RIZIKOVÉ PRVKY (RP) V PŮDĚ Označení:
Pedogeochemie
13. přednáška
potenciálně rizikové prvky stopové prvky (78) těžké kovy (kovy, > 5 g.cm-3; 38)
Hlavní formy výskytu v půdě:
minerály kationty oxyanionty vázané na organickou hmotu
cheláty, organické komplexy organokovové sloučeniny
Nejnebezpečnější: As, Cd, Cu, Hg, Ni, Pb a Zn
Předpokládané převládající formy RP v p. roztoku a nejtoxičtější specie (Adriano, 2001)
Předpokládané převládající formy RP v p. roztoku a nejtoxičtější specie (Adriano, 2001)
Prvek
Kyselé půdy
Alkalické půdy
Tox. specie
Prvek
Kyselé půdy
Alkalické půdy
Ag(I)
Ag+, AgCl0
Ag+
Ag+
Ni(II)
Ni2+, NiSO40, NiHCO3+
NiCO30, NiHCO3+, Ni2+
Ni2+
As(III)
As(OH)3
AsO33-
Pb(II)
Pb2+, PbSO40, PbHCO3+
Pb2+
As(V)
H2AsO4-
HAsO42-
AsO43-
PbCO30, PbHCO3+, Pb(CO3)22-, PbOH+
B(III)
B(OH)3
B(OH)4-
B(OH)3
?
Be(II)
Be2+
Cd(II)
Cd2+, CdSO40, CdClCo2+,
Co(II)
Sb(III)
Sb(OH)2+, Sb(OH)3
Sb(OH)4-
Be2+
Se(IV)
HSeO3-
SeO32-
Cd2+,CdCl-, CdSO40, CdHCO3+
Cd2+
Se(VI)
SeO42-
SeO42-
Co(OH)20,
Co2+
Tl(I)
Tl+
Tl+
Tl(III)
Tl(OH)30
Tl(OH)4-
V(IV)
VO2+
Be(OH)3-,
CoSO40
Be(OH)4
2-
Tox. specie
SeO42-
Cr(III)
Cr(OH)2+
Cr(OH)4-
Cr(VI)
CrO42-
CrO42-
Cr6+
Cu(II)
Cu2+, CuCl-, fulváty
CuCO30, CuHCO3+
Cu2+
V(V)
VO2+, polymery
VO2(OH)2-, VO3(OH)2-
?
Hg(OH)20
CH3Hg+
Zn(II)
Zn2+, ZnSO40
ZnHCO3+, ZnCO30, Zn2+, ZnSO40
Zn2+
Hg2+,
Hg(II)
HgCl2
0,
CH3Hg+
Mn(II)
Mn2+, MnSO40
Mn2+,MnSO40,MnCO30,MnHCO3+
Mn2+
Mo(V)
H2MoO40, HMoO4-
HMoO4-, MoO42-
MoO42-
Původ RP v půdě
litogenní (geogenní) antropogenní
bodové x rozptýlené (difusní) zdroje
(pedogenní)
Určení původu:
rozložení v půdním profilu plošné rozložení podíl mobilních forem isotopické složení
Obsah RP v materiálech vnášených do půdy (mg.kg-1 v sušině; Kabata-Pendias a Pendias, 1992) Prvek
Kaly
P-hnojiva
Vápence
N-hnojiva
Hnůj
Pesticidy
As
2-26
2-1200
0,1-24
2,2-120
3-25
22-60
Cd
2-1500
0,1-170
0,04-0,1
0,05-8,5
0,3-0,8
-
Co
2-260
1-12
0,4-3,0
5,4-12
0,3-24
-
Cr
20-40600
66-245
10-15
3,2-19
5,2-55
-
Cu
50-3300
1-300
2-125
<1-15
2-60
12-50
Hg
0,1-55
0,01-1,2
0,05
0,3-2,9
0,09-0,2
0,8-42
Mo
1-40
0,1-60
0,1-15
1-7
0,05-3
-
Ni
16-5300
7-38
10-20
7-34
7,8-30
-
Pb
50-3000
7-225
20-1250
2-27
6,6-15
60
Se
2-9
0,5-25
0,08-0,1
-
2,4
-
Zn
700-49000
50-1450
10-450
1-42
15-250
1,3-25
1
Relativní podíl antropogenních zdrojů RP v zemědělských půdách UK (Adriano, 2001) As
Cd
Pb
Hg
Hnůj
Atm. depozice
Cr
Cu
Zn
Ni
Kaly
Prům. odpady
Hnojiva
Doba setrvání RP v půdě (Bowen, 1979) Cd – 75-380 let Hg – 500-1000 let Ag, Cu, Ni, Pb, Se, Zn – 1000-3000 let
Střední hodnoty a běžné rozsahy obsahů RP v půdách světa (mg.kg-1; Bowen, 1979) Prvek
Medián
Rozsah
Prvek
Medián
As
6
0,1-40
Ag
0,05
0,01-8
Cd
0,35
0,01-2,0
Ba
500
100-3.000 0,01-40
Co
8
0,05-65
Be
0,3
Cr
70
5-1.500
Cs
4
0,3-20
Cu
30
2-250
Ga
30
0,4-300 20-600
Hg
0,06
0,01-0,5
Rb
100
Mo
1,2
0,1-40
Sn
4
1-200
Ni
50
2-750
Sr
250
4-2.000 150-25.000
Pb
35
2-300
Ti
5.000
Se
0,4
0,01-12
U
1
0,9-9
Zn
90
1-900
V
90
3-500
Přeměny RP v půdě
-
v mírném klimatu (v tropech kratší doby)
x úplné odstranění je téměř nemožné!!!
Rozsah
adsorpce a desorpce rozpouštění a precipitace vázání organickými látkami tvorba anorganických a organických komplexů okluze, difuse do mřížky minerálů příjem organismy vypařování (Hg, metylované kovy) transport
Míra zadržení v půdě: Pb > Sb > Cu > Cr > Zn > Ni > Co > Cd
Stabilitní diagram kovů
Vazby kovů na EDTA v závislosti na pH
2
Stabilita komplexů kovů s organickými ligandy
Formy RP v půdě
Faktory chování a speciace RP v půdě
zdroj, forma, vazba, náboj, iontový poloměr, afinita k OH apod. půdní reakce, oxidačně redukční podmínky přítomnost iontů obsah a kvalita organické hmoty jílové minerály, oxidy železa, hliníku a manganu a další minerály zrnitost půdy
biologické faktory klimatické podmínky
Mechanismy tvorby komplexů RP s huminovými látkami (Senesi, 1992)
půdní faktory
srážky a výpar, teplota
činnost člověka
Schema postupné (sekvenční) extrakce podle Tessiera et al. (1979) Krok
Extrakční činidlo (ml/g)
Proces, teplota
Frakce
1
1 M MgCl2 (pH 7,0; 8 ml)
1 h třepat
výměnná
2
1 M NaOAc (pH 5,0 HOAc; 8 ml)
5 h třepat
uhličitanová
3
0,04 M NH2OH.HCl v 25% HOAc (pH ~ 2,0; 20 ml) 30% H2O2/HNO3 (pH ~ 2) a poté NH4OAc
6 h při oxidy Fe a Mn 96±3°C, občasné míchání organicky 85±2°C vázaná
4 5
vodorozpustné (v půdním roztoku) výměnné organicky vázané okludované na oxidech železa a manganu v definovaných sloučeninách uhličitany, sulfidy, fosforečnany vázané ve struktuře silikátů (zbytková, reziduální frakce)
vlastnosti daného prvku
definované spíše operačně (způsobem stanovení) význam pro mobilitu, přístupnost
HF/HClO4 (2:1) (jako celkový obsah)
reziduální
Schema postupné (sekvenční) extrakce podle Sposita et al. (1982) Krok
Extrakční činidlo
Doba třepání (teplota)
Extrahovaná frakce
16 h
výměnná
třikrát 2 h
sorbovaná
1
0,5 M KNO3
2
deionizovaná voda
3
0,5 M NaOH
16 h
organická
4
0,05 M Na2EDTA
6h
uhličitanová
5
4 M HNO3
16 h (80°C)
sulfidová
3
Schema postupné (sekvenční) extrakce podle Ure et al. (1993) Krok Extrakční činidlo (ml/g)
Proces
Extrahovaná frakce vodorozpustná, výměnná, uhičitanová oxidy Fe a Mn
1
0,11 M HOAc (40 ml)
16 h třepat
2
0,1 M NH2OH.HCl (pH 2 HNO3; 40 ml) rozklad 30% H2O2 a poté NH4OAc/HOAc (pH 5; 50 ml)
16 h třepat 16 h třepat
3 4
HCl + HNO3 (3 : 1)
Měď - Cu
málo mobilní v půdě nejvíce ve ferralsolech (oxisolech), fluvisolech nejméně v podzolech a organosolech konc. v půdním roztoku: 3-135 μg.l-1 (tj. 0,047-2,125 μM) formy v půdě:
organická + sulfidy
reziduální
Cu+, Cu2+, CuOH+, CuCO3, Cu(CO3)22-, Cu(OH)3-, Cu(OH)42-, CuO22-, HCuO2-, CuO kyslíkové můstky: Cu-O-Fe, Cu-O-Al, Cu-O-Mn
Stabilitní diagram Cu
Adsorpce Cu půdními složkami v závislosti na pH
Zinek - Zn
Předpokládané rozdělení forem Zn v roztoku v závislosti na pH
nejvíce v aluviálních půdách, solončacích, rendzinách nejméně v lehkých půdách snadno mobilizovatelný:
formy v půdě:
konc. v půdním roztoku: 4-270 μg.l-1 (tj. 0,061-4,130 μM) Zn2+, ZnOH+, ZnHCO3+, Zn(OH)2, ZnO, ZnCO3, Zn5(OH)6(CO3)2, Zn3(PO4)2.H2O, ZnCl42-, Zn(OH)3-, ZnO22-
vazby hlavně na oxidy Fe a jíl. minerály
4
Stabilitní diagram Zn
Kadmium - Cd
nejvíce v organických půdách nejméně v podzolech velmi mobilní (nejvíce při pH 4,5-5,5)
formy v půdě:
Rozdělení forem Cd v roztoku v půdě s obsahem karbonátů v závislosti na pH
konc. v půdním roztoku: 0,2-6 μg.l-1 (tj. 0,002-0,053 μM) Cd2+, CdCl+, CdOH+, CdHCO3+, CdCl3-, CdCl42-, Cd(OH)3-, Cd(OH)42-, CdO, CdCO3, org. cheláty
vazby hlavně na jílové minerály
Sorpční isotermy Cd v závislosti na zrnitosti a pH
Olovo - Pb
Stabilitní diagram Pb
málo mobilní vazby na karbonáty, jíl. minerály, oxidy Fe a Mn a org. hmotu (imobilizace) při vyšším pH precipitace (karbonáty, fosforečnany, hydroxidy…) Pb2+ může nahradit K, Ba, Sr, Ca v minerálech i na sorpčních místech významné antropogenní vstupy izotopové poměry
5
Rozdělení forem Pb v roztoku v závislosti na pH
Chrom - Cr
nejvíce na serpentinitech nejméně v písčitých a organických půdách Cr3+: většinou převládá
Cr6+: toxický
podobnost s Fe3+ a Al3+ - možná náhrada mobilní při nízkém pH, precipitace při pH ~ 5,5 i v podobě smíšených oxidů s Fe3+ CrOH2+ snadno rozpustný – snadná redukce na Cr3+
anionty: CrO42-, CrO33
chromany – sorpce na jíl. minerály a hydratované oxidy
Stabilitní diagram Cr
Rozdělení forem Cr3+ v roztoku v závislosti na pH
Kobalt - Co
Molybden - Mo
nejvíce v kambisolech a rendzinách nejméně v podzolech a organosolech geochemie podobná jako u Fe a Mn nejčastěji v různých minerálech Fe sorpce na oxidy Mn, Fe a jíl. minerály
na oxidech Mn – specifická sorpce – výměna za Mn2+
formy v půdě:
při neutrální a slabě alkalické reakci - molybdenany (MoO42-) při nízkém pH – HMoO4-
snadná koprecipitace s org. hmotou, CaCO3 a jiným kationty sorpce na hydratované oxidy Fe, Al, Mn a na org. hmotu při pH < 5,5 málo přístupný
6
Rozdělení forem Mo v roztoku v závislosti na pH
Stabilitní diagram Mo
Nikl - Ni
Rtuť - Hg
nejvíce v rendzinách, kambizemích a kaštanozemích mobilní formy:
Ni2+ - relativně stabilní v roztoku NiOH+, HNiO2-, Ni(OH)3rozpustné cheláty (mobilizace z oxidů a karbonátů) běžně 3-25 μg.l-1
koprecipitace s oxidy Fe a Mn vázán organickou hmotou
Rozdělení forem Hg v roztoku v závislosti na pH
formy v půdě:
nejvíce jako slabě mobilní organokomplexy v roztoku převládá Hg(OH)2 – snadná sorpce chloridové komplexy se poutají hůř Hg0, Hg2+, Hg22+, Hg2+, HgOH+, Hg(OH)2, HgS22-, HgCl42-, HgCl-, RHg+, R2Hg (R= -CH3, -CH2CH3, -C6H5) v kyselých glejových půdách jako Hg0, HgS
vazby hlavně na org. hmotu těkavá
Rozdělení forem Hg v roztoku v závislosti na koncentraci Cl-
7
Stabilitní diagram Hg
Arsen - As
Stabilitní diagram As
nejméně v lehkých půdách, zvl. na granitických horninách nejvíce v aluviálních a organických půdách nejběžnější mobilní formy: AsO2-, AsO43-, HAsO42-, H2AsO3-, chování arseničnanů (AsO43-) podobné jako fosforečnanů sorpce na jíl. minerály, org. hmotu vysoká afinita k povrchu (hydr)oxidů Fe
Selen - Se
formy v půdě:
při vysoké koncentraci Ca a Mg: CaSeO4, MgSeO4 v kyselém prostředí: KHSe, NH4HSe, MnSe Se0, SeO42-, SeO32-, Me[Se, SeO, SeO3, SeO4], Se2-, HSeO3-, HSe-, (CH3)2Se, (CH3)2Se2
v některých chudých půdách - nedostatek
Stabilitní diagram Se
Selen – Se Vliv půdních podmínek na tvorbu rozpustných forem Se (Elrashidi et al., 1987) Redox hodnota (pe + pH) Vysoká (17)
Střední (12)
pH >2
Hlavní specie v půdním roztoku selenany SeO42-
<2
HSeO4-,
>7
SeO32-
>3,8 HSe<3,8
vysoká
H2SeO3seleničitany
<7,3 HSeO3Nízká (4)
Mobilita
selenidy
nízká až střední malá
H2Se0
8
Další prvky
Další prvky Be, Sr, Ba
Lithium - Li
nejméně v lehkých org. půdách, nejvíce ve vápnitých p. vazba na Ca a Mg, podobné chování
Berylium - Be
Rubidium - Rb
nejméně v rašelinách, lehkých org. půdách, nejvíce na žulách, rulách a v aluviálních p. vazba na K
tvoří cheláty 90Sr – nebezpečný radionuklid
Baryum - Ba
podobnost Rb, vyšší afinita k alumosilikátům 137Cs - radioisotop
Stabilitní diagram Be
může nahradit Al aj. kationty v montmorillonitech
Stroncium - Sr
Cesium - Cs
podobné chování jako Ca (a Mg) obvykle vázány na uhličitany
snadná precipitace (s SO42-, CO32-) sorpce na jíl. minerálech, v Mn a P konkrecích specifická sorpce na oxidech a hydroxidech
Další prvky Cín - Sn
v silně kyselých půdách – Sn2+ rozpuštěný se chová podobně jako Fe a Al tvoří organické komplexy
Bór - B
esenciální – mikroživina BO2-, B4O72-, BO32-, H2BO3-, B(OH)4sorbován pevněji než ostatní anionty náhrada za Al3+ a Si4+ v jíl. minerálech sorpce na jíl. minerály a seskvioxidy (Al>Fe)
HALOGENY
Halogeny
Fluor - F
Chlór - Cl
nejméně v L půdách humidních oblastí, více v T půdách může nahrazovat –OH skupiny v minerálech minerály: fluoroapatit – Ca10(PO4)6F2 – nejběžnější fluoridy (CaF2, AlF3), alumosilikáty (např. Al2(SiF6)2) mobilita: mobilní F je snadno sorbován jíl. minerály a P v kys. p. ji může zvyšovat NaF, KF, NH4F ve vápnitých p. – málo rozpustný CaF2, málo rozpustné komplexy s Fe, Al, Si v sodných půdách – vysoká mobilita díky Na komplexní ionty s Al – řízení aktivity Al3+
Cl- a komplexní Cl ionty mobilní – vyplavování nejvíce: solonce, solončaky, půdy blízko moří
Bróm - Br
podobné chování jako Cl, snadné vyluhování vazba na org. hmotu, sorpce na hydroxidy Al a Fe a na jílové minerály
Jód - I
podobný Br, všechny sloučeniny snadno rozpustné sorpce na org. hm., jíl. minerály, hydratované oxidy Al a Fe v roztoku: I-, IO3-, méně I3-, IO-, H4IO6isotopy: 129I – přírodní, 127I – v okolí atom. elektráren
9
RADIONUKLIDY V PŮDĚ
různé isotopy přirozeného i antropogenního původu Ce, Cs, Kr, Pu, Ra, Rn, Ru, Th, U aj. I, Co, Fe, Zn Ba, C, H, P, S
Formy výskytu:
kationty, oxyanionty, halidy organické komplexy a sloučeniny
KONTAMINACE PŮDY Rizikové prvky:
přirozený i antropogenní původ nemohou být zcela rozloženy
Cizorodé organické látky (persistentní organické xenobiotické látky = POXL): převážně antropogenní původ možnost rozkladu (mikroorganismy)
Chování:
běžné reakce a procesy podle chemické a fyzikální povahy radioaktivní rozpad
Kontaminace půd Funkce půdy z hlediska chování polutantů:
filtrační zadržení pufrační imobilizace, omezení přístupnosti transformační mineralizace OL přeměna forem RP
Ostatní:
Kontaminace půd Druhy kontaminace:
potenciální nebezpečí
transferovou cestu
půda – rostlina – zvíře – člověk; půda – zvíře – člověk; půda – voda- člověk; půda - člověk dle využití půdy (zemědělská p., lesní p., hřiště, POV …)
půdní vlastnosti:
fyto-, zoo-, humanotoxicita
půdní druh, organická hmota pH, sorpční vlastnosti
použité analytické metody
Jednoduchá kritéria:
vyhl. MŽP č. 13/1994 Sb.
mikrobní činnost rostlinné indikátory magnetometrické metody (RP) chemické analýzy
problém: nízká specifičnost
Maximálně přípustné obsahy prvků v půdách dle vyhlášky MŽP č. 13/1994 Sb. Prvek
Celkový obsah (mg.kg-1)
Výluh 2M HNO3 (mg.kg-1)
lehké půdy
ostatní
lehké půdy
ostatní
As
30,0
30,0
4,5
4,5
Be
7,0
7,0
2,0
2,0
Cd
0,4
1,0
0,4
1,0
Nutno zohlednit:
bodová rozptýlená (difusní)
Indikace kontaminace:
Kritéria kontaminace půdy
radioaktivita zasolení, dusičnany …
Co
25,0
50,0
10,0
25,0
Cr
100,0
200,0
40,0
40,0
Cu
60,0
100,0
30,0
50,0
Hg
0,6
0,8
-
-
Mo
5,0
5,0
5,0
5,0
Ni
60,0
80,0
15,0
25,0
Pb
100,0
140,0
50,0
70,0
V
150,0
220,0
20,0
50,0
Zn
130,0
200,0
50,0
100,0
10
Kritéria kontamince půdy
Kontaminace půdy v ČR
Vícestupňová kritéria (v návrhu):
Nejproblémovější oblasti (RP i POXL):
Preventivní hodnoty (A) vycházejí z pozaďových hodnot (RP) a antropogenně difusních hodnot (POXL) určeny statisticky Indikační hodnoty (B) mez kontaminace (max. přípustný obsah) na základě ekotoxikologických studií a analýzy rizik Asanační hodnoty (C) též intervenční, akční hodnoty, mez intoxikace významné nebezpečí, nutnost zásahu (asanace, remediace)
fluvizemě – Labe, Morava aj. severní a severozápadní Čechy severní Morava okolí Prahy
Rizikové prvky: Příbramsko (Pb, Zb, Cd …) Kutnohorsko (As)
MAP OF BACKGROUND CONTENTS OF TRACE ELEMENTS IN SOILS OF CZECH REPUBLIC: Elements - Co, Cr, Ni, V , Mn, Cu
MAP OF BACKGROUND CONTENTS OF TRACE ELEMENTS IN SOILS OF CZECH REPUBLIC: Element - Zn
30
0
30
60
90
120 Kilometers
Rivers Towns
30
0
60
90
120 Kilometers
90
120 Kilometers
Scale 1:1.300.000
Vulnerabilita půdy:
30
60
Zranitelnost (vulnerabilita) půdy vůči znečištění Legend Low Medium High Non classified
0
30
Scale 1:1.300.000
MAP OF BACKGROUND CONTENTS OF TRACE ELEMENTS IN SOILS OF CZECH REPUBLIC: Elements - Pb and Be
30
Content very low low medium low medium high very high extremes non classified
Content Low Medium low Medium Increased High Non classified
pufrační schopnost půdy odolávat kontaminaci x kontaminace – skutečné zatížení půdy založena na: mobilitě rizikových prvků příjmu RP rostlinami půdních vlastnostech
Scale 1:1.300.000
11
MAP OF SOIL VULNERABILITY TO POLLUTION BY COPPER
MAP OF SOIL VULNERABILITY TO POLLUTION BY ZINC AND NICKEL
Legend Very severe Severe Medium Slight Very slight Non classified
Legend Extreme Very severe Severe Increased Mild Slight Very slight Non classified Rivers Towns
30
30
0
30
60
90
120 Kilometers
0
30
60
90
120 Kilometers
Scale 1:1.300.000
Scale 1:1.300.000
MAP OF SOIL VULNERABILITY TO POLLUTION BY BERYLIUM
MAP OF SOIL VULNERABILITY TO POLLUTION BY LEAD
Legend
Legend Very severe Severe Medium Slight Very slight Non classified
30
0
30
60
90
Very severe Severe Medium Slight Very slight Non Classified
30
120 Kilometers
0
30
60
90
120 Kilometers
Scale 1:1.300.000
Scale 1:1.300.000
MAP OF SOIL VULNERABILITY TO POLLUTION BY ARSENIC Legend Very severe Severe Slight Very slight Non classified
ACIDIFIKACE PŮDY Definice acidifikace půdy:
50
0
50
100
150
důsledek produkce nebo vstupu kyselin pokles neutralizační kapacity půdy přirozený proces, který je umocňován působením antropogenních vlivů
200 Kilometers
12
Druhové složení lesů ČR
Příčiny acidifikace půdy
(% celkové rozlohy lesů)
Přirozené:
Příčiny acidifikace půdy Antropogenní:
způsob hospodaření v lesích atmosférická depozice (S, N) suchá depozice
kyselé deště - kyseliny (sírová, dusičná) ve srážkové vodě (vč. mlhy, sněhu …)
nevhodné hnojení aj. přídavky (na z.p.) odběr bazických iontů sklizní
Největší problém v ČR:
19,3 40,1 0,8 0,6 1,5 0,6 0,8 0,7 0,2 65,0
Zastoupení kategorií zemědělských půd podle půdní reakce v ČR (%) %
50 40 30 20
mokrá depozice
zachytávání SO2, aerosolu, prachu na povrch vegetace
34,7
6,1 5,6 3,0 1,3 1,2 1,0 0,9 0,7 1,5 21,3
10 0
lesní půdy horských oblastí
Celková atmosf. depozice S a N DEPOZICE S Nízká Střední Vysoká Velmi vys,
Orná půda
Silně alkalické
77,2
dub buk bříza olše habr jasan lípa javor statní listnaté Celkem listnaté
Alkalické
přirozený 11,2 3,4 0,0 19,8 0,3
Neutrální
Jehličnany celkem
Slabě kyselé
Kyselé
mateční horniny (žuly apod.) nevhodné porosty (smrkové monokultury) humus, organické kyseliny tvorba CO2 vymývání bazických složek srážkovou vodou oxidace pyritu
Silně kyselé
stávající 54,3 17,5 3,4 0,9 1,1
Etrémně kyselé
Druh smrk borovice modřín jedle ostatní jehličnany
Travní porosty
Reakce půdy na okyselování Neutralizace (pufrování):
<10 kg ha-1 10-15 15-20 >20
rozpouštění minerálů reakce na OH
Pokles pH Citlivost půdy závisí především na:
DEPOZICE N Nízká Střední Vysoká Velmi vys,
<5 kg ha-1 10-10 10-15 >15
minerálním složení (fosforečnany, uhličitany…) obsahu bazických kationtů množství a kvalitě organické hmoty
13
Citlivost k acidifikaci a zranitelnost (vulnerabilita) Citlivost
stupeň reakce systému na kyselou depozici náchylnost ekosystému ke změnám ve struktuře a funkci
Citlivost půdy k acidifikaci Vysoká citlivost (zranitelnost): podzoly, kambisoly andosoly
Nízká citlivost: vápenaté půdy (rendziny, černosoly)
Zranitelnost (vulnerabilita)
míra, do jaké může kyselá depozice poškodit (eko)systém
Přirozená citlivost půd ČR k antropogenní acidifikaci
Parametry citlivosti: Parametr
Nejméně citlivé
Nejvíce citlivé
Půda
Rendzina
Podzol
Hornina
vápenec
žula
Teploty
vysoké
nízké
Srážky
nízké
vysoké
Narušenost půd acidifikací (Hruška et al., 2002) Míra Přirozená Atmosfér. Oblasti narušení citlivost depozice Extrémní velmi vysoká
vys. nebo Jizerské hory, Krkonoše, Z část Krušných hor, vrcholová část velmi Orlických hor, Jeseníků a Kralického vysoká Sněžníku
Poškození půd ČR acidifikací
vysoká
velmi vys. V části Krušných hor
Silné
velmi vysoká
nízká
část Šumavy, Novohradské hory, Český les, Slavkovský les, Moravskoslezské Beskydy, Rychlebské h., Žďárské vrchy, Brdy
Střední
malá
střední
Českomoravská a Drahanská vysočina, Nízký Jeseník
Mírné
odolné
střední
nížiny a střední oblasti ČR
Přirozená a antropogenní kyselost Přirozená kyselost: organické kyseliny nízké teploty, vysoká vlhkost – omezená mineralizace schopnost poutat Al do netoxických komplexů
mobilizovatelný Al může již být vyčerpán Ö toxicita Al se neprojevuje
Antropogenní acidifikace: i malá změna pH zvýší rozpouštění Al např. při změně pH z 3,9 na 3,7 se konc. Al3+ zvýší ~ 4x!
vyšší množství Al3+ nižší poměr BC/Al v půdním roztoku
Ö toxicita Al se projeví
14
Kritické zátěže
Kritické zátěže – příklad – Krkonoše (Hruška, 2001)
nejvyšší dávka znečišťující látky, která ještě nezpůsobí chemické změny, jež by měly dlouhodobé škodlivé účinky na nejcitlivější složky ekosystému množství depozice, kterou část ekosystému může snášet bez poškození
stav 1995
kvantitativní odhad – na základě současných znalostí
Skutečný dopad kyselé depozice je dán: velikostí depozice citlivostí ekosystému
Relativní citlivost k acidifikaci (UNEP, 1999)
Důsledky acidifikace půdy
zvýšené zvětrávání půdních minerálů ztráta živin (Ca, Mg, K) uvolňování labilních (potenciálně toxických) forem Al zvýšení rozpustnosti RP omezený rozvoj kořenů toxicita Al (nízký poměr Ca/Al nebo BC/Al v p. roztoku) nedostatek Mg (rychlý růst díky N) vyšší zranitelnost škodlivými činiteli vliv na půdní strukturu změny mikrobiálních společenstev a biologické aktivity
Překročení kritických zátěží N (UNEP, 1999)
Možná řešení acidifikace Prevence:
omezení emisí změny druhového složení porostů (biologická meliorace) omezené využívání okyselujících přídavků do půdy
Náprava – chemická meliorace:
vápnění rychlá účinnost – jen ve svrchní vrstvě x vyšší mineralizace, zploštění kořenového systému aplikace sádrovce snížení acidity hlubších vrstev, vstup Ca bazické minerální moučky mírnější účinek, dodávka živin x k dosažení srovnatelného účinku je třeba velký objem
15
Vápnění zemědělských půd
důsledky v půdě:
zvýšení pH sycení půdy Ca2+ (Mg2+) zvýšení biologické aktivity
x zvýšená mineralizace OH
Nejčastěji uváděné nepříznivé důsledky vápnění lesních půd a námitky
zlepšení půdní struktury (ζ potenciál) rozvoj kořenového systému zvýšení rozpustnosti některých živin snížení mobility a přístupnosti Al a většiny rizikových prvků x omezení přístupnosti Fe
jednorázový, nepřirozený zásah nerovnoměrná (nekontrolovaná) aplikace výsledek se neprojeví v hlubších vrstvách půdy vápnění vápencem nesníží nedostatek Mg (a může vyvolat nedostatek K v důsledku konkurence prvků) zvýšená mineralizace
zploštění kořenového systému
změna půdní fauny a mykorhizních společenstev přesun acidity do hlubších vrstev
Vliv kyselých srážek a následného vápnění na půdní faunu (Rusek, 2001) původní stav
kyselé srážky
ztráta organické hmoty nitrifikace – další okyselení kys. dusičnou, vyplavování dusičnanů mobilizace akumulovaných rizikových prvků nižší odolnost vůči suchu, mrazu apod.
přesun kyselých kationtů vytěsněných Ca naplavení dusičnanů, mobilizace Al
Časové měřítko acidifikace a zotavení (Galloway, 2001) Dny až týdny
vápnění
Týdny až měsíce
Měsíce až roky
Roky až desetiletí
ACIDIFIKACE Zvýšené emise zvyšují depozici Zvýšená depozice okyselují půdy Zvýšená acidifikace mění lesy Zvýšená depozice okyseluje vody Zvýšená acidifikace vody zabíjí ryby… REGENERACE Snížené emise snižují depozici Snížená depozice umožní regeneraci půd Snížená depozice umožní regeneraci vod Snížená depozice umožní regeneraci lesů Snížená kyselost vody umožní regeneraci ryb
EUTROFIZACE PŮDY
zvýšení živného stavu půd (celého ekosystému) zvýšení obsahu živin – zejména N (příp. P, K aj.) nevyvážená zásoba živin – N x Mg
Reakce lesního ekosystému na zvýšený přísun N (Gundersen et al., 2006)
Důsledky:
nadměrná tvorba biomasy
změna druhového složení organismů
zvýšená náchylnost porostů k poškození (škůdci, choroby, polomy…) šíření nepůvodních druhů z vysokou konkurenceschopností vytlačování domácích druhů změna mikrobních společenstev a mikrobiální aktivity
zvýšené nebezpečí vyplavování živin (N, P)
16
