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

Monitoring vlivu imisí na zemědělskou výrobu VÚRV

Ing. Sergej Usťak, CSc.

Výzkumný ústav rostlinné výroby Praha - Ruzyně

oddělení ekotoxikologie Chomutov

Průmyslové exhaláty činí velké problémy moderní lidské společností prakticky ve všech zemích světa. Průmyslové emise znečišťují ovzduší a následovně ve formě imisních depozitů znečišťují životní prostředí, včetně agroekosystémů. Vlády vyspělých zemí světa vynakládají velké finanční částky na vědecký a aplikační výzkum problematiky průmyslových exhalátů.

Průmyslové emise prodělávají prudký vývoj v druhé polovině tohoto století vlivem rychlého rozvoje dopravy, průmyslu a výroby tepla a energie z fosilních paliv. Dle domácích a zahraničních literárních zdrojů, jsou hlavními zdroji emisí škodlivých látek do ovzduší energetika společně s hutnictvím a motorismem. Ne jinak je tomu i u nás. V České republice mají spalovací procesy rozhodně největší podíl na celkové emise hlavních kontaminantů ovzduší - kysličníku siřičitého a polétavého prachu (tuhých částic). Například, v letech 1993-1996 procentuální podíl celkové emise kysličníku siřičitého ze spalovacích procesů byl zhruba stejní a dosahoval více než 97%. Procentuální podíl tuhých částic se od roku 1993 do roku 1995 snížil z 88 % na téměř 56 %, zbytek připadal na ostatní technologie (výpočty provedené dle údajů ČIŽP, 1994-1996).

Na celkové emise hlavních znečišťujících látek v ČR mají největší podíl velké zdroje (tak zvané REZZO-1), totiž zařízení ke spalování paliv o tepelném výkonu 5 MW a vyšším. Do této skupiny spadají prakticky všechny tepelné elektrárny a velké teplárny. Z těchto zdrojů pochází v ČR přes 80 % emise SO₂ a přes 50 % celkové emise tuhých látek. Na střední zdroje znečištění (výkon od 0.2 MW do 5 MW) připadá 12-15 % emisí prachu a 3-6 % emisí SO₂. Nezanedbatelným zdrojem emisí uvedených škodlivin (zejména tuhých částic) jsou malé zdroje, nebo lokální a ústřední vytápění (výkon do 0.2 MW). Na tyto zdroje připadá 27-36 % celkové emise prachu a 9-15 % celkové emise kysličníku siřičitého (dle údajů ČIŽP, 1994-1996).

Za poslední desetiletí došlo k výraznému snížení znečištění ovzduší kysličníkem siřičitým a polétavým prachem (podle nové terminologie prašným aerosolem) na celém území České republiky, což je způsobeno dle názoru odborníků jednak vlivem příznivějších klimatických a rozptylových podmínek, a jednak vlivem snížení spotřeby energie a vlivem přímých opatření ke snižovaní zátěže životního prostředí, zejména plynofikace, která nahrazuje především zařízení ke spalování tuhých paliv u malých (lokálních) a středních zdrojů emisí. Do značné míry se na snížení emisí SO₂ a prašného aerosolu podílí výsledky útlumového a ekologického programu ČEZu (odsíření elektráren).

Vývoji celkových emisí oxidu siřičitého a prachu do ovzduší v České republice za poslední desetiletí je znázorněn na grafu č. 1 a 2. Na uvedených grafech je patrný razantní pokles emisí SO₂ a tuhých částic již od roku 1987, přičemž k největšímu poklesu emisí došlo v posledních 4 letech. Například, emise SO₂ se snížily ze 2 164 tis. tun v roce 1987 na 1 270 tis. tun (pokles o více než 40%) v roce 1994 a na 1091 tis. tun (pokles o více než 50%) v roce 1995, emise tuhých částic z 951 na 344 a 201 tis.tun (pokles o více než 60% a 80% ).

Atmosférické depozice emitovaných látek neboli imise škodlivě působí na všechny složky životního prostředí, včetně zemědělské krajiny. Imise snižují celkové výnosy a kvalitu zemědělské produkce, kontaminují potravní řetězce rizikovými prvky, snižují úrodnost zemědělských půd a kontaminují povrchové vody. Proto v ČSR byla založena počátkem 80. let z podnětu MZVž monitorovací síť kontrolující vliv imisí na zemědělskou krajinu. Počínaje rokem 1982 prudce stoupal počet měřících bodů (z méně než 10 stanic v roce 1982 na kolem 90 v roce 1985 a kolem 200 v roce 1988).

Monitoring v resortu zemědělství koordinoval Ústav pro vědeckou soustavu hospodaření (ÚVSH), z kterého část pracovníků po likvidaci tohoto ústavu byla převedena do Výzkumného ústavu rostlinné výroby (VÚRV). VÚRV má též vlastní dlouholeté zkušenosti s monitoringem vlivu imisí na zemědělskou výrobu, neboť provozoval rozsáhlou síť monitorovacích stanic především v severních a západních oblastech České republiky, jež byly v největší míře postiženy imisemi.

V současně době je monitorovací síť VÚRV významnou součástí celostátní sítě stanic kontrolujících čistotu ovzduší v České republice a koordinovanou ČHMÚ. Význam sítě VÚRV spočívá především v tom, že tato síť zabezpečuje největší část měření ve volné zemědělské krajině. Výsledky monitoringu VÚRV obohacené o údaje spolupracujících organizací slouží jako základ pro vědeckovýzkumné účely. Vyhodnocené výsledky slouží jako podklad pro vymáhání škod způsobených na zemědělské výrobě průmyslovými exhalacemi.

V roce 1996 v rámci imisního monitoringu VÚRV bylo celoročně provozováno celkem 64 monitorovacích stanic sledujících 24-hodinové průměry koncentrace kysličníku siřičitého v ovzduší metodou West-Geake v modifikaci ČHMÚ. Hodnocení výsledků monitoringu imisí SO₂ v roce 1996 ve srovnání s rokem 1995 dovoluje stanovit následující závěry.

Výsledky statistického hodnocení naměřených průměrných ročních a pololetních koncentrací SO2 v souhrnu všech stanic za léta 1995 a 1996 jsou uvedeny v tabulce 1. Analýza těchto výsledků ukazuje, že v roce 1996 statisticky průkazně vzrostly naměřené koncentrace SO2 v ovzduší oproti předchozímu roku, i když předchozí údaje (viz. graf 1) hlásí pokles celkové emise SO2 z 1091 tis.tun v roce 1995 na 973 tis.tun v roce 1996. Nárůst imisí kysličníku siřičitého je důsledkem nepříznivých klimatických podmínek (především studenější zima a výskyt inverzních situací). S ohledem na skutečnost, že rok 1996 byl abnormálně bohatým na srážky, které výrazně snižují vymýváním koncentraci SO2 v ovzduší, můžeme odhadnout ještě větší nárůst podílu celkových imisí této látky v atmosféře.

Tabulka 1. Výsledky statistického hodnocení ročních a pololetních koncentrací SO₂ v _µ g.m^-3 v souhrnu všech stanic sítě VÚRV

Obrázky č. 3 a 4 znázorňují roční a pololetní průměry koncentrací SO₂ v souhrnu jednotlivých oblastí. Z uvedených grafů a z údajů v tab.1 jsou dobře vidět rozdíly mezi pololetními koncentracemi za vegetační a mimovegetační období. Ve všech regionech jsou letní hodnoty SO₂ v průměru dvojnásobně nižší než zimní, v jednotlivých případech jsou tyto rozdíly až 4-5-násobné.

Z obrázků 3-4 a tab.1 jsou patrné regiony ČR s nejvyšší a nejnižší zátěží. Do nejvíce kontaminovaných oblastí spadají především severočeský a západočeský region, do nejčistších - jihomoravský, jihočeský a východočeský. Při srovnání ročních koncentrací SO₂ u jednotlivých oblastí nacházíme dvoj- až trojnásobné rozdíly - od 33,7 _µ g.m^-3 v severočeské a 30,0 v západočeské až po 14,2 v jihočeské a 12,6 v severomoravské oblasti (dle údajů z roku 1996). Středočeská oblast měla hodnoty blízké k celorepublikovému průměru (24,4 _µ g.m^-3). Z porovnání obrázků je též patrný výrazný vzestup celkových imisí v roce 1996 oproti roku minulému. Musíme podotknout, že hodnoty průměrné roční koncentrace celé sítě zdaleka nedosahují dolní hranice koncentrace SO₂ 40 _µ g.m^-3 ze směrnice používané pro uplatnění náhrady škod na zemědělské výrobě, i když pozaďové koncentrace (cca 5 _µ g.m^-3 ) jsou překročeny vícenásobně.

Obrázky č. 3 a 4 znázorňují roční chod měsíčních průměrů koncentrací SO₂ dle jednotlivých oblastí . Z těchto grafů jsou dobře patrné sezónní rozdíly v naměřených hodnotách SO₂ a rozdíly mezi jednotlivými regiony ČR. Mimo topnou sezónu obsah imisí prudce klesá zhruba na 2-3-násobek, začátkem topné sezóny opět vzrůstá.

Na grafu 5 jsou znázorněny relativní četnosti ve vyznačených třídách obsahu SO2 v roce 1996 ve srovnání s rokem 1995. Na první pohled je vidět “posun” do vyšších koncentrací v roce 1995, což je následkem zvýšení imisní zátěže. Výrazně vzrostl počet stanic, které překročily hodnotu ročního průměru koncentrace SO₂ 30 _µ g.m^-3, a to z 11 stanic v roce 1995 na 18 v roce 1996. Vzrostly i hodnoty kvantilů všech úrovní (viz tab.č.1). Například v roce 1996 v 50% případů leží roční průměr koncentrace SO₂ nad hodnotou 22,8 _µ g.m^-3 oproti 17,6 _µ g.m^-3 v roce 1995. Hodnota 40 _µ g.m^-3 však byla v obou letech překročena pouze ve dvou případech.

Přehled stanic z dvou nejvyšších tříd ročních koncentrací SO₂ je uveden v tab. 2. Jak je z tabulky vidět, v roce 1995 veškeré stanice pocházejí ze severočeské oblasti. V roce 1996 severočeské stanice stále tvoří většinovou část, i když se v seznamu objevují i stanice z dalších oblastí, což svědčí o rozšíření imisí na větší teritorium.

Tabulka 2. Přehled stanic s nejvyššími ročními průměry koncentrací SO₂.

V rámci doprovodných šetření byl v průběhu prvních devíti měsíců na všech stanicích sítě VÚRV sledován mimo koncentraci SO₂ chemismus atmosférické depozice dle metodiky VOSS v modifikaci VÚRV. Od 1.10.1996 vstoupily v platnost sjednocené metodické postupy MZe pro monitoring atmosférické depozice v rezortu zemědělství, podle nichž se koordinátorem a analytikem sjednocené sítě stal ÚKZÚZ. Počet stanic VÚRV určených pro sledování depozice byl snížen ze 64 na 30. Výsledky souhrnného hodnocení chemismu atmosférické depozice na stanicích monitorovací sítě VÚRV za první až devátý měsíc roku 1996 jsou uvedeny v přepočtu na kg.ha^-1.rok^-1 nebo g.ha^-1.rok^-1 v tab. 3. V tabulce jsou znázorněny dolní a horní hranice intervalu spolehlivosti průměrů celostátní sítě stanic při pravděpodobností P=95%. Uvedené údaje svědčí o významné depozice makroprvků a stopových prvků včetně těžkých kovů z ovzduší do zemědělských půd a rostlin. Mezi makroprvky s největší depozici patři především S, N, Ca a Mg. Mezi mikroprvky s největší depozici patři Zn, Mn, B, Fe a Al, mezi toxickými prvky jsou to především Cu, Ni, Cr, ale i Pb, As, Cd.

Další důležitou složkou imisního monitoringu je sledování vlivu imisí na zemědělskou výrobu pomocí rostlinných bioindikátorů. Sledování bioindikátorů má větší význam při současném měření všech složek atmosférické depozice (imise plynů, suchá a mokrá depozice). Proto nejvhodnějšími lokalitami pro umístění rostlinných bioindikátorů pro kauzální monitoring v roce 1997 jsou lokality určené pro sledování plynných imisí a atmosférických spadů. Současně byly provedeny detailní rozbory půd a na podzim odebrány divoce rostoucí rostliny-bioindikátory z určených stanovišť. Hodnoty sledování atmosférické depozice a rostlin-bioindikátorů mají zatím charakter vstupních údajů, proto nejsou v této práci detailně vyhodnoceny.

Tabulka 3. Souhrnné statistické hodnoty roční atmosférické depozice vybraných látek sledovaných v monitoringu VÚRV v roce 1996

Poznámky: * - v tabulce jsou uvedeny dolní a horní hranice intervalu spolehlivosti průměrů při úrovni pravděpodobnosti P=95 %; **- srážky- průměr měsíčního úhrnu srážek v mm; ***- u pH, vodivosti a RedOx potenciálu se nejedná o depozici ale pouze o průměrné hodnoty roztoku srážek; celkový počet stanic n=65, počet opakování na pozorovací ploše m=3x

Résumé :

Monitorship over the Immissions Effect on Agricultural Production of Research Institute of Crop Production.

The industrial exhallations cause large problems to all people around the world, especially at the areas, where coal is used as an energy source. The concentrations of sulphur dioxide and the amount of dust were determined at the most loaded areas of Czech Republic. The results shown that the immissions have the negative effect on the agricultural landscape and on the production of agricultural crops. It is necessary to stvive for large spreading of safe and effective devices, which would limit the immissions of SO₂ and the other toxic substances.