Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie
Stanovení obsahu manganu, mědi, zinku a železa v půdě. Diplomová práce
Vedoucí práce:
Vypracovala:
doc. Ing. Josef Zehnálek, CSc.
Bc. Alena Řehůřková
Brno 2011
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma „Stanovení obsahu manganu, mědi, zinku a železa v půdě“ vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně.
V Brně, 27. dubna 2011
Bc. Alena Řehůřková
PODĚKOVÁNÍ Úvodem bych chtěla poděkovat doc. Ing. Josefu Zehnálkovi, CSc. za vedení diplomové práce, za cenné rady a připomínky, Ing. Markétě Pospíchalové za konzultace při praktickém měření a Ústřednímu kontrolnímu a zkušebnímu ústavu zemědělskému za přístup k měřícím přístrojům, vzorkům a literatuře, potřebných ke zvládnutí stanoveného úkolu.
ABSTRAKT Stanovení obsahu manganu, mědi, zinku a železa v půdě. V práci je vypracována literární rešerše se zaměřením na význam manganu, mědi, zinku a železa pro rostliny, hospodářská zvířata i člověka. Dále jsou popsány hlavní analytické metody na stanovení obsahu těchto prvků v půdě. Experimentální část je zaměřena na rozbor půdy na obsah manganu, mědi, zinku a železa po extrakci třemi odlišnými extrakčními činidly (lučavka královská, 2M HNO3, DTPA) z pokusných lokalit Jaroměřice nad Rokytnou, Krásné Údolí, Pusté Jakartice, Věrovany a Uherský Ostroh v České republice. Posouzen je vliv použitých extrakčních činidel na zjištěné množství sledovaných prvků a na základě stanoveného obsahu prvků v půdě je provedeno porovnání pokusných lokalit, včetně statistického vyhodnocení. Obsah prvků na pokusných lokalitách byl také vyhodnocen podle kritérii pro hodnocení zásoby mikroelementů v půdě z hlediska výživy rostlin. Velký obsah manganu a zinku byl zjištěn v Uherském Ostrohu, velký obsah zinku v Pustých Jakarticích a velký obsah železa v Uherském Ostrohu a Krásném Údolí. Klíčová slova: mikroelementy, extrakční činidlo, atomová absorpční spektrofotometrie.
ABSTRACT Determination of manganese, copper, zinc and iron in the soil. The importance of manganese, copper, zinc and iron for plants, livestock and humans is reviewed in this thesis. The main analytic method for the determination of these elements in the soil are also discussed in the theoretic part of the thesis. The experimental part is focused on extraction of manganese, copper, zinc and iron in the soil obtained from various experimental sites of Jaroměřice nad Rokytnou, Krásné Údolí, Pusté Jakartice, Věrovany and Uherský Ostroh in the Czech Republic by three different extraction solvents (aqua regia, 2M HNO3, DTPA). The influence of the extraction solvents on the extracted quantities of target elements is assessed. Based on the elements content in the soil the comparison of the experimental sites including statistical evaluation is done. Content of elements in the experimental sites was also assessed according to criteria for evaluation of microelements in the soil from point of view of plant nutritional. The large content of manganese and zinc were determined in Uherský Ostroh, high zinc content in Pusté Jakartice and a large iron content in Uherský Ostroh and Krásné Údolí. Key words: elements, the extraction agent, atomic absorption spectrophotometry.
OBSAH 1 ÚVOD............................................................................................................................ 9 2 CÍL PRÁCE ................................................................................................................. 10 3 SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY .................................................... 11 3.1 Mikroelementy...................................................................................................... 11 3.1.1 Mangan .......................................................................................................... 12 3.1.1.1 Formy manganu v půdě .......................................................................... 12 3.1.1.2 Příjem a transport manganu rostlinami................................................... 12 3.1.1.3 Projevy nedostatku a nadbytku manganu u rostlin ................................. 13 3.1.1.4 Odstranění nedostatku manganu u rostlin............................................... 13 3.1.1.5 Význam manganu v organismu hospodářských zvířat ........................... 13 3.1.1.6 Význam manganu pro člověka ............................................................... 14 3.1.2 Měď................................................................................................................ 15 3.1.2.1 Formy mědi v půdě ................................................................................. 15 3.1.2.2 Příjem a transport mědi rostlinami.......................................................... 15 3.1.2.3 Projevy nedostatku a nadbytku mědi u rostlin........................................ 15 3.1.2.4 Odstranění nedostatku mědi u rostlin ..................................................... 16 3.1.2.5 Význam mědi v organismu hospodářských zvířat.................................. 16 3.1.1.6 Význam mědi pro člověka ...................................................................... 17 3.1.3 Zinek .............................................................................................................. 17 3.1.3.1 Formy zinku v půdě ................................................................................ 17 3.1.3.2 Příjem a transport zinku rostlinami......................................................... 18 3.1.3.3 Projevy nedostatku a nadbytku zinku u rostlin....................................... 18 3.1.3.4 Odstranění nedostatku zinku u rostlin .................................................... 19 3.1.3.5 Význam zinku v organismu hospodářských zvířat ................................. 19 3.1.3.6 Význam zinku pro člověka ..................................................................... 20 3.1.4 Železo............................................................................................................. 21 3.1.4.1 Formy železa v půdě ............................................................................... 21 3.1.4.2 Příjem a transport železa rostlinami........................................................ 21 3.1.4.3 Projevy nedostatku a nadbytku železa u rostlin...................................... 22 3.1.4.4 Odstranění nedostatku železa u rostlin ................................................... 22 3.1.4.5 Význam železa v organismu hospodářských zvířat................................ 23 3.1.4.6 Význam železa pro člověka .................................................................... 23
3.2 Analytické metody ke stanovení obsahu mikroelementů v půdě ......................... 24 3.2.1 Úprava půdních vzorků pro chemické rozbory.............................................. 25 3.2.2 Extrakce půd .................................................................................................. 25 3.2.2.1 Extrakce půd lučavkou královskou......................................................... 25 3.2.2.2 Extrakce půd 2M kyselinou dusičnou..................................................... 26 3.2.2.3 Extrakce půd 2M kyselinou dusičnou za varu ........................................ 26 3.2.2.4 Extrakce půd 0,43 M kyselinou dusičnou............................................... 26 3.2.2.5 Extrakce půd metodou AB-DTPA.......................................................... 27 3.2.2.6 Extrakce půd metodou DTPA-TEA........................................................ 27 3.2.2.7 Extrakce půd roztokem dusičnanu amonného ........................................ 27 3.2.2.8 Extrakce půd roztokem chloridu vápenatého.......................................... 28 3.2.2.9 Extrakce půd vodným výluhem .............................................................. 29 3.2.2.10 Extrakce půd podle Morgana a Wolfa .................................................. 29 3.2.2.11 Extrakce půd podle Mehlicha III .......................................................... 30 3.2.3 Analýza půdních extraktů .............................................................................. 30 3.2.3.1 Analýza půdního extraktu metodou optické emisní spektrometrie v indukčně vázaném plazmatu (ICP-OES) ......................................................... 31 3.2.3.2 Analýza půdního extraktu metodou hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-MS) .......................................................................... 31 3.2.3.3 Analýza půdního extraktu metodou plamenové atomové absorpční spektrofotometrie (AAS-FAAS)......................................................................... 32 3.2.3.4 Analýza půdního extraktu metodou atomové absorpční spektrofotometrie s elektrotermickým atomizátorem (AAS-ETA).................................................. 32 4 MATERIÁL A METODY ZPRACOVÁNÍ ................................................................ 34 4.1 Charakteristika pokusných lokalit ........................................................................ 34 4.1.1 Jaroměřice nad Rokytnou .............................................................................. 34 4.1.2 Krásné Údolí .................................................................................................. 34 4.1.3 Pusté Jakartice................................................................................................ 35 4.1.4 Věrovany........................................................................................................ 35 4.1.5 Uherský Ostroh .............................................................................................. 35 4.2 Odběr a úprava vzorků půd pro chemický rozbor ................................................ 36 4.3 Chemický rozbor vzorků půd ............................................................................... 37 4.3.1 Extrakce půd .................................................................................................. 37 4.3.1.1 Extrakce půd lučavkou královskou......................................................... 37
4.3.1.2 Extrakce půd 2M kyselinou dusičnou..................................................... 37 4.3.1.3 Extrakce půd metodou DTPA-TEA........................................................ 37 4.3.2 Analýza půdních extraktů .............................................................................. 38 4.3.2.1 Stanovení obsahu prvků po extrakcí půd lučavkou královskou a 2M kyselinou dusičnou ............................................................................................. 38 4.3.2.2 Stanovení obsahu prvků po extrakci půd metodou DTPA-TEA ............ 40 4.4 Použitá kritéria pro hodnocení obsahu prvků v půdě ........................................... 41 4.4.1 Po extrakci půd lučavkou královskou ............................................................ 41 4.4.2 Po extrakci půd 2M HNO3 ............................................................................. 41 4.4.3 Po extrakci půd DTPA-TEA.......................................................................... 42 4.5 Výpočty a statistická hodnocení ........................................................................... 42 5 VÝSLEDKY PRÁCE A DISKUSE ............................................................................ 43 5.1 Obsah Mn, Cu, Zn a Fe stanovený v půdě na pokusných lokalitách .................... 43 5.1.1 Obsah manganu v půdě stanovený na pokusných lokalitách......................... 43 5.1.2 Obsah mědi v půdě stanovený na pokusných lokalitách ............................... 43 5.1.3 Obsah zinku v půdě stanovený na pokusných lokalitách .............................. 46 5.1.4 Obsah železa v půdě stanovený na pokusných lokalitách ............................. 46 5.2 Vliv extrakčního činidla na stanovení obsahu Mn, Cu, Zn a Fe........................... 49 5.2.1 Mangan .......................................................................................................... 49 5.2.2 Měď................................................................................................................ 49 5.2.3 Zinek .............................................................................................................. 50 5.2.4 Železo............................................................................................................. 50 5.3 Porovnání lokalit na základě obsahů prvků v půdách........................................... 51 5.3.1 Po extrakci lučavkou královskou ................................................................... 51 5.3.2 Po extrakci 2M HNO3 .................................................................................... 52 5.3.3 Po extrakci DTPA.......................................................................................... 53 5.4 Vyhodnocení zásoby Mn, Cu, Zn a Fe v půdě podle kritérií po extrakci DTPA . 55 6 ZÁVĚR ........................................................................................................................ 58 7 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ......................................................................... 59 8 SEZNAM OBRÁZKŮ................................................................................................. 64 9 SEZNAM TABULEK ................................................................................................. 65 10 FOTOGRAFICKÁ PŘÍLOHA .................................................................................. 67
1 ÚVOD Mangan, měď, zinek a železo patří do skupiny stopových prvků. Ty v malém množství organismus potřebuje ke správnému vývoji. Spotřeba stopových prvků je u různých organismů různá. Jejich nedostatek, ale i nadbytek, může vyvolat různé choroby, vysoké koncentrace mohou být životu nebezpečné. Zvláště nebezpečné jsou těžké kovy, do kterých ve vyšších koncentracích patří i mangan, měď, zinek a železo. Přestože z hlediska celého území České republiky obsah těžkých kovů v půdách významně nepřekračuje stanovené maximální přípustné hodnoty, existují oblasti s vysokým bodovým znečištěním. V takových lokalitách je nutné obsahy a chování těžkých kovů sledovat z důvodu jejich možného vstupu do potravního řetězce nebo přímého působení na zdraví obyvatel (Borůvka et al., 1997). Studium chování stopových prvků v jednotlivých složkách životního prostředí přineslo v minulosti množství cenných informací o jejich výskytu, o zdrojích kontaminace, možnostech pohybu a o toxických účincích na organismy. Rozvoj analytických technik, zejména metod atomové spektrometrie, aktivační analýzy a elektrochemické rozpouštěcí analýzy, v nedávné době umožnil sledování řady prvků ve vzorcích z životního prostředí i na ultrastopových hladinách (Koplík et al., 1997). V literární rešerši jsou charakterizovány mikroelementy se zaměřením na Mn, Cu, Zn a Fe, jejich význam ve výživě rostlin a analytické metody používané k jejich stanovení. Dále je uveden přehled analytických metod k stanovení obsahu Mn, Cu, Zn a Fe v půdě. V experimentální části jsou uvedeny výsledky rozborů půd z pěti pokusných lokalit na stanovení obsahu Mn, Cu, Zn a Fe po výluhu třemi rozdílnými extrakčními činidly. Získané výsledky jsou vyhodnoceny statisticky a podle kritérií pro výživu rostlin.
9
2 CÍL PRÁCE Předložená diplomová práce je zaměřena na oblast analytického stanovení vybraných prvků v půdě po výluhu třemi odlišnými extrakčními činidly a vyhodnocení provedených rozborů. Pro práci byly zvoleny následující dílčí cíle: 1. Vypracovat literární rešerši zaměřenou na význam manganu, mědi, zinku a železa pro rostliny, hospodářská zvířata i člověka. Dále na analytické metody stanovení obsahu těchto prvků v půdě. 2. Zvládnout vybrané metody stanovení manganu, mědi, zinku a železa v půdě po extrakci třemi odlišnými extrakčními činidly. 3. Odebrat na pěti pokusných lokalitách vzorky půd a provést jejich rozbor vybranými analytickými metodami. 4. Vyhodnotit obsahy stanovených prvků v půdě dle dostupných kritérií.
10
3 SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY 3.1 Mikroelementy Rostliny pro svůj růst a vývoj potřebují kromě základních faktorů světla, tepla, vzduchu a vody také dostatek přístupných živin (Hrůza, 2010). Uhlík, vodík a kyslík přijímají ze vzduchu a vody, další živiny - minerální prvky - pocházejí z půdy (Radulov et al., 2009). Jejich rozdělení je uvedeno v tab. 1. Tab. 1 Nezbytné minerální prvky pro vyšší a nižší rostliny (Eyal, 2007) Rostliny Klasifikace Makroelementy Mikroelementy *
Hlavní Vedlejší Základní Užitečné
Prvek N, P, K Ca, Mg, S Mn, Cu, Zn, Fe Na, Si, Ci, Se
B, Mo, Cl, Ni
vyšší
nižší
+ + + +/-
+ + * + ** +/-
s výjimkou Ca pro houby, ** s výjimkou B pro houby
Rostliny obsahují i další chemické prvky. Celkem bylo v rostlinách identifikováno asi 70 prvků. Ovšem kromě výše uvedených prvků nebyla u dalších prokázána jejich skutečná nezbytnost (Neuberg et al., 1978). Jejich obsah v rostlinných buňkách se zpravidla výrazně liší od koncentrací v okolním prostředí (Kincl et al., 2008). Mikroelementy jsou živiny, které rostliny potřebují jen ve velmi malém množství (Koubová, 2005). Jedná se většinou o kovy v různých oxidačních stupních. Vysoké úrody odčerpávají z půdy kromě většího množství mikroelementů i stále větší množství stopových prvků. Naopak koncentrovanější a chemicky čistější průmyslová hnojiva (N, P, K) přinášejí do půdy stále méně těchto mikroelementů nepostradatelných pro normální průběh růstu a vývoje rostlin (Neuberg et al., 1978). Relativní nedostatek kteréhokoliv nepostradatelného mikroelementu omezuje využití ostatních živin pro tvorbu výnosu i kvality (Baier, 1979). Hluboký deficit vyvolává různé fyziologické poruchy a choroby (Hlušek et al., 2002). Nedostatek mikroelementů v půdě se projeví také nedostatkem v krmivu pro hospodářská zvířata (Zeman, 2006). Charakteristickým znakem mikroelementů je poměrně úzké rozmezí mezi optimálním a škodlivým obsahem. Všechny tyto prvky mají vysoký faktor účinnosti. To znamená, že jejich celková potřeba je malá, ale většinou již nepatrné zvýšení obsahu určitého mikroelementu může
11
mít za následek překročení fyziologicky únosné hranice a poškození rostlin (Ryant et al., 2003). 3.1.1 Mangan 3.1.1.1 Formy manganu v půdě Mangan je všeobecně rozšířen v půdách, v horninách jeho sloučeniny provázejí minerály obsahující železo (Šetlík et al., 1998). Celkový obsah Mn v půdách se pohybuje v širokém rozmezí od několika desítek mg Mn/kg až do několika g Mn/kg. Nízký obsah Mn je na lehkých, kyselých a propustných půdách v humidních oblastech (Vaněk et al., 2007). Maximální obsah Mn se vyskytuje v půdách na vyvřelinách a sedimentech. Sloučeniny vyskytující se v půdě obsahují Mn2+, Mn3+ a Mn4+. V půdě se Mn nachází v následujících formách: vodorozpustný Mn2+, ve formě adsorbovaného Mn v minerálních a organických koloidech, ve formě oxidů a jejich hydrátů, ve formě těžce rozpustných solí Mn (fosforečnany a uhličitany), Mn organicky vázaný (Ryant et al., 2003). 3.1.1.2 Příjem a transport manganu rostlinami V půdě probíhají změny sloučenin Mn podle oxidačně-redukčních podmínek. Všechna opatření a vlivy, které podporují oxidační procesy, vedou k tvorbě vícemocných sloučenin Mn a snižují jeho přijatelnost. Stejně tak zvýšení hodnoty pH. Naopak redukční podmínky zvyšují tvorbu sloučenin manganatých. Do cyklu přeměn v půdě zasahují i některé sloučeniny a kromě mikroorganismů i samy rostliny kořenovými sekrety. Kořenové sekreci je přičítána velká úloha v zajištění rozpustnosti sloučenin Mn v půdě (Vaněk et al., 2007). Mangan je přijímán rostlinami jako kationt Mn2+ nebo Mn-chelát (Richter a Hlušek, 1994). Příjem Mn rostlinami je výrazně ovlivněn aciditními podmínkami a také redoxním potenciálem půdy. V kyselejší oblasti pH a při redukčních podmínkách je přijatelnost Mn vyšší. Naopak zvýšená oxidace na půdách neutrálních a alkalických, provzdušněných a silně biologicky činných vede k omezení příjmu Mn (Vaněk et al., 2007). Pohyblivost Mn je v rostlinách velmi nízká, pohybuje se zřejmě v chelátové vazbě (Richter a Hlušek, 1994). Mangan je obtížně transportován ze starších orgánů, takže jeho opětné využití v mladých orgánech je značně redukované (Vaněk et al., 2007).
12
3.1.1.3 Projevy nedostatku a nadbytku manganu u rostlin Při nedostatku Mn se objevuje na mladých částech mezi žilkami rostliny chloróza. Dokonce i ty nejjemnější žilky zůstávají zelené a list má velmi rozmanitý vzhled. Místa napadnutá chlorózou jsou často žluté až krémové barvy. Po této fázi nedostatku Mn nastupuje odumírání chlorózou napadnutého pletiva a objevují se skvrny. Barva skvrn a jejich rozmístění na listě mohou být různé. Listy se síťovou žilnatinou mají skvrny kruhové a listy s podélnou žilnatinou mají skvrny podélné (Čumakov, 1976). Kořeny jsou slabé, nevyvinuté s nahnědlým zbarvením. Nedostatek Mn se vyskytuje na půdách, které mají neutrální až zásaditou reakci, stejně tak na rašelinových a karbonátových půdách. Příznaky nedostatku Mn zvýrazňuje nadbytek železa. Na nedostatek Mn jsou nejcitlivější řepa, oves, brambory, jabloň, třešeň a maliny. Nadbytek Mn v půdě vyvolává příznaky těžké chlorózy (Bergmann a Čumakov, 1977). Vyskytuje se na silně kyselých půdách u rostlin nesnášejících kyselá stanoviště. Reakce rostlin na nadbytek Mn bývá dosti podobná jako při jeho nedostatku. Většinou se vytvářejí hnědé drobné skvrny na starších listech. Nekrózami je však postižena i nervatura. Nadbytek Mn často souvisí s nedostatkem P a Mo (Vaněk et al., 2007). 3.1.1.4 Odstranění nedostatku manganu u rostlin Odstranění nedostatku nebo nadbytku Mn souvisí s úpravou pH půdy nebo substrátu či živného roztoku. Většina našich půd má pH 5,5 až 6,8. Tady by neměl být vážný problém s výživou rostlin Mn. Nedostatek může nastat na lehkých a silně kyselých půdách v humidnějších oblastech. Zde je potřeba hnojit tímto prvkem v síranu manganatém nebo např. struskou. Dávka by se měla pohybovat kolem 5 kg Mn na hektar k okopaninám nebo obilninám. U trvalých porostů a v případě zjevných příznaků nedostatku Mn lze použít mimokořenovou aplikaci, nejčastěji postřik asi 0,2 % roztokem síranu manganatého. Zásah se musí opakovat (Vaněk et al., 2007). 3.1.1.5 Význam manganu v organismu hospodářských zvířat Mangan je součástí řady enzymů - dekarboxyláz, transferáz, hydroláz, oxidáz a dalších. Jejich prostřednictvím zasahuje do metabolismu bílkovin, sacharidů, tuků, minerálních látek a vitaminů. Mangan je také potřebný pro růst kostí a pro obnovu pojivových a kosterních tkání. Hraje také určitou roli v oblastech reprodukčních a imunologických funkcí. Zasahuje do biosyntézy kyseliny askorbové (Illek, 2002). Jeho přítom-
13
nost je důležitá pro normální průběh metabolismu cholesterolu. Mangan je obsažen v játrech, ledvinách, lymfatických žlázách a pankreatu (Nehasilová, 2005). Potřeba Mn je kolem 50 mg·kg-1 sušiny krmiva. Projevem nedostatku Mn v krmné dávce je výskyt tichých říjí, nižší procento zabřezlých plemenic, zvýšení počtu zánětů pochvy a dělohy, vyšší počet abortů. Živě narozená telata mají nižší vitalitu, vyskytují se u nich deformace končetin, ataxie a různé nervové poruchy. U mladého skotu je zpomalen růst a vývoj (Dunkel et al., 2004). Sekundární nedostatek Mn vyvolává i nadbytek fosforu a vápníku v krmné dávce (Svoboda, 2004). Nadbytek Mn může způsobit anémie tím, že snižuje využití železa z krmné dávky. U prasat má deficience Mn za následek abnormální skeletální růst, zvýšené ukládání tuků, výskyt problémů v oblasti reprodukce a pokles mléčné užitkovosti. Jednou z účinných cest k redukci tloušťky hřbetního špeku je podávání manganových sloučenin prasatům ve výkrmu (Nehasilová, 2005). 3.1.1.6 Význam manganu pro člověka Tělo dospělého člověka obsahuje asi 10 až 20 mg Mn. Vyšší koncentrace Mn jsou obsaženy v kostech, játrech, pankreatu a ledvinách, nižší koncentrace se nacházejí v mozku, slezině, srdci a plících a ještě nižší v kosterním svalstvu (Velíšek, 1999). Mangan je přítomný v enzymu pyruvátkarboxyláze, který katalyzuje reakci pyruvátu. Vzniká oxalacetát, který poté vstupuje do citrátového cyklu. Mangan se vstřebává v tenkém střevě s velmi nízkou účinností 4 %. Potřeba Mn roste s věkem. Pro kojence je menší než 1 mg/den, pro děti 0,5 až 1,5 mg/den a pro dospělé osoby 2 až 5 mg/den. Nejlepšími zdroji Mn jsou luštěniny a obiloviny. Nedostatek se projevuje poškozením skeletu s následkem deprese růstu, poruchami reprodukce a neurologickými poruchami (Komprda, 2003). Chronická otrava Mn může nastat po expozici trvající pouze několik měsíců, ale obvykle k ní nedochází dříve než po dvou letech. Její vývoj ovlivňují alkoholismus, chronické infekce, avitaminózy a poruchy jaterní funkce. Mangan se může podílet na vývoji chronické bronchitidy, arteriosklerózy, chemické pneumonitidě nebo snižování systolického krevního tlaku (Bencko et al., 1995).
14
3.1.2 Měď 3.1.2.1 Formy mědi v půdě V půdě se vyskytuje Cu v anorganických i organických sloučeninách převážně jako Cu2+ (Vaněk et al., 2007). Především je však Cu vázaná na organickou hmotu (Makovníková et al., 2006). Celkový obsah Cu v půdě je uváděn v rozmezí 1-180 mg·kg-1 půdy. Vlivem biologické sorpce klesá obsah Cu s hloubkou profilu, převážná část se nachází v humózním horizontu. Formy, v nichž se Cu v půdě nachází, jsou z hlediska jejich přístupnosti pro rostliny velmi rozdílné a lze je rozdělit do následujících skupin: nevýměnná Cu (měďnaté minerály, Cu vázaná v organických sloučeninách, těžce rozpustné soli Cu), výměnná Cu, vodorozpustné soli Cu (Ryant et al., 2003). Ionty Cu se ke kořenům dostávají jako cheláty (Šetlík et al., 1998). 3.1.2.2 Příjem a transport mědi rostlinami Měď přijímají rostliny pouze v malém množství. Obsah Cu je větší v kořenech než v nadzemních částech (Richter a Hlušek, 1994). Měď je přijímána rostlinami jako kationt Cu2+. Její příjem není výrazně ovlivněn jinými ionty. Rostliny nemají velké nároky na Cu. V rostlině je málo pohyblivá, je vázána na komplexní a organické sloučeniny. Velká část Cu je vázána v chloroplastech. Fyziologické působení Cu je založeno na změně Cu2+ a Cu+, tedy oxidačně redukčních procesů. Aktivuje oxidaci difenolů na chinony - tedy tzv. polyfenoloxidázy. Nejčastěji se tyto reakce týkají oxidací tyrozinu a taninů, tj. tmavých látek, které vznikají po poranění rostlinných pletiv. Cu se účastní některých enzymových dějů přeměn N. Také v rostlinách jsou zřejmé souvislosti mezi Cu a metabolismem N. Při nedostatku Cu se snižuje využití N. Měď ovlivňuje příznivě stabilitu chlorofylu, který je pozvolněji odbouráván (Vaněk et al., 2007). 3.1.2.3 Projevy nedostatku a nadbytku mědi u rostlin Při nedostatku Cu se objevuje na listech chloróza, ztráta turgoru, vadnutí, vývin stonků je zpomalený a snižuje se tvorba semen. Příznaky nedostatku Cu jsou nejvíce viditelné na mladých částech rostliny a jsou intenzivnější v období velkých veder. Růst kořenů je zpomalený, kořeny jsou dlouhé a tenké s bílými bočními kořínky (Čumakov, 1976). Nedostatek Cu zvyšuje nadměrné hnojení dusíkem, podobné účinky má i přítomnost dvojmocného železa, které v důsledku antagonismu zpomaluje příjem Cu rostlinou (Bergmann a Čumakov, 1977). Nedostatek Cu se může projevit na lehkých, kyse-
15
lých půdách, dále na půdách s vysokým obsahem organické hmoty, případně na kyselých rekultivovaných půdách po silném vápnění. Ve většině našich půd je však obsah Cu dostatečný (Vaněk et al., 2007). Na nedostatek Cu jsou nejcitlivější kopr, salát, cibule, špenát a pšenice (Čumakov, 1976). Nadbytek Cu je u rostliny ojedinělý. Pokud je zvýšená koncentrace Cu v prostředí, zůstává většinou lokalizována v kořenech. Rostlina má schopnost při zvýšeném příjmu Cu řadou mechanismů snížit mobilitu Cu v rostlině - pevnou vazbou v buněčné stěně, omezením průchodu membránou, aktivním výdejem z cytoplazmy, uložením ve vakuole a chelatizací v membráně. Citlivé na vysoký obsah Cu jsou bobovité rostliny (Vaněk et al., 2007). 3.1.2.4 Odstranění nedostatku mědi u rostlin K odstranění nedostatku Cu je nejčastěji používán síran měďnatý (25 % Cu). Běžná dávka této technické soli je 15 až 20 kg na hektar k obilninám. Také pro přihnojování během vegetace se používá asi 0,1 % roztok síranu měďnatého. Je vhodné postřiky realizovat ráno nebo večer (Vaněk et al., 2007). Značnou toxicitu má Cu pro nižší organismy typu plísní, bakterií a nižších hub, proto se používá síran měďnatý také jako fungicidní prostředek, např. k ošetření vinné révy (Kafka a Punčochářová, 2002). 3.1.2.5 Význam mědi v organismu hospodářských zvířat Měď má v organismu hospodářských zvířat mnohostrannou funkci. Je nezbytná pro tvorbu pigmentů, elastinu, kolagenu, keratinu, ovlivňuje metabolismus skeletu, krvetvorbu, reprodukční funkce, činnost nervové soustavy a imunitu. Je neoddělitelnou součástí enzymů - cytochromoxidáza, superoxiddismutáza, aminooxidáza, tyrozináza a dalších. Ceruloplazmin je transportní formou Cu ve vnitřním prostředí a má značný antioxidační účinek (Nehasilová, 2005). Měď je velmi důležitá pro specifickou a nespecifickou imunitu. Příznaky nedostatku mědi v krmné dávce jsou různé. Pro většinu zvířat jsou charakteristickým příznakem anémie, kardiomyopatie, poruchy růstu a vývinu. Zvýšený obsah Cu v krmné dávce způsobuje zvýšené ukládání mědi v organismu zvířete, především v játrech a ledvinách (Illek, 2005). Měď však není pro zvířata příliš toxická (Kafka a Punčochářová, 2002). Vedle primárního nedostatku Cu zvířata trpí i jejím sekundárním nedostatkem, a to zejména v oblastech, kde je v pitné vodě a krmivech vysoká koncentrace S, Fe
16
a Mo. Tyto prvky omezují resorpci Cu a narušují její metabolismus (Hemken et al., 1999). 3.1.1.6 Význam mědi pro člověka Tělo dospělého člověka obsahuje asi 100 až 180 mg Cu. Měď obsahují především játra, ledviny, svalstvo, mozek, plíce a krev (Velíšek, 1999). Základní funkce Cu spočívá v účasti ve struktuře některých metaloenzymů s antioxidační funkcí, konkrétně superoxiddismutázy. Ta katalyzuje v reakci, jejíž výsledkem je peroxid vodíku a ten je následně rozložen katalázou. Další funkcí Cu je účast v biosyntéze ceruloplasminu. Je to látka s aktivitou ferooxidázy, katalyzuje v plazmě reakci dvojmocného Fe na trojmocné, které je následně fixováno v molekule transferinu. Toto propojení s metabolizmem Fe má za následek, že nedostatek Cu vede k anémii. Měď se vstřebává v duodenu s účinností 30 až 70 %. Tato účinnost závisí na saturaci organismu mědí (Komprda, 2003). Vylučování se děje stolicí, do střeva se přebytečná Cu dostává ve žluči. Potřeba Cu je 1 až 1,5 mg/den. Dobrým zdrojem Cu jsou vnitřnosti, cereálie, ryby, ořechy, čokoláda, káva, čaj, zelenina. Nedostatek Cu se projevuje hypochromní anémií, leukocytopénií, frakturami kostí, narušením cévní stěny (Komprda, 2003). Při akutní expozici parám Cu nebo prašným aerosolům vzniká horečka z kovů. Soli Cu působí dráždivě na neporušenou kůži. Jejich účinek se projevuje svěděním, erytémem a zánětem kůže (Bencko et al., 1995). Soubor zdravotních problémů souvisejících s chronickou akumulací mědi v játrech, ledvinách, mozku a oční rohovce je označován jako Wilsonova nemoc. Dochází k poškození uvedených orgánů a k jejich funkční nedostatečnosti. Negativním působením mědi na děti mladší než tři roky je vyvolána Mankesova choroba. Je poškozen nerovový systém s následnou duševní i fyzickou retardací (Kafka a Punčochářová, 2002). Nadměrný příjem Cu má statisticky prokázaný karcinogenní účinek (Makovníková et al., 2006). 3.1.3 Zinek 3.1.3.1 Formy zinku v půdě Obsah Zn v půdě je v rozmezí několika desítek ppm a vyskytuje se hlavně v minerální formě jako součást mřížky minerálů - např. biolit, augit, amfibol (Vaněk et al., 2007). Nejčastěji se vyskytuje jako minerál sfalerit - ZnS (Šafářová a Řehoř, 2006). Mezi hlavní faktory ovlivňující koncentraci Zn v půdě je koncentrace křemene (Barak 17
a Helmke, 1993). Část Zn je vázána jako kationt Zn2+, případně ZnOH+ v sorpčním komplexu. Menší podíl Zn v půdě je vázán v organických sloučeninách. Minerální sloučeniny jsou kromě ZnS relativně rozpustné, ale pouze v kyselé oblasti pH. Proto je větší část Zn v půdním roztoku, zvláště při neutrální a alkalické oblasti pH, organického původu. Nejčastěji je vázána na aminokyseliny a fulvokyseliny, také je v chelátových vazbách (Vaněk et al., 2007). 3.1.3.2 Příjem a transport zinku rostlinami Zinek je rostlinami přijímán jako Zn2+, případně v hydratovaných formách a v chelátové vazbě (Richter a Hlušek, 1994). Nároky jednotlivých druhů rostlin jsou rozdílné a jeho obsah v pletivech se pohybuje v rozmezích 20 až 100 ppm Zn v sušině. Na příjem Zn má vliv pH a množství P v prostředí. Zvýšené množství P v půdním roztoku zřejmě krátkodobě sníží rozpustnost Zn - vytvářejí se nerozpustné fosforečnany zinečnaté. Stejně tak vyšší hodnota pH snižuje příjem Zn. Zinek je potlačován také přítomností většího množství Fe a Cu. Zvýšené množství Mn nemá významnější vliv. Větší obsah P omezuje pohyb Zn v rostlině, hlavně jeho transport do vegetačních vrcholů. Proto je v rostlinách důležitý nejen obsah Zn, ale i vzájemný poměr P a Zn. Při vyšším obsahu P musí být vyšší obsah Zn a naopak. Normální je poměr P/Zn 50 - 200. Fyziologický význam Zn spočívá hlavně v tom, že je součástí prostetických skupin enzymů a řadu enzymových reakcí ovlivňuje. Je součástí karbonátdehydratázy. Je to enzym, který v chloroplastech katalyzuje vzájemné reakce mezi oxidem uhličitým, vodou a ionty H+ a HCO3-, a tím působí jak H+ pufr. Dále je součástí alkoholdehydrogenázy, RNA polymerázy, superoxidismutázy a alkalické fostatázy a fostolipázy. Zinek výrazně působí na metabolismus sacharidů (Vaněk et al., 2007). Významný vliv má na růstové hormony, je nezbytnou strukturální součástí ribozomů (Marschner, 1995). 3.1.3.3 Projevy nedostatku a nadbytku zinku u rostlin Nedostatek Zn se projevuje na rostlinách, především na mladých částech, vytvářením růžic s úzkými a drobnými listy. Vyvolává zežloutnutí a drobnou skvrnitost listů. Listy jsou asymetrické a často zbarvené do modrozelena. Všeobecně jsou stonky a listy menší a současně se vyskytuje chloróza - žloutnutí, které se často mění na barvu hnědou až šedou. Nejčastěji se nedostatek Zn objevuje hned po pučení listů. Růst kořenů je slabý a zpomalený (Čumakov, 1976). Typickým rysem nedostatku Zn v rostlině je vysoká aktivita RNAázy, jejímž výsledkem je nízký obsah proteinů a vysoký obsah aminokyse-
18
lin (Pavlíková et al., 2007). Nedostatek Zn se objevuje jednak na lehkých půdách, jednak na těžkých půdách s různou hodnotou pH. Příznaky jsou výraznější po vápnění a po vysokých dávkách fosforečných hnojiv. Citlivost rostlin na nedostatek Zn podporuje silná zima a suché jaro. Na nedostatek Zn jsou nejcitlivější kukuřice, chmel, len, fazole, vinná réva, broskvoň, sója a citrusovník. Nadbytek Zn se v rostlinách vyskytuje velmi málo (Bergmann a Čumakov, 1977). Při vysokém obsahu Zn v prostředí je omezen příjem Fe, rostliny špatně rostou a mají silnou chlorózu (Vaněk et al., 2007). Expozice vysokou koncentrací Zn vede ke stárnutí buněk xylému a floému. Zinek omezuje proces akumulace asimilátů floémem, což má za následek kumulaci škrobu v listech (Pavlíková et al., 2007). 3.1.3.4 Odstranění nedostatku zinku u rostlin Zajištění přiměřeného příjmu Zn rostlinami je možné úpravou půdních podmínek, hlavně pH. Na alkalických půdách je nutné omezit jednorázové a vyšší dávky fosforečných hnojiv a u dusíkatých hnojiv přednostně používat kyselá hnojiva, jako je síran amonný. Půdy s nízkým obsahem Zn je nutné hnojit síranem zinečnatým. Doporučované dávky jdou pro těžší půdy okolo 10 kg Zn a na lehkých půdách okolo 6 kg Zn na hektar, nejčastěji pro kukuřici. Také pro mimokořenovou aplikaci Zn je možné využít asi 0,1 % roztok síranu zinečnatého nebo hnojivo Zinkocit v koncentraci asi 0,2 %. Postřiky musí být využívány hlavně u trvalých kultur a při akutním nedostatku Zn. Postřiky se musí opakovat (Vaněk et al., 2007). 3.1.3.5 Význam zinku v organismu hospodářských zvířat Zinek zastává v organismu zvířat mnohostrannou funkci. Vyskytuje se ve všech buňkách, je součástí enzymů, působí jako aktivátor různých enzymů, je důležitý pro syntézu proteinů a nukleových kyselin. Je nezbytný pro růst zvířat, normální procesy v kůži, pro tvorbu kožních útvarů, ovlivňuje metabolismus skeletu, reprodukční funkce, zasahuje do energetického a proteinového metabolismu. Vysoká koncentrace Zn je v erytrocytech a leukocytech, oční sítnici, pankreatu, varlatech, prostatě, jaterní a svalové tkáni. Ve skeletu je Zn ve vysoké koncentraci obsažen v místech aktivních zón (Nehasilová, 2005). Absolutní nedostatek Zn se vyskytuje zřídka, protože jeho obsah v obilovinách je poměrně vysoký. Nedostatek se obvykle projeví při předávkování Ca v krmné dávce. Karence Zn u telat se projevuje změnami na kůži a v narušeném imunitním systému,
19
a tím i vyšším výskytem průjmových a respiračních onemocnění. U krav dochází ke zhoršení reprodukce, je patrný zvýšený výskyt ovariálních cyst, zvýšená nemocnost paznehtů a predispozice ke vzniku mastitid. Karence zinku omezuje tvorbu gonadotropních hormonů, způsobuje tiché říje až anestrus. Z důvodu narušení imunity vzniká predispozice ke vzniku endometritid chronického charakteru (Illek, 2002). Na pastvě často dochází k výskytu nedostatku Zn, který může být zesílen vlivem antagonismu síry a molybdenu především na zamokřených stanovištích (Neumann, 2005). Metabolismus Zn ovlivňuje v antagonistickém smyslu Cd. Kadmium zabraňuje, aby se Zn v organismu správně rozdělil a využil jako součást enzymů. Zvýšení obsah Zn v potravě snižuje koncentraci Cu v orgánech (Paseka, 2000). Nedostatek Zn v krmné dávce může nastat také při zkrmování dávek s velkým nadbytkem Ca (Nehasilová, 2005). Toxičtější je Zn pro vodní organismy a to jak pro ryby, tak pro zooplankton. Efekt zinečnatých iontů je přitom větší v měkké vodě než ve vodě tvrdé (Kafka a Punčochářová, 2002). 3.1.3.6 Význam zinku pro člověka V těle dospělého člověka je obsaženo 1,4 až 3,0 g Zn. Vysoké koncentrace Zn se nacházejí především v kůži, vlasech, nehtech, očních tkáních, játrech, ledvinách, slezině a v mužských pohlavních orgánech (Velíšek, 1999). Základní funkce Zn jsou v činnosti některých enzymů metabolismu bílkovin, sacharidů a nukleových kyselin, zabezpečení činnosti některých hormonů, skladování pankreatického hormonu inzulínu, činnosti imunitního systému, spermatogeneze a syntézy testosteronu, zabezpečení správného růstu organismu, hojení ran. Zinek se absorbuje v tenkém střevě s průměrnou účinností asi 30 % (Komprda, 2003). V krvi je Zn ze 75 % vázán v plazmě, z 22 % na erytrocytech a ze 3 % na leukocytech (Strnadová a Matějková, 2006). Zinek je vylučován především stolicí a kůží. Potřeba Zn je 10 mg na den u mužů a 7 mg na den u žen. Zdrojem Zn je hovězí, vepřové i drůbeží maso, játra, mléko, luštěniny. Nedostatek Zn se projevuje ztrátou chuti k jídlu, dermatitidami, vypadáváním vlasů, neuropsychickými potížemi, depresí růstu, poškozenou činností pohlavních orgánů, poškozením funkcí imunitního systému. Příliš vysoký příjem Zn bývá příčinou otrav dětí. Dávka vyvolávající akutní toxicitu je 2 g. Dochází při ní k poruchám trávícího traktu a poruchám krevního obrazu (Komprda, 2003). Prahovou hranicí toxicity Zn 20
ve vodě je 30 mg·l-1. Onemocnění nejsou v tomto případě známa (Strnadová a Matějková, 2006). Po inhalaci par nebo velmi jemného prachu kovového Zn a oxidu zinečnatého dochází k horečce z kovů. Někteří autoři přisuzují Zn určitou úlohu v karcinogenezi. Snížené vstřebávání Zn ve střevě může vést k onemocnění acrodermatitis enterohepatica, charakterizované kožními projevy a gastrointestinálními potížemi (Bencko et al., 1995). Rozpustné sloučeniny Zn, např. síran zinečnatý nebo chlorid zinečnatý, mají místy lepkavé účinky. Jejich požití vyvolává žaludeční potíže, zvracení a průjmy (Kafka a Punčochářová, 2002). 3.1.4 Železo 3.1.4.1 Formy železa v půdě Většina půd vykazuje poměrně vysoký obsah Fe (okolo 2 %). Pouze na půdách organogenního původu je jeho obsah nižší. Jedná se většinou o Fe obsažené v krystalické mřížce primárních i sekundárních minerálů. Vysoký podíl Fe je v oxidové formě (magnetit, krevel, goethit a hnědel), kde je značně stabilní, a proto i při zvětrávacích procesech se v těchto formách hromadí. Převážná část Fe je v půdě v anorganické formě. Malé množství se vyskytuje v komplexech s humusovými látkami a zřejmě tvoří větší část rozpuštěného Fe v půdě. Charakteristická pro anorganické sloučeniny Fe v půdě je jeho velmi malá rozpustnost, která je závislá na pH prostředí. Teprve v kyselejší oblasti jsou ionty Fe přítomné v půdním roztoku ve významnějším množství. Zde může být buď jako Fe3+ nebo Fe2+, které se mohou podílet na výživě rostlin. Jejich zastoupení je závislé na redoxním potenciálu půdy. Při redukčních podmínkách převažuje přítomnost a příjem Fe2+, zatímco v provzdušněných půdách s dostatečnou biologickou činností je to Fe3+. Ve většině půd je v půdním roztoku s ohledem na malou rozpustnost anorganických sloučenin rozhodující přítomnost Fe vázaného v chelátových sloučeninách, které většinou vykazují stabilitu i při vyšších hodnotách pH (Vaněk et al., 2007). 3.1.4.2 Příjem a transport železa rostlinami Železo přijímají rostliny jako Fe2+, Fe3+ nebo ve formě Fe-chelátu aktivně (Richter a Hlušek, 1994). Železo přijímají rostliny téměř výhradně jen kořenovými špičkami, tj. mladými částmi kořenového systému. Příjem Fe rostlinami je značně ovlivňován hodnotou pH půdy. V rozmezí pH 5,0 - 6,5 je většinou rozpustnost, a tím i příjem Fe přiměřený. Značně omezený příjem Fe nastává v alkalické oblasti pH, kdy se vytvářejí málo rozpustné sloučeniny a snižuje se rozpustnost přítomných sloučenin Fe. Význam21
né jsou i konkurenční vztahy mezi ionty. Jedná se o konkurenci kationtů při tvorbě chelátů i vlastním příjmu. Chelátové sloučeniny jsou významné při výživě rostlin. Železo snadno reaguje s chelátotvornými sloučeninami a zajišťují tak přítomnost určitého množství Fe v půdním roztoku a jeho transport ke kořenům. V rostlině přechází velká část Fe do organických vazeb. Většina Fe je soustředěna v chloroplastech a v mitochondriích, tedy buněčných částicích, kde se uskutečňují nejvýznamnější procesy tvorby i odbourávání sacharidů. Velká část Fe je zde vázána na fosfoproteiny a slouží jako zásobní látka Fe pro výstavbu plastidů. Je dále součástí prostetických skupin četných enzymů. Transport Fe v rostlině je omezený, zvláště bazipetálně, a uskutečňuje se nejčastěji v podobě citrátu. S tím souvisí i malá schopnost využívat Fe ze starších sloučenin a pletiv. Obsah Fe v sušině rostlin se běžně pohybuje okolo 100 ppm, je soustředěn hlavně v listech, málo Fe je v kořenech, hlízách a semenech. Náročné plodiny na Fe jsou oves, špenát a rýže (Vaněk et al., 2007). 3.1.4.3 Projevy nedostatku a nadbytku železa u rostlin Příznaky nedostatku Fe jsou typické tím, že je omezena tvorba chlorofylu hlavně ve vrcholových částech rostliny, takže nejmladší listy jsou světle zelené, později žloutnou - jedná se o typickou chlorózu, která postihuje celý list (Vaněk et al., 2007). Kořeny jsou krátké a hnědé s velkým počtem postranních bílých kořínků. Nedostatek Fe se může projevovat na půdách bohatých na Ca a se zásaditou reakcí. Lze ho také pozorovat i na některých kyselých půdách s vysokým obsahem Mn. Příznaky nedostatku Fe zesiluje nadbytek P nebo nedostatek K, stejně tak nadbytek rozpustných solí těžkých kovů v půdě - Zn a Cu (Bergmann a Čumakov, 1977). Na nedostatek Fe jsou nejcitlivější ovocné stromy, vinná réva, maliny, rajčata, oves a kukuřice (Čumakov, 1976). Nadbytek Fe může přicházet v úvahu jen na stanovištích silně kyselých, kde vysokou rozpustností sloučenin Fe v půdě se může projevit až jeho toxicita (Vaněk et al., 2007). Rostliny, které mají nadbytek Fe jsou intenzívně tmavě nebo modrozeleně zbarvené. Listy v těžkých případech po určitém čase nekrotizují bez předchozí změny zbarvení. Růst celé rostliny, včetně listů a kořenů, je silně omezený, kořeny mají hnědou barvu (Bergmann a Čumakov, 1977). 3.1.4.4 Odstranění nedostatku železa u rostlin Odstranění disproporcí ve výživě Fe u rostlin vyžaduje především úpravu aciditních podmínek stanoviště, tedy preventivní opatření. Je třeba se vyvarovat radikálních
22
změn pH půdy, substrátu či živného roztoku - hlavně jeho alkalizaci. Na alkalických půdách s vysokým obsahem uhličitanů můžeme jen dílčími opatřeními zmírnit dopad omezeného příjmu Fe, např. používáním silně kyselých hnojiv (síran amonný). Mnohem snadnější je úprava silně kyselého prostředí vápněním. Při zjevných příznacích chloróz je možné zmírnit nedostatek Fe mimokořenovou výživou. K postřiku je možné použít solí Fe nejlépe v chelátových vazbách (citrát Fe) nebo speciálních hnojiv (Fytovit, Ferrovit, Tenso-Fe atd.). Postřiky je nutné opakovat (Vaněk et al., 2007). 3.1.4.5 Význam železa v organismu hospodářských zvířat Železo se ukládá ve slezině, kostní dřeni a v játrech. Polovina zásob železa se nachází v hemoglobinu. Dostatek vitaminu D zvyšuje využití železa. Přítomnost vitaminu C napomáhá jeho vstřebávání v tenkém střevě (Nehasilová, 2005). Metabolismus Fe a především pak jeho transport tělními tekutinami a následné zabudování do hemových struktur probíhá zcela specificky a značně se liší od metabolismu ostatních prvků. Nevázané Fe je pro živý organismus poměrně toxické a tak si jeho obsah v tělních tekutinách pečlivě hlídá. Proto v těle existují obranné mechanismy, které nedovolí jakékoliv zvýšení obsahu volného železa v tkáních a tělních tekutinách (Gebauer a Matějík, 1999). Anémie z nedostatku železa je již dlouho považována na závažný problém v produkci prasat. Železo je důležitým prvkem zejména u rostoucích zvířat. Mezi nejdůležitější faktory, které jsou příčinou vzniku anémie u selat, patří vysoká intenzita růstu v časném postnatálním období, nízký obsah Fe v mléku prasnice a nedostatečné fetální rezervy Fe. Ve srovnání s ostatními savci jsou selata díky vysoké intenzitě růstu k anémii z nedostatku Fe mnohem náchylnější. V pokročilém stádiu rozvoje anémie již bledne celá kůže, vyskytuje se ztížené dýchání, letargie a zrychluje se srdeční tep. Smrt se může dostavit náhle jako následek hypoxie a srdečního selhání. Vysoký je též výskyt infekčních chorob, zejména pak střevních infekcí, jejichž původcem je nejčastěji Escherichia coli (Svoboda, 2004). 3.1.4.6 Význam železa pro člověka Celkové množství elementárního Fe v těle dospělého člověka je asi 3 až 5 g. Nejvyšší koncentrace se nacházejí v krvi, játrech a slezině. Nižší koncentrace jsou v ledvinách, srdci a kosterním svalstvu. Koncentrace Fe v pankreatu a mozku je asi dvakrát až desetkrát nižší než v játrech nebo slezině (Velíšek, 1999). Železo je složkou proteinů
23
určených v organismu k transportu kyslíku: hemoglobinu resp. myoglobinu. Železo je v organismu vázáno na speciální bílkoviny - feritin a v menší míře hemosiderin (Komprda, 2003). Denní ztráta Fe ve formě odloupaného střevního epitelu, obsahu trávících šťáv, odloupané kůže, moči a potu činí asi 1 mg. Doporučený příjem Fe činí 10 mg/den. Dobrými zdroji Fe jsou vepřová játra, čaj, sója, hrách, hovězí maso, vejce a celozrnný chléb. Při nedostatečném příjmu dochází k nedostatečnému přesunu Fe do kostní dřeně, snižuje se syntéza hemoglobinu, v krvi je nedostatek Fe, což se klinicky projevuje bledostí, únavností, vzrušivostí a nervozitou, deformacemi nehtů, prasklinami ústních koutků, záněty sliznice dutiny ústní, u dětí jsou postiženy mentální, psychomotorické a imunitní funkce. Rizikové jsou poruchy trávení, chronické krvácení. Nebezpečný může být i nadměrný příjem Fe. Přebytečné Fe je tak skladováno v hemosiderinu, což se klinicky projevuje jako hemosideróza (nadměrné skladování Fe bez poškození buněk) a hemochromatóza (patologické změny jater, srdce, pankreatu, kloubů, pohlavních žláz (Komprda, 2003).
3.2 Analytické metody ke stanovení obsahu mikroelementů v půdě Do roku 1983 byly stanovovány pouze základní půdní vlastnosti - půdní reakce, obsah uhličitanů, potřeba vápnění a obsah přístupného P, K a Mg. V období 1986 až 1991 byla škála základních stanovení rozšířena o mikroelementy - Cu, Zn, Mn, B a Mo. Rizika kontaminace půd nežádoucími látkami vyvolaly potřebu jednorázového průzkumu na obsah těžkých kovů (Trávník et al., 1999). Se systematickým řešením problematiky stopových prvků ve výživě rostlin bylo však v České republice už započato začátkem 70. let. První průzkum byl proveden v období 1971 až 1975. Jeden odebraný vzorek reprezentoval výměru 100 ha orné půdy. Obsahy všech stopových prvků byly stanoveny ve výluhu 1N roztoku kyseliny chlorovodíkové. Stanoven byl půdotvorný substrát, maximální sorpční kapacita, zrnitostní složení, pH aj. Druhý pětiletý cyklus byl zaměřen na plochy speciálních kultur (Nerad, 1991). Třetí podrobný průzkum půd proběhl v již zmiňovaných letech 1986 až 1991. U každého vzorku se zjišťoval obsah Cu, Zn, Mn, B a Mo metodami: Mn, Zn a Cu - atomovou absorpční spektrometrií v roztoku podle Lindsaye a Norvella, B - fotometricky ve výluhu podle Berger-Truoga, Mo - kolorimetricky ve výluhu podle Grigga (Nerad, 1991). 24
Existující rizika kontaminace nežádoucími látkami vyvolala potřebu jednorázového průzkumu na obsah těžkých kovů. V půdních vzorcích odebraných v období 1990 až 1992 bylo stanoveno Cd, Cr, Pb a Hg celoplošně, lokálně i další prvky, např. Zn, Cu, Ni. Tento orientační průzkum byl podkladem pro založení Registru kontaminovaných ploch. Stanovení těžkých kovů pokračovalo i v dalším období, ale již pouze v lokalitách s prokázanými nadlimitními či zvýšenými obsahy (Staňa et al., 2011). 3.2.1 Úprava půdních vzorků pro chemické rozbory Pro analýzy se používají vzorky půd vysušené na vzduchu. Odebraný půdní vzorek se vysuší rozložený do tenké vrstvy (do 15 mm) na suchém a větraném místě. Je třeba zajistit, aby vzorek nemohl být při sušení kontaminován. Nesmí se sušit na slunci nebo pomocí umělého zdroje tepla (Zbíral, 2002). Z půdních vzorků na vzduchu vyschlých se odstraní hrubší kus skeletu a případné rostlinné a živočišné zbytky. Vzorek se opatrně rozdrtí tak, aby byly rozdrceny jen stmelené hrudky a drobty, nikoliv však částice skeletu (Javorský et al., 1987). Částice skeletu větší než 2 mm se oddělí prosetím sítem o velikosti otvorů 2 mm. Větší části skeletu se odstraňují již před zahájením sušení (Zbíral, 1995). Bylo prokázáno, že pro půdy ČR lze použít standardní úpravu půd na velikost částic do 2 mm oproti úpravě doporučované normou ISO 11466 (Zbíral, 2002). Upravené vzorky je možné skladovat v papírových sáčcích nebo uzavřených polyetylenových láhvích s širokým hrdlem na suchém a dobře větraném místě mimo dosah slunečního záření po dobu 5 i více let (Zbíral, 2002). 3.2.2 Extrakce půd 3.2.2.1 Extrakce půd lučavkou královskou Postup je určen pro vzorky minerálních a organických půd, kalů, sedimentů a hornin upravených dle 3.2.1. V mineralizátu je možné stanovit uzanční celkové obsahy Mn, Cu, Zn a Fe a mnoha dalších prvků (Zbíral, 1996). Stanovení není vhodné pro materiál obsahující více než 20 % Cox stanoveného podle ISO 10694. Při vyšším obsahu je třeba zvýšit množství přidávané kyseliny dusičné nebo snížit navážku. Upravený vzorek se extrahuje směsí kyseliny chlorovodíkové a kyseliny dusičné (3:1) za zvýšené teploty (Zbíral, 2003).
25
3.2.2.2 Extrakce půd 2M kyselinou dusičnou Postup je určen pro vzorky půd a kalů, sedimentů a příbuzných materiálů upravených dle 3.2.1. V mineralizátu je možné stanovit Mn, Cu, Zn a Fe a mnoha dalších prvků. Upravený vzorek se extrahuje kyselinou dusičnou o koncentraci 2 mol·l-1 za laboratorní teploty (Zbíral, 1996). 3.2.2.3 Extrakce půd 2M kyselinou dusičnou za varu Postup je určen pro vzorky půd a kalů, sedimentů a příbuzných materiálů upravených dle 3.2.1. V mineralizátu je možné stanovit Mn, Cu, Zn a Fe a mnoha dalších prvků. Upravený vzorek se extrahuje kyselinou dusičnou o koncentraci 2 mol·l-1 za varu (Zbíral, 2003). Do skleněné baňky s plochým dnem o objemu 250 ml se naváží 10,00 g s přesností ± 0,002 g vzorku, přidá se 100 ± 0,2 ml zředěné kyseliny dusičné (138 ml 65% se zředí vodou na výsledný objem 1000 ml). Po důkladném promíchání se baňka zakryje hodinovým sklem a umístí se do vroucí vodní lázně, kde se bez míchání zahřívá 120 minut. Potom se baňka ochladí proudem vodovodní vody a ještě teplá suspenze se filtruje přes filtrační papír do čisté a suché polyetylenové nádobky o objemu 100 ml. Filtruje se celý objem extraktu, prvních 5 - 10 ml filtrátu se odstraní (Zbíral, 2003). 3.2.2.4 Extrakce půd 0,43 M kyselinou dusičnou Postup je určen pro vzorky půd a příbuzných materiálů upravených dle 3.2.1. V mineralizátu je možné stanovit Cu, Zn a celou řadu prvků. Upravený vzorek se extrahuje kyselinou dusičnou o koncentraci 0,43 mol·l-1 za laboratorní teploty (Zbíral, 2003). Do uzavíratelné polyetylenové nádobky o objemu 250 ml se naváží 5,00 ± 0,002 g vzorku, přidá se 50 ± 0,2 ml zředěné kyseliny dusičné (k 30 ml vody se opatrně přidá 34,7 ml 65%, po ochlazení se objem doplní vodou na 100 ml). Dále se za pomoci byrety přidá na každé procento CaCO3 0,20 ml zředěné kyseliny dusičné (k 30 ml 65% se přidá 700 ml vody a po ochlazení a převedení do odměrné baňky 1000 ml se doplní vodou po značku). Po ukončení reakce se nádoby uzavřou a extrahuje se 120 minut za laboratorní teploty. Ihned po extrakci se suspenze filtruje přes filtrační papír do čisté a suché polyetylenové nádobky o objemu 100 ml. Filtruje se celý objem extraktu, prvních 5 - 10 ml filtrátu se odstraní (Zbíral, 2003).
26
3.2.2.5 Extrakce půd metodou AB-DTPA Postup je použitelný pro všechny půdy upravené dle 3.2.1. Je určen pro všechny alkalické půdy, které mají pH/H2O vyšší než 7,5. Není však vhodný pro půdy s extrémně vysokým obsahem Ca nebo Na (Zbíral, 1995). Půda se extrahuje roztokem hydrogenuhličitanu amonného. K roztoku se také přidává kyselina dietylentriaminopentaoctová (Zbíral a Honsa, 2010). Do uzavíratelné nádobky o objemu 250 ml se naváží 10 g upraveného půdního vzorku s přesností ± 0,002 g. Dávkovacím zařízením nebo odměrným válcem se přidá 20 ml extrakčního roztoku AB - DTPA a po uzavření se extrahuje na rotační třepačce 15 minut. Příprava AB - DTPA: v 800 ml demineralizované vody se rozpustí 1,97 g DTPA (kyselina dietylentriaminopentaoctová), přidají se 2 ml zředěného vodného roztoku amoniaku (10 ml koncentrovaného vodného roztoku amoniaku a 10 ml demineralizované vody) a 79,06 g hydrogenuhličitanu amonného, po rozpuštění se pH roztoku upraví na hodnotu 7,6 přídavkem zředěné kyseliny chlorovodíkové, doplní se na 1000 ml. Po extrakci se suspenze ihned filtruje přes hustý filtrační papír. Těsně před filtrací se suspenze promíchá. K filtrátu se potom na každé 2 ml objemu přidá 0,25 ml koncentrované kyseliny dusičné (65%) pro odstranění hydrogenuhličitanů a uhličitanů (Zbíral, 1995). 3.2.2.6 Extrakce půd metodou DTPA-TEA Postup je vhodný pro všechny půdní vzorky upravené dle 3.2.1. Tato metoda slouží především k určení uvolnitelnosti některých prvků pro rostliny. Kromě nutričně významných mikroelementů - Mn, Cu, Zn, Fe - je použitelná i pro stanovení některých půdních kontaminantů. Extrakce probíhá při pH 7,3 při teplotě 20 °C a při poměru půda a extrakční roztok 1:2 za přesně definovaných podmínek extrakčním roztokem (Zbíral, 2003). 3.2.2.7 Extrakce půd roztokem dusičnanu amonného Postup je použitelný pro všechny půdy upravené dle 3.2.1. Je určen pro stanovení mobilních frakcí prvků. Kromě Cu a Zn je postup použitelný i pro stanovení dalších prvků. Extrakce roztokem dusičnanu amonného probíhá při pH půdy. Po ustavení rovnováhy mezi půdou a extrakčním roztokem se stanovuje obsah jednotlivých prvků v extraktu vhodným analytickým postupem (Zbíral, 2011).
27
10 g upraveného půdního vzorku extrahujeme 25 ml 1 M dusičnanem amonným po dobu 2 hodin při teplotě 20 ± 2 °C. Extrakce se provádí v uzavíratelných plastových nádobách (nádoby jsou louženy v 5% kyselině dusičné minimálně 24 hodin a poté opláchnuty vysoce čistou demineralizovanou vodou, vysušeny a uchovány ve vzduchotěsných plastových boxech) o objemu 50 ml na rotační třepačce (20 otáček za minutu). Po extrakci jsou vzorky odstředěny na centrifuze 10 minut při 3000 otáčkách. Poté jsou extrakty filtrovány přes 0,45 µm membránový filtr. Před filtrací jsou membránové filtry propláchnuty kyselinou dusičnou podvarově čištěnou, dále vysoce čistou demineralizovanou vodou a následně částí extraktu. Přes takto upravený filtr poté přefiltrujeme zbytek extraktu a přidáme 0,1 ml kyseliny dusičné podvarově čištěné na každých 10 ml extraktu. Extrakty uchováváme v lednici (Zbíral, 2011). 3.2.2.8 Extrakce půd roztokem chloridu vápenatého Postup je použitelný pro všechny půdy upravené dle 3.2.1. Je možné stanovení mikroelementů (Cu, Zn, Mn, Fe), pH a dalších parametrů. Extrakce roztokem chloridu vápenatého probíhá při pH půdy a iontové síle blízké průměrné iontové síle půdního roztoku. Po ustavení rovnováhy mezi půdou a extrakčním roztokem se stanovuje obsah jednotlivých parametrů v extraktu vhodným analytickým postupem (Zbíral, 2003). 10 g upraveného půdního vzorku se v polyetylenové láhvi 250 ml extrahuje 100 ml extrakčního roztoku (1470 g dihydrátu chloridu vápenatého se rozpustí v 1000 ml destilované vody). Na rotační třepačce je při 45 - 55 ot·min-1 a 20 °C dosaženo rovnováhy za dvě hodiny. Potřebná část extraktu se odstředí při 3000 ot·min-1 po dobu 10 minut. Čistý supernatant se použije pro stanovení dalších parametrů. Pokud vzorek obsahuje lehké částice, je možné supernatant přelít přes suchý kvalitní filtr. Vzhledem k možným sorpcím a kontaminacím spojených s kontaktem supernatantu s filtračním papírem je třeba prvních 30 ml filtrátu odstranit.Vzorek se uchovává v pečlivě vymyté, dobře uzavíratelné polyetylenové nádobě. V každé sérii je třeba stanovit dva slepé pokusy. Vzorek je třeba okyselit, aby se zamezilo ztrátám sorpcí na stěny nádobky. Pro okyselení se na každých 5 ml extraktu přidá 0,1 ml kyseliny dusičné (34,7 ml 65% se přidá k 50 ml demineralizované vody a po vytemperování se objem upraví na 100 ml) (Zbíral, 2003).
28
3.2.2.9 Extrakce půd vodným výluhem Postup je určen pro stanovení Cu, Zn, Mn a Fe v extraktech půd ve vodném výluhu. Vysušený, upravený a zhomogenizovaný vzorek je extrahován vysoce čistou demineralizovanou vodou po dobu 24 h (Zbíral, 2003). 10 g upraveného půdního vzorku je extrahováno 100 ml vysoce čisté demineralizované vody po dobu 24 h. Extrakce se provádí v uzavíratelných plastových nádobách o objemu 250 ml na rotační třepačce při 5 otáčkách za minutu. Po extrakci jsou vzorky odstředěny na centrifuze 10 minut při 3000 otáčkách. Poté jsou extrakty filtrovány přes 0,45 µm membránový filtr. Před filtrací jsou membránové filtry propláchnuty koncentrovanou kyselinou dusičnou, podvarově destilovanou, dále vysoce čistou demineralizovanou vodou a následně částí extraktu. Přes takto upravený filtr poté přefiltrujeme zbytek extraktu a přidáme 0,1 ml koncentrované kyseliny dusičné, podvarově destilované, na každých 10 ml extraktu. Extrakty uchováváme v lednici. Plastové nádoby jsou louženy v koncentrované kyselině dusičné, podvarově destilované, minimálně 24 hodin a poté opláchnuty vysoce čistou demineralizovanou vodou, vysušeny a uchovány ve vzduchotěsných plastových boxech (Zbíral, 2003). 3.2.2.10 Extrakce půd podle Morgana a Wolfa Postup je použitelný pro všechny půdy upravené dle 3.2.1. Je určen pro všechny kyselé a neutrální půdy, zvláště vhodný je pro organické půdy. Půda se extrahuje slabě kyselým roztokem, který obsahuje tlumivý systém kyseliny octové a octanu sodného. K roztoku se také přidává kyselina dietylentriaminopentaoctová, která zajišťuje dobrou uvolnitelnost nutričně významných mikroelementů (Zbíral, 2002). Do uzavíratelné PE nádobky o objemu 250 ml se odměří 20 cm3 půdního vzorku upraveného dle 3.2.1. Dávkovacím zařízením nebo odměrným válcem se přidá 40 ml extrakčního roztoku podle Morgana a Wolfa (v 300 ml demineralizované vody se rozpustí 100 g octanu sodného a přidá se 30 ml koncentrované kyseliny octové, v kádince se ve 100 ml demineralizované vody rozpustí 0,05 g DTPA a po rozpuštění se oba roztoky smíchají, po doplnění objemu na 950 ml se pH roztoku nastaví vhodně zředěným roztokem kyseliny octové nebo hydroxidu sodného na hodnotu 4,8 - po nastavení pH se objem upraví na 1000 ml) a po uzavření se extrahuje na rotační nebo horizontální třepačce 5 minut. Po extrakci se suspenze ihned filtruje přes hustý filtrační papír. Těsně před filtrací se obsah promíchá (Zbíral, 2002).
29
3.2.2.11 Extrakce půd podle Mehlicha III Postup je určen pro stanovení obsahu Cu, Zn, Fe a Mn v extraktech půd podle Mehlicha III. Vzorky půdy upravené dle 3.2.1 extrahujeme kyselým roztokem, který obsahuje fluorid amonný pro zvýšení rozpustnosti různých forem fosforu vázaných na hliník. V roztoku je přítomen i dusičnan amonný, který příznivě ovlivňuje desorpci draslíku, hořčíku a vápníku. Kyselá reakce vyluhovacího roztoku je nastavena kyselinou octovou a kyselinou dusičnou. Přítomnost EDTA zajišťuje dobrou uvolnitelnost nutričně významných mikroelementů (Zbíral, 2002). Do uzavíratelné PE nádobky o objemu 200 ml se naváží 10 g upraveného půdního vzorku. Dávkovacím zařízením nebo odměrným válcem se přidá 100 ml extrakčního roztoku (v asi 6000 ml demineralizované vody se rozpustí 200 g dusičnanu amonného, přidá se 40 ml roztoku fluoridu amonného - EDTA a dále se přidá 115 ml koncentrované kyseliny octové a 8,25 ml koncentrované kyseliny dusičné 65%, upraví se na výsledný objem 10 litrů; EDTA: v asi 350 ml demineralizované vody se za tepla rozpustí 69,45 g fluoridu amonného a 36,75 g kyseliny etylendiaminotetraoctové, po rozpuštění se roztok převede do odměrné baňky o objemu 500 ml a po vytemperování se doplní po značku) a po uzavření se extrahuje na rotační třepačce 10 minut při 35 otáčkách za minutu. Po extrakci se suspenze ihned promíchá, převede do PE zkumavek a odstředí při 3500 otáčkách po dobu 5 minut (Zbíral, 2002). 3.2.3 Analýza půdních extraktů Z metod pro analýzu půdních extraktů se nejčastěji využívá atomová absorpční spektrofotometrie v plameni (FAAS), kde je nejméně problémů s interferencemi. Velmi výhodné je použití atomové emisní spektrofotometrie v indukčně vázaném plazmatu (AES). Problémem však jsou spektrální interference a interference způsobené přítomností snadno ionizovatelných prvků, které vyžadují pečlivou optimalizaci podmínek měření. Vhodné jsou také české monografie, které se však zabývají technikou ICP - OES obecně pro všechny matrice. Při přípravě kalibračních standardních roztoků je třeba zajistit shodné složení matrice vzorků a těchto roztoků (Zbíral, 2003)
30
3.2.3.1 Analýza půdního extraktu metodou optické emisní spektrometrie v indukčně vázaném plazmatu (ICP-OES) Metoda optické emisní spektrometrie využívající k buzení indukčně vázaného plazmatu je spolu s AAS hlavní metoda prvkové analýzy roztoků. Stanovuje řadu prvků současně, avšak za cenu vyšších provozních a investičních nákladů (Plško, 1998). Postup je určen nejen pro stanovení Cu, Zn, Fe a Mn v půdních extraktech. Aerosol vzorku je proudem argonu přiveden do argon-argonového plazmatu, ve kterém vlivem vysoké teploty dojde k termické excitaci a ionizaci prvků. Při jejich přechodu do stavů s nižší energií dochází k vyzáření charakteristických kvant, která odpovídají záření o určité vlnové délce. Měření intenzity záření na vhodné linii stanovovaného prvku se stanoví koncentrace tohoto prvku ve vzorku metodou kalibrační křivky (Zbíral, 2003). 3.2.3.2 Analýza půdního extraktu metodou hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-MS) ICP - MS je víceprvková analytická metoda, která má v současnosti mez detekce pro většinu prvků výrazně nižší než běžné analytické metody. Dalšími přednostmi této metody je rychlé měření, malá spotřeba vzorku, vysoká produktivita a možnost stanovení izotopového složení prvků (Bendl, 1997). Zředěný roztok nebo odpařovaný vzorek je v plazmatu atomizován a ionizován. Malým otvorem ionty vstupují do vakuovaného prostoru s elektromagnetickými čočkami, quadrupolovým hmotnostním filtrem a elektronásobičovým detektorem. Elektromagnetické čočky usměrňují tok iontů tak, aby ionty obešly překážku, která brání pronikání rušivých fotonů z plazmatu na detektor. Ionty jsou posléze v quadrupolovém filtru rozkmitány tak, že při určitém napětí a frekvenci radiových vln na elektrodách quadrupolu projdou pouze ionty o daném m/z. Ostatní druhy iontů jsou odčerpány nebo se vybijí na stěnách quadrupolu. Quadrupolem prošlé ionty vybudí v elektronásobiči signál, který je zesílen a elektronicky zpracován. Jelikož lze rychle a přesně měnit napětí na elektrodách quadrupolového filtru, lze v krátkých intervalech vpouštět na detektor ionty o různých m/z - tedy skenovat a měřit různé nuklidy o relativní atomové hmotnosti. Zařízení tedy rozpoznává odlišné relativní atomové hmotnosti iontů (nuklidy, izotopy), ale nerozpozná chemické prvky podle elektronových obalů. Koncentrace izotopů a chemických prvků jsou stanovovány a počítány podle koncentrační kalibrace, která předchází měření (Bendl, 1997).
31
3.2.3.3 Analýza půdního extraktu metodou plamenové atomové absorpční spektrofotometrie (AAS-FAAS) Obsah Cu, Zn, Mn a Fe se stanoví metodou plamenové absorpční spektrofotometrie v plameni acetylen - vzduch (Zbíral, 2003). Atomová absorpční spektrofotometrie je jednou z nejrozšířenějších metod stopové analýzy, jednak pro vysokou citlivost stanovení, a jednak pro nízké pořizovací a provozní náklady. Umožňuje stanovení více než 60 prvků (Dočekal, 1998).
Obr. 1 Schéma jednopaprskového atomového absorpčního spektrofotometru (Klouda, 2003) 3.2.3.4 Analýza půdního extraktu metodou atomové absorpční spektrofotometrie s elektrotermickým atomizátorem (AAS-ETA) Podstatou metody je absorpce vhodného elektromagnetického záření volnými atomy v plynném stavu. Absorbovat se bude záření, které splňuje podmínku:
E −E 1
0
=
h
c
λ
1
,
E −E 2
0
=
h
λ
c
atd .,
2
kde E0 je energie základní hladiny a E1, E2 atd., jsou energie excitovaných hladin. Štěrbina monochromátoru propouští interval vlnových délek o šířce 0,5 nm, zatímco absorpční čára je široká jen asi 0,002 nm. Znamená to, že kdyby se použil polychromatický zdroj, na detektor by procházelo ve značné míře neabsorbované záření blízké absorbované vlnové délce. Z těchto hodnot vyplývá, že při úplné absorpci sledované čáry by byl zářivý tok dopadající na detektor snížen o pouhých 0,4 %. Takový přístroj by byl málo citlivý. Proto je nutno jako zdroj záření použít stejný prvek, jaký chceme stanovovat. Ten nám emisí záření bude poskytovat právě požadované vlnové délky. Absorbovat se bude pouze část záření, která svými vlnovými délkami odpovídá
32
rezonančním čarám. Rezonančních čar je mnohem méně než emisních. Proto je absorpční spektrum jednodušší než emisní. Pro měření se vybere čára, pro kterou je splněna největší absorpce záření. Sleduje se absorbance log Φ0 ,
Φ
která je podle Lambertova-Beerova zákona přímo úměrná koncentraci stanovovaného prvku. S výhodou je možné použít metody kalibrační křivky, která je lineární (Klouda, 2003).
33
4 MATERIÁL A METODY ZPRACOVÁNÍ 4.1 Charakteristika pokusných lokalit 4.1.1 Jaroměřice nad Rokytnou Pozemek se nachází v katastru obce Jaroměřice nad Rokytnou (obr. 2), v kraji Vysočina, v bramborářské oblasti. Klimatický region je zde mírně teplý a vlhký - vrchovinný. V roce 2010 byla průměrná roční teplota 7,5 °C, průměrné roční srážky 535 mm, trvání slunečního svitu 1670,5 h. Pozemek má výměru 51 ha. Reliéf terénu je mírně zvlněný, nadmořská výška 425 m. Půdní typ je hnědozem, půdní druh hlinitý.
Obr. 2 Lokalizace pokusného pozemku v Jaroměřicích nad Rokytnou 4.1.2 Krásné Údolí Pozemek se nachází v katastru obce Krásné Údolí (obr. 3), v Karlovarském kraji, v bramborářské oblasti. Klimatický region je zde mírně teplý a mírně vlhký. V roce 2010 byla průměrná roční teplota 6,1 °C, průměrné roční srážky 605 mm, trvání slunečního svitu 1615,3 h. Pozemek má výměru 46 ha. Reliéf terénu je mírně zvlněný, nadmořská výška 680 m. Půdní typ je kambizem, půdní druh písčitohlinitý.
Obr. 3 Lokalizace pokusného pozemku v Krásném Údolí 34
4.1.3 Pusté Jakartice Pozemek se nachází v katastru obce Pusté Jakartice (obr. 4), v Moravskoslezském kraji, v řepařské oblasti. Klimatický region je zde mírně teplý a mírně vlhký. V roce 2010 byla průměrná roční teplota 8,0 °C, průměrné roční srážky 650 mm, trvání slunečního svitu 1495,4 h. Pozemek má výměru 49 ha. Reliéf terénu je mírně zvlněný, nadmořská výška 290 m. Půdní typ je hnědozem, půdní druh hlinitý.
Obr. 4 Lokalizace pokusného pozemku Pustých Jakarticích 4.1.4 Věrovany Pozemek se nachází v katastru obce Věrovany (obr. 5), v Olomouckém kraji, v řepařské oblasti. Klimatický region je zde teplý a mírně vlhký. V roce 2010 byla průměrná roční teplota 8,5 °C, průměrné roční srážky 563 mm, trvání slunečního svitu 1717,2 h. Pozemek má výměru 58 ha. Reliéf terénu je mírně zvlněný, nadmořská výška 207 m. Půdní typ je černozem, půdní druh hlinitý.
Obr. 5 Lokalizace pokusného pozemku ve Věrovanech 4.1.5 Uherský Ostroh Pozemek se nachází v katastru obce Uherský Ostroh (obr. 6), ve Zlínském kraji, v řepařské oblasti. Klimatický region je zde velmi teplý a suchý. V roce 2010 byla prů-
35
měrná roční teplota 9,2 °C, průměrné roční srážky 551 mm, trvání slunečního svitu 1746,7 h. Pozemek má výměru 70 ha. Reliéf terénu je mírně zvlněný, nadmořská výška 196 m. Půdní typ je hnědozem, půdní druh hlinitý.
Obr. 6 Lokalizace pokusného pozemku v Uherském Ostrohu
4.2 Odběr a úprava vzorků půd pro chemický rozbor Ve dnech 13. - 17. 10. 2010 byly na pokusných lokalitách odebrány sondýrkou z orničního profilu do hloubky 25 cm průměrné vzorky půd (viz tab. 2). Tab. 2 Schéma odběru vzorků půd na pokusných lokalitách Lokalita
Označení / číslo vzorku JA 10/1
JA 10/2
JA 10/3
JA 10/4
1
2
3
4
KU 10/1
KU 10/2
KU 10/3
KU 10/4
5
6
7
8
PJ 10/1
PJ 10/2
PJ 10/3
PJ 10/4
9
10
11
12
VE 10/1
VE 10/2
VE 10/3
VE 10/4
13
14
15
16
UO 10/1
UO 10/2
UO 10/3
UO 10/4
17
18
19
20
Jaroměřice
Krásné Údolí
Pusté Jakartice
Věrovany
Uherský Ostroh
Odebrané půdní vzorky byly rozloženy do tenké vrstvy (do 15 mm) na suchém a větraném místě. Z půdních vzorků vyschlých na vzduchu byly odstraněny hrubší kusy 36
skeletu a případné rostlinné a živočišné zbytky. Vzorky byly opatrně upraveny tak, aby byly rozdrceny jen stmelené hrudky a drobty, nikoliv však částice skeletu. Částice skeletu větší než 2 mm byly odděleny prosetím sítem o velikosti otvorů 2 mm.
4.3 Chemický rozbor vzorků půd 4.3.1 Extrakce půd 4.3.1.1 Extrakce půd lučavkou královskou Do varné baňky o objemu 250 ml se naváží 3 g vzorku s přesností ± 0,001g. Vzorek se rovnoměrně ovlhčí vodou (0,5 - 1 ml), a za jemného promíchávání se přidá 21 ml kyseliny chlorovodíkové (36%) a následně 7 ml kyseliny dusičné (65%) Kyseliny se přidávají tak, aby se omezilo pěnění. Na baňku se nasadí chladič a případně absorbér naplněný 15 ml zředěné kyseliny dusičné (35 ml 36% zředěné vodou na výsledný objem 1000 ml). Směs se nechá stát 16 hodin. Potom se obsah pozvolna zahřívá k varu. Mírný var se udržuje 2 hodiny tak, aby kondenzace probíhala v první třetině chladiče. Po ochlazení se obsah absorbéru přidá do baňky a absorbér i chladič se propláchnou 10 ml zředěné kyseliny dusičné. Potom se obsah baňky filtruje přes středně hustý filtr do odměrné baňky 100 ml. Filtr se promyje asi 10 ml zředěné kyseliny dusičné a obsah baňky se po vytemperování doplní po značku. Po promíchání se převede do uzavíratelných plastových nádobek (Zbíral, 1996). 4.3.1.2 Extrakce půd 2M kyselinou dusičnou Do uzavíratelné polyetylenové nádobky o objemu 250 ml se naváží 10 g vzorku s přesností ± 0,002 g, přidá se 100 ± 0,2 ml zředěné kyseliny dusičné (138 ml 65% se zředí vodou na výsledný objem 1000 ml). Po důkladném ručním protřepání se suspenze nechá stát 16 hodin při laboratorní teplotě. Po této době se nejprve ručně protřepe tak, aby se rozrušil sediment a vznikla suspenze. Potom se extrahuje 60 minut na rotační třepačce při 50 ± 5 otáčkách za minutu. Suspenze se filtruje přes filtrační papír do čisté a suché polyetylenové nádobky o objemu 100 ml. Filtruje se celý objem extraktu, prvních 5 - 10 ml filtrátu se odstraní (Zbíral, 2003). 4.3.1.3 Extrakce půd metodou DTPA-TEA Do polyetylenových nádobek o objemu 100 ml a o průměru asi 45 mm se naváží 10 ± 0,01 g upraveného vzorku a přidá se 20 ± 0,2 ml extrakčního roztoku (14,92 g tri-
37
ethanolaminu, 1,967 g kyseliny diethylentriaminopentaoctové a 1,47 g dihydrátu chloridu vápenatého se postupně rozpustí asi ve 200 ml demineralizované vody, po rozpuštění se objem upraví demineralizovanou vodou asi na 900 ml a roztokem kyseliny chlorovodíkové se upraví pH roztoku na 7,30 ± 0,05. Po úpravě pH se objem doplní na 1000 ml demineralizovanou vodou. Roztok kyseliny chlorovodíkové se připraví z 85 ml koncentrované kyseliny chlorovodíkové opatrně přidané do 500 ml demineralizované vody a po vytemperování se objem upraví na 1000 ml. Po uzavření se extrahuje na rotační třepačce 120 minut. Suspenze se filtruje přes filtrační papír do čisté a suché polyetylenové nádoby o objemu 10 ml. Filtruje se celý objem extraktu, první 2-3 ml se odstraní (Zbíral, 2003). 4.3.2 Analýza půdních extraktů 4.3.2.1 Stanovení obsahu prvků po extrakcí půd lučavkou královskou a 2M kyselinou dusičnou Pro stanovení obsahu prvků byla použita metoda ICP-OES. Princip metody je uveden v kapitole 3.2.3.1. Podmínky měření jsou uvedeny v tab. 3. Tab. 3 Podmínky měření metodou ICP-OES (Zbíral, 2003) Průtok plazmového plynu Stínící plyn Zmlžovač - průtok (při tlaku 0,32 MPa) Výkon plazmy Promývací čas Vymývání z nejvyššího standardu na nulový bod kalibrační křivky Štěrbina
13,0 l·min-1 0,25 l·min-1 0,4 l·min-1 1,0 kW 25 s 45 s 25 um
V tab. 4 jsou uvedeny použité vlnové délky a příslušná korekce pozadí. Tab. 4 Spektrální čáry prvků (Zbíral, 2003) Prvek Mn Cu Zn Fe
Vhodné spektrální čáry Bkg1 (-nm) Bkg2 (+nm) λ (nm) 257,610 0,000 0,000 324,754 0,033 213,856 0,029 259,940 0,000 0,000
38
Pro stanovení Zn a Cu v neupraveném mineralizátu resp. extraktu a pro stanovení Mn a Fe v desetinásobném naředění mineralizátu resp. extraktu, se připravují směsné standardní kalibrační roztoky. Jejich koncentrace jsou uvedeny v tab. 5 a 6. Tab. 5 Směsné standardní kalibrační roztoky pro Cu a Zn (Zbíral, 2003) Prvek Cu Zn
STDTMIKH 5 20
PTOTMIK1 0,5 2
PTOTMIK2 1 4
PTOTMIK3 2,5 10
M005 50 100
STDMIKH: z komerčního základního roztoku M005 se pipetuje 25 ml a ze standardního roztoku Zn 100 mg·l-1 také 25 ml do odměrné baňky 250 ml a baňka se doplní po značku roztokem modelujícím matrici vzorků. PTOTMIK1 a PTOTMIK2: ze standardu STDHIGH se pipetuje 10 a 20 ml do odměrných baněk 100 ml a obsah se doplní po značku roztokem modelujícím matrici vzorků. PTOTMIK3: z komerčního základního roztoku M005 se pipetuje 5 ml a ze standardního roztoku Zn 100 mg·l-1 také 5 ml do odměrné baňky 100 ml a baňka se doplní po značku roztokem modelujícím matrici vzorků. STLOW: roztok modelující matrici vzorků. Tab. 6 Směsné standardní kalibrační roztoky pro Mn a Fe (Zbíral, 2003) Prvek STDTMAKH PTOTMAK4 PTOTMAK3 PTOTMAK2 PTOTMAK1 Mn 20 10 4 2 1 Fe 200 100 40 20 10 STDMAKH: do odměrné baňky 200 ml se pipetuje z roztoků o obsahu prvku 1000 mg·l-1: 40 ml Fe a 4 ml Mn. Do téže odměrné baňky se dále pipetuje 10 ml standardního roztoku Zn o koncentraci 100 mg·l-1 a 2 ml standardního roztoku mědi o koncentraci 100 mg·l-1. Baňka se doplní po značku roztokem modelujícím matrici vzorků. PTOTMAK4, PTOTMAK3, PTOTMAK2: do odměrných baněk 50 ml se pipetuje 25, 10 a 5 ml roztoku STDMAKH a baňky se doplní po značku roztokem modelujícím matrici vzorků. PTOTMAK1: ze standardního roztoku PTOTMAK4 se pipetuje 5 ml do odměrné baňky 50 ml. Baňka se doplní po značku roztokem modelujícím matrici vzorků. Při kalibraci je průběh kalibračních křivek většinou lineární. Při měření je nezbytné zachovat shodnou koncentraci kyselin ve vzorcích pro měření a ve standardních kalibračních roztocích. Před měřením je nezbytné ověřit nastavení přístroje a optimali39
zovat nastavení s ohledem na minimalizaci interferencí. Odstranění ionizačních interferencí pro iontové čáry je někdy obtížné a nelze je pouhou optimalizací odstranit. Dochází ke změně radiálního a axiálního rozložení maxim pro jednotlivé prvky, které je odlišné od rozložení v okamžiku kalibrace přístroje. Tento jev lze korigovat metodou srovnávacího prvku. Ke vzorkům i standardním kalibračním roztokům se přidává známá koncentrace lutecia, která se v půdě běžně prakticky nevyskytuje. Měřením na iontové čáře tohoto prvku se určí pokles signálu lutecia při měření vzorků a tím se určí intenzita ionizačních interferencí (Zbíral, 2003). 4.3.2.2 Stanovení obsahu prvků po extrakci půd metodou DTPA-TEA Pro stanovení základních živin byla použita metoda atomové absorpční spektrofotometrie. Kalibrační standardní roztoky: ze zásobních standardních roztoků jednotlivých prvků o koncentraci 1000 mg·l-1 se desetinásobným zředěním extrakčním roztokem připraví pomocné standardní roztoky o koncentraci 100 mg·l-1. Z pomocných standardních roztoků jednotlivých prvků se do odměrné baňky 100 ml pipetuje po 10 ml a baňka se doplní po značku demineralizovanou vodou. Koncentrace Cu, Zn, Mn a Fe v tomto pracovním směsném standardním roztoku je 10 mg·l-1. Příprava směsných kalibračních standardních roztoků je uvedena v tab. 7, uvedený objem se pipetuje do odměrných baněk 100 ml. Směsné kalibrační standardní roztoky jsou stálé v chladu a temnu maximálně dva dny (Zbíral, 2003). Tab. 7 Směsné kalibrační standardní roztoky (Zbíral, 2003) Pořadové číslo kalibračního roztoku Pipetovaný objem (ml) Koncentrace (mg·l-1)
1
2
3
4
5
6
0,00
1 0,10
2 0,20
5 0,50
10 1,00
20 2,00
Kalibrační křivky: pro stanovení Cu a Zn se použije kalibrační křivka 0,00; 0,10 a 0,20 mg·l-1 a pro zvýšení citlivosti se použije křemenný koncentrátor atomů. Pro vyšší obsahy se využijí všechny body kalibrační křivky. Koncentrace Cu v půdních extraktech je často pod mezí stanovitelnosti metodou FAAS a je třeba použít citlivější analytický postup. Pro stanovení Mn a Fe se použije kalibrační křivka v celém uvedeném rozsahu. Je možné ji rozšířit pro vyšší obsahy až do koncentrace 5,0 mg·l-1 (Zbíral, 2003).
40
Podmínky měření: měření všech prvků se provádí na hlavních rezonančních liniích - Cu 324,8 nm, Zn 213,9 nm, Mn 279,5 nm a Fe 248,3 nm. Pro stanovení Cu a Zn se používá mírně oxidační plamen a pro stanovení Mn a Fe stechiometrický plamen. Při stanovení je zpravidla nezbytné použití korektoru nespecifické absorpce (Zbíral, 2003).
Výpočet: T=
X ⋅V m
T - obsah prvku v mg·kg-1 vzorku naváženého k extrakci X - změřená koncentrace prvku v extraktu (mg·l-1) m - navážka vzorku po extrakci (g) V - objem extrakčního činidla pro extrakci (ml) Pro uvedený postup: T=X·10 (Zbíral, 2003)
4.4 Použitá kritéria pro hodnocení obsahu prvků v půdě 4.4.1 Po extrakci půd lučavkou královskou Obsah prvků v půdě byl vyhodnocen podle kritérií pro lučavku královskou dle tab. 8. Tab. 8 Kritéria pro hodnocení obsahu rizikových prvků (Zbíral, 2003) Prvek Cu Zn
Obsah (mg·kg-1) lehké půdy ostatní půdy 60,00 100,00 130,00 200,00
4.4.2 Po extrakci půd 2M HNO3 Obsah prvků v půdě byl vyhodnocen podle kritérií pro 2M HNO3 dle tab. 9. Tab. 9 Kritéria pro hodnocení obsahu rizikových prvků (Zbíral, 2003) Prvek Cu Zn
Obsah (mg·kg-1) lehké půdy ostatní půdy 30,00 50,00 50,00 100,00
41
4.4.3 Po extrakci půd DTPA-TEA Obsah prvků v půdě byl vyhodnocen podle kritérií pro DTPA-TEA dle tab. 10. Tab. 10 Kritéria pro hodnocení obsahu mikroelementů v půdě (Neuberg et al.,1989) Mikroelement
Půdní druh
Cu Zn Mn Fe
L, S, T L, S, T L, S, T L, S, T
Obsah (mg·kg-1) nízký střední velký do 0,80 0,81 - 2,70 nad 2,70 do 1,00 1,10 - 2,50 nad 2,50 do 10,00 10,1 - 100 nad 100 do 8,00 8,10 - 75 nad 75
4.5 Výpočty a statistická hodnocení Naměřené hodnoty byly zpracovány v programu Microsoft Excel 2007, s využitím jeho základních funkcí. Variační koeficient byl vypočten podle následujícího vzorce (Stávková a Dufek, 2000): s Vx = x ⋅100 x
sx =
∑
n i =1
( xi − x) 2
n −1
kde Vx je variační koeficient, sx je směrodatná odchylka, x je průměrná hodnota, xi je naměřená hodnota a n je počet měření. Statistické vyhodnocení bylo provedeno Studentovým dvouvýběrovým t-testem s nerovností rozptylů, který stanovil pravděpodobnost toho, zda oba výběry pocházejí z rozdělení se stejnými středními hodnotami souborů (Montgomery a Runger, 2010). Statistické hodnocení se provedlo podle tab. 11. Tab. 11 Kritéria pro statistické hodnocení Pravděpodobnost ≤ 0,05 ≤ 0,01 ≤ 0,001
Označení + ++ +++
Popis rozdíl je statisticky významný rozdíl je vysoce statisticky významný shodnost je téměř nemožná
42
5 VÝSLEDKY PRÁCE A DISKUSE 5.1 Obsah Mn, Cu, Zn a Fe stanovený v půdě na pokusných lokalitách 5.1.1 Obsah manganu v půdě stanovený na pokusných lokalitách Po extrakci lučavkou královskou byl na pokusných lokalitách stanoven průměrný obsah Mn 812 mg·kg-1. Nejnižší obsah Mn (602 mg·kg-1) byl v půdě z lokality Věrovany a naopak nejvyšší obsah (1027 mg·kg-1) byl v půdě z lokality Uherský Ostroh. Variační koeficient stanovení obsahu Mn se pohyboval v rozmezí 0,21 - 2,64 %. Průměrný obsah Mn po extrakci 2M HNO3 byl na pokusných lokalitách 562 mg·kg-1. Nejnižší obsah 426 mg·kg-1 byl v půdě z lokality Pusté Jakartice. Nejvyšší obsah 763 mg·kg-1 byl v půdě z lokality Uherský Ostroh. Variační koeficient stanovení obsahu Mn se pohyboval v rozmezí 0,62 - 1,64 %. Průměrný obsah Mn po extrakci DTPA byl na pokusných lokalitách 67 mg·kg-1. Nejnižší obsah 17 mg·kg-1 byl v půdě z lokality Věrovany. Nejvyšší obsah 133 mg·kg-1 byl v půdě z lokality Uherský Ostroh. Variační koeficient stanovení obsahu Mn se pohyboval v rozmezí 1,77 - 5,08 %. Výsledky analýz jednotlivých vzorků půd na obsah Mn jsou uvedeny v tab. 12.
5.1.2 Obsah mědi v půdě stanovený na pokusných lokalitách Po extrakci lučavkou královskou byl na pokusných lokalitách stanoven průměrný obsah Cu 21 mg·kg-1. Nejnižší obsah Cu (11 mg·kg-1) byl v půdě z lokality Pusté Jakartice a naopak nejvyšší obsah (36 mg·kg-1) byl v půdě z lokality Krásné Údolí. Variační koeficient stanovení obsahu Cu se pohyboval v rozmezí 0,61 - 4,25 %. Průměrný obsah Cu po extrakci 2M HNO3 byl na pokusných lokalitách 9 mg·kg-1. Nejnižší obsah 6 mg·kg-1 byl v půdě z lokality Pusté Jakartice. Nejvyšší obsah 11 mg·kg-1 byl v půdě z lokality Krásné Údolí. Variační koeficient stanovení obsahu Cu se pohyboval v rozmezí 0,19 - 4,14 %. Průměrný obsah Cu po extrakci DTPA byl na pokusných lokalitách 2 mg·kg-1. Nejnižší obsah 1 mg·kg-1 byl v půdě z lokality Pusté Jakartice. Nejvyšší obsah 3 mg·kg-1 byl v půdě z lokality Uherský Ostroh. Variační koeficient stanovení obsahu Cu se pohyboval v rozmezí 1,15 - 6,87 %. Výsledky analýz jednotlivých vzorků půd na obsah Cu jsou uvedeny v tab. 13.
43
Tab. 12 Stanovení obsahu manganu v půdě na pokusných lokalitách (mg·kg-1)
Lokalita Jaroměřice
Extrakční činidlo Lučavka 2M HNO3 DTPA 885,00 606,00 72,80
Číslo vzorku 1 2
925,80
597,00
75,30
3
908,40
608,00
74,80
4
912,40
602,00
72,50
907,90
603,25
73,85
1,87
0,81
1,90
5
909,80
537,00
78,00
6
906,00
553,00
75,40
7
908,60
540,00
76,60
8
906,00
548,00
75,00
907,60
544,50
76,25
0,21
1,35
1,77
9
626,00
424,00
33,60
10
590,80
425,00
33,90
11
620,80
430,00
33,40
12
622,00
426,00
34,80
614,90
426,25
33,93
2,64
0,62
1,82
13
584,30
470,00
17,20
14
606,90
479,00
17,10
15
604,00
472,00
17,70
16
613,80
474,00
17,80
602,25
473,75
17,45
2,10
0,82
2,01
17
1 027,00
751,00
124,60
18
1 050,00
757,00
135,10
19
1 034,00
780,00
132,40
20
995,60
765,00
140,90
1 026,65
763,25
133,25
2,22
1,64
5,08
Průměrná hodnota Variační koeficient (%)
Krásné Údolí
Průměrná hodnota Variační koeficient (%)
Pusté Jakartice
Průměrná hodnota Variační koeficient (%)
Věrovany
Průměrná hodnota Variační koeficient (%)
Uherský Ostroh
Průměrná hodnota Variační koeficient (%)
44
Tab. 13 Stanovení obsahu mědi v půdě na pokusných lokalitách (mg·kg-1)
Lokalita Jaroměřice
Extrakční činidlo Lučavka 2M HNO3 DTPA 18,85 7,19 1,88
Číslo vzorku 1 2
19,24
6,90
1,87
3
19,71
7,58
2,02
4
20,78
7,01
1,90
19,65
7,17
1,92
Variační koeficient (%)
4,25
4,14
3,62
5
36,34
11,24
2,38
6
35,92
11,56
2,62
7
36,28
11,37
2,34
8
35,94
11,43
2,23
36,12
11,40
2,39
Variační koeficient (%)
0,61
1,17
6,87
9
10,74
5,85
1,50
10
11,06
6,05
1,47
11
10,45
5,94
1,41
12
10,54
6,12
1,46
10,70
5,99
1,46
Variační koeficient (%)
2,53
1,98
2,56
13
15,74
9,11
1,59
14
15,86
9,23
1,62
15
15,98
8,95
1,48
16
16,22
8,97
1,61
15,95
9,06
1,58
Variační koeficient (%)
1,28
1,46
4,10
17
21,01
9,42
2,63
18
21,37
9,45
2,57
19
21,46
9,42
2,59
20
20,88
9,44
2,63
21,18
9,43
2,61
1,32
0,19
1,15
Průměrná hodnota
Krásné Údolí
Průměrná hodnota
Pusté Jakartice
Průměrná hodnota
Věrovany
Průměrná hodnota
Uherský Ostroh
Průměrná hodnota Variační koeficient (%)
45
5.1.3 Obsah zinku v půdě stanovený na pokusných lokalitách Po extrakci lučavkou královskou byl na pokusných lokalitách stanoven průměrný obsah Zn 56 mg·kg-1. Nejnižší obsah Zn (45 mg·kg-1) byl v půdě z lokality Pusté Jakartice a naopak nejvyšší obsah (67 mg·kg-1) byl v půdě z lokality Krásné Údolí. Variační koeficient stanovení obsahu Zn se pohyboval v rozmezí 0,54 - 8,11 %. Průměrný obsah Zn po extrakci 2M HNO3 byl 16 mg·kg-1. Nejnižší obsah 13 mg·kg-1 byl v půdě z lokality Věrovany. Nejvyšší obsah 22 mg·kg-1 byl v půdě z lokality Krásné Údolí. Variační koeficient stanovení obsahu Zn se pohyboval v rozmezí 0,54 - 8,11 %. Průměrný obsah Zn po extrakci DTPA byl 2 mg·kg-1. Nejnižší obsah 1 mg·kg-1 byl v půdě z lokality Jaroměřice. Nejvyšší obsah 4 mg·kg-1 byl v půdě z lokality Pusté Jakartice. Variační koeficient stanovení obsahu Zn se pohyboval v rozmezí 0,60 - 5,56 %. Výsledky analýz jednotlivých vzorků půd na obsah Zn jsou uvedeny v tab. 14.
5.1.4 Obsah železa v půdě stanovený na pokusných lokalitách Po extrakci lučavkou královskou byl na pokusných lokalitách stanoven průměrný obsah Fe 21638 mg·kg-1. Nejnižší obsah Fe (13901 mg·kg-1) byl v půdě z lokality Pusté Jakartice a naopak nejvyšší obsah (13901 mg·kg-1) byl v půdě z lokality Krásné Údolí. Variační koeficient stanovení obsahu Fe se pohyboval v rozmezí 0,56 - 3,15 %. Průměrný obsah Fe po extrakci 2M HNO3 byl 3709 mg·kg-1. Nejnižší obsah 2395 mg·kg-1 byl v půdě z lokality Uherský Ostroh. Nejvyšší obsah 5325 mg·kg-1 byl v půdě z lokality Krásné Údolí. Variační koeficient stanovení obsahu Fe se pohyboval v rozmezí 0,54 - 2,50 %. Průměrný obsah Fe po extrakci DTPA byl 73 mg·kg-1. Nejnižší obsah 18 mg·kg-1 byl v půdě z lokality Věrovany. Nejvyšší obsah 145 mg·kg-1 byl v půdě z lokality Uherský Ostroh. Variační koeficient stanovení obsahu Fe se pohyboval v rozmezí 1,24 - 4,82 %. Výsledky analýz jednotlivých vzorků půd na obsah Fe jsou uvedeny v tab. 15.
46
Tab. 14 Stanovení obsahu zinku v půdě na pokusných lokalitách (mg·kg-1)
Lokalita Jaroměřice
Extrakční činidlo Lučavka 2M HNO3 DTPA 58,91 13,55 1,45
Číslo vzorku 1 2
59,67
13,29
1,51
3
61,04
13,44
1,52
4
60,84
13,31
1,42
60,12
13,40
1,48
Variační koeficient (%)
1,67
0,91
3,25
5
67,01
21,90
2,58
6
65,27
21,78
2,45
7
69,80
21,48
2,33
8
67,74
21,56
2,28
67,46
21,68
2,41
Variační koeficient (%)
2,78
0,89
5,56
9
45,09
19,50
3,45
10
44,31
16,70
3,59
11
46,14
20,16
3,58
12
44,20
18,37
3,66
44,94
18,68
3,57
Variační koeficient (%)
1,99
8,11
2,45
13
51,30
12,83
1,58
14
50,76
12,80
1,60
15
50,04
12,36
1,58
16
50,22
12,73
1,59
50,58
12,68
1,59
Variační koeficient (%)
1,13
1,71
0,60
17
57,24
15,05
2,64
18
58,24
15,17
2,69
19
56,80
15,24
2,69
20
57,16
15,11
2,81
57,36
15,14
2,71
1,08
0,54
2,67
Průměrná hodnota
Krásné Údolí
Průměrná hodnota
Pusté Jakartice
Průměrná hodnota
Věrovany
Průměrná hodnota
Uherský Ostroh
Průměrná hodnota Variační koeficient (%)
47
Tab. 15 Stanovení obsahu železa v půdě na pokusných lokalitách (mg·kg-1)
Lokalita Jaroměřice
1
Extrakční činidlo Lučavka 2M HNO3 DTPA 26 660,00 3 580,00 62,50
2
27 400,00
3 540,00
63,90
3
27 520,00
3 590,00
64,70
4
27 260,00
3 559,00
65,40
27 210,00
3 567,25
64,13
1,40
0,62
1,94
5
27 580,00
5 160,00
84,80
6
27 940,00
5 480,00
91,20
7
28 580,00
5 300,00
84,90
8
27 550,00
5 360,00
83,30
27 912,50
5 325,00
86,05
1,72
2,50
4,08
9
13 960,00
4 260,00
54,90
10
13 960,00
4 280,00
53,80
11
13 796,00
4 340,00
52,90
12
13 888,00
4 320,00
55,00
13 901,00
4 300,00
54,15
0,56
0,85
1,84
13
18 630,00
2 940,00
18,10
14
19 350,00
2 980,00
18,00
15
19 712,00
2 950,00
17,60
16
20 060,00
2 960,00
18,00
19 438,00
2 957,50
17,93
3,15
0,58
1,24
17
19 360,00
2 400,00
134,80
18
19 830,00
2 380,00
146,30
19
19 990,00
2 410,00
145,90
20
19 734,00
2 390,00
151,30
19 728,50
2 395,00
144,58
1,36
0,54
4,82
Číslo vzorku
Průměrná hodnota Variační koeficient (%)
Krásné Údolí
Průměrná hodnota Variační koeficient (%)
Pusté Jakartice
Průměrná hodnota Variační koeficient (%)
Věrovany
Průměrná hodnota Variační koeficient (%)
Uherský Ostroh
Průměrná hodnota Variační koeficient (%)
48
5.2 Vliv extrakčního činidla na stanovení obsahu Mn, Cu, Zn a Fe 5.2.1 Mangan Vliv tří rozdílných extrakčních činidel na stanovení obsahu Mn v půdě z jednotlivých pokusných lokalit zobrazuje graf na obr. 7. Průměrný obsah Mn po extrakci 2M HNO3 byl o 30,3 % nižší a po extrakci DTPA o 92,4 % nižší než po extrakci lučavkou královskou.
Obr. 7 Vliv tří rozdílných extrakčních činidel na stanovení obsahu Mn v půdě z jednotli vých pokusných lokalit
5.2.2 Měď Vliv tří rozdílných extrakčních činidel na stanovení obsahu Cu v půdě z jednotlivých pokusných lokalit zobrazuje graf na obr. 8. Průměrný obsah Cu po extrakci 2M HNO3 byl o 54,9 % nižší a po extrakci DTPA o 89,6 % nižší než po extrakci lučavkou královskou.
Obr. 8 Vliv tří rozdílných extrakčních činidel na stanovení obsahu Cu v půdě z jednotlivých pokusných lokalit
49
5.2.3 Zinek Vliv tří rozdílných extrakčních činidel na stanovení obsahu Zn v půdě z jednotlivých pokusných lokalit zobrazuje graf na obr. 9. Průměrný obsah Zn po extrakci 2M HNO3 byl o 70,5 % nižší a po extrakci DTPA o 95,6 % nižší než po extrakci lučavkou královskou.
Obr. 9 Vliv tří rozdílných extrakčních činidel na stanovení obsahu Zn v půdě z jednotlivých pokusných lokalit
5.2.4 Železo Vliv tří rozdílných extrakčních činidel na stanovení obsahu Fe v půdě z jednotlivých pokusných lokalit zobrazuje graf na obr. 10. Průměrný obsah Fe po extrakci 2M HNO3 byl o 81,9 % nižší a po extrakci DTPA o 99,7 % nižší než po extrakci lučavkou královskou.
Obr. 10 Vliv tří rozdílných extrakčních činidel na stanovení obsahu Fe v půdě z jednotlivých pokusných lokalit
50
5.3 Porovnání lokalit na základě obsahů prvků v půdách 5.3.1 Po extrakci lučavkou královskou Relativní porovnání obsahů prvků v půdě z jednotlivých pokusných lokalit po extrakci lučavkou královskou znázorňuje graf na obr. 11.
Obr. 11 Relativní porovnání obsahů prvků v půdě z jednotlivých pokusných lokalit k průměrným obsahům prvků ze všech pokusných lokalit po extrakci lučavkou královskou Porovnání obsahů Mn, Cu, Zn a Fe v půdě z jednotlivých pokusných lokalit po extrakci lučavkou královskou je uvedeno v tab. 16-19. Tab. 16 Statistické vyhodnocení obsahů Mn v půdě po extrakci lučavkou královskou mezi pokusnými lokalitami Jaroměřice Krásné Údolí P. Jakartice Věrovany + p≤0,05
++ p≤0,01
Krásné Údolí -
P. Jakartice +++ +++
Věrovany +++ +++ -
Uh. Ostroh +++ ++ +++ +++
+++ p≤0,001
Tab. 17 Statistické vyhodnocení obsahů Cu v půdě po extrakci lučavkou královskou mezi pokusnými lokalitami Jaroměřice Krásné Údolí P. Jakartice Věrovany + p≤0,05
++ p≤0,01
Krásné Údolí +++
P. Jakartice +++ +++
+++ p≤0,001
51
Věrovany ++ +++ +++
Uh. Ostroh + +++ +++ +++
Tab. 18 Statistické vyhodnocení obsahů Zn v půdě po extrakci lučavkou královskou mezi pokusnými lokalitami Jaroměřice Krásné Údolí P. Jakartice Věrovany + p≤0,05
++ p≤0,01
Krásné Údolí ++
P. Jakartice +++ +++
Věrovany +++ +++ +++
Uh. Ostroh ++ +++ +++ +++
+++ p≤0,001
Tab. 19 Statistické vyhodnocení obsahů Fe v půdě po extrakci lučavkou královskou mezi pokusnými lokalitami Jaroměřice Krásné Údolí P. Jakartice Věrovany + p≤0,05
++ p≤0,01
Krásné Údolí +
P. Jakartice +++ +++
Věrovany +++ +++ +++
Uh. Ostroh +++ +++ +++ +
+++ p≤0,001
5.3.2 Po extrakci 2M HNO3 Relativní porovnání obsahů prvků v půdě z jednotlivých pokusných lokalit po extrakci 2M HNO3 znázorňuje graf na obr. 12.
Obr. 12 Relativní porovnání obsahů prvků v půdě z jednotlivých pokusných lokalit k průměrným obsahům prvků ze všech pokusných lokalit po extrakci 2M HNO3. Porovnání obsahů Mn, Cu, Zn a Fe v půdě z jednotlivých pokusných lokalit po extrakci 2M HNO3 je uvedeno v tab. 20-23.
52
Tab. 20 Statistické vyhodnocení obsahů Mn v půdě po extrakci 2M HNO3 mezi pokusnými lokalitami Jaroměřice Krásné Údolí P. Jakartice Věrovany + p≤0,05
++ p≤0,01
Krásné Údolí +++
P. Jakartice +++ +++
Věrovany +++ +++ +++
Uh. Ostroh +++ +++ +++ +++
+++ p≤0,001
Tab. 21 Statistické vyhodnocení obsahů Cu v půdě po extrakci 2M HNO3 mezi pokusnými lokalitami Jaroměřice Krásné Údolí P. Jakartice Věrovany + p≤0,05
++ p≤0,01
Krásné Údolí +++
P. Jakartice ++ +++
Věrovany +++ +++ +++
Uh. Ostroh +++ +++ +++ +
+++ p≤0,001
Tab. 22 Statistické vyhodnocení obsahů Zn v půdě po extrakci 2M HNO3 mezi pokusnými lokalitami Jaroměřice Krásné Údolí P. Jakartice Věrovany + p≤0,05
++ p≤0,01
Krásné Údolí +++
P. Jakartice ++ +
Věrovany ++ +++ ++
Uh. Ostroh +++ +++ + +++
+++ p≤0,001
Tab. 23 Statistické vyhodnocení obsahů Fe v půdě po extrakci 2M HNO3 mezi pokusnými lokalitami Jaroměřice Krásné Údolí P. Jakartice Věrovany + p≤0,05
++ p≤0,01
Krásné Údolí +++
P. Jakartice +++ +++
Věrovany +++ +++ +++
Uh. Ostroh +++ +++ +++ +++
+++ p≤0,001
5.3.3 Po extrakci DTPA Relativní porovnání obsahů prvků v půdě z jednotlivých pokusných lokalit po extrakci DTPA znázorňuje graf na obr. 13.
53
Obr. 13 Relativní porovnání obsahů prvků v půdě z jednotlivých pokusných lokalit k průměrným obsahům prvků ze všech pokusných lokalit po extrakci DTPA. Porovnání obsahů Mn, Cu, Zn a Fe v půdě z jednotlivých pokusných lokalit po extrakci DTPA je uvedeno v tab. 24-27. Tab. 24 Statistické vyhodnocení obsahů Mn v půdě po extrakci DTPA mezi pokusnými lokalitami Jaroměřice Krásné Údolí P. Jakartice Věrovany + p≤0,05
++ p≤0,01
Krásné Údolí +
P. Jakartice +++ +++
Věrovany +++ +++ +++
Uh. Ostroh +++ +++ +++ +++
+++ p≤0,001
Tab. 25 Statistické vyhodnocení obsahů Cu v půdě po extrakci DTPA mezi pokusnými lokalitami Jaroměřice Krásné Údolí P. Jakartice Věrovany + p≤0,05
++ p≤0,01
Krásné Údolí ++
P. Jakartice +++ ++
Věrovany +++ +++ +
Uh. Ostroh +++ +++ +++
+++ p≤0,001
Tab. 26 Statistické vyhodnocení obsahů Zn v půdě po extrakci DTPA mezi pokusnými lokalitami Jaroměřice Krásné Údolí P. Jakartice Věrovany + p≤0,05
++ p≤0,01
Krásné Údolí +++
P. Jakartice +++ ++
+++ p≤0,001
54
Věrovany + ++ +++
Uh. Ostroh +++ + +++ +++
Tab. 27 Statistické vyhodnocení obsahů Fe v půdě po extrakci DTPA mezi pokusnými lokalitami Jaroměřice Krásné Údolí P. Jakartice Věrovany + p≤0,05
++ p≤0,01
Krásné Údolí +++
P. Jakartice +++ +++
Věrovany +++ +++ +++
Uh. Ostroh +++ +++ +++ +++
+++ p≤0,001
Obsah Mn, v porovnání s průměrem všech lokalit, byl nadprůměrný v Uherském Ostrohu (199 %), v Krásném Údolí (114 %) a v Jaroměřicích (110 %), podprůměrný v Pustých Jakarticích (51 %) a ve Věrovanech (26 %). Obsah Cu, v porovnání s průměrem ze všech lokalit, byl nadprůměrný v Uherském Ostrohu (131 %) a v Krásném Údolí (120 %), podprůměrný v Jaroměřicích (96 %), ve Věrovanech (79 %) a v Pustých Jakarticích (73 %). Obsah Zn, v porovnání s průměrem ze všech lokalit, byl nadprůměrný v Pustých Jakarticích (152 %), v Uherském Ostrohu (115 %) a v Krásném Údolí (102 %), podprůměrný ve Věrovanech (68 %) a v Jaroměřicích (63 %). Obsah Fe, v porovnání s průměrem ze všech lokalit, byl nadprůměrný v Uherském Ostrohu (197 %) a v Krásném Údolí (117 %), podprůměrný v Jaroměřicích (87 %), v Pustých Jakarticích (74 %) a ve Věrovanech (24 %).
5.4 Vyhodnocení zásoby Mn, Cu, Zn a Fe v půdě podle kritérií po extrakci DTPA Výsledky stanovení obsahu prvků v půdách jsou velmi výrazně ovlivněny použitým extrakčním činidlem. Odhad podílu stopových prvků v půdě, který je využitelný kořenovým systémem rostlin, se provádí stanovením v extraktech půd, které byly připraveny za mírných chemických podmínek. Zpravidla jde o extrakci vodou nebo zředěnými roztoky elektrolytů jako je 0,1 mol·l-1 CaCl2. Někdy se používají i účinnější extrakční činidla jako roztoky komplexonů (zejména DTPA a EDTA). Jejich použití simuluje chování kořenů rostlin, které vylučují do svého nejbližšího okolí v půdě některé látky s komplexotvornými a rozpouštěcími účinky (zřejmě organické kyseliny) a ty pak rozpouští i některé formy prvku, které nejsou primárně přítomny v půdním roztoku (Koplík et al., 1997).
55
V letech 1992 až 2001 byl sledován obsah mikroelementů na pozorovacích plochách bazálního monitoringu zemědělských půd. Do sledování bylo zařazeno celkem 190 lokalit, z toho na orné půdě 147. Odběr půdních vzorků byl prováděn v letech 1992, 1995 a 2001 v období březen - říjen. Pro zjištění obsahu stopových prvků byly použity tzv. individuální výluhy, které dobře charakterizují obsah přijatelných forem konkrétního stopového prvku. Obsahy Mn, Cu, Zn a Fe byly analyzovány ve výluhu podle Lindsaye a Norvella (DTPA). Pro interpretaci výsledků byla použita stupnice pro kategorie zásobenosti stopovými prvky na orné půdě (tab. 10). Podle stejných kritérií byly vyhodnoceny také průměrné hodnoty rozborů půd z pokusných lokalit (Jaroměřice nad Rokytnou, Krásné Údolí, Pusté Jakartice, Věrovany, Uherský Ostroh). Obsah Mn byl vyhodnocen v Uherském Ostrohu jako velký, v ostatních lokalitách jako obsah střední (obr. 14). V porovnání s celorepublikovým průměrem dle bazálního monitoringu zemědělských půd (BMP) z let 1992 - 2001(Klement a Kuttelvascher, 2007) je obsah Mn v Uherském Ostrohu nadprůměrný, v ostatních lokalitách průměrný. Obsah Fe byl vyhodnocen v Krásném Údolí a Uherském Ostrohu jako velký, v ostatních lokalitách jako obsah střední (obr. 14). V porovnání s celorepublikovým průměrem dle BMP je obsah Fe v Krásném Údolí a Uherském Ostrohu průměrný, v ostatních lokalitách podprůměrný.
Obr. 14 Obsah Mn a Fe stanovený na pokusných lokalitách po extrakci DTPA Obsah Cu byl vyhodnocen ve všech lokalitách jako střední (obr. 15). V porovnání s celorepublikovým průměrem dle BMP je obsah Cu ve všech lokalitách průměrný. Obsah Zn byl vyhodnocen v Pustých Jakarticích a v Uherském Ostrohu jako velký, v ostatních lokalitách jako střední (obr. 15). V porovnání s celorepublikovým 56
průměrem dle BMP je obsah Zn v Pustých Jakarticích a v Uherském Ostrohu průměrný, v ostatních lokalitách podprůměrný.
Obr. 15 Obsah Cu a Zn stanovený na pokusných lokalitách po extrakci DTPA
57
6 ZÁVĚR V úvodní části diplomové práce je zpracována literární rešerše zaměřená na význam manganu, mědi, zinku a železa pro rostliny, hospodářská zvířata i člověka, dále na přehled analytických metod pro stanovení těchto prvků v půdě. Experimentální část je zaměřena na odběr a analýzu vzorků půd z pěti lokalit s rozdílnými půdně klimatickými podmínkami v České republice (Jaroměřice nad Rokytnou, Krásné Údolí, Pusté Jakartice, Věrovany a Uherský Ostroh). Odebrané půdní vzorky byly analyzovány na obsah manganu, mědi, zinku a železa po extrakci lučavkou královskou, 2M HNO3 a DTPA. Nejvyšší obsahy sledovaných prvků byly stanoveny po extrakci lučavkou královskou. Při porovnání obsahů prvků stanovených po extrakci 2M HNO3 byly hodnoty u Mn o 30,3 %, u Cu o 54,9 %, u Zn o 70,5 % a u Fe o 81,9 % nižší než po extrakci lučavkou královskou. Při porovnání obsahů prvků stanovených po extrakci DTPA byly hodnoty u Mn o 92,4 %, u Cu o 89,6 %, u Zn o 95,6 % a u Fe o 99,7 % nižší než po extrakci lučavkou královskou. Výsledky rozborů půd získané po extrakci DTPA byly vyhodnoceny podle kritérií na hodnocení zásoby mikroelementů v půdě z pohledu výživy rostlin (Neuberg et al., 1989). Velký obsah manganu a zinku byl v Uherském Ostrohu, velký obsah zinku v Pustých Jakarticích a velký obsah železa v Uherském Ostrohu a Krásném Údolí. Na většině lokalit byl obsah stanovených prvků v půdě jako střední.
58
7 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY BAIER, J. Soustava hnojení polních plodin. 1st ed. Praha: Státní zemědělské nakladatelství, 1979. 296 p. BARAK, P., HELMKE, P. A. The Chemistry of Zinc. In ROBSON, A. D. (ed.). Developments in plant and soil sciences: Zinc in Soil and Plants. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1993, p. 1-13. ISBN 0-7923-2631-8. BENDL, J. Hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem ICP-MS. In OTRUBA, V., KANICKÝ, V. (ed.). Spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem. 1st ed. Brno: Spektroskopická společnost Jana Marca Marci a Katedra analytické chemie Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně, 1997, p. 148-157. BENCKO, V., CIKRT, M., LENER, J. Toxické kovy v životním a pracovním prostředí
člověka. 2nd ed. Praha: Grada Publishing, 1995. 288 p. ISBN 80-7169-150. BERGMANN, W., ČUMAKOV, A. Kľúč na určovanie porúch vo výžive rastlín. 1st ed. Bratislava: VEB Gustav Fischer Verlag Jena a Príroda - vydavateľstvo kníh a časopisov n.p., 1977. 296 p. Knižnica poľnohospodára, 4009. BORŮVKA, L., KOZÁK, J., KRIŠTOUFKOVÁ, S. Specifikace těžkých kovů v kontaminované půdě. Chemické listy [online]. 1997, vol. 91, no. 10 [cited 2011-02-08], p. 424-432. Available from http://www.chemicke-listy.cz/docs/full/1997_10_868870.pdf . ISSN 1213-7103.
ČUMAKOV, A. Choroby rastlín spôsobené nedostatkom mikroelementov a boj proti nim. 1st ed. Bratislava: Ministerstvo poľnohospodárstva a výživy SSR, 1976. 8 p. Na pomoc rozvoju výroby. DOČEKAL, B. Atomová absorpční spektrometrie. In HELÁN, V. (ed.). Automatická spektrometrie. Český Těšín: Ing. Václav Helán - 2 THETA, 1998, p. 136-166. ISBN 80-902432-2-3. DUNKEL, S. Einsatz organischer Spurenelemente. Milchpraxis, 2004, vol. 42, no. 4, p. 180-181. ISSN: 0343-0200. EYAL, R. Microelements in Agriculture. Practical Hydroponics & Greenhouse [online]. 2007, vol. 17, no. 95 [cited 2010-10-10], p. 39-48. Available from http://www.haifachem.com/download/files/Micro_nutrients.pdf . ISSN 1321-8727. 59
GEBAUER, K., MATĚJÍK, J. Lektátové cheláty prvků v praxi. Krmivářství, 1999, vol. 3, no. 5, p. 33. ISSN 1212-9992. HEMKEN, R. W., BOLAND, M. P., CALLAGHAN, D. O. Vylaďování složení doplňků stopových prvků pro vysokoprodukční zvířata s cílem zamezit negativním dopadům na zdravotní stav a užitkovost.. In Our Industry Under the Microscope: Alltech´s European, Middle Eastern and African Lecture Tour. Brno, 1999, p. 17-24. HLUŠEK, J., RICHTER, R., RYANT, P. Výživa a hnojení zahradních plodin. 1st ed. Praha: Profi Press, 2002. 81 p. ISBN 80-902413-5-2. HRŮZA, M. Podzimní aplikace minerálních hnojiv. Zemědělec / AgroFert NEWS, 2010, vol. 18, no. 30, ISSN 1211-3816. ILLEK, J. Mikroelementy ve výživě skotu. In Sborník přednášek: Správnou výživou k plnohodnotnému sexu u skotu. Brno, 2002, p. 37-46. JAVORSKÝ, P., et al. Chemické rozbory v zemědělských laboratořích - I. díl. 2nd ed.
České Budějovice: Ministerstvo zemědělství a výživy ČSR, 1987. 397 p. Výstavnictví zemědělství a výživy. KAFKA, Z., PUNČOCHÁŘOVÁ, J. Těžké kovy v přírodě a jejich toxicita. Chemické listy [online]. 2002, vol. 96, no. 7 [cited 2011-02-08], p. 611-617. Available from http://www.chemicke-listy.cz/docs/full/2002_07_05.pdf . ISSN 1213 7103. KINCL, L., KINCL, M., JARKLOVÁ, J. Biologie rostlin. 4th ed. Praha: Fortuna, 2008. 304 p. ISBN 80-7168-947-5. KLEMENT, V., KUTTELVASCHER, P. Sledování obsahu mikroelementů na pozorovacích plochách bazálního monitoringu zemědělských půd. Bulletin sekce ústřední kontroly, 2007, vol. 15, no. 3, p. 36-45. KLOUDA, P. Moderní analytické metody. 2nd ed. Ostrava: Pavel Klouda, 2003. 132 p. ISBN 80-86369-07-2. KOMPRDA, T. Základy výživy člověka. 1st ed. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2003. 164 p. ISBN 80-7157-655-7. KOPLÍK, R., ČURDOVÁ, E., MIESTEK, O. Speciace stopových prvků ve vodách, půdách, sedimentech a biologických materiálech. Chemické listy [online]. 1997, vol.
60
91, no. 1 [cited 2011-02-08], p. 38-47. Available from http://www.chemickelisty.cz/docs/full/1997_01_38-47.pdf . ISSN 1213-7103. KOUBOVÁ, D. Hnojení řepky mikroelementy. Agronavigátor [online]. 2005 [cited 2010-10-10], p. 38727. Available from http://www.agronavigator.cz/default.asp?ch=1&typ=1&val=38727&ids=414 . MAKOVNÍKOVÁ, J., BARANČÍKOVÁ, D., DLAPA, P., DERCOVÁ, K. Anorganické kontaminanty v pôdnom ekosystéme. Chemické listy [online]. 2006, vol. 100, no. 6 [cited 2011-02-08], p. 424-432. Available from http://www.chemickelisty.cz/docs/full/2006_06_424-432.pdf . ISSN 1213-7103. MARSCHNER, H. Mineral Nutrition of Higher Plants. 2nd ed. San Diego: Academic Press, 1995. 916 p. ISBN 0-12-473542-8. MONTGOMERY, D. C., RUNGER, G. C. Applied Statistics and Probability for Engineers: International Student Version. 5th ed. John Wiley & Son, 2010. 776 p. ISBN 978-0-470-50578-6. NEHASILOVÁ, D. Stopové prvky ve výživě hospodářských zvířat. Praha: ÚZPI, 2005. 53 p. Informační přehledy. NERAD, J. Obsah stopových prvků v půdách: Výsledky průzkumu orných půd na obsah stopových prvků 1986 - 1991. 1st ed. Praha: Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský, 2001. NEUBERG, J., et al. Stopové prvky v rostlinné výrobě ČSR. 1st ed. Praha: Státní zemědělské nakladatelství v Praze, 1978. 187 p. NEUMANN, S. Minerální lizy: vhodný doplněk minerálních látek na pastvě. Náš chov, 2005, vol. 65, no. 3, p. 6-7. ISSN 0027-8068. PASEKA, A. Odchov a dochov selat z pohledu veterinárního lékaře a krmiváře. In Sou-
časné trendy ve výživě prasat. Hradec Králové: Nucleus, 2000, p. 35-39. PAVLÍKOVÁ, D., PAVLÍK, M., BALÍK, J., STASZKOVÁ, L., VANĚK, V., SZÁKOVÁ, J. Vliv zvýšeného obsahu zinku v půdě na metabolismus rostlin. In Sborník z mezinárodní konference: Výživa rostlin a její perspektivy. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2007, p. 367-370. ISBN 978-807375-068-8.
61
PEŘINA, L. Metodika a aplikace OES-ICP. In HELÁN, V. (ed.). Automatická spektrometrie. Český Těšín: Ing. Václav Helán - 2 THETA, 1998, p. 113-129. ISBN 80902432-2-3. PLŠKO, E. Optická emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem - OES-ICP. In HELÁN, V. (ed.). Automatická spektrometrie. Český Těšín: Ing. Václav Helán 2 THETA, 1998, p. 105-112. ISBN 80-902432-2-3. RADULOV, I., SALA, F., BERBECEA, A., CRISTA, F. Changes of soil microelements content after intensive mineral fertilization. Research Journal of Agricultural Science, 2009, vol. 41, no. 1, p. 487-492. ISSN 2066-1843. RICHTER, R., HLUŠEK, J. Výživa a hnojení rostlin - I. obecná část. 1st ed. Brno: Vysoká škola zemědělská v Brně, 1994. 177 p. ISBN 80-7157-138-5. RYANT, P., RICHTER, R., HLUŠEK, J., FRYŠČÁKOVÁ, E. Multimediální učební texty z výživy rostlin: Mikroelementy v půdě [online]. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2003, updated 16.1.2007 [cited 11 Oct 2010]. Available from: http://web2.mendelu.cz/af_221_multitext/vyziva_rostlin/html/agrochemie_pudy/a_i ndex_agrochem.htm. STAŇA, J., et al. 60 let Ústředního kontrolního a zkušebního ústavu zemědělského. Zemědělská kontrola a zkušebnictví 1951 - 2011. 1st ed. Brno: Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský, 2011. 92 p. ISBN 978-80-7401-037-8. STÁVKOVÁ, J., DUFEK, J. Biometrika. 1st ed. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2000. 194 p. ISBN 80-7157-486-4. STRNADOVÁ, N., MATĚJKOVÁ, D. Odstraňování sloučenin mědi a zinku z vod adsorpcí na hydroxidu hořečnatém. Chemické listy, 2006, vol. 100, no. 9, p. 803-808. ISSN 0009-2770. SVOBODA, M. Metabolické poruchy u prasat. Farmář, 2004, vol. 8, no. 12, p. 35-36. ISSN: 1210-9789. ŠAFÁŘOVÁ, M., ŘEHOŘ, M. Stopové prvky v uhelných a neuhelných sedimentech Severočeské pánve a zeminách rekultivovaných lokalit. Chemické listy, 2006, vol. 100, no. 6, p. 462-466. ISSN 0009-2770.
62
ŠETLÍK, I., SEIDLOVÁ, L., ŠANTRŮČEK, J. Fyziologie rostlin. 1st ed. České Budějovice: Jihočeská univerzita, 1998. 331 p. TRÁVNÍK, K.; ZBÍRAL, J.; NĚMEC, P. Agrochemické zkoušení zemědělských půd Mehlich III. 1st ed. Brno: Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský, 1999. 100 p. ISBN 80-86051-36-6. VANĚK, V., et al. Výživa polních a zahradních plodin. 1st ed. Praha: AgroFert Holding a.s., 2007. 176 p. ISBN 976-80-86726-25-0. VELÍŠEK, J. Chemie potravin 2. 1st ed. Tábor: OSSIS - Ing. Václav Šedivý, 1999. 328 p. ISBN 80-902391-4-5. ZBÍRAL, J. Analýza půd I - jednotné pracovní postupy. 1st ed. Brno: Státní kontrolní a zkušební ústav zemědělský, 1995. 177 p. ZBÍRAL, J. Analýza půd I - jednotné pracovní postupy. 2nd ed. Brno: Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský, 2002. 197 p. ISBN 80-86548-15-5. ZBÍRAL, J., HONSA, I. Analýza půd I - jednotné pracovní postupy. 3rd ed. Brno: Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský, 2010. 290 p. ISBN 978-80-7401031-6. ZBÍRAL, J. Analýza půd II - jednotné pracovní postupy. 1st ed. Brno: Státní kontrolní a zkušební ústav zemědělský, 1996. 216 p. ZBÍRAL, J. Analýza půd II - jednotné pracovní postupy. 2nd ed. Brno: Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský, 2003. 224 p. ISBN 80-86548-38-4. ZBÍRAL, J. Analýza půd II - jednotné pracovní postupy. 3rd ed. Brno: Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský, 2011. 230 p. ISBN 978-80-7401-040-8. ZBÍRAL, J. Vliv úpravy vzorků půd (mletí) na extrahovatelnost vybraných prvků. Bulletin laboratorního odboru, 2002, vol. 6, no. 3, p. 1-16. ISSN 1212-5466. ZEMAN, L., et al. Výživa a krmení hospodářských zvířat. 1st ed. Praha: Profi Press, 2006. 360 p. ISBN 80-86726-17-7.
63
8 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Schéma jednopaprskového atomového absorpčního spektrofotometru Obr. 2 Lokalizace pokusného pozemku v Jaroměřicích nad Rokytnou Obr. 3 Lokalizace pokusného pozemku v Krásném Údolí Obr. 4 Lokalizace pokusného pozemku Pustých Jakarticích Obr. 5 Lokalizace pokusného pozemku ve Věrovanech Obr. 6 Lokalizace pokusného pozemku v Uherském Ostrohu Obr. 7 Vliv tří rozdílných extrakčních činidel na stanovení obsahu Mn v půdě z jednotlivých pokusných lokalit Obr. 8 Vliv tří rozdílných extrakčních činidel na stanovení obsahu Cu v půdě z jednotlivých pokusných lokalit Obr. 9 Vliv tří rozdílných extrakčních činidel na stanovení obsahu Zn v půdě z jednotlivých pokusných lokalit Obr. 10 Vliv tří rozdílných extrakčních činidel na stanovení obsahu Fe v půdě z jednotlivých pokusných lokalit Obr. 11 Relativní porovnání obsahů prvků v půdě z jednotlivých pokusných lokalit k průměrným obsahům prvků ze všech pokusných lokalit po extrakci lučavkou královskou Obr. 12 Relativní porovnání obsahů prvků v půdě z jednotlivých pokusných lokalit k průměrným obsahům prvků ze všech pokusných lokalit po extrakci 2M HNO3. Obr. 13 Relativní porovnání obsahů prvků v půdě z jednotlivých pokusných lokalit k průměrným obsahům prvků ze všech pokusných lokalit po extrakci DTPA. Obr. 14 Obsah Mn a Fe stanovený na pokusných lokalitách po extrakci DTPA Obr. 15 Obsah Cu a Zn stanovený na pokusných lokalitách po extrakci DTPA
64
9 SEZNAM TABULEK Tab. 1 Nezbytné minerální prvky pro vyšší a nižší rostliny Tab. 2 Schéma odběru vzorků půd na pokusných lokalitách Tab. 3 Podmínky měření metodou ICP-OES Tab. 4 Spektrální čáry prvků Tab. 5 Směsné standardní kalibrační roztoky pro Cu a Zn Tab. 6 Směsné standardní kalibrační roztoky pro Mn a Fe Tab. 7 Směsné kalibrační standardní roztoky Tab. 8 Kritéria pro hodnocení obsahu rizikových prvků Tab. 9 Kritéria pro hodnocení obsahu rizikových prvků Tab. 10 Kritéria pro hodnocení obsahu mikroelementů v půdě Tab. 11 Kritéria pro statistické hodnocení Tab. 12 Stanovení obsahu manganu v půdě na pokusných lokalitách (mg·kg-1) Tab. 13 Stanovení obsahu mědi v půdě na pokusných lokalitách (mg·kg-1) Tab. 14 Stanovení obsahu zinku v půdě na pokusných lokalitách (mg·kg-1) Tab. 15 Stanovení obsahu železa v půdě na pokusných lokalitách (mg·kg-1) Tab. 16 Statistické vyhodnocení obsahů Mn v půdě po extrakci lučavkou královskou mezi pokusnými lokalitami Tab. 17 Statistické vyhodnocení obsahů Cu v půdě po extrakci lučavkou královskou mezi pokusnými lokalitami Tab. 18 Statistické vyhodnocení obsahů Zn v půdě po extrakci lučavkou královskou mezi pokusnými lokalitami Tab. 19 Statistické vyhodnocení obsahů Fe v půdě po extrakci lučavkou královskou mezi pokusnými lokalitami Tab. 20 Statistické vyhodnocení obsahů Mn v půdě po extrakci 2M HNO3 mezi pokusnými lokalitami Tab. 21 Statistické vyhodnocení obsahů Cu v půdě po extrakci 2M HNO3 mezi pokusnými lokalitami Tab. 22 Statistické vyhodnocení obsahů Zn v půdě po extrakci 2M HNO3 mezi pokusnými lokalitami Tab. 23 Statistické vyhodnocení obsahů Fe v půdě po extrakci 2M HNO3 mezi pokusnými lokalitami
65
Tab. 24 Statistické vyhodnocení obsahů Mn v půdě po extrakci DTPA mezi pokusnými lokalitami Tab. 25 Statistické vyhodnocení obsahů Cu v půdě po extrakci DTPA mezi pokusnými lokalitami Tab. 26 Statistické vyhodnocení obsahů Zn v půdě po extrakci DTPA mezi pokusnými lokalitami Tab. 27 Statistické vyhodnocení obsahů Fe v půdě po extrakci DTPA mezi pokusnými lokalitami
66
10 FOTOGRAFICKÁ PŘÍLOHA
Foto 1 Extrakce půdních vzorků lučavkou královskou za varu
Foto 2 Filtrace vzorků půd po extrakci lučavkou královskou
67
Foto 3 Filtrace vzorků půd po extrakci DTPA
Foto 4 Atomový absorpční spektrofotometr - ICP-OES
68
Foto 5 Atomový absorpční spektrofotometr – AAS
Foto 6 Atomový hmotnostní spektrofotometr s indukčně vázaným plazmatem - ICP-MS
69
