Změna přístupnosti zinku a chrómu v půdách a jejich akumulace v rostlinách v závislosti na půdním typu a přídavku kalu

Fluctuation of Zinc and Chromium in Soils and their Accumulation in Plant Biomass with Relation to Soil Type and Sludge Application

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

Abstract

The effect of four most common soil types and sewage sludge application in the soil on the uptake of Zn and Cr by three crops (spinach, oat, maize) and their availability in soil was investigated. Soil properties played an important role in element availability from applied sludge. The highest zinc plant uptake as well as chromium one were found on Cambisols. Higher availability both elements from sludge treated soils was confirmed by their higher extractability using mild extract solution. There was no relationship between element uptake and mobility in the soil confirmed on other soil types.

Pochopení vlivu půdních vlastností a podmínek na krátko a dlouhodobé transformace rizikových prvků v půdě je nejvhodnějším způsobem k poznání jejich pohyblivosti a možné přijatelnosti rostlinami (McBride, 1989). Spektrum půdních vlastností je značně široké a do určité míry může být charakterizováno půdním typem pokud se více zaměříme na genezi vzniku, nebo půdním druhem v případě, že budeme zohledňovat především sorpční vlastnosti jednotlivých půd. Hromadění stopových prvků v rostlinách není ovlivňováno pouze půdními vlastnostmi, ale důležitou roli hraje i pěstovaná rostlina (Tiller, 1989, Tlustoš et al., 1997) a také komponenty do půdy přidávané, zejména pokud jsou významnými zdroji těchto prvků (Tlustoš, 1999).

V našich experimentech jsme sledovali vliv aplikace čistírenského kalu na produkci biomasy, akumulaci rizikových prvků v rostlinách a změnu přístupnosti zinku a chrómu v půdě. Tyto dva prvky byly zvoleny především proto, že mají odlišné vlastnosti a přitom podobné celkové obsahy v nekontaminovaných půdách.

Materiál a metody

Ke zjištění vytčených cílů byl založen tříletý vegetační nádobový experiment s devíti zeminami (dvě fluvizemě, tři kambizemě, dvě hnědozemě a dvě černozemě). Tyto zeminy byly obohaceny čerstvým stabilizovaným kalem z čistírny odpadních vod a vyhnojeny NPK. Špenát (odrůda Monores), oves (odrůda Pan) a kukuřice (hybrid DK 254) byly pěstovány na kontrolních zeminách a na půdách s přídavkem kalu v dávce 20 t sušiny na hektar. Špenát byl sklizen ve fázi plně vyvinuté listové růžice, oves ve fázi mléčně-voskové zralosti a kukuřice při výšce rostlin 100 cm. Po sklizni byla sledována hmotnost čerstvé a suché nadzemní biomasy, celkový obsah zinku a chrómu v rostlinách a jejich množství extrahovatelné 0,01 mol.l-1 CaCl2 z kontrolních zemin a se zemin s přídavkem kalu. Obsahy obou prvků byly stanoveny, po rozkladu nebo extrakci, plamenovou a bezplamenovou atomovou absorpční spektrometrií na přístroji VARIAN SpectrAA-40 s pravidelnou kontrolou kvality výsledků.

1. Výsledky a diskuse

Výnos rostlinné biomasy byl ovlivněn přirozenou úrodností použité zeminy, pěstovanou plodinou a aplikací kalu. Nejnižší průměrný výnos sušiny byl zjištěn u špenátu a kolísal od 2,6 g do 13,1 g na nádobu. Vyšší výnos byl zjištěn u ovsa od 51,5 g do 88,2 g. Oves nejlépe reagoval na rozdílné půdní vlastnosti a prokázal nejvyšší plasticitu. Kukuřice, podobně jako špenát, byla velice citlivá na rozdílné vlastnosti jednotlivých půd a výnos suché hmoty se pohyboval od 26,1 g do 123,3 g. Přídavek kalu měl pozitivní vliv na půdní úrodnost a zejména na půdách s méně vhodnými vlastnostmi byly zjištěny nejvyšší přírůstky výnosů. V případě špenátu se jednalo o půdy kyselé a u kukuřice pak zejména o těžké půdy. Při celkovém hodnocení je patrné, že průměrně nejnižší nárůst výnosu byl zjištěn na fluvizemích, kde přídavek kalu zpravidla nevedl k vyššímu využití živin z půdních zásob (Graf 1). Naopak na kambizemích se přídavek kalu ukázal jako nejvhodnější a zejména omezení půdní kyselosti vedlo k průkazným nárůstům výnosů. Mezi kambizeměmi, hnědozeměmi a černozeměmi byly zjištěny značné rozdíly v rámci jednotlivých plodin, ale průměrné hodnoty byly velmi podobné.

Nárůst výnosu vedl na většině zemin ke snížení obsahu sledovaných prvků v rostlinách, proto byl k hodnocení změn rizikových prvků v biomase využit jejich celkový odběr a podíl prvku odebraný z dodaného kalu. Z údajů v grafu 2 vyplynulo, že příjem Zn z kalu byl relativně nízký a pohyboval se od 2,0 do 3,7 %. Vzhledem k pestrosti pěstovaných rostlin a rozdílným půdním parametrům v rámci jednoho půdního typu překryla vyšší směrodatná odchylka statistickou významnost na jednotlivých půdních typech. Nejvyšší odběr Zn z kalu byl zjištěn na kambizemích, pravděpodobně z důvodu nejnižšího průměrného pH těchto půd, které mělo za následek narušení organických komplexů Zn v aplikovaném kalu a zároveň zvyšovalo jeho mobilitu v půdě (Ross, 1994). Odlišné vlastnosti obou fluvizemí byly hlavním důvodem vysoké směrodatné odchylky. Také tyto půdy s nízkou sorpční schopností měly za následek relativně vyšší příjem Zn z čistírenského kalu. Naopak na černozemích i hnědozemích s dostatečnou sorpční schopností a vyšším pH byla mobilita Zn omezena a jeho odběr byl nejnižší. Kalem dodaný Cr byl rostlinami přijímán ve velmi nízkém množství a potvrdilo se, že vysoká afinita půd ke chrómu účinně omezuje jeho pohyblivost i při aplikaci v kalu. Celkový odběr Cr z kalu nepřesáhl 0,1 % (Graf 3). S výjimkou kambizemí, kde byl zjištěn odběr Cr z kalu všemi plodinami, rozhodoval o odběru Cr na ostatních půdách jeho příjem kukuřicí zapříčiněný zejména nárůstem výnosu.

Výše uvedené vlastnosti kambizemí se negativně projevily i při hodnocení přístupnosti zinku rostlinám (Graf 4). Na všech půdách tohoto typu byl zjištěn výrazný nárůst Zn přístupného rostlinám. Tento rozdíl se zvyšoval s poklesem pH jednotlivých půd. Relativně vysoký rozdíl zjištěný na černozemích neodpovídal příjmu Zn rostlinami, což mohlo být způsobeno nízkým podílem přístupného Zn na kontrolních variántách, který i po růstu nevedl k významně vyšší akumulaci v rostlinách. U ostatních dvou půdních typů byly rozdíly v obsahu přístupného Zn v půdách kontrolních a ošetřených variant jen velmi malé. Vysoká sorpční schopnost Cr v půdách se potvrdila i po aplikaci kalu (Graf 5). Nejvyšší odběr Cr rostlinami na kambizemích se potvrdil i zjištěním vyššího podílu extrahovatelného Cr v těchto půdách s přídavkem kalů. Na ostatních půdních typech byly změny malé nebo dokonce došlo k omezení přístupnosti.

2. Závěr

Z uvedených experimentů vyplynulo, že půdní vlastnosti charakterizované půdním typem mají významný vliv na přístupnost rizikových prvků rostlinám pěstovaných po aplikaci kalů. Na kambizemích docházelo k nejvyššímu příjmu zinku a zpravidla i chrómu z dodaného kalu. Vyšší přístupnost obou prvků po aplikaci kalu v půdách tohoto typu byla potvrzena vyšší extrahovatelností slabým vyluhovadlem. U ostatních půdních typů nebyl prokázán vztah mezi příjmem prvků z kalu a jejich vyšší mobilitou v půdě.