Obsah sborníku | Časopis BIOM, články a sborníky | Domovská stránka     

Čistírenské kaly a akumulace rtuti v rostlinách.

Balík Jiří, Tlustoš Pavel, Száková Jiřina, Pavlíková Daniela, Blahník Radek

Česká zemědělská universita Praha

Čistírenské kaly jsou velice specifické látky, které obsahují organické látky, množství živin, ale současně také celé spektrum rizikových prvků, patogenních látek a organických polutantů. V České republice zaznamenáváme v současnosti významný nárůst jejich produkce. Z celé řady rizikových prvků (Cd, Zn, Ni atd.), kterým je věnována pozornost výzkumu, jsme se v našich experimentech zaměřili na rtuť. Jak také vyplývá z kontrolní činnosti ÚKZÚZ (Hauptman, Froněk 1997) převyšuje obsah rtuti v kalech nejčastěji povolenou úroveň.

Materiál a metody

Čistírenské kaly (tab. 1) byly testovány v nádobových pokusech v letech 1995 a 1996. Použity byly tři zeminy (tab. 2) z lokality Suchdol (degradovaná černozem), Červený Újezd (hnědozem) a Přerov n. Labem (hnědozem). Navážka suché zeminy činila 5 kg na nádobu. Kontrolní varianta byla zvolena jako NPK hnojení. Dávka dusíku (v NH₄ NO₃) byla rozdílná v závislosti na plodině: mák - 1g N/nádoba, jarní ječmen - 1g N/nádoba, senážní oves - 1,5g N/nádoba, kukuřice - 2g N/nádoba. Dávka fosforu činila 0,44g P a draslíku 1,1g K na nádobu (v K₂HPO₄). Tyto živiny byly dodány před výsevem a promíchány s celým objemem zeminy. Kal byl dodán v čerstvém stavu a v množství odpovídající v přepočtu 16,65g sušiny na nádobu. Kal byl přidán pouze v roce 1995, v roce 1996 se sledovalo následné působení. Nádoby byly zavlažovány deionizovanou vodou. Vlhkost zeminy byla udržována na 60% MVK. Kukuřice byla sklizena při velikosti porostu cca 100cm, oves v mléčně-voskové zralosti, mák a ječmen v plné zralosti. Každá varianta byla založena ve 4 opakováních. Po sklizni nadzemní hmoty byla zemina z jednotlivých variant vysušena, uskladněna a použita v roce 1996 pro následnou plodinu dle osevního postupu (tab. 3). V roce 1996 bylo u všech variant použito NPK hnojení. Vypěstovaný rostlinný materiál byl sušen při teplotě 25⁰C.

Základní charakteristika použitých kalů (tab. 1)

Agrochemická charakteristika půd (tab. 2)

Schéma rotace plodin (tab. 3)

Obsahy rtuti v rostlinném materiálu a půdních výluzích byly stanoveny na jednoúčelovém atomovém absorpčním spektrometru AMA - 254 (ALTEC s.r.o.). Analytická přesnost a spolehlivost měření byla zajištěna použitím certifikovaného referenčního materiálu. Jakmile vzorky obsahovaly menší množství rtuti než byla mez detekce, byla za výsledek brána právě tato mez detekce.

Výsledky a diskuse:

Čistírenské kaly byly aplikovány v čerstvém stavu tak, aby nebyla snížena jejich agronomická účinnost. Z hlediska obsahu rtuti byly použity čistírenské kaly průměrné kvality. U kalu Praha činil obsah 5,64 mg Hg /kg sušiny a u kalu Písek 3,89 mg Hg/kg. Ve sdělení ÚKZÚZ (Anonym 1997) se uvádí, že u 198 vzorků kalů ČOV činil průměrný obsah 4,3 mg Hg/kg. Také sledované zeminy nevykazovaly nadlimitní obsahy rtuti. V České republice platí dle Vyhl. č. 13/94 Sb. pro lehké půdy max. obsah 0,6 mg/kg a pro ostatní 0,8 mg Hg/kg. Pro daný experiment byly úmyslně vybrány zeminy s odlišnými agrochemickými vlastnostmi a obsahem rtuti. Zejména zemina Suchdol vykazovala nadprůměrný obsah (Anonym 1997). Jak je zřejmé z grafu 1 byl po aplikaci kalů zaznamenán nárůst výnosu sušiny pěstovaných plodin. Přitom ve druhém roce pokusů byl jejich efekt výraznější.

Průměrný výnos plodin z let 1995 a 1996 (Graf 1):

Toto odpovídá také jejich agrochemickému složení, kdy především značná část dusíku je vázána v organických vazbách a k jejich uvolnění dochází až v průběhu mineralizace kalů v půdě. Z uvedeného grafu je také zřejmé, že nejvyššího efektu bylo dosaženo na nejméně úrodné půdě Přerov n. L. Tato půda je velmi lehká, písčitá, s malým potenciálem mineralizovatelného dusíku v půdě. Nejmenší pozitivní efekt byl zaznamenán u zeminy Č. Újezd. Nárůst výnosů není výrazem lepší účinnosti dusíku v kalech ve srovnání s minerálním hnojením, ale především rozdílem v celkově aplikovaném množství živin. Dále byla zaznamenána určitá tendence vyšších výnosů u kalu Písek, což také odpovídá většímu množství všech významných živin v tomto kalu.

Obsahy rtuti v rostlinách jsou uvedeny v tab. 4. Přitom stanovené hodnoty jsou velmi nízké, takže u některých vzorků nebylo možné tyto obsahy stanovit ani nejcitlivější dostupnou technikou. Tento výsledek je v souladu s konstatováním Domažlické (1991), že rtut´ se řadí podle absolutního obsahu v rostlinách mezi prvky s velmi nízkou koncentrací. Z těchto hodnot je dále zřejmé, že po aplikaci čistírenských kalů nebyl zaznamenán zvýšený obsah rtuti v rostlinách. Obdobně také McLean et al. (1987) nezjistili zvýšený obsah rtuti v rostlinách po aplikaci čistírenských kalů v dávce 44,9 t/ha ( v čerstvém stavu). V námi provedených pokusech nebyly potvrzeny údaje Zimy (1989), který uvádí zvýšení obsahu rtuti v rostlinách kukuřice pěstovaných v nádobách při různé úrovni hnojení čistírenskými kaly. Na základě dosažených výsledků lze obsahy Hg v rostlinách vyjádřit v této sestupné řadě: sláma jar. ječmen = makovina = mák > biomasa ovsa > biomasa kukuřice > zrno jar. ječmene. V průměru všech pěstovaných plodin byl obsah rtuti ve 2. roce pěstování přibližně o 55 % vyšší než v 1. roce. Vzhledem k tomu, že uvedený jev byl stanoven také na kontrolních variantách, nelze předpokládat, že zde výrazněji působí uvolněná rtuť z kalů. Jak je dále patrno, nebyly stanoveny zvýšené obsahy rtuti u variant na zemině Suchdol, přestože zde byl několikanásobně vyšší obsah rtuti. Naopak v roce 1996 byl v průměru nejvyšší obsah Hg v rostlinách u variant Přerov, přestože měla tato zemina nejnižší obsah rtuti. Zřetelně se zde potvrzuje význam sledování nejen absolutního množství rtuti v půdě, ale také i různých forem její sorpce v půdě.

V další části experimentů byl sledován obsah rtuti v půdě při použití různých extrakčních činidel (2 M HNO₃, 0,1 M CaCl₂ a 0,01 M CaCl₂). Tyto analýzy byly uskutečněny vždy po sklizni plodiny. Na základě těchto sledování však nebylo možné prokázat vliv čistírenských kalů na zvýšenou akumulaci rtuti v půdě. Vztah mezi různými extrahovadly a obsahem rtuti v rostlinách byl kvantifikován regresní analýzou. Statisticky významná závislost byla prokázána pouze v roce 1995 mezi 2 M HNO₃ a obsahem Hg ve slámě ječmene a dále mezi 0,1 M CaCl₂ a obsahem v kukuřici. Ve všech sledovaných variantách bylo ve výluzích 0,1 M CaCl₂ a 0,01 M CaCl₂ stanoveno jen velmi malé množství. Dosažené výsledky jsou v dobrém souladu s předpokladem, že tyto soli jsou schopny extrakce pouze výměnně (fyzikálně-chemicky) sorbované rtuti a ne organicky vázané rtuti (Scheffer a Schachtschabel 1992). Přitom však značná část rtuti je v půdě organicky sorbována. Zde mají význam především -SH- a -S-S- skupiny. Z těchto důvodů by bylo vhodnější k extrakci půd použít komplexotvorných činidel jako např. DTPA nebo EDTA.

Obsah rtuti v rostlinách v roce 1995 a 1996 (mg/kg sušiny) (tab. 4)

Podíl extrahovatelné Hg z celkového obsahu rtuti (Hg_t) v zemině; průměr z let 1995 a 1996 Graf 2:

Při výluhu 2 M HNO₃ bylo stanoveno výrazně větší množství rtuti. V závislosti na zemině a ročníku to činilo 29- 66 % z celkového množství Hg v půdě. Přitom nejlehčeji byla rtut´ extrahovatelná na zemině Přerov, která má také nejnižší obsah organických látek. Zemina Suchdol, kde byl zjištěn obsah rtuti 0,347 mg/kg, je charakterizována také vysokým stupněm sorpce, což je též plně v souladu s vyšším obsahem kvalitního humusu. Proto zde bylo uvolněno při výluhu 2 M HNO₃ v roce 1995 pouze 29% a v roce 1996 47% rtuti.

Závěr: Po aplikaci čistírenských kalů nebyl stanoven zvýšený obsah rtuti v rostlinách máku, ječmene, ovsa a kukuřice. Nebyla zjištěna statisticky významná korelace mezi extrahovatelným množstvím Hg z půdy (2M HNO₃, 0,1M CaCl₂, 0,01M CaCl₂) a obsahem Hg v rostlinách.

Résumé :

The effect of sewage application on the accumulation of mercury by plants

The behaviour of two different sewage sludge with common content of Hg was observed. The sewage sludge was applied at 10 t of dry matter equivalent at three soils differ in structure, nutrient and mercury content. For different crops were planted: spring barley, poppy, maize and oat. The direct and subsequent effect were investigated. There were not found an elevated content of Hg in any growing crop. The highest concentration was determined in straw of barley, and in seeds and capsules of poppy, the lowest in grain of barley. The availability of Hg was tested by three extract solutions (2 M HNO₃, 0,1 M CaCl₂, 0,01 M CaCl₂ ). None of them made the significant correlation with Hg plant content. The growing crop effected the available mercury pool in soil.

Doc., Ing. Balík, CSc.; ČZU Praha, AF-KAVR, 165 21 Praha-Suchdol