| makroelementy v půdě | mikroelementy v půdě | užitečné prvky | těžké kovy v půdě |

 
těžké kovy v půdě

| kadmium | olovo | chróm | rtuť | arsen | 

            Těžké kovy řadíme do skupiny cizorodých látek, které se mohou významným způsobem podílet na kontaminaci zemědělských půd. V přirozených podmínkách se nacházejí v nevelkých množstvích, ale díky antropogenním vlivům se jejich obsah v půdě zvyšuje, a to zejména v povrchové vrstvě humózního horizontu. S tím souvisí i toxicita těžkých kovů, která je závislá na jejich setrvání v půdě. Kumulace těžkých kovů v půdě má výrazný ekologický dopad, protože v orniční vrstvě probíhá nejen intenzívní mikrobiální aktivita, a tím regulace rychlosti koloběhu prvků, ale i jejich vazba na primární produkty, kterými jsou zapojovány do potravinového řetězce.

            Forma a množství těžkých kovů v půdách závisí na:

• přirozeném mineralogickém složení půd,

• intenzitě zvětrávacích procesů,

• obsah jílových minerálů,

• množství organických látek a humusu apod.

            Každá půda se vyznačuje určitou pozaďovou hodnotou těžkých kovů, která vyjadřuje jejich přirozený obsah. V důsledku antropogenní činnosti dochází k pronikání těžkých kovů do půdního prostředí a zvyšování jejich hladiny nad úroveň pozadí. Jedná se zejména o produkty průmyslové činnosti, dopravy a energetiky. Za nejzávažnější zdroj kontaminace jsou považovány imise, které zasahují celou biosféru, a přitom dlouhodobě negativně ovlivňují faktory půdní úrodnosti.

            Obsah  těžkých kovů v půdách je hodnocen limity uvedenými ve vyhlášce č.13/1994 Sb. (As, Sb, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, V, Zn). V této kapitole je hlavní pozornost zaměřena na Cd, Pb, Cr a Hg, které patří mezi prvky s velmi vysokým stupněm potencionálního ohrožení a v letech 1990-1993 byl proveden průzkum na jejich obsah v půdách České republiky.

nahoru

Kadmium

            Kadmium se v přírodě vyskytuje jako součást minerálů, dále v organických sloučeninách, vázané (sorbované) na půdní koloidy a konečně ve vodorozpustném stavu jako součást půdního roztoku.

            Průměrný obsah kadmia v půdě v přirozených podmínkách se nejčastěji pohybuje v rozmezí 0,01-1,1 mg.kg^-1. V půdách ČR je (mimo zdroje kontaminace) běžný obsah 0,2-1,5 mg Cd na 1 kg půdy. Za posledních 150 let se podle literárních údajů zvýšil obsah kadmia v půdách o 27-55%. Kadmium se v půdě kumuluje nejvíce ve vrstvě 0-5 cm a s přibývající hloubkou jeho koncentrace klesá.

            Při zvětrávání hornin, kde jeho obsah nepřesahuje 0,3 mg Cd.kg^-1, snadno přechází do roztoku a vyskytuje se jako kationt Cd²⁺. Může tvořit také komplexní ionty - CdCl⁺, CdOH⁺, CdHCO₃⁺, CdCl^-, Cd(OH)₃^- aj. a organické cheláty. Biologická dostupnost kadmia v půdě závisí na druhu rostliny, pH půdy, redox potenciálu a složení půdního roztoku. V silně oxidačních podmínkách je kadmium schopno tvořit stálé minerály (CdO, CdCO₃) a hromadit se ve fosfátech a biogenních usazeninách. Hlavním faktorem limitujícím obsah Cd v půdách je chemické složení mateční horniny.

            Vzhledem k tomu, že obsah kadmia v půdě se stal v mnoha směrech limitujícím faktorem, je třeba uvést některé důležité poznatky o vztazích tohoto prvku k půdním podmínkám. Jeho přeměny závisejí zejména na těchto faktorech:

• s klesající hodnotou pH stoupá silně rozpustnost Cd a jeho pohyblivost. Nejpohyblivější je při pH 4,5-5,5.

• v zásaditém prostředí je poměrně málo pohyblivý. Při pH nad 7,5 přestává být kadmium rozpustné, a proto o jeho přijatelnosti rozhoduje rozpustnost CdCO₃ a pravděpodobně také Cd₃(PO₄)₂.

• za přítomnosti síranů dochází k vysrážení Cd, a tím ke snížení jeho rozpustnosti. Chloridové ionty zvyšují pohyblivost Cd v půdě a zvyšují množství Cd vázaného na montmorillonit.

• s humínovými kyselinami vytváří Cd komplexy, které jsou však méně stabilní jako komplexy těchto kyselin s Cu a Pb.

• koncentrace Cd v půdním roztoku je poměrně nízká a podle dostupných údajů tvoří 0,2-6 µg.l^-1. Hodnoty kolem 300 µg.l^-1 pravděpodobně ukazují na otravu půdy.

            Obsah kadmia v půdě ovlivňuje významně také půdní mikroorganismy. Je známo, že zvýšená koncentrace iontů kadmia v půdním výluhu má silný inhibiční efekt na půdní mikroorganismy a vysoké dávky Cd mohou půdní mikroflóru přímo poškozovat. Výsledkem potom může být negativní vliv na růst rostlin (omezení fixace vzdušného N, brzdění mineralizace apod.).

nahoru

Olovo

            Za průměrný obsah olova v půdách je považováno 5-50 mg Pb.kg^-1 a za přirozený obsah 2-300 mg.kg^-1. Běžně se vyskytuje v rozmezí 10-20 mg.kg^-1.

            Olovo se vyznačuje výraznými chalkofilními vlastnostmi, a proto se v přírodních podmínkách vyskytuje zejména v galenitu - PbS. Protože má podobný iontový poloměr jako křemík a draslík, nachází se také v krystalových mřížkách různých draselných nerostů, jako jsou živce a slídy. V půdě se olovo nachází zejména ve formě Pb²⁺, je však známa i jeho čtyřmocná forma. Tvoří celou řadu různých minerálů, které jsou poměrně špatně rozpustné ve vodě. Nejvíce je zastoupeno v kyselých vyvřelých horninách (10-30 mg.kg^-1), směrem k ultrabazickým horninám jeho obsah klesá.

            V půdě je olovo velmi málo pohyblivé. Je to dáno tím, že soli olova jsou většinou málo rozpustné a kromě toho také proto, že olovo je dobře poutáno jílovými minerály i humusovými látkami. Přesto je upozorňováno na to, že imobilitu olova nelze přeceňovat, protože za přítomnosti chelátů jako transportních systémů může pohyblivost olova překvapivě narůstat.

            Olovo se hromadí převážně v humusovém horizontu. Sorpce olova humusem je pevnější než jílovými minerály. Fulvokyseliny mohou naopak olovo chelatizovat a zvyšovat tak jeho pohyblivost v půdě a přijatelnost rostlinami.

            Na sloučeniny olova je nejbohatší vrchní padesátimilimetrová vrstva půdy a s přibývající hloubkou obsah Pb klesá. Olovo se váže převážně na jílové minerály, oxidy manganu, hydroxidy Fe a Al a organickou hmotu. V některých půdách se může koncentrovat v částicích uhličitanu vápenatého nebo ve fosforečných sloučeninách.

            Olovo je rozpustné v kyselém prostředí, při zvyšování pH (po vápnění) se jeho rozpustnost snižuje, protože se sráží ve formě hydroxidu, fosforečnanu nebo uhličitanu. V těchto podmínkách olovo také tvoří organické komplexy.

            Zvýšená pozornost je tomuto prvku věnována proto, že v důsledku antropogenní činnosti je přirozená zásoba Pb v půdách často zvyšována nad hraniční hodnotu stanovenou směrnicemi ministerstva zemědělství.

nahoru

Chróm

            Analýza rozdělení chrómu v kontinentálních usazeninách a naplaveninách ukázala, že největší koncentrace tohoto prvku se vyskytují v základních horninách (peridotity a pyroxenity) - 1600-3400 mg.kg^-1. V půdách se obsah chrómu pohybuje od 5 do 120 mg.kg^-1.

            Chróm se v půdě vyznačuje několika oxidačními stupni (od +2 do +6) a schopností tvořit komplexní anionty a kationty, např. Cr(OH)²⁺, CrO₄^2-, CrO₃^-. V přirozených látkách se vyskytuje jako trojmocný (chromité sloučeniny) nebo šestimocný (chromany). Vysoké oxidační stupně chrómu jsou méně stabilní než chróm trojmocný.

            V půdě se většina chrómu nachází v málo pohyblivé formě kationtů Cr³⁺ vázaných na oxidy železa a hliníku, které s ohledem na stejnou velikost iontového poloměru zastupuje. Mobilita chrómu v půdě závisí na půdní reakci, stupni rozkladu organické hmoty, obsahu jílových minerálů a redox potenciálu půdy.

            Při postupné oxidaci chróm tvoří ionty CrO₄^2- (chromany), které jsou velmi mobilní a navíc jsou slabě sorbovány jíly a oxidy. Dobře rozpustný chróm je toxický pro rostliny i živočichy, proto je důležitá změna oxidačního stupně.

            Je známo, že vápnění, hnojení fosforem a organické látky významně snižují toxicitu chromanů v kontaminovaných půdách.

nahoru

Rtuť

            Průměrný obsah rtuti v půdách je 0,02-0,2 mg.kg^-1. Obsah Hg v půdách je dán především pedogenetickými procesy a může se vyskytovat ve třech formách:

a)    elementární Hg - těkavá a slabě rozpustná ve vodě,

b)   dvojmocná anorganická forma (Hg²⁺) - vyznačuje se vysokou afinitou k mnohým organickým a anorganickým ligandům, specielně obsahují-li sirné funkční skupiny,

c)    methylrtuť (CH₃Hg⁺) - představuje sloučeniny s vysokou perzistencí v prostředí.

            Rozdělení forem rtuti v půdách je závislé na půdní reakci a redox potenciálu. Kationtová forma může být snadno sorbována půdními koloidy. Dvojmocná rtuť je rychle a silně vázána na organickou hmotu a anorganické složky. Je též poutána na povrchu jílových minerálů a hydratovaných oxidů Fe a Mn.

            V případě mikrobiální methylace Hg v půdách mají methylované sloučeniny vyšší tenzi par a jsou dobře těkavé. Proto hlavní podíl rtuti z půdy volatilizuje do atmosféry, odkud se může dostávat do potravního řetězce nebo znovu vracet srážkami do půdy.

            Hlavním zdrojem kontaminace půd rtutí jsou imise způsobené spalováním uhlí, ke zvýšené koncentraci Hg v půdě může dojít také po aplikaci čistírenských kalů a jako možný zdroj je uváděna také aplikace NPK hnojiv a používání fungicidů vyrobených na bázi rtuti (pokud jsou ještě povoleny).

            Ke snížení negativního vlivu rtuti v půdě lze doporučit zvýšení pH půdy zejména vápněním a zamezit výskytu redukčních podmínek v půdách.

nahoru

Arsen

          Průměrný obsah arsenu v kůře zemské je 1,8 mg.kg^-1 a v půdách, se pohybuje od 2-20 mg.kg^-1 zeminy. Vysoké obsahy jsou v sedimentech zvláště jílových. Nejvíce arsenu mají horniny obsahující sulfidy a uhelnou příměs. Zdrojem zamoření zemědělských půd je především popílek a odsiřovací produkty z kotelen, které byly aplikovány do půdy, nebo se tam dostávají ve formě imisí. V půdách se arsen vyskytuje hlavně ve formě arsenitanů a arseničnanů železa a hliníku, které jsou málo rozpustné, zvláště na kyselých půdách. Jsou silně sorbovány hydratovanými oxidy Fe, Al, hydroxidy, půdním humusem, jílovými minerály i kationty těžkých kovů. V suchém klimatu jsou sloučeniny arsenu prakticky nepohyblivé. Pokud As není sorbován, dochází k biologické metylaci. Metylovaný As může volatilizací uvolňovat do atmosféry. Detoxikace půd obsahujících arsen je možná síranem železnatým, vápencem, vysokými (melioračními) dávkami fosforu.

nahoru

autor textu: Prof. Ing. Rostislav Richter, DrSc.

Cizorodé prvky s vysokým stupněm potenciálního ohrožení

Kritéria obsahu cizorodých prvků v půdách