri (ibre, dal, kabuk), ölü örtü ve toprağın kullanılabileceğini göstermektedir. Dış havadaki KOK'ların konsantrasyonları bir ağaç kabuğu-hava faz dağılım modeli kullanılarak da hesaplanmıştır. Modellenen-ölçülen KOK konsantrasyon oranları bir çok bileşik için 1,0'e yakın bulunmuştur. Bu durum ağaç kabuğunda ölçülen KOK konsantrasyon miktarının havada ölçülen KOK konsantrasyon miktarını tahmin etmek için kullanılabileceğini göstermiştir. Yapılan envanterleme çalışması sonuçlarına göre ağaç bileşenleri içerisinde en fazla birikimin sırasıyla yıllık halka ve ibrelerde olduğu görülmüştür. Envanterleme sonuçları ağaç, toprak ve ölü örtü dâhil olmak üzere genel olarak incelendiğinde en yüksek birikim miktarları İskenderun'da sırasıyla toprak, ağaç ve ölü örtüye aittir. Aliağa'da ise, PAH'lar en fazla ağaçlarda, PCB'ler ise toprakta birikmiştir. Bu durum ise bir bölgede toprağın yanı sıra bitkilerin de önemli miktarda KOK biriktirme özelliğine sahip olduğunu göstermektedir.

Several persistent organic pollutants (POPs) like polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and polychlorinated biphenyls (PCBs) were measured in needle, branch, bark, and stem samples in pine tree species collected from 27 different sites (industrial and background sites) in Aliaga and Iskenderun that are the major industrial areas in Turkey. Soil, litter, and ambient air samples were also collected to investigate the relationships between the air and soil, litter, and tree components. Concentrations decreased with distance from the major sources and the lowest ones were measured at background sites. The spatial distribution of POPs indicated that the major sources in the regions are the iron-steel plants, ship-breaking, petrochemical plants and the petroleum refinery. Correlations of ambient air levels to those measured in soil, litter, and tree components were significant showing that POPs are exchanged between atmosphere and these compartments. Historical variations of all POP concentrations indicated an increasing trend with time in parallel to industrialization. These results indicated that tree components (needle, bark, branch), litter and soil could be used to determine the spatial variations while tree rings could be used to investigate the historical trends of atmospheric POPs in a region. Ambient air POP concentrations were also estimated using a bark-air partitioning model. The modeled-observed ratios were close to 1.0 for several compounds and the results showed that the atmospheric POP concentrations could be estimated from the bark measurements. Generally, the highest POP quantities were accumulated in the stem followed by needles according to the inventory study results. Overall, the highest POP quantities were accumulated in soil followed by trees and litter in Iskenderun while the highest POP amounts were stored in soil for PCBs and in trees for PAHs in Aliaga. It is showing that vegetation is an important reservoir accumulating the POPs in addition to soil in a region.