OVLIVNĚNÍ VYPRODUKOVANÉ SUŠINY TRSU, VÝNOSU A KVALITY HLÍZ, PŮDAMI KONTAMINOVANÝMI KADMIEM, ARSENEM A BERYLIEM

The affection of dry matter, yield and quality of tubers produced in soils contaminated with cadmium, arsine and beryllium

Miroslav Jůzl1, Miloslav Štefl1, Jaroslav Hlušek2, Jaromír Zrůst3

1 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, Ústav pěstování a šlechtění rostlin

2 Ústav agrochemie a výživy rostlin,

3 Výzkumný ústav bramborářský v Havlíčkově Brodě

Souhrn, klíčová slova

V práci jsou prezentovány dosažené výnosové výsledky, celková hmotnost sušiny trsu a obsah kadmia, arsenu a berylia v hlízách velmi rané odrůdy Rosara a polorané odrůdy Korela. Výsledky byly získány v polních pokusech zakládaných v roce 1999 a 2000 na pozemcích školního zemědělského podniku MZLU v Žabčicích u Brna. Odrůdy s rozdílnou vegetační dobou byly pěstovány v polních podmínkách na půdě se stupňovanými hladinami Cd, As a Be. Zvyšující se koncentrace těžkých kovů negativně ovlivnila výnos hlíz a taktéž celkovou vyprodukovanou sušinou trsu. Rok 2000 byl v porovnání s rokem 1999 charakteristický snížením variability mezi sledovanými hladinami těžkých kovů. Obsah těžkých kovů v hlízách se zvyšoval se stupněm kontaminace půdy, ale k překročení hygienického limitu stanoveného vyhláškou č. 298/1997 Sb. a ve znění pozdějších předpisů, došlo pouze při nadlimitním obsahu kadmia v půdě. Jednalo se o půdy s přirozeným podlimitním obsahem všech sledovaných těžkých kovů.

Klíčová slova: těžké kovy, výnos, sušina, kvalita, odrůdy

Summary, keywords

Achieved yield results are presented in this work, total weight of potatoes from one plant and contents of cadmium, arsine and beryllium in tubers of Rosara, a very early variety, and Korela, a medium-early variety. The results were obtained from field trials grown in years 1999 and 2000 in the school co-operative farm MZLU in Žabčice near Brno. Varieties of different growing seasons were grown in field conditions in soils containing intensified levels of Cd, As and Be. Increasing concentration of heavy metals had a negative influence on the yield and also on the total dry matter produced. In comparison with 1999, the year 2000 was characteristic in decreased variability in levels of observed heavy metals. The contains of heavy metals in tubers increased with higher contamination of soil, but the hygienic limit, set in By-law 298/1997 Sb. and as amended by the act, was exceeded only when the contains of cadmium in soil was above the limit. Concerning such soils where contains of observed heavy metals are naturally below limit.

Keywords: heavy metals, yield, dry mass, quality, variety

Úvod

Těžké kovy (TK) jsou často definovány jako kovy, jejichž specifická hmotnost je větší než 5 gramů na cm3. Z hlediska rostlinné produkce jsou to prvky, které sice rostlina přijme, ale není schopna je zapojit a využít v metabolismu. Aby tyto těžké kovy nepůsobily toxicky na rostlinu, musí je rostlina transportovat do vakuol nebo jinak imobilizovat. Při nižších koncentracích nejsou pro rostliny toxické, ale mohou být dále zapojovány do potravního řetězce a tím se stávají nebezpečnými i pro živočišné organismy. RICHTER, HLUŠEK (1994) uvádí, že z mikrobiogenních prvků je do této skupiny řazen Zn, Cu, Mo, Fe a dále sem patří i prvky objevující se v životním prostředí zejména vlivem antropogenní činnosti jako jsou Cd, As, Be, Pb, Cr, Hg, Ni.

Kadmium představuje dlouhodobou hrozbu pro půdní prostředí vzhledem k tomu, že na rozdíl od ostatních organických polutantů nemůže být degradováno. RICHTER, HLUŠEK (1994) uvádí, že kadmium se značně imobilizuje jílovými minerály a huminovými kyselinami. Vyhláška č. 298/1997 Sb. stanovuje pro brambory maximálně přípustné množství 0,1 mg Cd.kg-1 čerstvých hlíz.

Arsen vyskytující se v půdách se zvýšeným obsahem má za následek zvýšený příjem tohoto prvku kořeny, které jsou poškozovány a rostliny jsou omezovány v růstu (ONKEN, HOSSNER 1995). Maximální přípustné množství As v bramborách je stanovené vyhláškou na 0,3 mg.kg-1 čerstvých hlíz. Brambory jsou uváděny ve skupině rostlin s malými sklony ke kumulaci arsenu v hlízách.

Berylium patří mezi nejvíce toxické a nejnebezpečnější prvky vůbec vzhledem k tomu, že má karcinogenní účinky, které se vysvětlují specifickým působením Be na metabolismus DNA. V současné době není v ČR obsah berylia v poživatinách stanoven vyhláškou. V rostlinách se vyskytuje podle dostupných údajů pouze v relativně malých koncentracích.

Metody

Polní pokus byl založený 7.4. 1999 a 6.4. 2000, na pokusné stanici MZLU v Žabčicích u Brna, která leží v kukuřičné výrobní oblasti, subtypu ječném (184 m n. m.). Příprava půdy a odběr půdních vzorků k agrochemickým analýzám, byla proveden 1.4. 1999 a 5.4. 2000. Aplikace stanovených hladin jednotlivých TK byla realizována jednorázově dne 1.4. 1999:

Na podzim roku 1999 byly zaorány zbytky zeleného hnojení (hořčice setá). Na jaře bylo provedeno dohnojení N hnojivy (síran amonný), v celkové dávce čistých živin 100 kg N.ha-1, 50 kg P.ha-1 a 150 kg K.ha-1.Výsadba vytříděných a předklíčených sadbových hlíz o velikosti 30 - 55 mm velmi rané odrůdy Rosara a polorané odrůdy Korela, byla provedena ručně pupkovou částí na dno brázdy, ve sponu 75 x 20 cm , tj. při hustotě porostu 66 600 rostlin na hektar. Ve dvou protilehlých místech pokusného pozemku byly umístěny na stojanech lapače k zachycování pevných spadů, dle metodiky ÚKZÚZ. Po vzejití porostu byla prováděna běžná kultivace, tj. ničení plevelů, půdního škraloupu a dále chemická ochrana proti mandelince bramborové a plísni bramborové, dle běžně používané metodiky UKZÚZ. V průběhu vegetace byly prováděny odběry rostlinného materiálu pro laboratorní rozbor a růstovou analýzu, která se prováděla ve stanovených intervalech u obou odrůd, s výjimkou III.

Přehled jednotlivých termínů odběrů v Žabčicích v roce 1999 a 2000

Byl proveden laboratorní rozbor jednotlivých částí rostlin, tj. počet a hmotnost hlíz jednotlivých velikostních kategorií do 30 mm, 30 - 55 mm a nad 55 mm. Byl zjištěný celkový počet hlíz a hmotnost hlíz na jeden trs a výnos hlíz v t.ha-1 (tabulka č.1 a č.2.). Dále byla zjištěna celková hmotnost trsu v sušině (g/rostlinu).

Rozdílný III. termín odběru respektoval odlišnou vegetační dobu a tím i počátek fyziologické zralosti velmi rané odrůd Rosara a polorané odrůdy Korela. V tomto termínu odběru se prováděla agrochemická analýza obsahu jednotlivých TK v rostlinách brambor a v hlízách (tabulka č.3 a č.4). Nať byla usušena a homogenizována, hlízy byly očištěny, omyty a slupka oloupána. Obsah kadmia, arsenu a berylia byl stanoven po spálení na suché cestě metodou AAS - Philips PU 9200 X.

Výsledky

A. Výnos hlíz (t.ha-1)

Výsledky hmotnosti hlíz (t.ha-1) ve III. odběru v roce 1999 a 2000 jsou uvedeny v tabulce č.1.

Nejvyššího výnosu bylo dosaženo v roce 1999 u odrůdy Korela v kontrolní variantě s arsenem a činil 59,58 t.ha-1. Odrůda Rosara měla nejvyšší výnos v roce 1999 v kontrolní variantě s beryliem a činil 49,83 t.ha-1. V roce 2000 došlo k poklesu nejvyšších výnosů proti roku 1999 přibližně mezi 15 až 20 %.

Z pohledu vlivu těžkých kovů na výnos je charakteristický pokles výnosů ve zvyšujících se hladinách těžkých kovů. Při srovnání jednotlivých prvků měl nejvyšší vliv na snížení výnosů arsen, dále v pořadí berylium a nejméně se projevil vliv kadmia, ke kterému byly brambory více tolerantní. Na tuto skutečnost upozorňují VOSTAL, PENK (1989), kteří poukazují na vyšší toleranci většiny rostlin na koncentrace Cd nad 50 mg.kg-1 půdy. V obou sledovaných ročnících je tento trend obdobný.

Tabulka č. 1: Výnos hlíz (t.ha-1) v roce 1999 a 2000

Při statistickém zpracování byla použita analýza rozptylu a pro následné testování bylo použita Scheffeho metoda při hladinách 95 a 99 %. Při následném testování byl zjištěn velmi vysoce průkazný rozdíl mezi odrůdami Rosara a Korela a dále mezi jednotlivými hladinami prvků TK, přesněji mezi kontrolou a variantou 3 a 4 a také mezi variantou 1 a variantou 4.

B. Celková hmotnost trsu v sušině (g/rostlinu)

Jednotlivé výsledky celkových hmotností trsu v sušině (g/rostlinu) ve třech odběrech jsou uvedeny v tabulce č.2 a č. 3.

Nejvyšší celkové hmotnosti trsu v sušině v roce 1999 bylo zjištěno u odrůdy Korela ve III. odběru v kontrolní variantě s arsenem (488,13 g.rostlinu-1). Nejvyšší celková sušina trsu u odrůdy Rosara byla zjištěna ve III. odběru v kontrolní variantě s kadmiem (282,97 g.rostlinu-1). Při porovnání jednotlivých odběrů je charakteristický nárůst celkové sušiny trsu. U obou sledovaných odrůd celkovou sušinu nejvíce negativně ovlivnil prvek arsen, a to v nejvyšších aplikovaných hladinách, dále berylium a nejméně kadmium.

Nejvyšší celková sušina trsu bylo zjištěna u obou odrůd ve III. odběru v kontrolní variantě s kadmiem, u odrůdy Rosara 213,4 g.rostlinu-1 a u odrůdy Korela 293,04 g.rostlinu-1. Zvyšující trend nárůstu celkové sušiny trsu v jednotlivých odběrech je shodný s rokem 1999. V roce 2000 je charakteristické snížení rozptylu aplikovaných hladin TK.

Tabulka č. 2: Celková hmotnost trsu v sušině (g.rostlinu-1) v roce 1999

Tabulka č. 3: Celková hmotnost trsu v sušině (g.rostlinu-1) v roce 2000

Při statistickém zpracování a následným testováním byl zjištěn vysoce průkazný rozdíl mezi odrůdami Rosara a Korela. Při porovnání jednotlivých odběrů byl prokázán statisticky vysoce průkazný rozdíl, dále při sledování hladin TK byl zjištěn vysoce průkazný rozdíl mezi kontrolou a variantou 4.

C. Obsah těžkých kovů v čerstvých hlízách brambor (mg.kg-1)

K překročení maximálního povoleného obsahu TK v čerstvé hmotě odrůdy Rosara došlo pouze v roce 2000 a to u kadmia ve variantě s nejvyšší dávkou kadmia (4,0 mg.kg-1). Povolený obsah byl překročen pouze o 0,005 mg.kg-1. U žádného dalšího sledovaného prvku ani varianty již nebyl překročen maximální povolený obsah. Při sledování jednotlivých dávek TK je patrný nárůst obsahu těchto prvků ve variantách s vyššími hladinami. Rok 2000 je charakteristický poklesem obsahů TK v hlízách, zhruba na polovinu obsahů v roce 1999.

Tab. č. 4: Průměrný obsah TK (mg.kg-1 čerstvé hmoty) v hlízách brambor odrůdy Rosara

K překročení maximálního povoleného obsahu TK v čerstvé hmotě odrůdy Korela došlo u prvku kadmia v roce 1999 ve variantě 3 (0,1347 mg.kg-1) a variantě 4 (0,2087 mg.kg-1). Ve variantě 4 došlo dokonce k dvojnásobnému překročení obsahu stanoveném vyhláškou č. 298/1997 Sb. a ve znění pozdějších předpisů. U ostatních prvků a variant nedošlo k překročení maximálního povoleného limitu. Rok 2000 je charakteristický tím, že veškeré koncentrace v TK v hlízách jsou pod stanovený maximální limit. I u odrůdy Korela dochází k nárůstu obsahu sledovaných TK se zvyšující se hladinou aplikovaných TK v jednotlivých variantách.

Tab. č. 5: Průměrný obsah TK (mg.kg-1 čerstvé hmoty) v hlízách brambor odrůdy Korela

Závěr (praktické doporučení)

1. Nejvíce negativně ovlivnil výnos hlíz (t.ha-1) prvek arsen a to u obou sledovaných odrůd.

2. Se stoupající hladinou všech sledovaných TK docházelo v obou pokusných letech 1999 a 2000 k poklesu výnosu hlíz (t.ha-1).

3. V jednotlivých sledovaných odběrech v obou pokusných letech docházelo k nárůstu celkové hmotnosti sušiny trsu, která však byla negativně nejvíce ovlivněna nejvyššími hladinami TK v půdě.

4. Odrůda Korela dosahovala v obou sledovaných ročnících celkově vyšší výnos hlíz a hmotnost trsu v sušině, než odrůda Rosara.

5. Velmi raná odrůda Rosara prokázala vyšší citlivost k prvku arsenu než poloraná odrůda

Použitá literatura

HLUŠEK, J., JŮZL, M., ZRŮST, J., 1997: Výnosy brambor a obsahy kadmia, niklu a zinku v hlízách. Rostlinná výroba, roč. 43, č. 6, s. 263-267.

ONKEN, B.M., HOSSNER, L.R., 1995: Journal of Environmental Quality, 24, s. 373.

RICHTER, J., HLUŠEK, J., 1994: Výživa a hnojení rostlin. VŠZ, Brno, s. 198.

VOSTAL, J., PENK, J., 1989: Hnojení, kvalita produkce a životní prostředí. Praha MZVž, ČSR, s. 151.

Kontaktní adresa

Doc. Ing. Miroslav Jůzl, CSc.,

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, Ústav pěstování a šlechtění rostlin, Zemědělská 1, Brno 613 00

Tel.: 05/45 13 31 29, e-mail: juzl@mendelu.cz,

Práce je součástí řešeného grantového projektu NAZV č. EP - 9113 s názvem: “Rizika pěstování brambor v půdách kontaminovaných kadmiem, arsenem a beryliem.”