Ochrana půdy. Ing. Petr Stloukal Ústav ochrany životního prostředí Fakulta technologická Univerzita Tomáše Bati Zlín

Ochrana půdy

Ing. Petr Stloukal Ústav ochrany životního prostředí Fakulta technologická Univerzita Tomáše Bati Zlín

Obsah přednášky  Vlastnosti půdy

 Změna kvality půdy  Ochrana před chemickou degradací - sanace

2

1) Vlastnosti půdy

3

Legislativa 

V ČR - sektorový přístup k ochraně půd



Speciálními zákony jsou chráněny půdy zemědělské a lesní, půdy ostatní jsou chráněny zprostředkovaně jinými zákony.



Zákon č. 17/1992 Sb. o životním prostředí

- specifikuje v půdu jako jednu ze složek životního prostředí.

 Zákon č. 334/l992 Sb. o ochraně ZPF - a jeho prováděcí vyhláška č. 13/1994 Sb. - povinnosti vlastníků a nájemníků půdy: 

a

Zákon č. 289/l995 Sb. o lesích

- upravuje ochranu lesních pozemků před zábory a omezením jejich funkcí.

4

Vlastnosti půdy Půda 

Nejsvrchnější část zemského povrchu (pedosféra)



Rozhraní atmosféry, litosféry a hydrosféry - ovlivňuje chemickou, vlhkostní a teplotní bilanci atmosféry - reguluje hydrologické toky v krajině, chemické složení vod



Zóna s intenzivní interakcí mezi biosférou a geosférou - určuje řadu biologických i nebiologických koloběhů a toků látek a energie



Nenahraditelný přírodní zdroj



Nejstabilnější složka ekosystému - v potravním řetězci první článek



Schopnost odolávat antropogennímu působení 5

Vlastnosti půdy 

je dynamický, stále se vyvíjející živý systém



Funkce

- životní prostředí půdních organismů - stanovištěm planě rostoucí vegetace - slouží k pěstování kulturních rostlin

- regulátor koloběhu látek - může fungovat jako úložiště, ale i zdroj potenciálně rizikových látek

6

Vlastnosti půdy Složení 

Systém - otevřený, relativně samostatný, trojfázový



Složky půd - Minerální-anorganická – 35-45%

- Organická hmota – 5-15% - Voda (půdní roztok) – 15-35%

Organická hmota Humus

Anorganický horizont

- Plyny - 15-35%

- Živé organismy

Podloží

- červi, hmyz, bakterie, - prvoci, háďátka, houby, řasy 7

Vlastnosti půdy Chemické složení Prvek O Si Al % 49,0 33,0 6,7

Fe 3,2

Ca 2,0

Na Mg K 1,1 0,8 1,8

Ti P Mn S C 0,5 0,08 0,08 0,04 1,4

N 0,2

Poměr anorganická : organická hmota cca 10 : 1

Tuhá fáze

Minerální podíl Jílové minerály

Oxidy, hydroxidy

Organický podíl Primární minerály

Organické látky nehumifikované

Organické látky přechodné

Organické látky humifikované

8

Vlastnosti půdy Chemické složení Organický podíl 

Jílové minerály - 70-80% z celkové hmotnosti půdy - převážně Si, Al, O, H menší množství Ca, Mg, Fe, K, Zn aj. - montmorillonit - Mx+y(R3+2-y, R2+y)(Si4-xAlx)O10(OH)2.nH2O



Oxidy a hydroxidy - 10-15%, hydratované oxidy železa, hliníku, křemíku nebo manganu. - vysoká sorpční kapacita zejména pro těžké kovy (Co, Ni, Pb, Cr, Zn).



Primární minerály - 7-10 %; postupné zvětrávání křemenu, živce, slídy, pyroxémy aj. - uvolňování některých iontů K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO2- aj.

9

Vlastnosti půdy Chemické složení Organický podíl 

Jílové minerály - 70-80% z celkové hmotnosti půdy - převážně Si, Al, O, H menší množství Ca, Mg, Fe, K, Zn aj. - montmorillonit - Mx+y(R3+2-y, R2+y)(Si4-xAlx)O10(OH)2.nH2O



Oxidy a hydroxidy - 10-15%, hydratované oxidy železa, hliníku, křemíku nebo manganu. - vysoká sorpční kapacita zejména pro těžké kovy (Co, Ni, Pb, Cr, Zn).



Primární minerály - 7-10 %; postupné zvětrávání křemenu, živce, slídy, pyroxémy aj. - uvolňování některých iontů K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO2- aj.

10

Vlastnosti půdy 

Jílové minerály - montmorillonit - Mx+y(R3+2-y, R2+y)(Si4-xAlx)O10(OH)2.nH2O

11

Vlastnosti půdy Chemické složení Organický podíl 

Nehumifikované látky - 10-15% z celkového organického podílu půdy - zbytky rostlin, organických hnojiv, zooedafonem a mikroedafonem - mineralizace, humifikace



Humifikované látky - tvorba stabilnějších organických látek většinou aromatické povahy - Humínové kyseliny, Fulvokyseliny - vysoké poutání živin v půdě (6-7x vyšší než u jílových minerálů), - drobtovitá struktura - příznivý vodní, vzdušný a tepelný režim půdy, - kladně ovlivňují pufrační schopnost půd, - detoxikují škodlivé sloučeniny a částečně váží i těžké kovy, 12

Vlastnosti půdy

13

Vlastnosti půdy Půdotvorní činitelé 

Matečná hornina - ovlivňuje zásobu živin, základní chemismus, zrnitost a barvu



Klima: - teplota a srážky ovlivňují chemické reakce v půdě



Organismy - tzv. půdní edafon - bakteriální edafon - hlízkové, choroboplodné bakterie, - fytoedafon – plísně, houby, řasy, kořenové systémy, - zooedafon – prvoci, nálevníci, roztoči, korýši, hmyz, atd.



Charakter reliéfu - sklon a orientace ke světovým stranám



Čas - vývoj v čase v důsledku fyz., chem. a biol. jevů, včetně antropogenních



Podzemní vlivy - podzemní voda

14

Vlastnosti půdy 1. pH 

ovlivňuje rozpustnost látek v půdě obsažených (jejich využitelnost organismy)

Rozdělení - zásadité (pH vyšší než 7,5) Nejúrodnější v nížnách - neutrální (pH 6,5-7,4) - slabě kyselé (pH 5,3-6,4) - kyselé (pH 4,6-5,2) - silně kyselé (pH 4,1-4,5) - velmi silně kyselé (pH menší než 4) 



Zvýšená kyselost snižuje rozpustnost látek a tím i jejich využitelnost hlavně rostlinami

15

Vlastnosti půdy 1. pH

Nejúrodnější v nížnách

16

Vlastnosti půdy 2. Sorpční komplex 

Schopnost poutat různé látky z disperzního prostředí - důležité pro půdotvorný proces i výživu rostlin.



Malé půdní částice, koloidní povahy, - organické i anorganické látky.



aktivní část (anionty) - vlastní komplex, vyvolává sorpční procesy



pasivní část (kationty) - sorbovány aktivní částí poutány různou silou v pořadí: Na < K < NH4 < H < Ca < Mg< Al


Tvořen minerálními koloidy (jílové minerály) a organickými sloučeninami (humus).



Organický 10 x silnější než anorganický 17

Vlastnosti půdy 3. Fyzikální a biologické vlastnosti - Struktura - Teplota - Živé organismy (edafon) - Půdní mikroorganismy - Odumřelé zbytky rostlinných a živočišných těl

18

Vlastnosti půdy 3. Fyzikální a biologické vlastnosti Struktura Určena:  velikostí půdních částic (zrn) - zrnitost - optimální je rovnoměrné zastoupení různých velikostí - ovlivňuje pohyb vody v půdě 

velikostí půdních pórů - celkový objem půdních pórů v určitém objemu půdy - rychlost průniku vody půdou - permeabilitu (propustnost) půdy - vyšší permeabilita zlepšuje provzdušněnost půdy → mineralizaci látek. - Nízká permeabilita → převaha anaerobních procesů 19

Vlastnosti půdy 3. Fyzikální a biologické vlastnosti  Živé organismy (edafon) - Makroorganismy – červi, hmyz, hlodavci (podporují aeraci půdy)  Půdní mikroorganismy - podílí se na rozkladných procesech v půdě, nejvíce v horní vrstvě, s hloubkou převažují anaerobní druhy

Odumřelé zbytky rostlinných a - základem pro tvorbu půdního humusu

živočišných těl

Humus - huminové kyseliny, fulvokyseliny a další. - zlepšuje kvalitu půdy, zvyšuje využitelnost živin rostlinami upravuje sorpční vlastnosti, pH půdy

20

Vlastnosti půdy Půdní voda půda se podílí na koloběhu vody v přírodě  nejdůležitějším rezervoárem kvalitní pitné vody. 

Vrstva průchodná pro vodu - voda se zde zbavuje pevných, koloidních a rozpuštěných polutantů - obohacuje se rozpuštěnými látkami v půdě 

Vrstva vododárná - maximálně nasycena vodou, která se zde hromadí 

Vrstva vodonosná - tvoří ji hornina, pro vodu nepropustná



21

Vlastnosti půdy Půdní voda  Výsledná filtrace závisí na - kvalitě a stupni znečištění protékající vody, - struktuře a charakteru půdních vrstev (průchodné vrstvy) - rychlosti vody protékající vrstvami půdy.

22

Změna kvality půdy Samočistící schopnost půdy Schopnost půdy rozkládat složité organické látky včetně odumřelých těl rostlin a živočichů, až na základní prvky,  Mineralizace, Humifikací 

 Dělíme na - Fyzikální - filtrace, sorpce

- Chemické - oxidace, redukce - Biologické - anaerobní, aerobní rozklad

23

Změna kvality půdy Samočistící schopnost půdy 

Fyzikální

- filtrační schopnost - zadržování pevných částic póry. - adsorpci - zachycení látek z půdního roztoku  Chemické - vznik vazeb: kovalentní, iontové, srážecí reakce  Biologické - rozkladu organických sloučenin za účasti mikroorganismy v půdě. - Anaerobní rozklad - metan, amoniak, a toxické zplodiny. - Aerobní rozklad - mineralizace, humifikace, nitrifikace, denitrifikace - aerace je ovlivněna strukturou půdy – velikost částic a porozita

24

2) Změna kvality půdy

25

Změna kvality půdy

1) Eroze 2) Kontaminace (znečištění)

26

Změna kvality půdy 2. Eroze půdy Rozrušování a transport půdy vlivem přírodních faktorů - fyzikální degradace - pokles humusu

Normální eroze - neustále přetváří reliéf Zrychlená eroze - 10 – 1000x vyšší intenzita Aktuální eroze – množství půdy odnesené z určité plochy za rok

Dělíme: Vodní způsobena deštěm  Větrná - obrus třením větrem transportovaného materiálu a větrný odnos sypkého zvětralého povrchu 

27

Změna kvality půdy Eroze půdy 

zvětšování velikosti oraných pozemků



rušení bývalých hydrografických prvků



rozšiřování pěstování širokořádkových plodin



zhutňování půdy



nedostatku strojů na ochranné obdělávání půdy

28

Změna kvality půdy Eroze půdy

Ochrana před vodní erozí  Organizační opatření – velikost a tvar pozemků, uspořádání  Agrotechnická – ochranné obdělávání půdy  Technická - stavební úpravy Ochrana před větrnou – větrolamy

29

Změna kvality půdy Znečištění – kontaminace půdy

Kontaminace – vnesení cizorodých látek do půdy vlivem člověka Salinizace (zasolování)  Acidifikace  Znečištění polutanty 

30

Změna kvality půdy Znečištění – kontaminace půd

Rozdělujeme  Kontaminanty přírodního původu - odumřelé části rostlin a živočichů, složité organické látky celulóza, tuky, bílkoviny. - lehce rozložitelné látky, - rozklad označujeme samočisticí schopností půdy. - Biodegradace – vznik jednoduchých organických a anorganických látek. 

Kontaminanty antropogenního původu

- znečištění z činnosti člověka (doprava, průmysl), - do půdy se dostávají vysoce toxické a obtížně rozložitelné látky (těžké kovy, dusičnany, pesticidy).

31

Změna kvality půdy Znečištění – kontaminace půdy

Zdroje  Atmosférická depozice - Spalování fosilních paliv (S,N) - Automobilová doprava (Pb, Pt, PAU) - Metalurgie (kovy) - Chemický průmysl (Hg, organické polutanty) - Spalovny odpadů (PCDD) - Radioizotopy - Požáry (popílek, PAU) 

Agrochemikálie - Herbicidy (2,4-D, 2,4,5-T) - Incekticidy (DDT, HCB) - Fungicidy (Cu, Zn, Hg, …) - Hnojiva (Cd, U z fosforečnanů) 32

Změna kvality půdy Znečištění – kontaminace půdy

Zdroje  Likvidace odpadů - zemědělské (kovy, pesticidy) - kaly z ČOV (kovy, PAU, PCB, PCDD, Cr6+) - komunální - důlní (kovy) - popílky 

Nehody



Průmysl - chemický

33

Negativní vliv na ŽP Znečištění – kontaminace půdy

Nejvíce Znečisťující látky 1.Těžké kovy (Cd, Hg,Cu, Cr, Ni, Pb, Co, As aj.)  Vlastnosti: - kumulace v rostlinách a v tělech živočichů, neodbouratelnost, obtížná sanace.  Vznik: - imise, odpady z energetiky a z průmyslových provozů, komunální odpady.

 Cd - rozsáhlý výskyt, přechází do rostlin, vstupuje do potravního řetězce, - Zdroj: fosforečná hnojiva, ČOV, průmyslové komposty, komunální odpad. 34

Negativní vliv na ŽP Znečištění – kontaminace půdy

Nejvíce Znečisťující látky 1.Těžké kovy (Cd, Hg,Cu, Cr, Ni, Pb, Co, As aj.)  Pb - kumulativní charakter, přijímám rostlinami, dobře se váže na humus a na jílovou složku – pevná vazba – nevyplavuje se. - Zdroj: jako Cd + doprava  Hg - fenyl- metyl- sloučeniny. - zdroj: viz Cd + z moření osiv.  Cr: - Cr 6+ - karcinogen, je špatně rostlinami přijímám. - Zdroj : spalování fosilních paliv, ocelářská struska ve formě vápenatého hnojiva, kaly z ČOV. 35

Změna kvality půdy Znečištění – kontaminace půdy

2) pesticidy: podle biologického účinku  degradace: fyzikálně-chemické faktory (vlhkost, pH, sluneční záření.  Rezidua pesticidů: produkty a meziprodukty jejich degradace. 

3) dusičnany: Eutrofizace  zemědělství, průmysl (kyselé deště, spalovací procesy), doprava.  Do organismu: pitnou vodou, potravou.  Fyziologické působení v organismu - vazba na krevní barvivo (hemoglobin – methemoglobin) - redukce na dusitany, tyto se mění na nitrosaminy (kancerogenní, mutagenní, teratogenní účinek). 

36

Obsah přednášky

3. Ochrana před chemickou degradací

37

Ochrana před chemickou degradací Acidifikace 



Okyselení, kyselé deště - H+ ionty, Snižování pH (voda,půda) Vyluhování živin hlavně hořčíku a vápníku (tzv.bazické kationty)

Opatření - vápnění 

působení, vyrovnání nedostatku Ca a Mg



Dolomitický vápanec - CaMg(CO3)2



Snížení rozpustnosti sloučenin Al a Mn



Změna chemismu půd, výrazné ovlivnění půdních mikroorganismů,

ovlivnění rychlosti rozkladu humusu, atd.

38

Ochrana před chemickou degradací Kontaminace Lokální charakter  Návaznost na průmysl, zemědělství  Anorganická 

- Malá část v půdním roztoku - Větší část vázaná na půdní složku – komplexy, sorpce, adsorpce na jílové materiály… 

Organická - Ropa a její složky - Monoaromatické uhlovodíky - PAU (PAHs) - Chlorované uhlovodíky - PCB… Chlorované – nejnebezpečnější

Environmentální geotechnika – sanace 39

Ochrana před chemickou degradací Sanace Dělení podle: 1. místa realizace 



in-situ - na místě bez těžby pevných materiálů, bez čerpání vyčerpávání podzemní vody ex-situ - vytěžení pevných materiálů nebo vyčerpání podzemní vody - přemístění z kontaminované lokality - on-site, off-site

2. dekontaminovaného media   

pro zeminy, sedimenty, kaly (tuhé materiály) pro podzemní vody, povrchové vody, průsaky vzdušné emise, odplyny 40

Ochrana před chemickou degradací Sanace Dělení: 3. podle používané strategie: destrukce nebo změna kontaminantu - termické, biologické a chemické  extrakce nebo separace kontaminantu od media - vyžaduje následné využití - nebo zneškodnění kontaminantu - termická desorpce, praní, extrakce a odsáváním půdního vzduchu (tzv. venting) atd.  imobilizace kontaminantu - stabilizace, solidifikace a tzv. „contaiment“ technologie (např. umístění na zabezpečené skládce nebo konstrukce kalových stěn) 

41

Ochrana před chemickou degradací Sanace Termické metody Vysokoteplotní destrukce   

Princip: Zemina zahřívána na teplotu, která zajistí termickou destrukci kontaminace (nad 870°C) Použitelnost: Persistentní organická kontaminace Místo realizace: Ex-situ - Rotační pece, reaktory s fluidním ložem, pyrolýza

42

Ochrana před chemickou degradací Biologické metody Přirozená atenuace 

Princip:

- Soubor fyzikálních, chemických a biologických pochodů, které - probíhají samovolně v půdě a vedou ke změnám kontaminantů (snížení koncentrace, zamezení šíření nebo rozklad) - Nutno monitorovat, případně řízená atenuace - Dlouhá doba trvání 

Místo realizace: In-situ



Použitelnost: různé organické i anorganické kontaminanty 43

Ochrana před chemickou degradací Sanace Biologické metody Bioremediace Princip: - spontánní destrukce kontaminantů díky přírodní biodegradaci – mikroorganismy - dostatek vhodných živin, vhodná teplota, pH, vlhkost, aerobní či anaerobní podmínky.  Použitelnost: - Výborně: uhlovodíky C1-C15, alkoholy, fenoly, aminy, kyseliny, estery, amidy. - Dobře - ropné C12-C20, monochlorované uhlovodíky - Těžko – PAU, PCB  Místo realizace: - In-situ – častější. levnější, zdlouhavější, velké plochy - Ex- situ – bioreaktory 

44

Ochrana před chemickou degradací Biologické metody Bioremediace in situ Princip: - rozklad organických polutantů prostřednictvím specifických mikroorganismů - optimalizace podmínek prostředí pro působení již přítomné mikroflóry.  Použitelnost: - hlavně ropné látky, fenoly, za určitých podmínek i PAU, chlorované uhlovodíky 

45

Ochrana před chemickou degradací Biologické metody Bioventing Princip: podpora cirkulace vzduchu v nesaturované zóně dodávka kyslíku pro biodegradaci  Místo realizace: In-situ 

46

Ochrana před chemickou degradací Biologické metody Bioremediace ex-situ Princip:

- biologický rozklad ve vytěžené zemině - dodávka nutrientů, vzduchu, popř. speciální bakteriální kmeny. - regulace vlhkosti, pH, teploty Použití: - ropné látky, polyaromáty

47

Ochrana před chemickou degradací Sanace Biologické metody Bioremediace  Výhody: - v některých případech levný proces (využití přirozené půdní mikroflory) - polutanty jsou zcela mineralizovány  Nevýhody: - v některých případech nutno „očkovat“ - v některých případech je nutný náročný výzkum - v některých případech náročné provedení

48

Ochrana před chemickou degradací Biologické metody Fytoremediace Princip: - cílené pěstování rostlin se zvýšenou schopností extrakce škodlivin z půdy – akumulace ve svých vlastních tkáních - Kumulované těžké kovy – spálení rostlin, snížení objemu až o 90%, nebo kompostování  Použitelnost: hlavně kovy, některá perzistentní organika  Místo realizace: In-situ  Výhody: - postupy obvyklé levné - použití běžných agrotechnických postupů - in situ 

49

Ochrana před chemickou degradací Sanace Chemické metody Chemická sanace

Princip: - zasakování nebo injektáž činidel, které reagují s kontaminanty za vzniku méně toxických nebo imobilních látek Použitelnost: různé kontaminanty Místo realizace: In-situ

50

Ochrana před chemickou degradací Sanace – metody dekontaminační Extrakce nebo separace kontaminantu Fyzikálně-chemické 

Extrakční metody – nejrozšířenější - Přetlak nebo podtlak extrakčního činidla - Získáme eluát či plynnou směs – zneškodnění nebo druhotná surovina - Extrakční medium – voda, vzduch, kyseliny, louhy, komplexní a organická rozpouštědla



Promývací metody - vytěžení zeminy, mechanické praní vodou - vhodné pro TK, benzín, naftu, pesticidy rozpouštědly – tekutý CO2, propan, butan, aceton, methanol, hexan aj. 51

Ochrana před chemickou degradací Sanace – metody dekontaminační Extrakce nebo separace kontaminantu Elektrokinetické

Princip: využití elektrického proudu nízké intenzity pro extrakci kontaminantů z nízce propustných zemin. Použití: hlavně kovy Místo realizace: In-situ

52

Změna kvality půdy Znečištění – kontaminace půdy

Registr kontaminovaných ploch Podle zákona č. 156/98 Sb. o hnojivech provádí ÚKZÚZ v rámci agrochemického zkoušení půd  sledování obsahů rizikových látek a rizikových prvků v zemědělských půdách.  Rozsah a způsob tohoto sledování stanovuje Ministerstvo zemědělství. (§ 10 zákona). 

Veškeré výsledky uvedeného sledování jsou vedeny v databázi "registru kontaminovaných ploch". Staré ekologické zátěže http://kontaminace.cenia.cz/ 53

Změna kvality půdy Znečištění – kontaminace půdy

Cd

Hg

54

Změna kvality půdy Znečištění – kontaminace půdy

55

Děkuji Vám za pozornost Dotazy?

56