Environmental Quality Monitoring - Biomonitoring on Atmospheric Pollution of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) Using Mosses and Filters

This study conducts a comparative six-month analysis of atmospheric pollution by polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the urban region of Opole, Poland, employing dual monitoring methods: traditional quartz filter-based active air sampling and active moss biomonitoring using Pleurozium schreberi, Sphagnum fallax, and Dicranum polysetum. The project seeks to investigate the efficacy of moss species as economical, climate-responsive substitutes for traditional approaches to long-term air quality evaluation. The experimental campaign occurred from August 2021 to February 2022, encompassing the autumn and winter seasons. PAH concentrations were measured utilizing gas chromatography– mass spectrometry (GC-MS) following methodical sample extraction protocols. Filters documented transient air changes in polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), notably high-molecular-weight (HMW) components such as benzo[a]pyrene (BaP), which exhibited considerable increases during the colder months owing to heightened heating activities and less dispersion. Mosses exhibited cumulative uptake trends, with D. polysetum showing the greatest bioaccumulation efficiency, particularly for low- and medium-molecular-weight PAHs, succeeded by P. schreberi and S. fallax. Meteorological indices, including sun radiation and air temperature, demonstrated significant negative relationships with PAH buildup in mosses. Diagnostic ratio analysis verified primarily pyrogenic sources (e.g., fossil fuel burning), although petrogenic contributions were detected in D. polysetum, indicating its increased sensitivity to evaporative emissions. The study finds that the integration of moss biomonitoring with traditional filter samples provides a strong, complementary framework for assessing air quality, particularly in fluctuating meteorological settings. The results advocate for the integration of moss-based methodologies into environmental monitoring initiatives and provide significant insights into contaminant dynamics influenced by seasonal and meteorological factors.

Questo studio presenta un'analisi comparativa della durata di sei mesi sull'inquinamento atmosferico da idrocarburi policiclici aromatici (IPA) nella regione urbana di Opole, in Polonia, utilizzando due metodi di monitoraggio: il campionamento attivo dell'aria tramite filtri al quarzo secondo l'approccio tradizionale, e il biomonitoraggio attivo tramite muschi delle specie Pleurozium schreberi, Sphagnum fallax e Dicranum polysetum. Il progetto mira a valutare l'efficacia dei muschi come alternativa economica e sostenibile al clima per il monitoraggio a lungo termine della qualità dell’aria. La campagna sperimentale si è svolta da agosto 2021 a febbraio 2022, coprendo le stagioni autunnale e invernale. Le concentrazioni di IPA sono state misurate mediante gascromatografia- spettrometria di massa (GC-MS), a seguito di protocolli metodici di estrazione del campione. I filtri hanno documentato variazioni atmosferiche transitorie degli IPA, in particolare dei composti ad alto peso molecolare (HMW) come il benzo[a]pirene (BaP), che hanno mostrato aumenti significativi nei mesi più freddi a causa dell’intensificazione del riscaldamento domestico e della ridotta dispersione atmosferica. I muschi hanno mostrato tendenze di accumulo cumulativo, con D. polysetum che ha evidenziato la maggiore efficienza di bioaccumulo, in particolare per IPA a basso e medio peso molecolare, seguito da P. schreberi e S. fallax. Gli indici meteorologici, tra cui la radiazione solare e la temperatura dell’aria, hanno mostrato relazioni negative significative con l’accumulo di IPA nei muschi. L’analisi dei rapporti diagnostici ha confermato prevalentemente fonti pirogeniche (ad esempio, la combustione di combustibili fossili), anche se sono state rilevate anche fonti petrogeniche in D. polysetum, indicando una maggiore sensibilità alle emissioni evaporative. Lo studio conclude che l’integrazione del biomonitoraggio con muschi e il campionamento tradizionale mediante filtri offre un quadro complementare robusto per la valutazione della qualità dell’aria, soprattutto in contesti meteorologici variabili. I risultati sostengono l’inclusione di metodologie basate sui muschi nei programmi di monitoraggio ambientale e forniscono importanti spunti sulla dinamica degli inquinanti influenzata da fattori stagionali e climatici.