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

Vliv aplikace průmyslových kompostů na biologické vlastnosti a na pohyb těžkých kovů v půdě

Mühlbachová G.1, Mondini C.2, a Leita L.2

1 - Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha - Ruzyně, ČR

2 - Istituto Sperimentale per la Nutrizione delle Piante, Gorizia, Itálie

Úvod

Aplikace průmyslových kompostů obecně zlepšuje půdní úrodnost, ale vyžaduje velkou opatrnost, protože mohou obsahovat významná množství kontaminantů, z nichž za nejzávažnější jsou považovány těžké kovy. Těžké kovy obsažené v průmyslových kompostech a čistírenských kalech jsou do půdy vnášeny hlavně v organické formě a jejich pohyb v půdě je tedy mnohem různorodější než ve formách anorganických. Dosud je k dispozici jen málo informací o vlivu mikrobiální biomasy, která je aktivní součásti organické hmoty v půdě, na mobilizační a imobilizační mechanismy pohybu prvků. Množství mikrobiální biomasy a její aktivita může být použita jako užitečný indikátor raných změn biologických vlastností půdy (Brookes, 1995, Chander et al., 1995). V poslední době byla v několika pracích zjištěna úzká korelace mezi obsahem forem těžkých kovů využitelných mikroorganismy a množstvím mikrobiální biomasy v půdě (Leita et al., 1995). Zdá se tedy zřejmé, že mikroobiální společenství se těchto procesů významným způsobem může účastnit.

Materiály a metody

Parcelkové pokusy byly založeny v roce 1983 na lehké písčité půdě v Aiellu del Friuli v severovýchodní Itálii. Na jednotlivé parcelky byla aplikována hnojiva každý rok vždy před vegetačním obdobím. Varianty hnojení použité v tomto pokusu byly následující: nehnojená kontrola, minerální hnojení v dávkách 100 a 200 kg N/ha, organické hnojení jako průmyslový kompost pocházející z kompostárny městských odpadů v dávkách 500, 1000 a 1500 kg N/ha, průmyslový kompost 500 kg N/ha plus minerální hnojení 200 kg N/ha. Vzorky byly odebrány v listopadu 1995 z každé jednotlivé parcelky z půdní vrstvy 0-30 cm.

Na odebraných půdách byly uskutečněny následující analýzy: obsah celkového organického uhlíku, obsah mikrobiální biomasy podle metody Vance et al. (1987), respirační aktivita CO2 a výpočet metabolického kvocientu (qCO2) (Anderson a Domsch, 1990), celkový obsah těžkých kovů v půdě, extrahovatelné těžké kovy DTPA (Leita et al., 1995; Lindsay a Norwell, 1978).

Výsledky a diskuze

Obsah organického C (TOC) a mikrobiální biomasy (Bc)

Obsah organického C v kontrole a variantách s minerálním hnojením se po 12 letech statisticky významně nezměnil. Obsah TOC v půdách s přídavkem kompostů se zvyšoval úměrně se zvyšujícím se obsahem dodaného C; v případě varianty s přídavkem kompostu 500 kg N/ha a kompostu s minerálním hnojením obsah TOC zůstal nezměněný (Tab 1).

Mikrobiální biomasa může zaznamenat a i rychleji reagovat na rané změny biologických a fyzikálně chemických vlastností v půdě než obsah celkového organického uhlíku (Brookes, 1995, Chander et al., 1995, Nannipieri, 1984, Nannipieri et al., 1997). V tomto pokusu byl obsah Bc nízký v kontrolní a minerálně hnojených variantách (163-226 m g.g-1) a významně se zvyšoval v půdách po aplikaci kompostu (Tab 1). V souladu s výsledky popsanými v literatuře (Jenkinson a Ladd, 1981; Anderson a Domsch, 1990) byla zjištěna lineární korelace mezi Bc a TOC (Obr. 1).

Vztah mezi Bc a TOC podle Brookese (1995), Chandera a Brookese (1991, 1993) představuje platný ukazatel pro hodnocení kvality půdy. V tomto pokusu procento Bc k TOC bylo 1,4-2%, což představuje hodnotu nalezenou v běžných půdách (Brookes, 1995, Chander a Brookes, 1993). Obecně ale aplikace organické hmoty do půdy vyvolává zvýšení procentického obsahu Bc v porovnání s obsahem TOC. Například Powlson et al. (1997) nalezl po 18 letech kontinuální aplikace slámy do půdy zvýšení Bc až o 50%, zatímco TOC vzrostl pouze o 5 %. Nezměněný poměr Bc/TOC v popisovaném pokusu může být způsoben narušením biologické rovnováhy na půdách s aplikovaným kompostem na úkor mikrobiální biomasy, která potřebovala vyšší množství energie pro své zachování, syntézu a růst (Wardle a Ghani, 1995).

Bazální respirace (CO2-C) a metabolický kvocient (qCO2)

Půdní respirace (vyloučené množství CO2) a obsah uhlíku mikrobiální biomasy představují indikátory aktivity a stavu mikrobiálního společenství. Bazální respirace v tomto pokusu dobře odpovídala na změny v obsahu Bc. (Obr. 2). Vztah mezi mikrobiální biomasou a bazální respirací vyjadřuje metabolický kvocient (qCO2), který představuje množství vyloučeného CO2 na jednotku Bc. Metabolický kvocient (qCO2) představuje může citlivě odrážet stres mikrobiálního společenství v půdách kontaminovaných těžkými kovy. Oproti kontrole a variantám s minerálním hnojením, u půd s aplikovaným kompostem hodnoty qCO2 významně vzrostly (Obr. 3). Obecně vzrůst hodnot qCO2 naznačuje, že mikrobiální společenství se nachází v podmínkách pro něj stresujících a má tedy potřebu vyššího energetického příjmu pro obnovení své biologické rovnováhy (Anderson a Domsch, 1990). Je zřejmé, že nejen kvantita, ale i kvalita aplikované organické hmoty ovlivňuje aktivitu mikrobiální biomasy v půdě, což potrvrzují i zjištění Perucciho (1991) v práci popisující vliv aplikace průmyslových kompostů na biologické aktivity v půdě.

Celkový obsah a přístupné formy těžkých kovů

Obsah těžkých kovů v půdách po aplikaci kompostů vyhovoval současným normám EU (Tab. 2). Obsah Cd, Cu, Ni, Pb a Zn extrahovatelného do roztoku DTPA zůstal prakticky konstantní v kontrole a půdách s minerálním hnojením, v lineární korelaci se pak zvyšoval v půdách s aplikací kompostů (Tab. 3). Vyšší přístupnost kovů po aplikaci kompostů je v souladu s hypotézou Chandera a Brookese (1993), podle kterých jsou kovy vázané na funkční skupiny v nově přidané organické hmotě mobilnější a přístupnější než v původní půdě. Berrow a Burrige (1980) udávají, že přístupné formy těžkých kovů mohou být závislé na mineralizaci aplikované organické hmoty, která usnadňuje jejich uvolňování. Těžké kovy se tak mohou stát toxičtějšími a přístupnějšími ke vstupu do metabolických cyklů organismů. Zvýšené hodnoty metabolického kvocientu qCO2 tak mohou odpovídat vyšší mobilitě těžkých kovů v pokusných půdách a mohou být činitelem v poruchách mikrobiální aktivity.

Procentický obsah těžkých kovů extrahovaný do roztoku DTPA vzhledem k celkovému obsahu těžkých kovů rostl, s výjimkou olova, s odpovídajícím obsahem organického uhlíku a mikrobiální biomasy a lineárně koreloval jak s Bc tak s obsahem organického uhlíku v půdách (Tab. 4). Výsledky statistické analýzy ukázaly, že celkový obsah C i obsah mikrobiální biomasy v půdách korelovaly s DTPA extrahovatelnými kovy a role mikrobiální biomasy tak zůstává v tomto pokusu nejednoznačná. Aplikace organické hmoty do půdy ve formě průmyslových kompostů působí na řadu půdních vlastností a je pak obtížné rozlišit zda a jakým způsobem obsah organického uhlíku, případně mikrobiální biomasy mohou ovlivnit přístupnost kontaminantů pro organismy.

Résumé :

The effect of application of municipal solid waste composts on the biological properties and on the mobility of heavy metals in soil

The effects of addition of municipal solid waste composts on the biological properties and the available fractions of heavy metals in soils were studied. The contents of the organic C, the microbial biomass and heavy metals increased in responce to the doses of municipal solid wastes added. The percentage of DTPA available fractions of metals increased significantly with the higher amounts of composts. The ratio TOC/Bc which was suggested by several authors (i.e. Brookes, 1995) as the environmental indicator of stress, did not show any significant changes and remained at 1,4-2,0%, the percentage found for normal not disturbed soils. This fact could correspond with the higher available contents of heavy metals found in soils with higher doses of composts, because usually the addition of the organic matter into the soil causes the increase of this ratio The significant correlations between the DTPA extractable fraction of heavy metals and the contents of microbial biomass and organic carbon were found. The results obtained in this experiment do not give the clear responce about the role of microbial biomass on heavy metal bioavailability, because the application of composts in the soil causes the changes in many soil properties and the synergic effects of the organic carbon and microbial biomass on the metal bioavailability could appear.

Ing. Gabriela Mühlbachová

Výzkumný ústav rostlinné výroby

Drnovská 507

161 06 Praha 6 - Ruzyně

Tabulka 1.

Obsah organického C (TOC), mikrobiální biomasy (Bc) a poměr TOC/Bc (%)

Varianta hnojení Dávka v kg N/ha TOC Bc TOC/Bc
č. (kg N/ha) (%) (m g/g) (%)
1. Kontrola 0 1,15 d 164,4e 1,43a
2. Minerální 100 0,94 e 163,5e 1,74a
3. Minerální 200 1,16 d 226,2d 1,95a
4. Prům. kompost 500 1,63 c 326,1c 2,00a
5. Prům. kompost + min. 500 + 200 1,65 c 297,3 c 1,80a
6. Prům. kompost 1000 2,66 b 456,9 b 1,72a
7. Prům kompost 1500 3,08 a 577,7 a 1,88a

Tabulka 2. Celkový obsah těžkých kovů

Varianta hnojení Dávka v kg N/ha Cd Cu Ni Pb Zn
č. (kg N/ha) (m g/g) (m g/g) (m g/g) (m g/g) (m g/g)
1. Kontrola 0 2,89ab 32,2cd 31,2a 14,0 d 32,9d
2. Minerální 100 2,68bc 28,0 d 28,7bc 12,7 d 30,8d
3. Minerální 200 2,63 c 28,3 d 28,3c 12,3d 38,3cd
4. Prům. kompost 500 2,68 bc 42,6 c 28,6bc 36,5 c 57,5c
5. Prům. kompost + min. 500 + 200 2,66 bc 41,9 c 27,7c 37,8c 55,9c
6. Prům. kompost 1000 2,89ab 56,2 b 30,8a 52,0b 77,6b
7. Prům kompost 1500 2,95a 81,4a 30,6ab 83,7a 129,0a

Tabulka 3. Obsah DTPA extrahovatelných frakcí těžkých kovů

Varianta hnojení Dávka v kg N/ha Cd Cu Ni Pb Zn
č. (kg N/ha) (m g/g) (m g/g) (m g/g) (m g/g) (m g/g)
1. Kontrola 0 0,11 ef 2,64 d 0,13 d 2,51 d 1,97d
2. Minerální 100 0,10 f 2,68 d 0,14 d 3,91 d 2,13d
3. Minerální 200 0,11 ef 2,76 d 0,18 d 2,43cd 2,39 d
4. Prům. kompost 500 0,17 cd 5,42 c 0,36 c 10,53b 9,39 c
5. Prům. kompost + min. 500 + 200 0,16 c 4,84 c 0,33 c 7,99bc 8,29 c
6. Prům. kompost 1000 0,22 b 8,01 b 0,59 b 16,32 a 18,29 b
7. Prům kompost 1500 0,27 a 10,35a 0,83 a 19,82 a 28,25 a

Varianty označené stejným písmenem nejsou statisticky významně odlišné podle Duncanova testu na hladině významnosti 5%.

Tabulka 4. Procentický obsah těžkých kovů extrahovatelných do DTPA

Varianta hnojení Dávka v kg N/ha Cd Cu Ni Pb Zn
č. (kg N/ha) (%) (%) (%) (%) (%)
1. Kontrola 0 3,7 8,2 0,5 17,9 6,0
2. Minerální 100 3,8 9,6 0,5 30,9 6,9
3. Minerální 200 4,4 9,8 0,7 19,8 6,2
4. Prům. kompost 500 6,7 12,7 1,2 26,9 16,4
5. Prům. kompost + min. 500 + 200 6,1 11,6 1,2 21,1 14,8
6. Prům. kompost 1000 7,7 14,3 1,9 31,4 23,6
7. Prům kompost 1500 9,2 12,7 2,7 23,7 21,9

 

            Časopis BIOM, články a sborníky       Domovská stránka BIOMu