VYUŽITÍ ČISTÍRENSKÝCH KALŮ PŘI HNOJENÍ OZIMÉ PŠENICE A JARNÍHO JEČMENE A KUMULACE RIZIKOVÝCH PRVKŮ

06.12.2000 | Odborné konference

Využití čistírenských kalů při hnojení ozimé pšenice a jarního ječmene a kumulace rizikových prvků

The use of sewage sludge for fertilization of Winter Wheat and Summer Barley and accumulation of heavy metals

Tlustoš, P., Balík, J., Pavlíková, D., Száková, J., Dvořák, P.

ČZU v Praze, katedra agrochemie a výživy rostlin

Souhrn, klíčová slova

V poloprovozních pokusech bylo na šesti stanovištích sledováno využití stabilizovaných kalů z čistíren odpadních vod ke hnojení ozimé pšenice a jarního ječmene. Kal byl aplikován ve dvou dávkách, první dávka odpovídala zvyklostem v ostatních evropských státech, druhá dávka byla zpravidla trojnásobná. Aplikace kalu příznivě ovlivnila výnos obou plodin, zejména při nižší dávce. Dodaný kal neměl významný vliv na změnu obsahu těžkých kovů (Cd a Pb) v zrnu a slámě pšenice a ječmene. Mírný nárůst obsahu Cd v rostlinách po přímém hnojení potvrdil vysokou mobilitu tohoto prvku. U méně pohyblivého Pb nebyly zjištěny změny v jeho obsahu v pěstovaných obilovinách na jednotlivých variantách.

Klíčová slova: Pšenice ozimá, ječmen jarní, čistírenský kal, výnos, Cd, Pb

Summary, keywords

Six on farm experiments were set up to investigate the effect of stabilized sewage sludge application on the yield of winter wheat and summer barley and accumulation of Cd and Pb in grain and straw of both crops. Sludge was applied in two rates, low rate followed common rates advised in other European countries and higher one was about three fold higher. The application of sewage sludge affected the yield of both crops. Better yield response was found at lower sludge treatment. The sludge application did not significantly increase the content of heavy metals (Cd and Pb) in grain and straw of both crops. High Cd mobility was only confirmed by slight increase of its content in crops planted directly after application. There were no changes found in the content of less mobile Pb in planted crops.

Key words: Winter wheat, Summer barley, Sewage sludge, Yield, Cd, Pb

Úvod a literatura

Rostoucí produkce čistírenských kalů v České republice a jejich současné relativně vysoké využití v zemědělství, na jedné straně částečně eliminuje negativní bilanci organických látek a nedostatečný vstup živin, na druhé straně může být aplikace těchto odpadních látek na ornou půdu zdrojem řady rizik. Mezi základní rizikové faktory patří možné znečištění půd anorganickými a organickými polutanty a patogeny (Smith, 1995). Činná půda může být při vhodných podmínkách prostředím, ve kterém dochází k degradaci některých organických polutantů a inaktivaci patogenů. Mnohem více omezená je možnost likvidace anorganických komponent, protože jejich stabilita je mnohem vyšší a z půdního profilu se mohou odstraňovat pouze odběrem pěstovanou rostlinou nebo vymýváním. Je tedy nezbytné důkladně porozumět chování zejména rizikových prvků v půdě a definovat podmínky, za kterých dochází k jejich zvýšenému transportu do rostlin, včetně reakce pěstované rostliny na změnu obsahu rizikových prvků v půdě. Jednou z možností jak eliminovat transfer prvků do rostlin je pěstování plodin s nízkým akumulačním potenciálem, popřípadě využití těch částí, kde se toxické prvky ukládají v nízkých koncentracích. Jednou z takových možností je pěstování obilnin. Lübben a Sauerbeck (1991) zjistili, že nejméně rizikových prvků se hromadilo v zrnu a jejich obsah se zvyšoval v pořadí plevy, sláma a kořeny. Nízký transfer rizikových prvků zrnem obilovin dává předpoklad pro úspěšné pěstování těchto plodin především při vyšším riziku akumulace, která by mohla nastat po vyšším imputu těchto prvků do půdy.

Míra akumulace může být ovlivněna i mobilitou jednotlivých prvků. V našem experimentu jsme si dali za cíl porovnat hromadění mobilního Cd a velmi málo mobilního Pb (Kabata-Pendias a Pendias, 1986) v nadzemní biomase ozimé pšenice a jarního ječmene pěstovaný přímo po hnojení stabilizovanými čistírenskými kaly a následně jako druhá plodina po přímém hnojení.

Metody

K poloprovoznímu ověření možnosti využití přímého a následného pěstování ozimé pšenice a jarního ječmene na půdách hnojených čistírenskými kaly bylo založeno šest pokusů na stanovištích v jižních a středních Čechách. Na každém stanovišti byla hodnocena varianta bez použití kalu a dvě dávky kalu. Dávka základní odpovídala běžným aplikačním zvyklostem daného zemědělského podniku a použité mechanizaci (RMA 8 a RUR 5) a druhá odpovídala přibližně trojnásobku dávky první. Průměrná dávka byla vypočtena na základě minimálně deseti analýz hmotnosti aplikovaného kalu na 1m2 z celé šíře záběru rozmetadla. Současně byla hodnocena i rovnoměrnost aplikace kalu oběma rozmetadly. Hnojení minerálními hnojivy bylo shodné na všech třech variantách. Kal byl ihned po rozmetání zapraven do půdního profilu tak, aby se omezily ztráty organické hmoty a dusíku. Aplikované kaly byly z pohledu současné legislativy kvalitní a ve všech případech vyhovovaly parametrům kladeným na komposty I. a II. třídy z pohledu obsahu kadmia a olova. Velikost jednotlivých parcel byla minimálně 1000 m2. Pozemky k aplikaci byly vybrány na základě analýz půdních vzorků na obsah rizikových prvků, ze kterých bylo zjištěno, že obsah sledovaných prvků odpovídal vyhlášce 13/1994 ve všech lokalitách a neomezoval aplikaci kalu.

Vliv aplikace kalu na výnos hlavního a vedlejšího produktu na jednotlivých variantách byl hodnocen orientačně pomocí čtyř náhodně vybraných sklizňových ploch o velikosti 1 m2. Sklizené plodiny byly následně analyzovány na obsah kadmia a olova v hlavním a vedlejším produktu. Po rozkladu na suché cestě byl získaný mineralizát analyzován pomocí AAS.

Výsledky a diskuse

Při hodnocení aplikace bylo zjištěno, že hnojení kaly pomocí rozmetadel určených k aplikaci hnoje není rovnoměrné. Vyšší aplikovaná dávka byla zjištěna za rozmetadlem (v průměru o 20 %) než mimo osu rozmetadla. Také celkové aplikované množství se lišilo mezi jednotlivými stanovišti a dávka sušiny kalu (kal 1) se pohybovala od 4,8 do 8,4 t.ha-1 a od 12,4 do 29,1 t.ha-1 pro vyšší dávku (kal 2). Orientační výnosové hodnocení ukázalo, že ve variantách hnojených kalem docházelo zpravidla k nárůstu výnosu zrna i slámy pšenice a slámy ječmene. Rostoucí dávka kalu, jež významně zvyšovala i přísun živin, již neměla další vliv na růst výnosu. Následné pěstování obou obilnin po přímo hnojených předplodinách potvrdilo nižší význam kalu jako zdroje živin pro druhou plodinu. Výnosové výsledky polních pokusů obou přímo hnojených obilnin nepotvrdily tedy statisticky významný nárůst výnosu několika plodin pěstovaných v modelových experimentech (Tlustoš et al., 2000). Malý objem nádob, vyšší aplikovaná dávka kalu na jednotku půdy a optimální vláhové půdní podmínky byly pravděpodobně hlavními důvody vyšších výnosových rozdílů na hnojených a kontrolních variantách v modelových pokusech.

Při hodnocení akumulace kadmia v jednotlivých částech rostlin se ukázalo, že vyšší obsahy tohoto prvku se hromadily ve slámě obou obilovin než v zrnu během celého experimentu s výjimkou jednoho pokusného stanoviště u ječmene (Graf 1). Rozdíly mezi oběma pokusnými roky byly poměrně malé. Hnojení kaly neovlivnilo průkazně obsah Cd v zrnu i ve slámě pšenice a ječmene. Především po přímém hnojení kaly byly zjištěny významné rozdíly v obsazích Cd v rostlinném materiálu na jednotlivých stanovištích, a proto hodnota směrodatné odchylky byla vysoká jak v zrnu, tak i ve slámě pšenice. Mírný trend nárůstu průměrných obsahů tohoto prvku po přídavku kalů byl zjištěn u zrna pšenice a u zrna a slámy ječmene. Vyšší dávka aplikovaného kalu, která představovala zpravidla trojnásobek dávky nižší, již neměla dodatečný vliv na obsah Cd v zrnu ani jedné plodiny a projevila se pouze jeho mírně zvýšeným obsahem ve slámě.

Obsahy Cd v pšenici i ječmenu, které byly pěstovány následně, se nelišily na kontrolních a hnojených variantách. Nejvyšší průměrný obsah Cd byl stanoven ve slámě pšenice pěstované na kontrolní variantě, především z důvodu vysokého průměrného obsahu Cd ve slámě na jednom ze tří stanovišť. Vyšší dávka kalu měla zanedbatelný vliv na akumulaci Cd v obilninách. Vztah mezi rostoucí dávkou kalu a hromaděním Cd v rostlinách potvrdil ve většině případů hypotézu Changa et al. (1984), že po aplikaci kalu dojde k určitému navýšení obsahu rizikového prvku v rostlině, ale s rostoucí dávkou se tento obsah již dále nezvyšuje, především z důvodu tvorby stabilních organických komplexů jednotlivých prvků.

Graf 1: Vliv aplikace čistírenských kalů na obsah Cd v zrnu a slámě ozimé pšenice a jarního ječmene (mg.kg-1 sušiny)

Graf 2: Vliv aplikace čistírenských kalů na obsah Pb v zrnu a slámě ozimé pšenice a jarního ječmene (mg.kg-1 sušiny)

Změny akumulace olova ve sledovaných částech obilnin se lišily od chování kadmia (Graf 2). Celkové průměrné obsahy obou prvků v analyzovaných částech rostlin byly podobné, ale při porovnání rozdílů celkových obsahů obou prvků v kalech a v půdě vidíme výrazný rozdíl mezi mobilitou obou prvků. Zatímco obsahy Cd v půdě jsou přibližně o dva řády nižší než u Pb a také rozdíl v kalech byl přibližně řádový, obsahy v rostlinách se nelišily, z čehož vyplývá, že mobilita Cd je přibližně o dva řády vyšší než mobilita Pb. Malá pohyblivost Pb se projevila v jeho akumulaci v rostlinách. Změny jeho obsahu v zrnu i ve slámě obou obilnin byly velice malé a z uvedených grafů vyplynulo, že s výjimkou slámy ječmene, přímo hnojeného kaly, nebyl u ostatních variant patrný ani trend změn akumulace Pb. Také při sledování následného působení aplikace kalů nebyl zjištěn nárůst obsahu Pb ve sledovaných částech pšenice a ječmene na kalem hnojených variantách.

Závěr (praktické doporučení)

Závěrem je možno konstatovat, že použití kvalitních kalů v zemědělství má příznivý vliv na výnos obou pěstovaných obilnin. Nižší aplikovaná dávka je při plném minerálním hnojení vhodnější. Po hnojení kaly nedochází k průkaznému zvýšení obsahu mobilních (kadmium) i málo pohyblivých (olovo) prvků v zrnu ani ve slámě pěstovaných obilnin. Vyšší aplikovaná dávka kalu neměla příznivý vliv na výnos, po její aplikaci nebyl zjištěn zvýšený obsah ani jednoho ze sledovaných rizikových prvků v obou obilninách.

Použitá literatura

CHANG, A.C., WARNEKE, J.E., PAGE, A.L., LUND, L.J.: Accumulation of Heavy Metals in Sewage Sludge-Treaded Soils. J. Environ. Qual., 13, 1984: 87 - 91

KABATA-PENDIAS, A., PENDIAS, H.: Trace elements in soils and plants. Boca raton Florida, CRC Press, 1986: 315 pp.

LÜBBEN, K. R., SAUERBECK, D.R.: Transferfaktoren und Transferkoeffizienten für den Schwermetallubergang Boden-Pflanze. Forschungzentrum Julich GmBH 6, 1991: 161 - 173

SMITH S.R.: Agricultural recycling of sewage sludge and the environment. CAB Internatioal, 1996: 382 pp.

TLUSTOŠ, P., PAVLÍKOVÁ, D., BALÍK, J., SZÁKOVÁ, J., HANČ, A.: The availability of sewage sludge derived cadmium and nickel by crops planted on soils of different types. Rostl. Výr., 46, 2000: 534 - 541

Práce byla financována výzkumným záměrem MSM 412100002