ZÁPLAVY A SESUVY PŮDY
Základy pedologie a ochrana půdy 11. přednáška
U.S. Geological Survey, photo by Robert L. Schuster
Záplavy a sesuvy půdy
Záplavy a sesuvy půdy
Záplavy a sesuvy půdy
1
Porovnání maximálních rozlivů při povodni 1997 s plochami fluvizemí v povodí řeky Moravy
ZTRÁTA ORGANICKÉ HMOTY Světová bilance: (údaje se mírně liší podle literárních pramenů)
(Janeček, VÚMOP, 1997)
Množství C v 109 t:
Půda Půda Atmosféra Biomasa Oceány Ostatní (org. C) (anorg. C) souše 1.500-1.600 700-1.000 700-760 450-550 38.000 150
Uhlík v organické hmotě Obsahy C v různých ekosystémech 250 200
1 Pg (petagram) = 1015 g
228
150
109
100
26
50
84
27 9
0 -50 -100
130
Jehličnatý les
Listnatý les
Travní porost
Obsah OH (%)
Tropické půdy (Oxisols, Ferralsols)
1-2
Písčité půdy (Psamments, Arenosols)
<1
Zamokřené půdy (Aquepts, Gleys)
10 5-6
Nadzemní biomasa Půda
Obsah a kvalita OH v některých půdách ČR Půdní jednotka
Skupina půd
Typické prérijní půdy (Mollisols, Chernozems)
104 182 192
Savana
Tropický prales
-200
149
185
Tundra
-150
Obsah OH v půdě
Rozložení organického C v půdním profilu
Humus (%)
HK : FK
Černozem
2,6
2,4
Hnědozem
1,8
1,1
Luvizem
1,7
0,9
Pseudoglej
2,2
0,7
Kambizem eutrofní
2,5
0,7
Kryptopodzol
5,4
0,6
2
Množství OH z rostlin Plodina
Bilance C
Suchá hmota rostlinných zbytků (t/ha) 8,2
Vojtěška Jetel luční
5,2
Pšenice ozimá
3,1
Ječmen jarní
2,5
Brambory
0,9
Cukrovka
0,9
Změny v různých frakcích půdní organické hmoty ve svrchních 25 cm po kultivaci panenské půdy
Vliv lesní těžby na vývoj obsahu C v lesní půdě a v nadzemní biomase (Jandl et al., 2007)
Vliv klimatu (teploty) na vytváření zásob půdního uhlíku maximum
Vliv klimatu na zásoby půdního C v Evropě
relativní rychlost
produktivita
(Buckman a Brady, 1960) rozklad
maximální SOC zásoba chladné
teplota
horké
3
Obsah organického C ve svrchních půdních horizontech v Evropě
Sekvestrace uhlíku = snaha dlouhodobě zvýšit obsah organické hmoty v půdě Způsoby:
(Jones et al., 2003)
omezení mineralizace omezení eroze dodávka OH do půdy
Problémy:
Důvody studia koloběhu C v agroekosystémech
nedostatek a ztráty OH pomalý proces přesvědčení společnosti
DESERTIFIKACE PŮD
Janzen, 2004
Desertifikace půd
při nevhodném využívání
Desertifikace půd Dezertifikace - Španělsko
4
Desertifikace půd
Oblasti ČR s půdami postihovanými suchem
Dezertifikace - Španělsko
Oblasti ČR s půdami postihovanými suchem
ZAMOKŘENÍ PŮDY Příčiny:
zvýšená hladina podzemní vody vysoký přísun vody
vysoké srážky (promyvný vodní režim) povrchový či podzemní přítok
omezený odtok (bažinný vodní režim) omezená propustnost půdy
vysoký obsah jílu, zhutnění
Důsledky pro vývoj půd:
půdní typy glej, pseudoglej, stagnoglej, organozem hydromorfní subtypy jiných půdních typů oglejené, glejové, histické
Zamokření půdy
SALINIZACE (ZASOLENÍ)
Důsledky pro půdní vlastnosti:
-
redukční procesy (Fe, Mn, …) omezená přeměna organické hmoty (mineralizace, humufikace) → rašelinění
omezená biologická činnost
převážně anaerobní procesy omezené dýchání a rozvoj kořenů
Možnosti nápravy:
úprava vodního režimu
meliorace - odvodnění snížení hladiny podzemní vody
-
proces vedoucí k nadměrnému nárůstu množství rozpustných solí v půdě půdní typy solončak a slanec
Zdroje zasolení:
primární minerály (solná ložiska) podzemní voda (výparný vodní režim) záplavy zasolenou vodou mořská voda (přenos větrem, difuse) závlahové vody hnojiva, odpady
(hloubkové) kypření půdy
5
Salinizace (zasolení)
Příklad lokálního zasolení
Velmi teplé klima - výparný vodní režim
Evaporace Akumulace solí Vzestup vody a solí Hladina podzemní vody
Salinizace (zasolení) Druhy:
chloridové (NaCl, MgCl2, CaCl2) síranové (Na2SO4) (sodové Na2CO3) kombinované
Rozložení půd ovlivněných solemi v Evropě (dle Szabolcse, 1974) 1. Zasolené půdy (tmavě modře) 2. Alkalické půdy bez B horizontu (fialově) 3. Alkalické půdy s B horizontem, vápenaté (červeně) 4. Alkalické půdy s B horizontem, nevápnité (hnědě) 5. Půdy potenciálně ovlivněné solemi (žlutě)
Důsledky:
alkalizace poškození (rozpad) půdní struktury zhoršení chemických vlastností půd změna osmotického potenciálu
omezení přístupnosti vody (fyziologické sucho) příjem a toxické působení iontů solí
KONTAMINACE PŮDY
zvýšený obsah potenciálně nebezpečných nebo cizorodých látek v půdě
Kontaminace půd Funkce půdy z hlediska chování polutantů:
Rizikové prvky:
přirozený i antropogenní původ nemohou být zcela rozloženy
Cizorodé organické látky:
převážně antropogenní původ možnost rozkladu (mikroorganismy)
filtrační zadržení pufrační imobilizace, omezení přístupnosti transformační mineralizace OL přeměna forem RP
Ostatní:
radioaktivita zasolení, dusičnany …
6
Kontaminace půd
Původ RP v půdě
Druhy kontaminace:
bodová rozptýlená (difusní)
litogenní (geogenní) antropogenní
(pedogenní)
Indikace kontaminace:
mikrobní činnost rostlinné indikátory magnetometrické metody (RP) chemické analýzy
Určení původu:
problém: nízká specifičnost
Relativní podíl antropogenních zdrojů RP v zemědělských půdách UK (Adriano, 2001) As
Cd
Cr
Hg
Zn
Ni
rozložení v půdním profilu plošné rozložení podíl mobilních forem isotopické složení
Přeměny RP v půdě
Cu
Pb
bodové x rozptýlené (difusní) zdroje
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: Hnůj
Atm. depozice
Kaly
Prům. odpady
Formy RP v půdě
Pb > Sb > Cu > Cr > Zn > Ni > Co > Cd
Hnojiva
definované spíše operačně (způsobem stanovení) význam pro mobilitu, přístupnost
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)
Převládající formy RP v půdě a jejich vliv na rostliny a živočichy Prvek
Formy
Vliv
As
AsO43-
toxický pro rostliny i živočichy
Be
Be2+
toxické pro rostliny i živočichy
Cd
Cd2+
toxický pro živočichy
Co
Co2+
Cr
Cr3+, CrO42-
živina pro rostliny i živočichy živina pro živočichy, Cr6+ karcinogenní
Cu
Cu2+
Hg
Hg2+, (CH3)2Hg
Mo
MoO42-
živina pro rostliny i živočichy, toxický pro r. i ž. živina pro rostliny i živočichy, toxický pro r. i ž.
živina pro rostliny i živočichy, toxická pro r. i ž. toxická pro živočichy
Ni
Ni2+
Pb
Pb2+
Se
SeO42-
Sn
Sn4+
živina pro živočichy, toxický pro ž.
Zn
Zn2+
živina pro rostliny i živočichy, toxický pro r. i ž.
toxické pro rostliny i živočichy živina pro živočichy, toxický pro rostliny i ž.
7
Faktory chování a speciace RP v půdě vlastnosti daného prvku půdní faktory
půdní reakce, oxidačně redukční podmínky přítomnost iontů obsah a kvalita organické hmoty minerální složení zrnitost půdy
biologické faktory klimatické podmínky
srážky a výpar, teplota
činnost člověka
Cizorodé organické látky v půdě POXL = persistentní organické xenobiotické látky
Původ - převážně antropogenní:
zpracování ropy a ropné produkty odpadní kaly, vody a jiné odpady pesticidy aj. ochranné přípravky rozpouštědla, detergenty atmosférická depozice aj.
Nežádoucí působení:
toxicita pro organismy vstup do potravního řetězce kontaminace podzemní vody
Biologická rozložitelnost organických polutantů v AE podmínkách Snadná:
ropné uhlovodíky (benzen, toluen, etylen, xylene, benzín) těkavé org. sloučeniny (tri- a perchloretylen) pesticidy organická rozpouštědla
Radionuklidy v půdě
Formy výskytu:
PCB PAU (polyaromatické uhlovodíky)
běžné reakce a procesy podle chemické a fyzikální povahy radioaktivní rozpad
Chování organických polutantů v půdě Faktory: – vlastnosti POXL:
rozpustnost a mobilita sorbovatelnost rozložitelnost toxicita
Procesy:
akumulace sorpce a desorpce příjem organismy rozklad
– vlastnosti půdy:
zrnitost, obsah jílu pH obsah a kvalita OH sorpční schopnosti biologická činnost
chemický rozklad biodegradace fotolýza
odpaření vymytí smyv a eroze
Kritéria kontaminace půdy Nutno zohlednit:
potenciální nebezpečí
půda – rostlina – zvíře – člověk (zemědělská půda, krmné plodiny) půda – rostlina – člověk (zemědělská půda, potravinářské plodiny) půda – voda – člověk (zemědělská a lesní půda, pásma ochrany vod) půda – člověk (městské půdy, hřiště)
půdní vlastnosti:
fyto-, zoo-, humanotoxicita
transferovou cestu a využití půdy
Obtížná:
kationty, oxyanionty, halidy organické komplexy a sloučeniny
Chování:
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
půdní druh, organická hmota pH, sorpční vlastnosti
použité analytické metody
Jednoduchá kritéria:
vyhl. MŽP č. 13/1994 Sb.
8
Maximálně přípustné obsahy prvků v půdách dle vyhlášky MŽP č. 13/1994 Sb. Prvek
Celkový obsah (mg.kg-1)
Kritéria kontamince půdy
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
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
Vícestupňová kritéria (u nás zatím pouze ve fázi návrhu vyhlášky): 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)
Kontaminace půdy v ČR
Kontaminace půdy v ČR
Relativní podíl vzorků s nadlimitním obsahem (% celkového počtu vzorků; zdroj - ÚKZÚZ)
Nejproblémovější oblasti (RP i POXL): fluvizemě – Labe, Morava aj. severní a severozápadní Čechy severní Morava okolí Prahy
%
1,4
Cd
1,2 1
Ni
0,8
Rizikové prvky: Příbramsko (Pb, Zb, Cd …) Kutnohorsko (As)
Cr
0,6
Cu
0,4 0,2
Kontaminace není v ČR hlavním problémem degradace půdy ani nelze hovořit o celoplošném znečištění!
Co
Be
30
60
90
120 Kilometers
Hg
MAP OF BACKGROUND CONTENTS OF TRACE ELEMENTS IN SOILS OF CZECH REPUBLIC: Elements - Co, Cr, Ni, V , Mn, Cu
Content
Rivers Towns
30
Scale 1:1.300.000
V
very low low medium low medium high very high extremes non classified
Content Low Medium low Medium Increased High Non classified
0
Zn
0
MAP OF BACKGROUND CONTENTS OF TRACE ELEMENTS IN SOILS OF CZECH REPUBLIC: Element - Zn
30
Pb
0
30
60
90
120 Kilometers
Scale 1:1.300.000
9
Zranitelnost (vulnerabilita) půdy vůči znečištění
MAP OF SOIL VULNERABILITY TO POLLUTION BY ZINC AND NICKEL
Legend Extreme Very severe Severe Increased Mild Slight Very slight Non classified
Vulnerabilita půdy:
pufrační schopnost půdy odolávat kontaminaci x kontaminace – skutečné zatížení půdy založena na: mobilitě rizikových prvků příjmu RP rostlinami půdních vlastnostech
Rivers Towns
30
MAP OF SOIL VULNERABILITY TO POLLUTION BY LEAD
0
30
60
90
120 Kilometers
Scale 1:1.300.000
MAP OF SOIL VULNERABILITY TO POLLUTION BY ARSENIC Legend Very severe Severe Slight Very slight Non classified
Legend Very severe Severe Medium Slight Very slight Non classified
50 30
0
30
60
90
120 Kilometers
REMEDIACE PŮDY
cesta k odstranění poškození půdy a obnově jejích základních funkcí Æ odstranění příčin problému (prevence) Æ ošetření následků z angl. (lat.) remedy = napravit, dát do pořádku = lék, léčebný prostředek, náprava, pomoc Æ náprava stávajícího stavu způsob provedení:
in situ dekontaminace odtěžené zeminy
on site off site
0
50
100
150
200 Kilometers
Scale 1:1.300.000
Metody remediace půdy
fyzikální
chemické
odtěžení, překrytí, izolace separace elektrokinetické metody spalování, tavení, vitrifikace apod. extrakce imobilizace chemická degradace
biologické
fytoextrakce fytostabilizace bioremediace
10
