Stanovení rostlinou přijatelného arsenu v půdě v závislosti na vybraných půdních vlastnostech

The Determination of Plant Available Arsenic in Soil as Influenced by Selected Soil Properties

Száková Jiřina, Tlustoš Pavel, Balík Jiří, Pavlíková Daniela, Balíková Miluše

Abstract

The plant-available (0.01 mol.l-1 CaCl2 extractable) portion of soil arsenic was investigated for nine soils differing in physicochemical parameters. The released arsenic amount did not exceed 0.5 % of its total content which suggest its low mobility. The arsenic mobility was related to the soil parameters and was affected when main soil properties were altered by the addition of sewage sludge.

Úvod

Přijatelnost v půdě obsažených prvků je výsledkem spolupůsobení fyzikálně - chemických vlastností půdy, chemických vlastností jednotlivých prvků a druhu rostliny (Beneš, 1993). Nejčastěji se mluví o vlivu pH půdy na mobilitu prvků, dále pak o vlivu půdního sorpčního komplexu, obsahu a složení půdních humusových látek či obsahu oxidů železa a manganu v půdě (Beneš, 1993, Alloway, 1990). U arsenu pak dále přistupuje význam existence řady různých sloučenin tohoto prvku (včetně organických), jejichž fytotoxicita a přijatelnost rostlinami se významně liší (Jiang et al., 1994, Marin et al., 1992, Tlustoš et al., 1998). I v tomto případě má celé spektrum půdních vlastností významný vliv na chování a proces transformace těchto sloučenin v půdě a následně i na jejich přijatelnost rostlinami či vzájemný poměr jednotlivých forem v rostlinné biomase (Tlustoš et al., 1998). V našem experimentu jsme se pokusili posoudit, zda změna vybraných půdních parametrů může ovlivnit koncentraci rostlinou přijatelného arsenu v půdě.

Materiál a metody

V experimentu bylo použito devět půd lišících se základními fyzikálně - chemickými vlastnostmi (Tabulka I). Z široké škály existujících extrakčních činidel byl vybrán 0.01 mol.l-1 roztok CaCl2 (1:10 w/v), který je schopen uvolnit z půdy tu frakci prvku, která odpovídá rostlinou přijatelnému podílu tohoto prvku (Novozamsky et al., 1993). V modelovém nádobovém pokusu byl na pokusných půdách pěstován špenát, oves a kukuřice, půdní vzorky byly odebírány po sklizni jednotlivých plodin. Pro stanovení obsahu arsenu v půdních výluzích byla použita metoda atomové absorpční spektrometrie (Varian SpectrAA-300 s kontinuálním generátorem hydridů VGA - 76).

I. Základní charakteristiky sledovaných půd

Cox...obsah oxidovatelného uhlíku, KVK...kationtová výměnná kapacita

1. Průměrné relativní koncentrace rostlinou přijatelného arsenu v experimentálních půdách vztažené k celkové koncentraci arsenu v půdě

Výsledky a diskuse

Extrahovatelný obsah arsenu ve sledovaných půdách se pohyboval v rozmezí 0.01 - 0.65 % celkového obsahu tohoto prvku (Obrázek 1). Ve srovnání s dalšími prvky se jedná o hodnoty porovnatelné s extrahovatelností zinku či mědi a významně nižší, než je tomu v případě kadmia (Tlustoš et al., 1994). Regresní analýzou nebyly nalezeny významné korelace jednotlivých půdních parametrů (pH, kationtová výměnná kapacita, obsah oxidovatelného uhlíku) s extrahovatelnými obsahy arsenu. Žádná ze sledovaných půdních vlastností tedy neměla rozhodující vliv na mobilitu tohoto prvku tak, jako má například půdní reakce významný vliv na mobilitu kadmia a zinku. Nejvyšší mobilita arsenu byla zaznamenána u fluvizemí Píšťany a Přerov. U ostatních sledovaných půd, mezi kterými byly černozemě, hnědozemě a kambizemě, byla mobilita arsenu velmi nízká a nebyly pozorovány významné rozdíly mezi jednotlivými půdními typy.

Přídavek čistírenského kalu do půdy vede ke komplexní úpravě všech sledovaných půdních vlastností. V našem experimentu jsme do jednotlivých nádob aplikovali čistírenský kal v dávce odpovídající 20 t na hektar. Tento kal obsahoval v průměru 5,6 mg As.kg-1, 21 % Cox a jeho pH bylo 7,4. Nízký celkový obsah arsenu v čistírenském kalu vedl k naředění celkového obsahu arsenu v ošetřených nádobách, ale v případě extrahovatelného obsahu As byla situace odlišná (Obrázek 2). Přídavek kalu vedl ke zvýšení koncentrace tohoto prvku v půdních extraktech u čtyř z devíti sledovaných půd. Jednalo se o dvě kambizemě (Lukavec, Lípa), fluvizem Přerov a černozem Sedlec. U kambizemě Humpolec se mobilita arsenu naopak snížila. U ostatních půd koncentrace extrahovatelného arsenu ovlivněna nebyla. Je zřejmé, že se účinek kalu projevil různě bez ohledu na půdní typ či úroveň sledovaných půdních parametrů. Lze předpokládat, že mobilita arsenu v samotném čistírenském kalu bude vyšší ve srovnání s půdou, kde je obvykle 75 % tohoto prvku pevně vázáno na silikátovou matrici půdy a není mobilizovatelné ani při významných změnách fyzikálně - chemických vlastností půdy. Přestože koncentrace arsenu v čistírenském kalu je nízká, jeho větší mobilita by se mohla podílet na zvýšené koncentraci rostlinou přijatelného arsenu v ošetřených půdách. Ke změnám mobility arsenu také bude docházet při rozkladu organické hmoty kalu po jeho aplikaci do půdy. Zdá se rovněž, že některé půdy jsou schopny imobilizovat takto uvolněný arsen jeho sorbováním či navázáním na jednotlivé půdní komponenty. Charakterizace půdy půdním typem či úrovní základních půdních vlastností je pak pro odhad mobility arsenu v půdě nedostačující.

Přijatelnost prvků z půdy rostlinami je také ovlivněna druhem pěstované plodiny. Kořenové exudáty některých rostlin obsahuje mnoho chelatujících organických látek, které jsou schopny uvolňovat půdní elementy do půdního roztoku. Špenát se například vyznačuje intenzivnější kořenovou exkrecí ve srovnání s obilovinami. V našem případě jsme však nenalezli významný rozdíl v extrahovatelnosti arsenu po pěstování jednotlivých plodin. Arsen se v půdě nachází zejména ve formě aniontů a komplexotvorné látky jsou pro jeho převedení do půdního roztoku málo účinné.

2. Vliv přídavku čistírenského kalu na koncentraci rostlinou přijatelného arsenu v půdě (kontrola = 100 %)

Arsen patří mezi prvky pevně vázané na jednotlivé složky půdy a jeho mobilitu ovlivňuje celý komplex půdních parametrů. Přídavek čistírenského kalu, který mění hodnoty některých půdních parametrů může v některých půdách vést ke zvýšení koncentrací rostlinou přijatelného arsenu. Pro exaktní vyhodnocení vlivu přídavku kalu na mobilitu arsenu v půdě pak bude nutné jak dlouhodobé sledování jeho účinků, tak i detailní znalost vazeb sloučenin arsenu na jednotlivé složky půdy i použitého kalu.

Poděkování

Autoři děkují za finanční podporu získanou v rámci projektu NAZV číslo 7130/97.