Příjem zinku rostlinami po přídavku čistírenského kalu v závislosti na půdních podmínkách

Uptake of Zinc by Plants after Sewage Sludge Aplication with Relation to Soil

Dvořák Patrik, Tlustoš Pavel, Száková Jiřina, Pavlíková Daniela

Abstract

The influence of application sewage sludge on behaviour of zinc in soil and its uptake by plants was observed in pot experiment. Three used crops (spinach, oat, maize) grew in nine different soils. The changes of zinc content in plant tissues after sewage sludge addition depended especially on soil conditions and type of experimental plant. Higher availability of zinc from soil solution on sludge treated soils usually reflected on its increased content in dry matter of plants.

Produktem čištění odpadních vod jsou čistírenské kaly. Hmota kalů je bohatá na organické látky, makro a mikro živiny. Tyto vlastnosti umožňují případnou likvidaci kalů přímou aplikací na zemědělskou půdu. Bohužel, kaly jsou znečištěny těžkými kovy, organickými polutanty a patogenními organismy. Díky značné toxicitě a minimální degradovatelnosti rizikových prvků je jejich obsah v kalech hlavním faktorem limitujícím tento postup. Mezi nejvíce problematické prvky v čistírenských kalech patří zinek. Jedná se o esenciální element pro rostliny i živočichy. Ve vyšších koncentracích však působí negativně na životní pochody v rostlinách, což může vést ke snížení produkce biomasy u rostlin nebo k nevratným degenerativním změnám.

Chování zinku v půdě a jeho přístupnost rostlinám je výrazně ovlivňována půdními podmínkami a druhem pěstované rostliny, příp. způsobem ošetření půdy. Zinek patří mezi nejpohyblivější těžké kovy. Po přídavku čistírenského kalu do půdy většinou roste zastoupení jeho vodorozpustné a výměnné frakce a rostlinami je potom snadněji přijímán.

Metodika

V nádobovém vegetačním experimentu bylo použito devět různých zemin s odlišnými agrochemickými a pedologickými vlastnostmi. V prvém roce byl pěstován špenát, v roce následujícím oves a v posledním roce kukuřice. Plastové nádoby obsahovaly pět kilogramů suché a prosáté zeminy. Rostliny měly k dispozici vegetační plochu 330 cm2. Každá varianta byla vyhnojena NPK živinami. Polovina nádob byla navíc ošetřena stabilizovaným čistírenským kalem v dávce odpovídající 20-ti tunám sušiny kalu na hektar (33,3 g.nádoba-1). Kal obsahoval v průměru 1438 mg Zn na kg sušiny. Průměrné množství zinku dodaného v kalu na nádobu dosahovalo 48 mg (30 kg Zn.ha-1). Po sklizni byly rostliny usušeny na vzduchu a homogenizovány. Takto získaný materiál byl rozložen na suché cestě v přístroji APION a popel byl rozpuštěn v 1,5 % HNO3. Chemická analýza kalu, půdních a rostlinných vzorků byla provedena metodou atomové absorpční spektrofotometrie na přístroji Variant SpektrAA 300. Všechny odebrané půdní vzorky byly extrahovány 0,01 mol.l-1 CaCl2 a byl stanoven obsah zinku v těchto výluzích.

Výsledky a diskuse

Podle očekávání se potvrdilo, že aplikace čistírenských kalů má pozitivní vliv na úrodnost půdy. Výnosy biomasy významně rostly bez ohledu na zvýšenou koncentraci těžkých kovů v půdě. Jedinou výjimkou byl oves pěstovaný na zinkem silně kontaminované zemině Píšťany, kde výnos oproti kontrolní variantě mírně poklesl. Je pravděpodobné, že se zde negativně projevila zvýšená koncentrace snadno dostupného zinku v půdě na metabolismus pěstovaných rostlin (tab. I).

I. Výnosy suché hmoty sledovaných plodin (g.nádoba-1)

Přídavek čistírenských kalů způsobil zvýšení obsahu vodorozpustného a výměnného zinku v půdách (s výjimkou zeminy Hněvčeves). Lehké půdy mají omezené sorpční schopnosti pro těžké kovy a naopak. To potvrzují velmi vysoké koncentrace zinku v půdním výluhu 0,01 mol.l-1 CaCl2 na nejlehčí půdě Přerov a naopak nízké obsahy ve výluhu při použití stejného extrakčního činidla na těžších půdách Sedlec a Suchdol (tab. II).

Jako rostlina s největší akumulační schopností se ukázal špenát, který obsahoval na kontrolních i kalem hnojených variantách nejvyšší koncentrace Zn v sušině (graf 1). U kukuřice a ovsa byly hodnoty koncentrací v sušině mnohem nižší (graf 2 a 3). Kukuřice jako jediná zaznamenala na pěti zeminách pokles koncentrací Zn v sušině po zapravení kalu. U ovsa a špenátu to bylo pouze v jediném případě. Jinak vždy obsahy zinku v rostlinách stoupaly. U špenátu ani u kukuřice se žádné změny v koncentraci zinku v sušině nepodařilo statisticky potvrdit. Naopak u pěti variant ovsa byl nárůst koncentrací Zn v sušině po přídavku kalu statisticky prokazatelný.

II. Průměrné obsahy zinku v půdním výluhu 0,01 mol.l-1 CaCl2 po sklizni

špenátu, ovsa a kukuřice (µg.kg-1)

Nejvyšších hodnot dosáhly koncentrace zinku v rostlinách pěstovaných na zemině Píšťany, která byla zinkem nejvíce znečištěna. Mírný pokles obsahu zinku v rostlinách na této zemině po přídavku kalu lze vysvětlit vyšší chemosorpcí a vazbou Zn na organické ligandy. Další půdní vlastností, která výrazně ovlivňuje příjem zinku rostlinami, je pH půdy. Na zeminách Humpolec (pH 4,5), Přerov (pH 5,1) a Lípa (pH 5,3), kde byly zjištěny nejnižší hodnoty pH ze všech pokusných zemin, byly po zemině Píšťany naměřeny nejvyšší koncentrace Zn v sušině pěstovaných rostlin. Koncentrace zinku v rostlinách stoupaly s poklesem pH zkoumaných zemin. Naopak na zeminách s pH>6,5, jako byly Sedlec a Suchdol, které měly také nejvyšší KVK ze všech sledovaných půd, pěstované rostliny kumulovaly v sušině nejméně zinku. Vyšší pH těchto půd podpořilo pravděpodobně vazbu zinku na jílové minerály a oxidy Fe a Al, čímž se značně omezila jeho mobilita a dostupnost v půdě. Při porovnání půd s přibližně stejným pH, ale rozdílnou hodnotou KVK, např. Přerov, Lípa a Hněvčeves (pH 5,1 až 5,7), byly koncentrace zinku v sušině rostlin největší na písčité půdě z Přerova, která měla nejnižší KVK. Naopak nejnižší hladina Zn v sušině rostlin byla stanovena na zemině Hněvčeves s vyšší hodnotou KVK.

Po aplikaci čistírenských kalů narostl odběr zinku z půdy na všech variantách v důsledku současného vzestupu výnosů suché hmoty a koncentrací Zn v sušině pokusných rostlin. Jedinou výjimkou byl již zmiňovaný oves na zemině Píšťany, kde přídavek čistírenských kalů způsobil pokles příjmu zinku při současném poklesu výnosů.

I přesto, že kukuřice dosahovala o třetinu vyšších výnosů než oves, větší koncentrace zinku v sušině rostlin ovsa způsobila, že oves odčerpal z půdy více zinku. Průměrné odběry zinku z jedné nádoby dosahovaly hodnot v rozmezí 0,5 až 3,5 mg. Přídavek čistírenského kalu do půdy podpořil nárůst odběrů zinku v průměru o 71 až 88 %. Z celkového množství zinku dodaného do půdy v kalu odčerpaly rostliny cca. 2,7 až 3,3 % (stanoveno bilanční metodou).

Závěr

Nádobový experiment potvrdil kladné vlastnosti čistírenských kalů podporující nárůst výnosů plodin pěstovaných na půdě ošetřené těmito kaly. Také se naplnily předpoklady o pohyblivosti zinku v půdě a jeho snadné přístupnosti rostlinám. Dále bylo zjištěno, že zvýšené koncentrace snadno dostupného zinku v půdě mohou působit fytotoxicky a omezovat tak produkci nadzemní biomasy. Z pokusu je též patrné, jaký výrazný vliv na příjem zinku rostlinami mají půdní podmínky - především pH půdy a její KVK.

1. Průměrné koncentrace zinku v sušině špenátu (mg.kg-1)

2. Průměrné koncentrace zinku v rostlinách ovsa (mg.kg-1)

3. Průměrné koncentrace zinku v rostlinách kukuřice (mg.kg-1)