DUSÍK A ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

Tlustoš Pavel, Balík Jiří, Hanč Aleš

V pohledu laické veřejnosti patří zemědělství mezi odvětví, která se podílejí na znečišťování našeho životního prostředí bez ohledu na to, zda se jedná o přirozený koloběh živin či úmyslné nebo, možná přesněji řečeno, neuvážené opatření během vegetační periody nebo při chovu hospodářských zvířat. Živinou, která bývá nejčastěji zmiňována ve vztahu k životnímu prostředí, je dusík. Jedinečnost dusíku spočívá v jeho neustálých přeměnách a ve schopnosti vyskytovat se v měřitelných koncentracích ve všech skupenstvích. Pevná forma je nejstabilnější a nejvíce zastoupena v celkové bilanci N na Zemi. Litosféra obsahuje přibližně 98 % celkového množství N, o zbytek se v sestupném pořadí dělí atmosféra, hydrosféra a biosféra (Stevenson, 1982). Množství N v minerálech je 50 krát vyšší než v atmosféře, a to je téměř 5 000 krát vyšší než obsah dusíku v půdách. I přes tento značný nepoměr má půdní dusík významný, ne-li rozhodující podíl na změnách koncentrací jeho sloučenin jak v kapalinách , tak i v plynech.

S rozvojem populace a růstem životní úrovně rostla spotřeba potravin a energií a začalo docházet k transformaci stabilního N z atmosféry do snadno rozpustných průmyslových hnojiv a uvolňování N z fosilních paliv do atmosféry, čímž došlo k ovlivnění přirozeného cyklu a rostoucí koncentraci některých N sloučenin v atmosféře i ve vodách. Negativně působí i intenzivní chov dobytka a koncentrace pěstování rostlin symbioticky fixujících N. Pro posouzení vlivu zemědělství a ostatních odvětví národního hospodářství na změny koncentrací N sloučenin v ovzduší a ve vodě je třeba nejprve porovnat jednoduché bilance.

Nástup tržní ekonomiky vedl v ČR k výrazným změnám v hospodaření zemědělců, především v důsledku několikanásobného zvýšení cen vstupů do výroby, nízkému nárůstu cen produktů, navíc spojených s problémy při jejich odbytu. Těmito vlivy byla drasticky snížena spotřeba průmyslových hnojiv a v důsledku snížení stavu skotu i produkce a následná spotřeba organických hnojiv v naší republice. V grafu 1 (zpracováno podle Vostala, 1997) je jasně vidět pokles všech primárních vstupů N do půdy v posledních šesti letech. Nejvyšší pokles byl zaznamenán především v letech 1991-93, kdy sledované vstupy klesly až na 52 % průměru vstupů N minulého pětiletí. Tento propad byl především způsoben omezením aplikace průmyslových hnojiv, i když i obě další bilancované složky, organická hnojiva a symbiotická fixace, měly sestupný trend. Rok 1993 byl zlomovým, v dalších letech se již spotřeba N v průmyslových hnojivech zvyšovala, což se nedá říci o obou dalších složkách, jejichž příspěvek se i nadále snižoval. Z těchto důvodů, i vzhledem k úzkostlivému šetření ve všech vstupních nákladech, došlo v období 1992 - 95 k poklesu výnosů, a tím i odběru N u většiny hlavních plodin. Jednoduché srovnání vstupů a výstupů ukazuje, že od roku 1991 hospodaří zemědělci kořistnicky a pěstují většinu plodin na úkor půdního dusíku, a tím půdu ochuzují. Z pohledu ekologického však dochází k pozitivnímu jevu minimalizace nežádoucích N pochodů. Poměr vstupů a výstupů N našeho zemědělství se jeví neskutečným při porovnání s detailní bilancí holandských mléčných farem, kde v průměru let 1986-88 se ročně ztrácelo 398 kg N na každý hektar při průměrné dávce 248 kg N na ha. Při sledování celého spektra holandských farem se v tomto období nepodařilo nalézt 75 % vstupujícího N (Glen et al., 1995). Také detailní bilance v polních pokusech provedená pomocí 15N v Anglii ukázala, že při dávce 189 kg N na ha se při pěstování ozimé pšenice nepodařilo dohledat 70 kg N (Johnston a Jenkinson, 1989). Tyto údaje zde uvádím především proto, abych ukázal, jak odlišná je energetická základna pro tvorbu výnosu v Evropě a současně jak široký prostor mají tyto země k optimalizaci hnojení a následnému omezení ataku životního prostředí.

Údajem, který charakterizuje antropogenické znečištění atmosféry dusíkem, je především množství emisí vyjadřované jako NOx, neboli suma oxidů NO + NO2. Při jeho sledování na 352 místech v ČR jsou emise rozděleny podle zdrojů, a to na stacionární a mobilní. Jak vyplývá z grafu 2, celková suma emisí se od roku 1992 poměrně významně snižuje, a to především z důvodu jejich poklesu u zdrojů stacionárních. Alarmující je množstsví emisí ze zdrojů mobilních, a především jejich rostoucí relativní zastoupení v celkových emisích, které se zvýšilo z 28 % v roce 1990 na 47 % v roce 1995. Pokud porovnáme celkové množství dusíku aplikované na zemědělskou půdu s množstvím emisí v zatím nejpříznivějším roce 1995, zjistíme, že N emise dosáhly 66 % N dodaného v průmyslových hnojivech. Do roku 1993 bylo dokonce množství N v emisích vyšší než množství N dodávaného průmyslovými hnojivy. Když si navíc uvědomíme, jak cílené je použití průmyslových hnojiv a naopak, že oxidy N v atmosféře jsou téměř všudypřítomné, je zde jasný směr pro ekology kam upřít svoji pozornost. Intenzita emisí NOx podle oblastí je v úzké korelaci s energetickými zdroji republiky, zastoupením průmyslu a hustotou obyvatel. Z grafu 3 vyplývá, že odsířením elektráren poklesly emise N v severních Čechách od roku 1991 na jednu třetinu, a tím pražská aglomerace získala primát oblasti s nejvyššími měrnými emisemi v republice. Ve všech ostatních oblastech došlo k více než dvojnásobnému poklesu emisí, a především jižní Čechy a jižní Morava patří mezi oblasti se skutečně nízkými emisemi.

Pouze část dusíku emisí se vrací zpět do půdy nebo přichází do styku s rostlinami. Jednoznačně je třeba zařadit mezi aktivní složky bilance N mokrou deposici čistými srážkami, neboť se jedná o slabé roztoky snadno dostupných solí NH+4 a NO-3 a využití N z těchto forem rostlinami je vysoké. Mokrá deposice neodpovídá množství emisí a nekopíruje ani trendy jejich změn v posledních pěti letech. Jak ukazuje graf 4, hodnoty deposice obou forem dusíku jsou poměrně stálé s nevýznamně převažující amonnou formou N a pohybují se na našem území od 8 do 18 kg N na ha za rok. I přes více než dvojnásobný pokles celkových emisí NOx nedošlo k poklesu množství nitrátů dopadajících na povrch srážkami. Pohyb NOx v atmosféře smazává rozdíly mezi jednotlivými sledovanými lokalitami a roční mokrá deposice v Praze se významně neliší od “čisté” lokality Košetice. Ze sledovaných oblastí se pouze vymykají severní Čechy, kde je v některých letech deposice i dvojnásobná. Na dvou stanicích v republice uveřejňuje ČHMÚ deposici čistými srážkami i celkovou mokrou deposici. Její hodnota je v průměru vyšší o 72 % v případě amonného dusíku a o 40 % v případě dusíku nitrátového. Průměrná celková mokrá deposice 13,7 kg N na ha a rok zjištěná v Hradci Králové odpovídá i údajům Powlsona (1994), který pro Rothamsted udává celkovou mokrou deposici 14,2 kg N na ha a rok. Goulding (1990) kvantifikoval pro tuto oblast i hodnoty suché deposice a zohlednil zde i sorpční schopnost pěstované plodiny ( tab. 1 ). Její hodnoty jsou vyšší než celková mokrá deposice a při zohlednění přímé sorpce N rostlinami s dlouhou vegetační dobou je podíl suché deposice v celkové více než dvoutřetinový.

Tab. 1 Suchá deposice dusíku (kg N.ha-1) za rok na ornou půdu v Rothamstedu - Anglie

Zdroj

Úhor

Ozimá pšenice

Čpavek

6,4

9,1

Oxid dusičitý

6,4

7,6

Kyselina dusičná

4,3

10,1

Částice nitrátů

1,7

2,3

Celková deposice

18,8

29,1

Za předpokladu, že podobné hodnoty suché deposice je možno uvažovat i v naší republice, znamenalo by to, že v průměru obě tyto složky uhrazují téměř třetinový podíl N odebíraný sklizněmi. Význam suché deposice ještě vzrůstá, pokud si uvědomíme, o jak mobilní a snadno přijatelné formy N se jedná. Celková deposice představuje značné nebezpečí především při dopadu na vodní hladinu, kde přímo ovlivňuje množství mobilních forem N ve vodách a také v tom, že nejvyšší množství N je deponováno v mimovegetačním období.

Vodní toky jsou kvalitativně hodnoceny již od roku 1963. V posledních letech je hodnoceno 280 - 290 vodních profilů. Tok Labe je sledován na 20 místech, Vltava na 10 a téměř každý větší tok je takto mapován. Balík et al.(1994) uvádějí, že průměrný obsah nitrátů ve vodních tocích ČR vzrostl z 9,46 mg NO3.l-1 v letech 1972-73 na 16,59 mg NO3.l-1 v roce 1990-91. Velice dobrým obrazem o stavu nitrátů v našich řekách je jeho množství v Labi na hranicích s Německem, protože Labe odvádí vodu z více než dvou třetin našeho území. Při sledování nitrátů v Labi v Děčíně vidíme, že z hodnoty 15,6 mg NO3.l-1 v roce 1972 rostla pravidelně jejich koncentrace až na extrémní hodnotu 34,7 mg NO3.l-1 v roce 1983 a dále se pohybovala v rozmezí 20,9 až 24,5 mg NO3.l-1 v letech 1988 až 1995. Průměrné roční koncentrace amonného i nitrátového N na čtyřech odběrových místech toku Labe v ČR jsou shrnuty v tab. 2.

Tab. 2 Průměrná roční koncentrace amonného a nitrátového N (mg N.l-1) na čtyřech místech toku Labe v ČR

Rok

Valy

Lysá

Obříství

Děčín

-

NH4+

NO3-

NH4+

NO3-

NH4+

NO3-

NH4+

NO3-

1990

2,96

4,61

3,31

4,24

4,26

3,98

2,00

5,21

1991

2,46

5,02

2,63

3,97

4,31

4,21

2,13

4,93

1992

1,82

5,25

1,97

4,97

3,20

5,00

1,13

5,53

1993

1,91

4,87

1,64

4,26

2,28

4,45

1,11

4,76

1994

1,50

5,20

1,00

5,00

1,10

4,70

0,70

4,90

1995

0,63

5,50

0,49

5,74

0,63

5,32

0,41

4,74

Z uvedených údajů vyplývá, že celkové množství anorganického dusíku v povrchové vodě klesalo každoročně rovnoměrně po celém toku Labe. Jedná se však pouze o úbytek amonné formy, což je především způsobeno důsledným budováním čistíren odpadních vod a zcela jistě i snížením stavu dobytka, protože množství deponovaného amonného N srážkami se nezměnilo. Koncentrace nitrátového dusíku má spíše opačný trend, a především na středním toku Labe došlo k jejímu mírnému nárůstu. Je až s podivem, jak setrvalý stav v systému přetrvává a koncentrace nitrátů v povodí není ovlivněna ani významným snížením emisí NOx ani výrazně nižší spotřebou průmyslových hnojiv. Tato sledování potvrzují, že aplikovaný N v průmyslových hnojivech není přímo vymýván z půdního profilu do povrchových a spodních vod. Nitráty ve vodách pocházejí pravděpodobně z rozkladu organické hmoty, a proto se jejich obsah ve vodě ani po pěti letech drastického omezení dávek N nemění. Podobně i Macdonald et al. (1989) zjistili po výrazné redukci N hnojení jen malou změnu ve vyplavování nitrátů. I přesto, že našemu zemědělství nehrozí v současnosti ve větší míře přehnojování dusíkem, je třeba se na vyplavený nitrát dívat jako na látku znečišťující životní prostředí, ale působící i ekonomickou ztrátu. Je proto třeba i v následujícím období respektovat tyto zásady:

· maximálně omezit aplikaci N hnojiv na podzim s výjimkou aridnějších oblastí a půd s hlubokým orničním profilem,

· dříve vysévat ozimy,

· pěstovat meziplodiny,

· omezit časnou podzimní aplikaci organických hnojiv, zejména kejdy,

· dle možnosti zaorávat slámu.

Kromě nepříznivého vlivu zemědělství na hydrosféru je často zmiňován i negativní vliv zemědělství na atmosféru. Ve formě plynů se mohou z půdy a zemědělské činnosti vůbec uvolňovat do prostředí především plynný dusík (N2), čpavek (NH3), oxid dusný (N2O), oxid dusnatý (NO) a oxid dusičitý (NO2). Vzhledem k tomu, že koncentrace jednotlivých plynů je velice nízká a v řadě případů až na mezi detekce používaných metod, jsou mnohdy publikovány odlišné závěry a tvrzení.

Čpavek je z důvodu relativně nízké reaktivity a krátké doby setrvání v atmosféře pro ekology zajímavý především kvůli své neutralizační schopnosti a následně jako zdroj N s okyselujícím efektem po dopadu na půdní povrch a následné nitrifikaci. Zemědělství je považováno za jednoho z největších dodavatelů NH3 do atmosféry. Přibližně 70 % se na úniku čpavku podílí živočisná výroba, z 20 % hnojení a 10 % rostliny. V atmosféře se většinou tvoří amonný ion a v množsví okolo 70 % jeho celkových emisí se opět ve formě mokré deposice vrací na zemský povrch ( Sapek, 1996 ).

Oba oxidy dusnatý i dusičitý patří sice k plynům s negativním působením na radikály i ozonovou vrstu v atmosféře, ale vzhledem k jejich omezené stabilitě v atmosféře nejsou, i přes jejich přibližně 4 až 5 násobný vzrůst koncentrace v posledním století, zatím považovány za velmi nebezpečné pro atmosféru. Mnohem bedlivěji se monitoruje jejich mokrá, ale i suchá deposice. Hlavním zdrojem obou plynů je především spalování fosilních paliv, z půdy se uvolňuje do atmosféry asi 12 % celkového množství (Johnson a Jenkinson, 1989). Je však třeba poznamenat, že v literatuře často chybějí přesnější údaje a publikovaná čísla jsou mnohdy rozporuplná.

Oxid dusný je chemicky i radiačně aktivním stopovým plynem v atmosféře s vysokou stabilitou. Právě jeho pomalý rozklad a každoroční průměrný přírůstek o 0,25 % z něj dělá jeden z nejvíce sledovaných “skleníkových plynů” (IPCC, 1992). Pouze několik souhrnných hodnocení zdrojů oxidu dusného bylo zatím provedeno a navíc s odlišnými závěry. Jednoznačně z nich však vyplynulo, že právě půda je největším emitentem N2O (38 %). Toto množství se dále zvyšuje způsobem hospodaření na půdě, aplikací průmyslových i organických hnojiv i jejich výrobou (15 %). Přibližně stejný podíl připadá i na vody a močály a na dopravu včetně spalování paliv (Robertson, 1991). Zřejmě jediným významným procesem jeho likvidace je fotochemický rozklad ve stratosféře. Hlavním zdrojem N2O je denitrifikace v mírně anerobním prostředí a též nitrifikace v podobných podmínkách (Granli a Bockman, 1994). Množství produkovaného N2O se zvyšuje s rostoucím obsahem obou přístupných forem N nitrátové i amonné v půdě. Aplikace N hnojiv i zapravení rostlinných zbytků bohatých na dusík, včetně pěstování bobovitých vede také k vyšší tvorbě oxidu dusného. Důležitou podmínkou je též přítomnost rozložitelné organické hmoty podporující rozvoj mikroorganismů a omezující přijatelnost kyslíku. Nárůst teploty zvyšuje produkci oxidu dusného. Vliv na jeho produkci má i hodnota pH.

Podobně jako v případě omezení ztrát dusíku vymýváním i v případě minimalizace emisí oxidu dusného je základní podmínkou omezení obsahu minerálních forem N.

Graf 1

Image1.jpg

Graf 2

Image2.jpg

Graf 3

Image3.jpg

Graf 4

Image4.jpg

Tisk

Další články v kategorii

Agris Online

Agris Online

Agris on-line
Papers in Economics and Informatics
ISSN: 1804-1930


Kalendář


Podporujeme utipa.info