ENKI,o.p.s. PLOSAB s.r.o.

Transkript

1 ENKI,o.p.s. PLOSAB s.r.o. Technologický postup recyklace živin z rybničních sedimentů s využitím sacího bagru, integrované stanice pro dávkování flokulantu a geotextilních vaků pro lokální aplikaci v mikropovodí Certifikovaná metodika Autoři Ing. Marek Baxa Ing. Iva Baxová Chmelová Ing. Zdeňka Benedová RNDr. Jindřich Duras, CSc. Ing. Radek Hrubec Ing. Lenka Kröpfelová, Ph.D. Ing. Ondřej Novotný Doc. RNDr.Jan Pokorný, CSc. Ing. Jan Potužák, Ph.D. Ing. Tomáš Svoboda Ing. Jana Šulcová Třeboň

2 Metodika vznikla ve spolupráci těchto institucí: ENKI, o.p.s. Dukelská 145 Třeboň a PLOSAB s.r.o. Dukelská 145 Třeboň Affiliace autorů: Ing. Marek Baxa Ing. Iva Baxová Chmelová Ing. Zdeňka Benedová RNDr. Jindřich Duras, CSc. Ing. Lenka Kröpfelová, Ph.D. Doc. RNDr.Jan Pokorný, CSc. Ing. Jan Potužák, Ph.D. Ing. Jana Šulcová ENKI, o.p.s. Ing. Radek Hrubec Ing. Ondřej Novotný Ing. Tomáš Svoboda PLOSAB, s.r.o. Recenzenti: Doc. Ing. Jiří Gergel, CSc. Ing. Václav Mazín, Ph.D. Poděkování: Metodika vznikla za finanční podpory a jako plánovaný výstup projektu TAČR TA s názvem Technologický postup recyklace živin z rybničních sedimentů s využitím sacího bagru, integrované stanice pro dávkování flokulantu a geotextilních vaků pro lokální aplikaci v mikropovodí. Metodika byla schválena pro využití v praxi Ministerstvem zemědělství ČR osvědčením č. UKZUZ /2017 a bude uplatněna podniky Povodí Vltavy, s.p. a HYDRO&KOV s.r.o. ISBN:

3 1. CÍL METODIKY Metodika vznikla za finanční podpory Technologické agentury České republiky a je výstupem řešení projektu TA Technologický postup recyklace živin z rybničních sedimentů s využitím sacího bagru, integrované stanice pro dávkování flokulantu a geotextilních vaků pro lokální aplikaci v mikropovodí ve spolupráci společností ENKI, o.p.s. a PLOSAB, s.r.o. V této metodice je podrobně diskutována problematika týkající se použití rybničních sedimentů na zemědělskou půdu, jakožto účinného nástroje pro zlepšení její úrodnosti. Současně je představena modelová studie ukazující možný technologický postup recyklace živin z rybničních sedimentů, který využívá sacího bagru, integrované stanice pro dávkování flokulantu a geotextilních vaků pro lokální aplikaci sedimentu v mikropovodí. Vyhodnocena je též cena živin recyklovaných ve využitém rybničním sedimentu. Cílem metodiky je popis komplexního postupu řešení problematiky, který spočívá v uzavřeném koloběhu látek v mikropovodí rybník se sedimentem odtěžení sedimentu odvodnění + úprava sedimentu aplikace na zemědělskou půdu splachy z povodí rybník. Stav a vlastnosti rybničních ekosystémů, povodí a přirozených vodních nádrží, stejně jako jejich životnost, jsou určovány neobnovitelnými ztrátami látek z povodí. Za posledních sto let se nevratný odtok látek povrchovými vodotečemi do moře mnohonásobně zvětšil. Celkové ztráty rozpuštěných látek ze zemědělských ploch přesahují v mnoha oblastech 1 t/ha/rok (Pokorný et al. 2003). 2. VLASTNÍ POPIS METODIKY 2.1. ÚVOD Rybníky jsou umělé, člověkem vybudované vodní ekosystémy, které tvoří důležitý a neoddělitelný prvek naší krajiny. Početnost rybníků v České republice je vysoká. Odhaduje se, že k akvakultuře se využívá přibližně na rybníků a vodních nádrží s celkovou plochou přibližně ha (Operační program rybářství ). Jiné odhady hovoří až o zhruba rybníků (Koutek, 2008). Rybníky jsou už z principu pro svoji malou hloubku nestabilní krátkověké ekosystémy, jejichž sukcesní vývoj směřuje k emerzním porostům či dokonce dále k terestrickým porostům např. smíšenému lesu. Proto bylo od počátku rybníkářství nutnou součástí hospodaření také odstraňování usazenin. Rybniční sedimenty byly pro poměrně vysoký obsah živin organických látek tradičně ceněným materiálem využívaným pro zlepšení úrodnosti zemědělských půd (Šusta, 1995). Tento uzavřený cyklus se rozpadl ve druhé polovině minulého století, kdy se minerální hnojiva stala poměrně snadno dostupná. V současnosti jsou rybníky rychle zazemňovány v souvislosti s intenzivními erozními procesy zejména orné půdy (např. Čašek, 2016). Různé zdroje uvádějí, že více než 50% orné půdy v České republice je postiženo určitou formou eroze (Janeček et al. 2012; ) Zejména za posledních 30 let se degradace půdy vlivem eroze velmi výrazně zrychlila. Hlavním důvodem je zejména intenzifikace zemědělství a změna preferencí pěstování některých plodin. 3

4 (Příručka MZE, 2011; Novotný a kol., 2017). Příčiny můžeme hledat například v plošném pěstování širokořádkových plodin (zejména pak kukuřice), ve vlastnostech pozemků (např. příliš velké plochy), nevhodné agrotechnice (utužení podloží), odvodňování a následné zmény hydrologických a aeračních podmínek v půdě atd. Svým dílem přispívá i postupná změna klimatu charakteristická např. výskytem déletrvajících suchých period v kombinaci s intenzivní srážkovou činností ve formě přívalových dešťů (Pretel, 2013). Kromě zanášení rybníků (s dopadem např. na velikost retenčního objemu vody) je důsledkem také degradace orné půdy. Postupně mizí jak lehce rozložitelné organické látky, tak těžko rozložitelný humus, který podmiňuje strukturu půdy a její schopnost vázat vodu. Zmenšuje se orniční vrstva, zvyšuje se skeletovitost orné půdy a dochází k poklesu její úživnosti. Nezanedbatelnou část rybničních sedimentů tvoří autochtonní organické látky, tedy zbytky organismů vyprodukovaných v rybníku díky vysoké nabídce živin. V rybnících se hromadí usazeniny do té míry, že v ČR je v rybnících uloženo asi 197 mil. m 3 sedimentů (Gergel et al. 2002). S tím se potkávají i výsledky z dlouhodobého monitoringu kvality rybničních sedimentů společnosti ENKI o.p.s (Šulcová, 2017; Šulcová, 2015; Šulcová and Kröpfelová, 2016). Na základě doposud dosažených výsledků lze uvažovat průměrnou mocnost rybničních sedimentů 40 cm. Vynásobeno celkovou plochou rybníků v České republice 52 tis. hektarů získáme objem 208 mil. m 3. Což je odhadované maximální množství sedimentu. Hmota sedimentů představuje m trvalou zátěž pro rybniční ekosystém a vodohospodářskou soustavu jako celek. Recyklace rybničních usazenin zpět na zemědělskou půdu je tedy logickým krokem. Fosfor (P) je prvek (nutrient) limitující v našich podmínkách produkci vodních ekosystémů. Jeho nadbytek vede k eutrofizaci vod s výskytem sinicových vodních květů a úpadkem vodárenského i rekreačního využití či biodiverzity. Zároveň je fosfor prvek nepostradatelný pro efektivní zemědělskou produkci, jehož zásoby na Zemi jsou velmi omezené a je třeba se věnovat v této souvislosti otázkám udržitelnosti a zodpovědnosti při hospodaření s fosforem a také (fosforové) bezpečnosti. Vyspělé evropské státy zařadily fosfor na seznam látek, jichž bude brzy kritický nedostatek, zakládají široké spektrum společností zaměřených na vývoj a výzkum a vážně se zabývají všestrannou recyklací fosforu (např. Withers et al. 2015; Van Dijk et al. 2016; European Sustainable Phosphorus Platform, 2014). V České republice zatím není těmto otázkám věnována významnější pozornost. Příklon k cirkulární ekonomice v oblasti nutrientů a fosforu zvláště může být velkým přínosem jak v opatřeních protieutrofizačních tak ve strategii zacházení s nepostradatelnou surovinou RETENCE FOSFORU V RYBNÍCÍCH Nespornou funkcí rybníků je jejich schopnost měnit kvalitu protékající vody, a tedy také transformovat látkové toky v krajině. Jedná se zejména o intenzivně probíhající samočistící procesy schopné i degradace xenobiotik (Duras, Potužák 2016). V nejširší praxi můžeme využívat přirozenou schopnost rybníků zadržovat kromě erozního materiálu také živiny (Hejzlar et al. 2008; Duras, Potužák 2012; Potužák, Duras 2015a; Potužák et al. 2016a). Otázka dynamiky fosforu a jeho zadržení v mělkých jezerech je intenzivně studována od druhé polovin 20. století. Chemismus fosforu v eutrofních nádržích a metody obnovy eutrofních nádrží, včetně opětovného využití fosforu jsou shrnuty například v těchto monografiích (Eiseltová, 1994; 1996; 2010; Bjork, 2014). Hlavními zdroji fosforu pro vodní prostředí jsou v ČR komunální a některé průmyslové odpadní vody, případně odpadní vody 4

5 z živočišné výroby. Přirozená schopnost retence fosforu (R) ve stojatých vodách závisí především na teoretické době zdržení vody v dané vodní nádrži (TRT) a byla pro stojaté vody popsána empirickou rovnicí (Hejzlar et al. 2006; obr. 1) Retence [%] 400 1,84 TRT R = 1+ 1,84 TRT HRT [dny] OBR. 1 VZTAH MEZI TEORETICKOU DOBOU ZDRŽENÍ VODY (DNY) A RETENCÍ CELKOVÉHO FOSFORU (%) (PODLE HEJZLAR ET AL. 2006). U rybníků, jakožto specifického typu vodní nádrže, tento vztah platí také (Potužák et al. 2016a). V praxi to znamená potenciál zadržet % fosforu, který do rybníků vstupuje přítoky. U menších rybníků se jedná o desítky až stovky kg za rok, u velkých o jednotky tun fosforu za rok. Úloha rybníků v povodích je tedy velmi důležitá při řešení eutrofizačních problémů (Hejzlar et al. 2010). Retence fosforu v rybnících je v praxi modifikována nejen rybářským hospodařením (P v krmivech a hnojivech), ale také tím, jaký podíl vody z rybníka odtéká z hladinových vrstev (vs. odtok tzv. spodní vody ode dna rybníka), případně jaká byla historie látkového zatížení. Látkovou bilanci osmi velkých jihočeských rybníků prezentoval Potužák et al. (2016a). Pokud byl použit výpočet dle Knösche et al. (2000), tedy se zahrnutím všech látkových vstupů a všech výstupů, byla retence sloučenin P na 1 ha plochy rybníka za dvouletý produkční cyklus zjištěna v rozpětí 5,4 kg (eutrofní r. Labuť) až 79,3 kg (vysoce zatížený hypertrofní r. Buzický). Průměrná hodnota zjištěná u souboru 7 velkých silně eutrofních rybníků (týž soubor rybníků, ale bez výjimečného r. Buzického) byla 9,5 kg P na 1 hektar plochy za dvouletý produkční cyklus. Tyto údaje je však třeba považovat za podhodnocené, neboť v rámci vzorkovacího schématu nebyly zachyceny epizodické vstupy erozního materiálu. Fosfor uložený v sedimentech mělkých vodních nádrží rybníků je vždy alespoň částečně dostupný produkčním procesům ve vodním sloupci. Proto jsou také mělké nádrže oproti hlubokým (v porovnatelných podmínkách) vždy úživnější, měřeno např. biomasou či produkcí ryb (Lellák, Kubíček, 1991). Za určitých podmínek, zejména při ustavení teplotní stratifikace s následnými anoxickými až anaerobními poměry na rozhraní sediment/voda, obvykle rozpuštěné sloučeniny fosforu masivně přestupují do vodního sloupce, přičemž u mělkých nádrží snadno dochází také k obohacení produkční vrstvy, např. krátkodobou či částečnou destratifikací větrem a chladnějším počasím (Kalff, 2002). Naše mělké rybníky se ve vegetační sezóně promíchávají teplotně téměř každou noc. Tím schopnost zadržovat 5

6 fosfor klesá a rybníky se stávají naopak zdrojem fosforu pro níže ležící povodí (Duras et al. 2015). Látková bilance fosforu, kterou je třeba v případě rybníků uvažovat za celý produkční cyklus chovu ryb (jedno nebo dvouletý), bývá často silně ovlivněna masivním únikem sedimentu a na něj navázaných sloučenin fosforu v průběhu poslední fáze výlovu. Emise fosforu v tomto krátkém období mohou představovat jednotky procent (Rožmberk, Horusický, Labuť), ale také desítky procent (např. Dehtář %, Velký Dražský %) z celkového odtoku fosforu za celé produkční období (Potužák, Duras, 2015b; Potužák et al. 2016b). Únik fosforem bohatých usazenin při výlovu rybníka lze částečně omezit odbahněním loviště, kam se jemná frakce sedimentu přemisťuje opakovaným procesem resuspenze a resedimentace, v době před výlovem. Tento postup je užitečný zároveň i pro zdravotní stav lovených ryb, kterým v zabahněném lovišti hrozí během výlovu ucpání žaber s dramatickým snížením tzv. welfare a snadno může následovat úhyn kvůli udušení. Z pohledu recyklace živin (a organických látek) obsažených v usazeninách v lovišti je výhodné, že se jedná o (1) relativně malý objem materiálu, který lze poměrně snadno s nízkými náklady vytěžit, přepravit i aplikovat na zemědělský pozemek, přičemž se z pohledu eutrofizace jedná o (2) nejrizikovější část sedimentu v celém rybníce (nejvyšší obsah živin i organických látek) a zároveň (3) lze toto dílčí odbahnění provádět periodicky podle hospodářského cyklu. Problematikou a postupy jak zlepšit kvalitu vypouštěné vody v průběhu výlovů se v posledních letech zabývalo hned několik tuzemských i zahraničních autorů (Butz, Donner, 1991; Faina a kol., 1994; Billard, Sevrin-Reyssac, 1993; Knösche et al. 2000). Navrhované postupy lze rozdělit do dvou skupin. Jednak je to omezení až úplné zastavení vyplavování sedimentů, nebo jejich zadržení pod hrází rybníka (u nás např. Regenda et al. 2017). O vhodnosti aplikace té či oné metody rozhodují do značné míry místní podmínky. Pro efektivnější eliminaci vysokého živinového zatížení vytékající vody je vhodná kombinace jednotlivých postupů (Duras, Potužák, 2012). U nás je asi nejčastěji uplatňovaným způsobem tzv. mechanické odtěžení za sucha (po výlovu). Některá rybářství využívají před vlastním výlovem částečné odbahnění loviště pomocí sacího bagru. Vytěžený zvodnělý sediment se většinou nechává usadit a vyschnout v lagunách, což je způsob náročný na prostor. Využívá se proto též odstředivek a pasových lisů a nabízí se též možnost výrazně efektivnějšího nakládaní s těženým materiálem. Jedná se o využití speciálních geotextilních vaků, do kterých se čerpá suspenze vody a sedimentu. Pro lepší sedimentaci je k nasávanému materiálu přidáváno určité množství koagulantu. Voda průběžně prostupuje na celém povrchu vaku. Po naplnění je vak ponechán několik dnů na místě, dokud většina vody neodteče, a pak je teprve s odvodněným sedimentem manipulováno dle potřeby. Výhodou je vysoká kapacita vaků a minimální nároky na prostor. Manipulace s takto upraveným sedimentem je méně časově a prostorově náročná. Nevýhodou je zatím poměrně vysoká cena. Pokud bychom však tuto technologii využívali v systému, který by sloužil k recyklaci živin v malých povodích, a započetli bychom jí do kontextu tzv. ekosystémových služeb rybníka, nemusela by ekonomická nákladnost použití této metody limitovat. Množství P, které je možné z rybníků periodickým odbahňováním loviště odebírat, záleží jak na množství těženého sedimentu, tak na jeho složení. V lovišti se obvykle nachází jemnozrnný sediment, který sem byl transportován v procesu opakovaných resuspenzí a 6

7 sedimentací pohyby vody nebo rybí obsádkou. Tento materiál se vyznačuje sušinou v úrovni zhruba 20-25% (vrstva horních 20 cm) a poměrně vysokým obsahem fosforu: 1,5-4,5 mg g -1 sušiny. V jednom m 3 rybničního bahna se tedy dá z rybníka odebrat zhruba 0,3 až 1,3 kg fosforu. Celkovou zásobu fosforu, která je v ČR uložena v rybničních sedimentech lze na základě odhadu množství usazenin (Gergel et al. 2002) velmi zhruba odhadnout na hodnotu kolem 197 mil m 3. Jedná se tedy o obrovskou zásobu důležité živiny, která v zásadě není adekvátně využívána LEGISLATIVA A SOUČASNÉ VYUŽITÍ RYBNIČNÍCH SEDIMENTŮ Situace v České republice se nachází ve stavu (1) nedocenění sedimentů jako suroviny (primárně snaha se ho zbavit a nikoli využít), (2) poměrně přísné legislativy a (3) poměrně nákladné chemické analýzy pro vyloučení zjištění kontaminace sedimentů cizorodými látkami. Hospodařící subjekty tak často při výlovech posouvají sedimenty z rybníka do rybníka stále níže a níže v povodí až do velkých vodních nádrží, kde se těžba usazenin stává velmi nákladnou záležitostí. Cestou navíc obvykle dochází ke kontaminaci sedimentů, a poté již nelze o využití naakumulovaných živin zpět pro zemědělskou produkci uvažovat ani teoreticky. Z cenné suroviny tak vzniká nevyužitelný odpad, jehož likvidace je velmi nákladná. Používání sedimentů na zemědělské půdě se řídí zákonem č. 156/1998 Sb., o hnojivech, pomocných půdních látkách, pomocných rostlinných přípravcích a substrátech a o agrochemickém zkoušení zemědělských půd (zákon o hnojivech), Vyhláškou č. 257/2009 Sb., o používání sedimentu na zemědělské půdě, příloha č. 1 a příloha č. 3. V přílohách jsou uvedeny limitní hodnoty rizikových látek pro sediment (příloha č. 1) a pro zemědělskou půdu (příloha č. 3) a limitní hodnoty pro obsah skeletu sedimentu. Dodržení limitních hodnot se prokazuje protokolem o výsledcích analýz vzorků sedimentu odebraných před a po jeho vytěžení (uložení na mezideponii). Současně s protokolem o výsledcích analýz musí být vypracován protokol o odběru vzorku sedimentu s uvedení textury sedimentu a evidenční list o použití sedimentu na zemědělské půdě. Sediment musí splňovat limitní hodnoty výše uvedené vyhlášky, příloha č. 1 a č. 3. Pokud sediment bude splňovat limitní hodnoty výše uvedené vyhlášky příloha č. 1 a nebude splňovat limitní hodnoty přílohy č. 3, pak musí být ještě odebrány vzorky zemědělské půdy, na kterou má být vytěžený sediment uložen a provedeny chemické analýzy vzorku půdy. Pokud bude půda splňovat limitní hodnoty výše uvedené vyhlášky přílohy č. 3, může na ní být sediment uložen. Vzorek sedimentu musí odebírat akreditované pracoviště (laboratoř) Českým institutem pro akreditaci (ČIA) a rovněž chemické analýzy vzorku sedimentu musí být provedeny v akreditované laboratoři. Vzorek zemědělské půdy musí odebírat osoba (pracoviště) pověřené Ústředním kontrolním a zkušebním ústavem (Klement, 2011). Směsný vzorek sedimentu by měl být odebrán z celého potencionálně těženého objemu nádrže, aby byl co nejvíce reprezentativní. K odběru vzorku sedimentu je možné použít jakékoliv zařízení dostupné na trhu. Je vhodné odebrat vertikální profil sedimentu tak, aby nedošlo ke stlačení vzorku a k porušení jeho stratifikace. Ve vzorku sedimentu je vhodné provézt chemické analýzy s ohledem na množství přístupných živin. Jedná se o zjištění hodnoty ph ve výluhu (stanovení v CaCl 2 ), množství 7

8 organických látek vyjádřených jako ztráta žíháním, stanovení celkového a rozpuštěného dusíku, celkového fosforu a množství přístupných živin Ca, Mg a K (výluh dle Mehlicha III). Ve Vyhlášce č. 257/2009 Sb., o používání sedimentu na zemědělské půdě jsou dány podmínky pro aplikaci vytěženého sedimentu na zemědělské půdě a) hodnoty koncentrací rizikových prvků a rizikových látek obsažených v sedimentu nepřesahují limitní hodnoty stanovené v příloze č. 1 k této vyhlášce, b) koncentrace vybraných rizikových prvků a rizikových látek v půdě nepřekračují limitní hodnoty stanovené v příloze č. 3 k této vyhlášce; koncentrace vybraných rizikových prvků a rizikových látek v půdě se nezjišťují v případě, nepřekračují-li zjištěné obsahy rizikových prvků a rizikových látek v sedimentu limitní hodnoty stanovené v příloze č. 3 k této vyhlášce, c) nedojde ke zhoršení fyzikálních, chemických nebo biologických vlastností půdy, na kterou jsou vytěžené sedimenty použity, a výše obsahu skeletu v sedimentu splňuje limitní hodnoty uvedené v příloze č. 1 k této vyhlášce, d) je dodržena maximální aplikační dávka sedimentu, stanovená v příloze č. 5 k této vyhlášce, při dodržení podmínky, že sediment je odvodněný a jeho použití nezhorší vodní režim půdy, e) stanovená dávka sedimentu je na pozemek používána v jedné agrotechnické operaci a v souvislém časovém období za příznivých fyzikálních a vlhkostních podmínek, rovnoměrně po ploše pozemku, v maximální výšce vrstvy použitého sedimentu do 10 cm; v případě menší hloubky orničního profilu než 30 cm musí být dodržen poměr použitého sedimentu k ornici 1 : 3; hloubka ornice se hodnotí podle pátého číselného znaku bonitovaných půdně ekologických jednotek, f) jsou zapraveny do půdy do deseti dnů od jejich rozprostření, g) doba od posledního použití sedimentu na daný pozemek je delší než 10 let, h) doba od posledního použití upraveného kalu na daný pozemek je delší než 1 rok, i) ekotoxikologické testy uložené podle zákona o ochraně zemědělského půdního fonduneprokáží kontaminaci sedimentu, pokud byly tyto testy uloženy, j) sledování indikátorových mikroorganismů uložené podle zákona o ochraně zemědělského půdního fondu neprokáže kontaminaci sedimentu patogenními činiteli, pokud bylo toto sledování uloženo. Důležitou roli hraje též textura vytěženého sedimentu a textura půdy, na kterou bude vytěžený sediment aplikován. Viz. příloha č. 5 k vyhlášce č. 257/2009 Sb. Z těchto parametrů se spočítá maximální aplikační dávka sedimentu na 1 ha zemědělské půdy v tunách sušiny a předpokládaná velikost pozemku k aplikaci vytěženého sedimentu. Z hlediska ekonomického je vhodné, aby byl zemědělský pozemek v blízkosti odbahňované nádrže. Majitel odbahňované nádrže je povinen si vyřídit patřičná povolení na referátu životního prostředí příslušného obecního úřadu. 8

9 Sedimenty rybníků jsou vzhledem k běžné orné půdě velmi bohaté živinami (P, N, K, Mg, Ca) a organickými látkami (stanovitelné jako Cox), přičemž ale podíl jejich okamžité využitelnosti (výluh metodou Mehlich III) je podstatně nižší než v zemědělských půdách. Živiny obsažené v jemnozrnných rybničních sedimentech tedy představují zásobu pro pěstované plodiny na několik let rostlinami využitelný podíl se uvolňuje postupně při mineralizačních procesech (Potužák et al. 2015a; Potužák et al. 2016b). Do 90tých let minulého století existoval program podpory těžby rybničních sedimentů pro výrobu kompostů aplikovaných na zemědělské půdy. Počítalo se s odbahněním rybníka průměrně jednou za 20 let. Kontaminace sedimentů, která by bránila aplikaci na zemědělskou půdu, záleží na mnoha faktorech, kde antropogenní bývají nejmarkantnější (např. PAU, PCB). Uplatňuje se dále zejména geogenní pozadí (obsah kovů), lokalizace v krajině (přirozeně vzniklé AOX v povodích s rašelinnými půdami) a podmínky uvnitř sedimentu na dně rybníka (bakteriální činností vzniklé uhlovodíky C 10 -C 40 spojované s kontaminací ropnými látkami či BTEX, tedy těkavé organické látky). Podle výsledků plošného sledování sedimentů 362 rybníků realizovaného pracovníky ÚKZÚZ Brno v letech (Kubík, 2011) byla v případě kovů nejčastěji limitní hodnota překročena u kadmia (17 %), následována zinkem (8 %), arsenem a olovem (5 a 4 %). Nadlimitní obsah PCB a DDT zjištěn nebyl, obsah PAU byl překročen v obecních rybnících a obsah AOX v rybnících lesních. V posledních letech byly analyzovány rybniční sedimenty v souvislosti se záměrem odbahnění. ENKI o.p.s. má k dispozici data z 184 lokalit. Výsledky byly publikovány (Šulcová et al. 2017). V případě toxických kovů výsledky ukazují, že nadlimitní hodnoty byly stanoveny pouze u malého zlomku lokalit (jednotky %). U těchto lokalit nejhorší výsledky překračují stanovené limity více jak desetinásobně, nejvíce je to u Pb, Cu a Cd, u ostatních toxických kovů jsou překročeny stanovené limity maximálně dvoj až troj násobně. Co se organických polutantů týká, ze všech sledovaných lokalit překračovalo limitní hodnoty pouze několik málo procent vzorků. Konkrétně u BTEX cca 1,2%, PAU cca 7,2% a u PCB cca 1,2%. Množství DDT bylo vždy v podlimitních koncentracích. Z těchto výsledků vyplývá, že pouze minimum sedimentů bylo kontaminováno tak, že nebyla možná aplikace na zemědělskou půdu. Recyklace rybničních usazenin zpět do zemědělské produkce by tedy měla být zásadním způsobem nakládání s tímto materiálem SOUČASNÝ STAV HOSPODAŘENÍ V ZEMĚDĚLSTVÍ Změny v zemědělském hospodaření na konci 20. století se projevily jak v živočišné, tak i v rostlinné výrobě. Počet chovaných hospodářských zvířat klesl, snížily se zejména stavy prasat na třetinu a skotu na polovinu oproti roku S tím souvisí úbytek kvalitních statkových hnojiv, která v půdách tvoří důležitou organickou složku. Struktura pěstovaných plodin se změnila směrem ke komerčně zajímavějším komoditám. Výrazně ubyly plochy okopanin (brambory na 1 pětinu a technická cukrovka na polovinu původní plochy) a pícnin na orné půdě (na polovinu) a naopak plochy s ozimou řepkou se zvýšily čtyřnásobně. Zcela nově se začaly pěstovat energetické plodiny na biomasu. Celkové plochy obilovin zůstávají relativně stejné. Úbytek okopanin a pícnin, tedy plodin, které se všeobecně považují za plodiny zlepšující půdní úrodnost, zejména pro zvýšení podílu organických látek v půdě a podpoře mikrobiální činnosti, vede ke zhoršování půdních vlastností. Zatímco na začátku 90. let bylo 41% ploch 9

10 osetých těmito zlepšujícími plodinami, v posledních 3 letech to bylo už jen 18% ploch. Viz tabulka 1. TABULKA 1 OSEVNÍ PLOCHY PLODIN V ČR (PODLE ČSU 2017) Plodina Průměr Průměr tis. ha tis. ha Orná půda celkem Obiloviny Brambory Cukrovka Řepka Pícniny Ostatní TTP Zlepšující součet % % Změna struktury pěstovaných plodin vede ke změnám v osevním postupu. Klasický Norfolkský systém (okopanina, jař, jetel, ozim, luskovina, ozim.), kdy se důsledně střídají plodiny s různými nároky na agrotechniku a prostředí, nelze prakticky dodržet. V půdě ubývají organické látky, tento proces se nazývá mineralizací, probíhá v odvodněných půdách a je provázen okyselováním půdy. Půda se postupně mění na pouhý minerální substrát a zemědělec je nucen používat více minerálních hnojiv a dalších přípravků. Spotřeba přípravků na ochranu rostlin (POR) a dalších prostředků (DP) a spotřeba účinných látek obsažených v POR a DP se za posledních 20 let zdvojnásobila. (ÚKZUZ, 2017). Klimatická změna se v podmínkách ČR projevuje nárůstem teplotních extrémů (vysokých teplot a jarních mrazů), úbytkem drobných dešťových srážek (včetně rosy a mlhy), prodlužuje se období beze srážek a přibývá místních přívalových dešťů. Utužená a vyschlá půda po periodě sucha není schopna pojmout vodu z prudké přívalové srážky. Zvyšuje se tak eroze půdy, vznikají místní povodně a zvyšuje se koncentrace živin ve vodě. Úbytkem nejjemnějších jílových částeček se ještě více snižuje sorpční kapacita půd, což způsobí další zhoršování kvality organominerálního komplexu orných půd. Přestože je hnojení průmyslovými hnojivy v současnosti na nižší úrovni (141 kg/ha v roce 2016) oproti roku 1989 (234 kg/ha zem. půdy) a výnosy plodin se zvyšují, stále se zvyšuje i celkové živinové zatížení krajiny projevující se zejména na vodních tocích. Přibývá eutrofních až hypertrofních nádrží, ve kterých se akumuluje materiál z erozních smyvů a živiny rozpuštěné ve vodě způsobují nadměrný rozvoj vodních rostlin, řas a sinic. Zjednodušeně řečeno, to co se ztratilo z polí, najdeme usazené v aluviích toků nebo bahně rybníku. Rybniční sediment obsahuje organické látky i drobné jílové částice a na ně 10

11 vázané živiny. Návrat těchto látek zpět na pole byl v minulosti zcela běžně aplikován. Současná legislativa ani učebnice výživy rostlin nezahrnují rybniční bahno mezi organická hnojiva. 2.2 VLASTNÍ POKUS ODBĚR A ANALÝZA VZORKŮ SEDIMENTU Pro potřeby získání povolení od příslušného referátu životního prostředí pro uložení vytěženého sedimentu na zemědělskou půdu bylo potřeba odebrat reprezentativní vzorek rybničního sedimentu. Vzorky sedimentu z loviště Horusického rybníka odebrala začátkem listopadu 2014 akreditovaná laboratoř. K odběru byl použit drapák typu Ekman-Birge (obr. 2) a celkem bylo odebráno 20 dílčích vzorků sedimentu z vrstvy 0-30 cm. Tato vrstva byla určena pro plánované odbahnění loviště sacím bagrem na podzim roku Z takto odebraných vzorků byl po homogenizaci získán 1 reprezentativní směsný vzorek, který byl analyzován v akreditované laboratoři. Rozbory byly provedeny dle vyhlášky č. 257/2009 Sb. o používání sedimentu na zemědělské půdě. OBR. 2 ODBĚR SEDIMENTU NA RYBNÍCE HORUSICKÝ (LISTOPAD 2014) Výsledky analýz rybničního sedimentu a porovnání naměřených hodnot s limitními hodnotami rizikových látek v sedimentu dle vyhlášky č. 257/2009 Sb. přílohy č. 1 a č. 3 je uvedeno v následující tabulce 2. TABULKA 2 POROVNÁNÍ NAMĚŘENÝCH HODNOT S LIMITNÍMI HODNOTAMI RIZIKOVÝCH LÁTEK V SEDIMENTU DLE VYHLÁŠKY Č. 257/2009 SB. PŘÍLOHY Č. 1 A Č. 3 Ukazatel Sediment z loviště Horusického rybníka Vyhláška 257/2009 Sb. Vyhláška 257/2009 Sb. Příloha č. 1 Příloha č. 3 11

12 mg/kg sušiny mg/kg mg/kg hodnocení sušiny sušiny hodnocení As vyhověl 20 nevyhověl Be 2 5 vyhověl 2 Vyhověl Cd 0,5 1 vyhověl 0,5 Vyhověl Co 8,3 30 vyhověl 30 Vyhověl Cr vyhověl 90 Vyhověl Cu vyhověl 60 Vyhověl Hg 0,11 0,8 vyhověl 0,3 Vyhověl Ni vyhověl 50 Vyhověl Pb vyhověl 60 Vyhověl V vyhověl 130 Vyhověl Zn vyhověl 120 Vyhověl BTEX <0,04 0,4 vyhověl - - PAU 1,4 6 vyhověl 1 nevyhověl PCB 0,005 0,2 vyhověl 0,02 Vyhověl Uhlovodíky C10-C vyhověl - - DDT (včetně metabolitů) 0,008 0,1 vyhověl - - TABULKA 3 LIMITNÍ HODNOTY OBSAHU SKELETU V SEDIMENTU DLE VYHLÁŠKY Č. 257/2009 SB. PŘÍLOHY Č.1 Ukazatel Sediment z Horusického rybníka Limitní hodnoty % % Obsah skeletu 2-4 mm 5,60 max. 30 Obsah skeletu nad 4 mm 0,5 max. 2 Z porovnání naměřených hodnot s limitními hodnotami (tabulka 2) vyplývá, že námi sledovaný sediment nedosahuje limitních hodnot rizikových prvků a rizikových látek stanovených vyhláškou 257/2009 Sb., o používání sedimentů na zemědělské půdě, příloha č. 1. Nesplňuje limitní hodnoty rizikových prvků a rizikových látek stanovených výše uvedenou vyhláškou, příloha č. 3 (pro půdu) pro parametr As a to o 2 mg/kg sušiny a v parametru PAU o 0,4 mg/kg sušiny. Výše obsahu skeletu sedimentu (tabulka 3) splňuje limitní hodnoty uvedené v příloze č. 1 této vyhlášky. V tomto případě musely být provedeny analýzy zemědělské půdy na pozemku, na který má být vytěžený sediment uložen. Vzorky půdy byly odebrány v listopadu 2014 na pozemcích v katastrálním území obce Lhota u Dynína. Výsledky jsou shrnuty v tabulce 4. V tabulce 5 jsou uvedeny celkové obsahy důležitých živin v sedimentu z Horusického rybníka. 12

13 TABULKA 4 POROVNÁNÍ NAMĚŘENÝCH HODNOT S LIMITNÍMI HODNOTAMI RIZIKOVÝCH PRVKŮ A RIZIKOVÝCH LÁTEK V PŮDĚ, NA KTEROU MÁ BÝT SEDIMENT POUŽIT DLE VYHLÁŠKY Č. 257/2009 SB. PŘÍLOHY Č. 3 Ukazatel Limitní Vzorek půdy hodnoty Hodnocení Měřící jednotka mg/kg sušiny mg/kg sušiny As 3,8 20 Vyhověl Be <1,0 2 Vyhověl Cd <0,5 0,5 Vyhověl Co 3 30 Vyhověl Cr Vyhověl Cu Vyhověl Hg 0,044 0,3 Vyhověl Ni 7,3 50 Vyhověl Pb Vyhověl V Vyhověl Zn Vyhověl PAU 0,11 1 Vyhověl PCB <0,005 0,02 Vyhověl TABULKA 5 Vlastnosti sedimentu z Horusického rybníka Ukazatel Obsah v sušině mg/kg Hodnota ph (stanovení v CaCl2) 6,8 Ztráta žíháním organické látky (%suš.) 26 N celkový dusík 9000 NH4-N amoniakální dusík 160 NO3-N dusičnanový dusík <2 Dusičnany <2 Ca vápník 9700 Mg hořčík 4300 K draslík 7200 P fosfor 1700 P využitelný 23 13

14 Vzorky zemědělské půdy, na kterou má být vytěžený sediment uložen vyhovují limitním hodnotám koncentrací rizikových prvků a rizikových látek dle vyhlášky č. 257/2009 Sb. přílohy č. 3. Sediment může být uložen na zemědělskou půdu na pozemky v katastrálním území Lhota u Dynína. Ze získaných výsledků rozborů byla vytvořena zpráva Rozbor sedimentu z Horusického rybníka a návrh na další nakládání s vytěženou hmotou, která byla předána vlastníkovi rybníka Rybářství Třeboň, a.s. pro další jednání na příslušném referátu životního prostředí POSOUZENÍ LOKALITY Před odbahněním musí být provedeno posouzení lokality z hlediska technického zabezpečení bezproblémového odbahnění nádrže. Odbahňovaná lokalita musí z technického hlediska splňovat tyto parametry: dostatečně dimenzovaná přístupová cesta k nádrži pro příjezd techniky se sacím bagrem dostatečný manipulační prostor a sklon terénu pro vstup sacího bagru na vodu dostatečný prostor se sklonitostí terénu max. 0,5% pro uložení geotextilních vaků dostatečný přísun nebo zásoba vody v těžené nádrži aby nedošlo k vysátí veškeré vody v nádrži (sací bagr těží sediment o sušině cca 4-5% - tzn., že sediment ředí) Z hlediska vhodnosti místa pro uložení vaků a umístění dávkovací stanice a dalšího příslušenství bylo provedeno zmapování břehů Horusického rybníka. Odhad celkové plochy k uložení techniky byl m 2, z toho:... Dávkovací stanice 20 m 2... Zařízení staveniště 20 m 2... Homogenizační nádrž 25 m 2... Elektrocentrála 20 m 2... Vaky m 2... Ostatní 20 m 2 Byly vytipovány čtyři plochy na břehu Horusického rybníka, které byly vhodné k umístění vaků (obr. 3). 14

15 OBR. 3 SITUAČNÍ SNÍMEK JEDNOTLIVÝCH VYTIPOVANÝCH PLOCH NA RYBNÍKU HORUSICKÝ. Jako nejvhodnější plocha byla vyhodnocena varianta D, která je částečně zpevněná betonovými panely a poskytuje dostatečně velký manipulační prostor pro techniku LABORATORNÍ TESTY S FLOKULANTEM A PŘÍDAVNÝMI LÁTKAMI VZORKOVÁNÍ Nejprve je před vlastním testováním nutné provést uvědomělý odběr vzorků sedimentu z vodního díla (rybník, nádrž, říční tok apod.) pro provedení laboratorních testů sedimentu s vhodným typem flokulantu a přídavných látek zlepšujících vlastnosti sedimentu. První vzorek je odebírán pomocí odběrové sondy, jak je vidět na obr. 4. Jedná se o směsný vzorek z těžené oblasti. Vzorek je odebírán do uzavíratelné nádoby (např. plastového kbelíku). Obvykle stačí objem 5 litrů. Ve vzorku sedimentu jsou stanoveny nerozpuštěné látky (NL 105) a zdánlivá hustota pevných částic zemin pomocí pyknometru. 15

16 OBR. 4 ODBĚR VZORKU SEDIMENTU POMOCÍ ODBĚROVÉ SONDY Druhý vzorek je odebírán pomocí odběrového drapáku (viz obr. 5). Rovněž se jedná o směsný vzorek z celé plochy vodního díla (těžené oblasti). Vzorek je odebírán do barelu o objemu 50 l. Tento objem je obvykle dostatečný. Ve vzorku jsou stanoveny nerozpuštěné látky sušené (NL 105). S tímto vzorkem je prováděno vlastní laboratorní testování. Pro laboratorní testování je tento vzorek sedimentu naředěn na sušinu cca 5,0 %. Tato hodnota přibližně odpovídá předpokládané sušině těženého sedimentu za sacím bagrem. Pro ředění je používána voda odebraná z vodního díla, která lépe charakterizuje reálné poměry nežli voda vodovodní. Voda pro ředění sedimentu je odebírána do dvou 50 l barelů o celkovém objemu 100 l. Tento objem je obvykle dostatečný, záleží na sušině odebraného sedimentu pomocí drapáku. Oba vzorky (odběrová sonda, odběrový drapák) jsou odebírány jako směsné vzorky z celé plochy vodního díla (těžené oblasti). Počet jednotlivých odběrů závisí na velikosti vodního díla (těžené oblasti). Sušina vzorku sedimentu odebraného sondou bývá vyšší nežli sušina vzorku sedimentu odebraného pomocí odběrového drapáku. Ve vzorku odebíraném pomocí drapáku dochází k většímu naředění vodou z vodního díla během odběru a rovněž drapákem je odebírán sediment pouze z vrchních vrstev dna vodního díla (řidší jemnější sediment). Proto takový to rozdíl sušin mezi oběma vzorky. Pro hmotnostní bilance a výpočty je používána sušina vzorku sedimentu odebraného sondou, která lépe odpovídá rostlému stavu sedimentu ve vodním díle. Pro hmotnostní bilance je rovněž používána zdánlivá hustota pevných částic zemin stanovená ve vzorku sedimentu odebraném pomocí odběrové sondy. 16

17 OBR. 5 ODBĚR VZORKU SEDIMENTU POMOCÍ ODBĚROVÉHO DRAPÁKU LABORATORNÍ TESTOVÁNÍ Cílem testování je zjistit účinnost technologie odvodňování pomocí odvodňovacích vaků TenCate a stanovit vhodný druh flokulantu a jeho dávkování. Organické flokulanty v používaných dávkách nevykazují žádné nebezpečné vlastnosti a nejsou klasifikovány jako nebezpečné pro životní prostředí. Je testována řada anionaktivních, kationaktivních a neionogenních flokulantů. Pro nejlepší vytipované flokulanty je stanovena jejich předpokládaná dávka a jsou provedeny GCT testy (terčíkové testy). Po určení nejvhodnějšího flokulantu je proveden GBT test (odvodňovací test s malým vakem). Testování v kádinkách, GCT (terčíkové) testy Vzorek sedimentu odebraný drapákem je naředěn vodou z vodního díla na sušinu cca 5,0 % (předpokládaná sušina těženého sedimentu za sacím bagrem) a testován. Do takto naředěného kalu o objemu nejčastěji 500 ml (závisí na předpokládané dávce flokulantu a na množství naředěného kalu pro testování) je nadávkován roztok polymerního flokulantu. Nejčastěji se při laboratorním testování jedná o 0,1 % roztoky flokulantu. Záleží ovšem na parametrech technologie. Po promíchávání opakovaným přeléváním po stěně kádinky je vizuálně hodnocena velikost, vzhled a struktura vloček, sedimentace a zákal (turbidita) roztoku nad usazenými vločkami. Dále je sledováno, zda vzniklé vločky příliš neulpívají na stěnách kádinky. Takový to flokulant by mohl zalepovat póry geotextilie. Na základě testování v kádinkách jsou vyloučeny nevhodné flokulanty (např. naředěný kal se s flokulantem hůře spojuje, tvorba pouze malých vloček, vysoký zákal 17

18 (turbidita) roztoku nad usazenými vločkami). Pro nejlépe fungující flokulanty jsou určeny optimální dávky a provedeny GCT testy. Při GCT testech je zjišťována filtrační rychlost přes geotextilii TenCate a stanovena sušina odvodněného kalu (kalového koláče) v terčíku. Dále jsou vizuálně hodnoceny vzhled a struktura vločkového koláče, jeho uvolňování z geotextilie (lepivost) a zákal (turbidita) uvolněného efluentu skrz terčík. Na obr. 6 je znázorněna filtrační aparatura. OBR. 6 FILTRAČNÍ APARATURA (GCT TEST) Pro ukázku vzorová tabulka s výsledky testování s nejlépe fungujícími flokulanty a graf s odvodňovacími křivkami pro nejlépe fungující flokulanty. (viz tabulka 6 a graf č. 1). TABULKA 6 HODNOTY ZJIŠTĚNÉ PŘI GCT TESTU (VŠECHNY SLEDOVANÉ FLOKULANTY MĚLY STEJNOU KONCENTRACI ZÁSOBNÍHO ROZTOKU 0,1%, BYLY PŘELITY 11X A MĚLY VELIKOST VLOČEK1) Typ flokulantu 18 Dávka flokulantu Tvorba/rozbíjení vloček Odstranitelnost koláče z geotextilie Čirost efluentu turbidita (zákal) Sušina odvod. kalu RU % g/m3 g/kg suš. A 100 HMW 160 1, ,18 16,89 A , ,46 17,19 A 120 HMW 110 1, ,88 17,51

19 A , ,78 16,88 A 150 HMW 110 1, ,8 16,59 C , ,26 17,39 C 492 HMW 340 3, ,96 17,1 C , ,46 17,39 C , ,77 16,94 C 498 HMW 200 2, ,96 16,89 Hodnocení v tabulce známkování podle vizuálního sledování - tvorba/rozbíjení vloček: První číslo značí počet přelití potřebných k tvorbě vloček. Druhé číslo počet přelití, kdy se vytvořily velké kompaktní vločky. Třetí číslo počet přelití, kdy již dochází k rozbíjení vloček. (0 - k rozbíjení nedocházelo vločky jsou stabilní) - velikost vloček: 1 velké, kompaktní, 2 střední, 3 malé, 4 velmi malé - odstranitelnost koláče ze síta: 1 velmi dobrá, nelepí, 2 dobrá, nelepí, 3 průměrná, lepí málo, 4 špatná, lepí Turbidita (zákal) Zákal se měří jako rozptyl světla při vlnové délce 580 nm. Byl měřen pomocí zákaloměru ASBC HI Čím je číslo menší, tím je roztok více čirý. Pro srovnání turbidita pitné vodovodní vody je 0,22 FTU. GRAF Č. 1 ODVODŇOVACÍ KŘIVKY (FILTRAČNÍ RYCHLOSTI) NEJLÉPE FUNGUJÍCÍCH FLOKULANTŮ A 100 HMW V [ml] A 120 A 120 HMW A 150 A 150 HMW C 491 C 492 HMW C 496 C 498 C 498 HMW -20 t [s] Naředěný kal se promíchá s roztokem flokulantu a prolije skrz terčík z geotextilie. Vyvločkovaný kalový koláč zůstane v textilii. Čistý efluent prochází skrz a zachycuje se 19

20 v kádince, jak ukazuje obr. 6 výše. V určitých časových intervalech se odečítá hmotnost uvolněného efluentu a přepočítává se pomocí jeho hustoty na objem. Takto dostaneme odvodňovací křivku. Z grafu je možné vyčíst, jak rychle se kal s jednotlivými flokulanty odvodňuje. Dále je možné odečíst objem uvolněného efluentu po 1 minutě testu. V každém bodě je nutné od objemu uvolněného efluentu odečíst objem vody, který je vnesen do kalu přídavkem roztoku flokulantu. Nejlepší výsledky byly dosaženy u kationických flokulantů C 498 (dávka 210 g/m 3 ) a C 498 HMW (dávka 200 g/m 3 ). Z grafu 1 je však patrné, že u všech ostatních flokulantů až na C 492 HMW došlo k lepšímu odvodnění při GCT testu. Pro flokulanty C 498 a C 498 HMW hovoří fakt, že u všech ostatních flokulantů byl naměřen nesrovnatelně vyšší zákal (viz tabulka 6). Rovněž byla u těchto dvou flokulantů pozorována tvorba největších a velmi kompaktních vloček. Hodnoty sušin u všech flokulantů jsou srovnatelné a dosahují hodnot okolo 17 % (viz tabulka 6). Pro tyto nejvhodnější flokulanty byly provedeny GBT testy (odvodňovací test s malým vakem). Pro GBT test bylo dle zkušeností potřeba dávku navýšit. A to na hodnotu 250 g/m3 pro oba zvolené flokulanty. Jinak by mohlo dojít při přelévání v kbelíku k rozbíjení vloček. GBT test (odvodňovací test s malým vakem) Pro odvodňovací test je používán malý vak ušitý z geotextilie TenCate, který je zavěšen nad zachycující nádobu, aby bylo možné sledovat kvalitu odtékajícího (odkapávajícího) efluentu, jak ukazuje obr. č. 4. Do kbelíku je odměřeno zvolené množství naředěného kalu (obvykle 5 až 15 l, záleží na zbylém množství naředěného kalu po GCT testech a na dávce vybraného flokulantu) a přidáno příslušné množství 0,1 % roztoku vybraného flokulantu. Směs je promíchána opakovaným přeléváním a nalita do připraveného vaku. Směs je do vaku nalévána přes trychtýř s hadicí, aby bylo co nejvíce simulováno reálné čerpání sacím bagrem do velkého geotextilního vaku. Pro odvodňovací pokus byl využit malý vak ušitý z geotextilie TenCate Geotube, který byl zavěšen nad zachycovací nádobu, aby bylo možné sledovat kvalitu efluentu. Do kbelíku byly odměřeny 4 l naředěného sedimentu (sušina 8%) a přidáno 1000 ml 0,1 %-ního roztoku kationického flokulantu C 498 (dávka 250 g/m 3 ) respektive 1000 ml 0,1 %-ního roztoku kationického flokulantu C 498 HMW (dávka 250 g/m 3 ). Směs byla promíchána přeléváním a přelita do připraveného vaku. Při nalévání byl zpočátku pozorován malý průnik vloček přes šité švy geotextilního vaku, dále pak odtékal efluent úplně čistý (bez vloček). V obou případech se koláč odvodněného sediemntu výborně odděloval od stěn vaku. Nelepil se a došlo rovněž k jeho,,zavinutí. Asi po 45 minutách byl odebrán vzorek odvodněného sedimentu pro stanovení sušiny a vzorek efluentu pro stanovení turbidity. V tabulce 7 jsou uvedeny výsledné hodnoty sušin odvodněného kalu a turbidity efluentů pro jednotlivé flokulanty. 20

21 TABULKA 7 VÝSLEDNÉ HODNOTY SUŠIN ODVODNĚNÉHO SEDIMENTU A TURBIDITY EFLUENTŮ (POČÁTEČNÍ SUŠINA 8,05%, DÁVKA FLOKULANTU 250 G/M3 TJ. 2,83 G/KG SUŠINA) Typ flokulantu Turbidita efluentu Sušina 0 dní 4 dny 8 dní 25 dní 32 dní RU % % % % % C ,06 14,83 22,8 25,86 36,59 43,16 C 498 HMW 99,73 15,99 22,69 25,62 36,68 43,06 U obou dvou vytipovaných flokulantů byly pozorovány srovnatelné výsledky, které jsou podrobněji uvedeny v závěru. Na základě zkušeností je preferován polymer C 498 HMW s velmi dlouhou délkou polymerních řetězců. Délka řetězců zajišťuje při mechanicky náročných aplikacích vyšší účinnost a delší efekt vazeb vloček a polymeru. V průběhu testu je sledováno, zda se vzniklý vločkový koláč nelepí na stěny vaku a dobře se od stěn vaku odděluje. Dále zda z vaku odtéká (odkapává) efluent čistý (bez vloček). Po nalití do vaku a v průběhu odvodňování vločkového koláče jsou odebírány vzorky efluentu pro stanovení zákalu (turbidity). Po nalití do vaku a po nějaké době odvodňování ve vaku je ještě týž den odebrán vzorek odvodněného kalu (vločkového koláče) z vaku pro stanovení sušiny. Odvodněný kal (vločkový koláč) je ponechán nějaký čas ve vaku, kde dochází k jeho dalšímu postupnému odvodňování a vysychání. V průběhu tohoto času je sledována jeho sušina. 21

22 OBR. 7 NALÉVÁNÍ DO VAKU POMOCÍ NÁLEVKY A HADICE (GBT TEST) Další přídavné látky (dolomitický vápence) V závislosti na vlastnostech těženého sedimentu sacím bagrem, na požadovaných vlastnostech odvodněného sedimentu ve vaku a na vlastnostech zemědělské půdy, na kterou se bude odvodněný sediment ukládán, můžou být do těženého sedimentu přidávány různé obohacující látky. V našem případě se jedná o dolomitický vápenec. Testování probíhá na stejném principu jako bez přídavku obohacující látky (testování v kádinkách, GCT testy, GBT test) s tím rozdílem, že do naředěného sedimentu se ještě nadávkuje určité množství obohacující látky a až poté se takto vzniklá suspenze rozmíchává s roztokem flokulantu a dále testuje. Dolomitický vápenec se používá jako hnojivo na pozvolnější úpravu půdní reakce ke zlepšení fyzikálně chemických vlastností půdy. Upravuje zejména ph půd, stabilizuje půdní strukturu, posiluje biologickou aktivitu půdy, umožňuje lepší hospodaření s půdní vláhou, podporuje lepší využití hnojiv a zlepšuje kvalitu sklizně. Obsah hořčíku příznivě ovlivňuje tvorbu chlorofylu. Zlepšuje využitelnost půdní zásoby fosforu a molybdenu a podporuje lepší využití jiných aplikovaných hnojiv. Je vhodný zejména na aplikaci v lehčích a středních půdách. Pro aplikaci do těženého sedimentu byl dolomitický vápenec zvolen jako obohacující prvek z důvodu zvýšení úživných vlastností půdy. Přídavkem vápence dochází ke stabilizaci hodnoty ph sedimentu i zemědělské půdy, na níž bude sediment aplikován. Navíc dojde z technologického hlediska ke sloučení více agrotechnických operací, snížení počtu pojezdů po půdě znamenající její nižší utužení. Dolomitický vápenec byl přidáván k naředěnému sedimentu v množství 1, 5, 10, 15 a 20 %. Jedná se o hmotnostní procenta vztažená k naředěnému sedimentu o příslušné sušině. 22

23 Byl sledován vliv přidaného množství dolomitického vápence na hodnotu ph takto vzniklé suspenze. Samotný testovaný rybniční sediment měl hodnotu ph 6,4. Vliv přidaného množství dolomitického vápence na hodnotu ph takto vzniklé suspenze znázorňuje graf č. 2. GRAF Č. 2 VLIV PŘÍDAVKU DOLOMITICKÉHO VÁPENCE NA HODNOTU PH TAKTO VZNIKLÉ SUSPENZE 7,2 7,1 7 6,9 ph 6,8 6,7 6,6 6,5 6, hmotnostní % Je vidět, že k největšímu zvýšení ph došlo s přídavkem 1 hm. % dolomitického vápence. Z grafu je patrné, že dostačující dávka je 15 hm. % dolomitického vápence. Při této dávce byla dosažena hodnota ph 7,1. S vyšší dávkou dolomitického vápence už se hodnota ph nezvyšuje. Přídavkem dolomitického vápence nevzniká žádný problém při odvodňování kalu pomocí odvodňovací technologie TenCate. Na základě materiálových bilancí a jejich srovnáním s doporučenými dávkami vápence na zemědělskou půdu byla dávka 15 hm. % dolomitického vápence shledána jako ekonomicky neefektivní. Úplně dostatečná by měla být dávka dolomitického vápence 0,01-0,1 hm. % Samotný těžený kal měl hodnotu ph 6,4, tzn. je v podstatě neutrální a ani bez přídavku dolomitického vápence neokyseluje půdu. Odvodnění sedimentu s přídavkem dolomitického (0,1 hm. %) bylo testováno s vytipovaným flokulantem určeným během předchozího laboratorního testování (GCT testy, GBT test). Testování probíhá na stejném principu jako bez přídavku obohacující látky (testování v kádinkách, GCT testy, GBT test) ZAMĚŘENÍ MOCNOSTI RYBNIČNÍHO SEDIMENTU BATYMERICKÉ ZAMĚŘENÍ MOCNOSTI RYBNIČNÍHO SEDIMENTU V LOVIŠTI Před samotnou těžbou rybničního sedimentu bylo provedeno batymetrické zaměření dna loviště rybníka měřícím člunem osazeným přístroji TRIMBLE (obr. 8). Měření je prováděno pomocí sonarového měřidla Sonarmite SM 3BT a navigace GPS Trimble SPS 851 s automatickým ukládáním souřadnic a nadmořských výšek úrovně kalu. Měření je 23

24 prováděno do rastrové sítě s roztečí 5 m v obou osách tak, aby změřené body pokrývaly všechny čtverce rastru. Souřadnice a nadmořské výšky úrovně kalu jsou ukládány v systému S-JTSK. Výpočet objemu volného prostoru usazovací nádrže je prováděn programem Trimble Business Centre v Objemy se počítají výpočtem za použití prismoidální metody, kdy se každý bod plochy promítá na druhou plochu. Poté je odpovídající nadmořská výška odvozeného bodu interpolována a odečtený rozdíl je uložen. Obdobně je postupováno v hranicích a krajních bodech ploch a také jsou vloženy body do průsečíků ploch. Takto jsou vytvořeny hranoly reprezentující jednotlivé elementární objemy. Sečtením objemů hranolů je určen objem mezi danými plochami. Tato metoda je přesnější než metoda řezů nebo mřížková metoda. Celkem bylo vytěženo 5 523,2 m³ rybničního sedimentu (barevná plocha) a z loviště bylo vytěženo 3 741,9 m³ (menší z obdélníků v ploše). Část odtěženého sedimentu byla uložena do geotextilních vaků a část v odvodňovací sedimentační laguně na břehu rybníka. před těžbou po těžbě OBR. 8 BATYMETRICKÉ ZAMĚŘENÍ LOVIŠTĚ MĚŘÍCÍM ČLUNEM PŘED A PO TĚŽBĚ RYBNIČNÍHO SEDIMENTU, VÝSLEDNÁ MAPA ODTĚŽENÍ RYBNIČNÍHO SEDIMENTU POMOCÍ SACÍHO BAGRU Na předem vybranou vhodnou zpevněnou plochu na břehu Horusického rybníka byla instalována flokulační stanice. Sediment těžený sacím bagrem byl plastovým potrubím dopravován do homogenizační nádrže. Z vedlejšího sila byl do nádrže dávkován vápenec v práškové formě a rozmícháván míchadly. Kal z homogenizační nádrže byl čerpán potrubím 24

25 k odvodnění. V potrubí byl kal smíchán s roztokem flokulantu, připraveném ve flokulační stanici. Množství flokulantu bylo dávkováno dle průtoku a měrné hmotnosti kalu. Flokulační stanice (obr. 9) se skládá ze tří nádrží osazených ponornými míchadly, jedním dávkovačem práškového flokulantu a jedním čerpadlem rozmíchaného a vyzrálého roztoku flokulantu. Obě tyto zařízení (dávkovač práškového flokulantu, čerpadlo rozmíchaného flokulantu) jsou napájeny přes programově řízené frekvenční měniče. Ve flokulační nádrži je umístěn snímač hladiny rozmíchaného flokulantu. Za čerpadlem rozmíchaného flokulantu je umístěn elektromagnetický průtokoměr. Na dávkovači práškového flokulantu je osazené čidlo, které kontroluje množství (výšku) práškového flokulantu. Dávkovač práškového flokulantu je vyhřívaný. Doba zapnutí a vypnutí vyhřívání je nastavitelná. Na vstupu ředící vody je osazený měřič průtoku a uzavírací servoventil. Tři geotextilní vaky o velikosti 5 x 10 m byly rozloženy na rovné betonové ploše na břehu rybníka. Pod ně byla umístěna nepropustná fólie, která se svažovala směrem do rybníka tak, aby přebytečná vytékající voda z vaků stékala zpět do rybníka. Jednotlivé vaky byly od sebe odděleny přepážkami tak, aby bylo možno odebírat vzorky vody vytékající zvlášť z každého z plněných vaků. OBR. 9 SCHÉMA TECHNOLOGIE FLOKULAČNÍ STANICE Sediment byl z loviště Horusického rybníka čerpán sacím bagrem (obr. 10) do integrované stanice. Při plnění prvních dvou vaků (vak A a B) byl přimícháván dolomitický vápenec v dávce 40 kg vápence na 40m 3 rybničního sedimentu (0,1% dolomitického vápence). Vak C byl plněn bez přídavku dolomitického vápence. Ve flokulační stanici byl rozmíchán flokulant C 498 HMV, který byl vybrán na základě laboratorních testů, na výslednou koncentraci 0,4%. Takto připravený a vyzrálý roztok flokulantu byl naředěn na 25

26 koncentraci 0,2%.Průtok roztoku flokulantu je měřen elektromagnetickým průtokoměrem, který je umístěn ve flokulační stanici před dořeďováním. OBR. 10 FOTODOKUMENTACE Z ODBAHŇOVÁNÍ RYBNÍKA A PLNĚNÍ GEOTEXTILNÍCH VAKŮ Ve směšovači je k rybničnímu sedimentu (v případě prvních dvou vaků k rybničnímu sedimentu s dolomitickým vápencem) přimícháván rozmíchaný a vyzrálý flokulant. Přídavek flokulantu způsobí vyvločkování rybničního sedimentu a ten je následně plněn do vaků (obr. 11). Flokulační stanice je napojena na průtokoměr čerpaného sedimentu. Hodnota průtoku čerpaného sedimentu se pohybovala v rozmezí 2,5 4 m 3 /min. Dávka flokulantu byla podle laboratorního testování nastavena na 3 kg/t sušiny a dle potřeby byla upravována. V průběhu plnění se dávka flokulantu nejčastěji pohybovala v rozmezí 2,6 3,2 kg/t sušiny. OBR. 11 ODBĚR VZORKŮ VODY, PLNĚNÍ GEOTEXTILNÍCH VAKŮ V průběhu plnění vaků byly z homogenizační nádrže odebírány vzorky čerpaného sedimentu. Ve vzorcích byla na místě za pomoci váhosušičky stanovena sušina. Hodnota sušiny čerpaného sedimentu byla v závislosti na odebraných vzorcích ve flokulační stanici napevno nastavována. Pohybovala se okolo 46 kg/m3 (4,60 %). Všechny vaky byly naplněny do konečné maximální výšky cca 2 m. Po prvotním naplnění vaku sedimentem do výšky 2 metrů došlo k přerušení čerpání sedimentu, aby 26

27 mohlo dojít k jeho odvodnění, snížení výšky vaku, a poté byl vak doplněn opět na výšku cca 2 m. Toto bylo provedeno u všech 3 vaků opakovaně. V tabulce 8 je uvedeno celkové množství proteklého sedimentu o sušině 4,5 % jednotlivými vaky. Během celé doby plnění vaků docházelo k intenzivnímu odvodňování sedimentu a výsledné objemy sedimentu ve vacích na konci pokusu byly cca 60 m3 v každém vaku. TABULKA 8 OBJEMY SEDIMENTU V JEDNOTLIVÝCH VACÍCH O SUŠINĚ 4,5%, KTERÉ PROTEKLY VAKY BĚHEM CELÉ DOBY JEJICH PLNĚNÍ Objem sedimentu Vak A Vak B Vak C m3 m3 m3 168,85 130,65 156,9 Na je možno shlédnout krátkou reportáž o průběhu pokusu na Horusickém rybníku. Po celou dobu dávkování sedimentu do vaků byla v pravidelných časových intervalech odebírána voda vytékající přes stěny geotextilních vaků a průběžně v těchto vzorcích měřena turbidita (zákal). Po cca 3 hodinách od ukončení plnění vaku A byl odebrán vzorek sedimentu s přídavkem dolomitického vápence. Následující den byly odebrány další vzorky sedimentu ze všech vaků (vaky A a B byly naplněny stejným typem sedimentu a proto byl homogenizací vytvořen 1 směsný vzorek). Všechny vzorky sedimentu a vody byly odvezeny do akreditované laboratoře, kde proběhla jejich následná analýza. V rámci první části pokusu odvodňování rybničního sedimentu s pomocí geotextilních vaků získány první výsledky (Tabulka 9), které ukázaly na: Výrazné snížení zákalu odtékající vody (filtrátu) z plněných vaků, a to již po několika minutách. Plnění jednoho vaku trvalo přibližně jednu hodinu, během ní bylo patrné i znatelné snížení obsahu sušených a žíhaných nerozpuštěných látek. V průběhu pokusu byl zaznamenán také značný rozdíl v koncentracích celkových živin ve vodě odtékající z vaků a ve slitém vodním podílu ze vstupního čerpaného sedimentu, který byl do vaků čerpán. Obdobně jako v případě zákalu a nerozpuštěných látek bylo znatelné snížení koncentrace celkových živin zaznamenáno již po několika minutách čerpání. 27

28 TABULKA 9 VÝSLEDKY SLEDOVANÝCH HYDROCHEMICKÝCH PARAMETRŮ ZJIŠTĚNÝCH V PRŮBĚHU ČERPÁNÍ SEDIMENTU DO GEOTEXTILNÍCH VAKŮ Měřené parametry Jednotky Vstupní čerpaný sediment o sušině cca 4% slitý vodní podíl ze vstupního čerpaného sedimentu 10 minut od začátku plnění (bodový vzorek) Vak A + B Vak C s přídavkem vápence bez přídavku vápence Vzorky vody odebrané v pravidelných časových intervalech od počátku plnění vaků 15-30min od začátku plnění (slévaný vzorek 4x500ml po 5 min) min od začátku plnění (slévaný vzorek 4x500ml po 5 min) 30 minut po ukončení čerpání (bodový vzorek) 10 minut od začátku plnění (bodový vzorek) 15-30min od začátku plnění (slévaný vzorek 4x500ml po 5 min) min od začátku plnění (slévaný vzorek 4x500ml po 5 min) 30 minut po ukončení čerpání (bodový vzorek) Horusický rybník Odběr Epilimnetický směsný vzorek (0 1m) NL105 mg/l , , NL550 mg/l , , ZŹ % TC mg/l TOC mg/l , TIC mg/l , TP mg/l 80 0,47 0,385 0,3 0,245 0,45 0,26 0,34 0,27 0,25 TP rozp. mg/l 0,32 0, ,023 0, ,011 0,032 PO 4 -P mg/l - 0, <0,01 0, <0,01 0,017 TN mg/l , ,5 28, ,5 TON mg/l , , ,5 TIN mg/l 22,6 21, ,5 30, ,03 28

29 TABULKA 10 VÝSLEDKY SLEDOVANÝCH HYDROCHEMICKÝCH PARAMETRŮ ZJIŠTĚNÝCH V PRŮBĚHU ČERPÁNÍ SEDIMENTU DO GEOTEXTILNÍCH VAKŮ POKRAČOVÁNÍ Měřené parametry Jednotky Vstupní čerpaný sediment o sušině cca 4% slitý vodní podíl ze vstupního čerpaného sedimentu 10 minut od začátku plnění (bodový vzorek) Vak A + B Vak C s přídavkem vápence bez přídavku vápence Vzorky vody odebrané v pravidelných časových intervalech od počátku plnění vaků 15-30min od začátku plnění (slévaný vzorek 4x500ml po 5 min) min od začátku plnění (slévaný vzorek 4x500ml po 5 min) 30 minut po ukončení čerpání (bodový vzorek) 10 minut od začátku plnění (bodový vzorek) 15-30min od začátku plnění (slévaný vzorek 4x500ml po 5 min) min od začátku plnění (slévaný vzorek 4x500ml po 5 min) 30 minut po ukončení čerpání (bodový vzorek) Horusický rybník Odběr Epilimnetický směsný vzorek (0 1m) NO 3 -N mg/l 0,2 0, <0,05 0,5 - - <0,05 <0,05 NO 2 -N mg/l 0,015 0, ,002 0, ,002 0,006 NH 4 -N mg/l 22 21, , <0,02 Ca mg/l Mg mg/l , , ,1 Na mg/l , K mg/l Al mg/l 810 4,15 1,75 1,75 0,21 0,91 1 1,3 0,42 - Al rozp. mg/l 0,021 <0, <0,02 <0, <0,02 - Fe mg/l ,8 Fe rozp. mg/l 21 2, ,31 5, ,3 0,06 29

30 V případě celkového fosforu a celkového uhlíku byl průměrný pokles koncentrace o 99 %. Významný byl také pokles koncentrace u celkového dusíku (o 93 %), hořčíku (o 89 %) a vápníku (o 83 %) (tabulka 9). Zajímavé je porovnání kvality vody odtékající z geotextilních vaků s kvalitou vody, která byla v daném období zjišťována v Horusickém rybníce. Koncentrace hlavních sledovaných parametrů jsou uvedeny v tabulce 9. Například průměrná koncentrace TP ve vodě vytékající z vaků na konci čerpání (průměr 0,26 mg/l) byla velmi podobná koncentraci, která se v té době nacházela v epilimniu rybníka Horusický (0,25 mg/l). V případě celkového rozpuštěného fosforu došlo v průběhu čerpání k poklesu koncentrace o ~89 % (TP rozp. na začátku čerpání 0,15 mg/l a na konci čerpání 0,017 mg/l). Koncentrace na konci čerpání (0,017 mg/l) byly v průměru mírně nižší nežli koncentrace nacházející se v rybníce (0,032 mg/l). Koncentrace P-PO 4 se na konci pokusu v odtékající vodě pohybovaly pod mezí stanovitelnosti (<0,005 mg/l). Snížení koncentrace rozpuštěného resp. fosforečnanového fosforu bylo zřejmě způsobeno vyvázáním do komplexu s železem přítomným v čerpaném sedimentu toto železo se během čerpání oxidovalo (obr. 12). OBR. 12 OXIDOVANÉ ŽELEZO NA POVRCHU GEOTEXTILNÍCH VAKŮ SLEDOVÁNÍ EFEKTU APLIKOVANÉHO SEDIMENTU NA POLI Efekt aplikovaného sedimentu na kvalitu půdy lze očekávat v několika následujících letech, během nichž bude docházet k postupnému rozkladu organických látek na jednodušší sloučeniny využitelné pro rostliny. Lze očekávat zvýšení mikrobiální činnosti a zlepšení půdních vlastností. V rámci agrotechnického pokusu byly prováděny rozbory půdních a rostlinných vzorků APLIKACE SEDIMETU NA POLE Po 31 dnech uložení sedimentu v odvodňovacích vacích byly dne vaky rozříznuty a sediment pomocí nákladních aut odvezen na pole. Po celou dobu ( ) odvodňování sedimentu v geotextilních vacích bylo sledováno jejich zaklesávání a měřeny hodnoty sušiny sedimentu. V době aplikace dosahovala hodnota sušiny sedimentu přibližně 29 % (tabulka 10). Objem sedimentu v době aplikace byl v jednotlivých vacích cca 20 m 3. Hustota sedimentu aplikovaného na pole byla 1,315 g cm 3. TABULKA 11 VÝVOJ HODNOT SUŠINY VE VACÍCH ( ) 30

31 Sušina Vak A Vak B Vak C Datum % % % ,5 4,6 4, ,2 15,6 17, ,6 24,7 26, , , ,5 29,2 28, ,9 28,4 27,5 Z výsledků bylo možné dopočítat množství látek uskladněných v jednotlivých vacích o objemu cca 20 m 3. V souhrnné tabulce 11 jsou uvedeny obsahy živiny a organických látek v sedimentu zadrženém v geotextilních vacích a množství živin a organických látek, které se podařilo těmito vaky zadržet. Z těchto dat byl dále dopočten průměrný celkový vnos živin na 1 ha zemědělské půdy. Na základě zjištěných výsledků jsme provedli orientační porovnání množství živin dodaných do půdy s rybničním sedimentem s množstvím živin (v minerálních hnojivech), které se běžně v rámci pěstování obilovin/triticale do půdy aplikuje. Obecně je objem dodávaných minerálních hnojiv závislý na aktuální zásobenosti půdy živinami (zejména N, P, K). V průměru se množství aplikovaných hnojiv pohybuje v rozpětí: kg N ha -1, kg P ha -1 a kg K ha -1 pro obiloviny a kg N ha -1, kg P ha -1 a kg K ha -1 pro triticale za vegetační sezónu. (Petr et al. 1997; Petr 2008; Diviš et al. 2010). Z výsledků je tedy patrné, že s rybničním sedimentem bylo na pokusné plochy aplikováno několikanásobně vyšší množství celkového P. Musíme si však uvědomit, že P, který byl do půdy s rybničním sedimentem aplikován, není pro růst rostlin aktuálně přímo dostupný. O tom svědčí i nízké obsahy tzv. využitelného P (tabulka 12). TABULKA 12 OBSAH ORGANICKÝCH LÁTEK A CELKOVÝCH A VYUŽITELNÝCH ŽIVIN OBSAŽENÝCH V PŮDĚ, NA KTEROU BYL RYBNIČNÍ SEDIMENT APLIKOVÁN. VÝSLEDKY ANALÝZ VZORKŮ UPRAVENÉHO SEDIMENTU Z GEOTEXTILNÍCH VAKŮ ODEBRANÝCH TĚSNĚ PŘED APLIKACÍ NA ZEMĚDĚLSKOU PŮDU ( ) A VNOS LÁTEK PŘÍTOMNÝCH V SEDIMENTU NA 1 HA ZEMĚDĚLSKÉ PŮDY. Parametr Půda pole Sediment mg/ kg sušiny Vak A + B mg/ kg sušiny Vak C mg/ kg sušiny Celkový obsah ve vaku Vak A + B Vak C Vnos na ha zemědělské půdy Vak A + Vak C B kg kg kg/ha kg/ha TC TOC TP P využitelný 34 7,4 5,9 0,1 <0,1 1,8 1,4 31

32 TN , ,6 0, Ca využitelný Mg Mg využitelný Na Na využitelný N-NH4 Ca K K využitelný SLEDOVÁNÍ VLIVU APLIKOVANÉHO SEDIMENTU NA POLE Vliv aplikovaného sedimentu byl sledován v průběhu následující vegetační sezóny ( ). Na poli (obr. 13) byly vyznačeny dvě plochy s aplikovaným sedimentem a zaměřeny pomocí GPS souřadnic. Porovnávány byly tyto varianty: pole - plocha, na které nebyl aplikován žádný sediment pole + sed plocha, na kterou byl aplikován sediment bez přídavku dolomitického vápence pole + sed + Ca plocha, na kterou byl aplikován sediment s přídavkem dolomitického vápence OBRÁZEK 13 EXPERIMENTÁLNÍ POLE Zemědělec obhospodařoval celou plochu pozemku včetně obou ploch s aplikovaným sedimentem stejným způsobem. Byl stanoven harmonogram odběrů vzorků rostlin a půdy tak, aby mohly být sledovány bilance odběrů živin a produkce na daných plochách během vegetační sezóny. Půdní vzorky 32

33 Půdní vzorky (obr.14) byly odebrány celkem 3x za rok, na začátku vegetačního období, při sklizni obilí a na konci vegetačního období. K odběru vzorků byla použita sondovací tyč (tzv. agrochemická sondýrka) a lopatka. Z každé lokality jsme odebrali 1 směsný homogenní vzorek, který se skládal minimálně ze 40 vpichů. Vzorky byly okamžitě dopraveny do akreditované laboratoře k analýzám. OBRÁZEK 14 ODBĚR PŮDNÍCH VZORKŮ U půdních vzorků byla provedena zrnitostní analýza dle Novákovy klasifikace půdního druhu a dále obsah přístupných živin dle Mehlicha III. Obsah humusu v půdě byl porovnán s kritérii agrochemického zkoušení zemědělských půd, které vymezuje zákon č. 147/2002 Sb. o Ústředním kontrolním a zkušebním ústavu zemědělském. Obdobně se hodnotili i ostatní prvky/ukazatele. Výsledky kationtové výměnné kapacity byly porovnány s metodikou. (Klement, 2011). Pro posouzení půdy z hlediska vyváženého obsahu živin byl proveden poměr hlavních živin v půdě. Výsledky rozborů již v prvním roce sledování ukázaly mírné zlepšení dostupnosti některých živin (P, Ca, Mg, K) a zlepšení půdních vlastností (ph, obsah humusu, KVK, zrnitost) na plochách se sedimentem. TABULKA 13 PROCENTICKÝ PODÍL VYUŽITELNÝCH ŽIVIN K JEJICH CELKOVÉMU OBSAHU V PŮDĚ (VYHODNOCEN ROK 2016) Parametr Měsíc odběru pole pole+sed pole+sed+ca využitelný/celkový % % % Duben 3,74 4,76 4,66 Fosfor Srpen 3,86 5,4 6,34 Listopad 6,15 5,74 5,51 Duben 50,78 64,29 59,48 Hořčík Srpen 27,74 67,16 45,52 Listopad 39,79 33,42 53,49 Duben 1,33 1,79 1,66 Draslík Srpen 2,19 2,24 3,07 Listopad 3,25 2,57 2,6 33

34 Duben 74,83 78,03 84,34 Vápník Srpen 72,44 75,23 79,37 Listopad 65,4 76,88 69,31 Vzorky rostlin Harmonogram odběrů vzorků rostlin (obr. 15) byl sladěn s metodikou odběrů akreditované laboratoře. Byly vybrány důležité fenologické fáze obilí, ve kterých probíhal odběr a následně pak analýzy nadzemní biomasy. OBRÁZEK 15 ODBĚR A ROZBOR VZORKŮ ROSTLIN Odběry byly vždy provedeny na všech 3 pokusných lokalitách. Standardně se odebírala nadzemní biomasa rostlin (zelené části rostlin) dle metodiky (Boček, 2016). U vzorků rostlin byla externí akreditovanou laboratoří posuzována fenologická fáze podle BBCH pro obilniny a byl hodnocen výživový stav plodin během vegetace, který byl porovnáván s hodnotící normou Ideogram Jindřichův Hradec 2016, platný pro oblast Jižních Čech a Vysočinu (Boček, 2016). Při každém odběru byly zaznamenány nejdůležitější agronomické údaje, stav porostu, počet odebraných rostlin, výška, barva, průměrný počet odnoží na 1 rostlinu a fenologická fáze. Vzorky byly poté odvezeny do akreditované laboratoře na anorganický rozbor rostlin. Ve všech vzorcích rostlin byly v akreditované laboratoři stanoveny tyto parametry: N, P, C, ZŽ, Ca, Na, K a Mg. Výsledky rozborů rostlin na všech 3 pokusných plochách v prvním roce po aplikaci sedimentu vykazovaly stejné sezónní trendy. Obsahy živin v rostlinách se během 5 odběrů v jednotlivých variantách lišily jen nepatrně. V době sklizně byly standardním postupem odebrány vzorky nadzemní biomasy pro anorganické rozbory. Byly sklizeny všechny rostliny z plochy 1m 2, zároveň byly ze sklizených ploch odebrány i kořeny sklizených rostlin. Zároveň byly sklizeny na všech sledovaných lokalitách ještě 2 plochy o velikosti 40x40cm. Na těchto plochách byly odebrány celé rostliny, které byly rozděleny na klasy, stonky a kořeny. Po vysušení byly spočítány hodnoty nadzemní a podzemní biomasy. Ve všech těchto vzorcích byly stanoveny tyto parametry: N, P, C, Ca, Na, K a Mg. Dále bylo ve vzorcích provedeno stanovení výnosotvorných parametrů - hmotnost zrna celého vzorku, hmotnost 1000 semen a výpočet počtu zrn v 1 klasu. 34

35 Celková biomasa sklizená z ploch se sedimentem byla vyšší než na poli bez sedimentu. Výnosotvorné parametry byly také lepší, ovšem rozdíly mezi jednotlivými variantami byly nevýznamné. V následujících tabulkách 13 a 14 jsou uvedeny propočty na cenu jednotlivých prvků podle výnosu na pokusném poli. Výpočet je pouze orientační. Výnos udaný zemědělcem byl ovlivněn ztrátami v důsledku špatného počasí v době sklizně. Výnosový potenciál sledované lokality byl mnohem vyšší. Na poli bylo v době těsně před sklizní dle výsledků našich odběrů 9 10 t zrna na hektar (Kröpfelová, 2016). Tabulka 14 udává, kolik živin bylo odvezeno z pole během sklizně s hlavním a vedlejším produktem. TABULKA 14 ODBĚR ŽIVIN PLODINAMI V KILOGRAMECH NA 1T PRODUKCE PODLE KLÍRA (2008) Plodina Prvek Produkt N P K Mg Ca S kg/t kg/t kg/t kg/t kg/t kg/t Triticale zrno 18 3,8 4,6 1,3 0,5 2 sláma 5,5 0,9 12,5 1 2,7 1,5 celkem 23 4,6 15,9 2,3 3,2 3,5 Pšenice zrno 20,9 3,3 3,7 1,3 0,5 2 sláma 4,3 0,9 10,0 1 2,7 1,5 celkem 24,3 4,0 11,7 2,3 3,2 3,5 TABULKA 15 ODHAD ODBĚRU ŽIVIN ROSTLINAMI V KG/HA NA POKUSNÉM POLI DLE VÝNOSU SKLIZNĚ UVEDENÉ ZEMĚDĚLCEM Rok Plodina Výnos Prvek N P K Mg Ca S Produkt kg/ha kg/ha kg/ha kg/ha kg/ha kg/ha 2016 Triticale zrno 112,5 23,8 28,8 8,1 3,1 12,5 Triticale sláma 30,9 5,1 70,3 5,6 15,2 8,4 6,25 t celkem 143,4 28,8 99,1 13,8 18,3 20, Pšenice zrno 53,5 8,4 9,5 3,3 1,3 5,1 sláma 8,8 1,8 20,5 2,0 5,5 3,1 Triticale zrno 46,1 9,7 11,8 3,3 1,3 5,1 35

36 sláma 12,7 2,1 28,8 2,3 6,2 3,5 5,12 t celkem 121,1 22,1 70,5 11,0 14,3 16,8 Následně byl proveden výpočet ceny jednotlivých prvků dle výnosu. Podle tabulky 15 byly tedy v roce 2016 odvezeny z pole živiny v ceně 5,5 tisíce Kč a v roce následujícím necelých 4,5 tisíce Kč. V tabulce 16 jsou uvedeny ceny hnojiv, které zemědělec skutečně aplikoval v roce 2016 (Kröpfelová, 2017). Porovnáním obou tabulek zjistíme vyrovnanou bilanci u pouze u N. Ostatních prvků bylo odvezeno z pole více než dodáno. Vyjádřeno v Kč to je necelá polovina cca 2,5 tisíce Kč. Kromě N je možné aplikovat živiny, v podmínkách kde nehrozí vyplavování, do zásoby ve víceletých cyklech. Vyrovnaná bilance N svědčí o dobrém hospodaření na poli. Záporná bilance ostatních prvků o jejich dobré půdní zásobě. Což odpovídá rozborům půdy dle průběžných zpráv projektu (Kröpfelová, 2015b; 2016; 2017). Také je vysoká pravděpodobnost, že na tomto poli nedochází k vyplavování živin. Živiny, které zůstaly v posklizňových zbytcích vázané na organickou hmotu, budou po mineralizaci využitelné následující vegetační sezónu. TABULKA 16 OCENĚNÍ ŽIVIN ODEBRANÝCH ROSTLINAMI NA POKUSNÉM POLI DLE VÝNOSU A NORMATIVŮ ODBĚRU PODLE KLÍRA 2008 Rok Plodina Výnos Prvek Obsah prvku Cena prvku Cena prvku Kg/ha kg/ha Kč Kč/ha 2016 Triticale 6,25 N 143,44 16, P 28,81 44, K 99,06 16, Mg 13,75 7, Ca 18,31 4, Celkem Směska 5,12 N 121,06 14, Pšenice P 22,09 44, Triticale K 70,53 15, Mg 11,01 26, Ca 14,31 15, Celkem 4398 TABULKA 17 VYČÍSLENÍ CEN PRVKŮ V HNOJIVECH SKUTEČNĚ APLIKOVANÝCH DLE ÚDAJŮ ZEMĚDĚLCE V ROCE 2016 Rok Plodina Výnos Prvek Obsah prvku Cena prvku Cena prvku Kg/ha kg/ha Kč Kč/ha 36

37 2016 Triticale 6,25 N 146,00 16, P 0,00 44,82 0 K 0,00 16,69 0 Mg 5,00 7,65 38 Ca 9,00 4, Celkem DISKUSE A ZÁVĚRY Již naši předkové, limitovaní nedostatkem živin v půdách, věděli, že rybniční sedimenty přestavují velmi efektivní a vítané hnojivo (Šusta, 1995). Rádi ho tedy využívali pro zúrodňování svých polí. S rozvojem mechanizace odbahnění, nástupem průmyslových hnojiv, zavedením do oběhu širokého spektra cizorodých látek a zároveň také se zpřísněním legislativních požadavků zájem o tuto surovinu značně klesl. Na sedimenty z rybníků začalo být nahlíženo spíše jako na odpad. Hospodařící subjekty tak často při výlovech posouvají sedimenty stále níže a níže v povodí až do velkých vodních nádrží, kde se těžba usazenin stává velmi nákladnou záležitostí, a to zejména pro vysoké přepravní náklady či pro obtížnost těžby (většinu přehradních nádrží nelze jednoduše vypustit). Cestou v povodí navíc obvykle dochází ke kontaminaci sedimentů, a tak již potom nelze ani teoreticky uvažovat o využití naakumulovaných živin zpět pro zemědělskou produkci. Podle našich zjištění zkoumané sedimenty představují cenný materiál s potenciálem zlepšení úrodnosti půd, přičemž riziko opětovného splachu živin do povrchových vod je velmi nízké. Jedním z hlavních faktorů, který aktuálně brání plošnější aplikaci rybničních sedimentů na zemědělské pozemky, je jejich případná kontaminace. Na tuto problematiku by bylo však vhodné nahlédnout komplexněji a nesmířit se pouze s tím, že daný sediment prostě nevyšel a na zemědělskou půdu je nepoužitelný. K diskusi doporučujeme zejména ukazatel C10-C40 a BTEX. Parametr C10-C40 indikuje kontaminaci ropnými látkami. Jedná se o nespecifický ukazatel, který v sobě zahrnuje jak látky přírodního charakteru, tak látky antropogenního původu. Existuje hypotéza, že v organickém bahně rybníků bývá jejich zvýšená koncentrace způsobena bakteriální činností nebo zřejmě i přítomností a potravní aktivitou larev pakomárů (Chironomidae). Látky, které jsou zahrnuté v tomto souhrnném parametru, mohou tedy vznikat i autochtonně. Podobně to může být i u těkavých uhlovodíků (BTEX), kdy například toluen či xylen dokáže vznikat přirozenými procesy, probíhajícími za nedostatku kyslíku v rybničním sedimentu (Fuchs et al. 1994; Langenhoff, 1997). Máme proto za to, že posuzování uvedených skupin látek by mělo umožnit vycházet především z charakteru povodí (zda může či nemůže dojít k antropogenní kontaminaci) a nikoli pouze předepisovat obecně závazné hodnoty. Pokud se však jedná o kontaminaci, která je jednoznačně zapříčiněna lidskou činností (PCB, PAU, DDT), měli bychom se soustředit na nalezení jejího hlavního zdroje, a pokud je tento zdroj stále aktivní, měl by být účinně vyřešen. Považujeme za přinejmenším nemoudré znehodnocovat si dobře využitelný sediment nezodpovědně vypouštěným znečištěním. Rybniční sediment ovšem může obsahovat i starou ekologickou zátěž, jejíž řešení však bude obtížné. 37

38 Z pohledu možné kontaminace sedimentu a také z pohledu možnosti efektivního využití tohoto materiálu na zemědělskou půdu (zvládnutelné množství sedimentu, krátké přepravní vzdálenosti) je optimální zaměřit pozornost do horních částí povodí (mikropovodí). V malém měřítku by pak připadaly v úvahu i ekonomicky a ekologicky výhodné způsoby aplikace, které dosavadní legislativa a priori zapovídá. Jedná se např. o přímou aplikaci sedimentu na přilehlá pole čerpáním z loviště a rovnoměrným rozptýlením po sklizeném (nejlépe už podmítnutém) poli. V praxi známe řadu lokalit, kde by byla tato varianta zcela optimální (malý rybník vs. velká rozloha pole a vhodný terén). Také tuto otázku doporučujeme k diskusi. Dalším významným problémem, který omezuje plošnější využívání rybničních sedimentů, je celková administrativní náročnost spojená s jejich legální aplikací na zemědělskou půdu. Ta společně s nemalými náklady na nezbytné chemické analýzy řadu hospodařících subjektů od aplikace odradí. Dále by měla být vyřešena problematika, kdo má náklady za odbahnění hradit. Zdali to má být hospodařící rybářský subjekt, či zemědělec, kterému rybáři vracejí vlastní erozní materiál? Nebo by do hry měli vstoupit i obyvatelé, kterým samočistící schopnost a retenční kapacita rybníků pro fosfor ušetří peníze za náročné čištění odpadních vod? Do hry by měly vstoupit i vodárenské společnosti, kterým by se při plošnějším využíváním recyklace rybničních sedimentů lépe dařilo ochránit zdroj pitné vody. Tento problém by částečně mohla vyřešit určitá forma státní podpory zaměřená na recyklace živin v povodích s cílem zastavit zhoršující se stav úrodnosti našeho půdního fondu a přispět tím k efektivnějšímu hospodaření s živinami v naší zemědělské krajině. Při diskuzích se zemědělci na téma využitelnosti rybničních sedimentů na jejich pole jsme se setkali i s argumentem, že rybniční bahno obsahuje značné množství semen vytrvalých plevelů. Ty pak po aplikaci bahna na pole mohou způsobovat výraznější zaplevelení pozemků. V odborné literatuře lze na téma výskytu semenné banky terestrických druhů rostlin v rybnících najít hned několik prací. Ty obecně ukazují, že půdní semenná banka cévnatých rostlin může být velmi bohatá (jak co do počtu druhů, tak co do počtu semen jednotlivých druhů) v rybnících, kde se pravidelně (tj. cca v intervalu 1 5 let) ve vegetačním období udržuje snížená vodní hladina. Jde především o plůdkové rybníky, na nichž se dosud praktikuje zkrácené letnění. Půdní semenná banka těchto rybníků bývá bohatá na okrajích i přímo na dně dál od břehů, ale často zahrnuje jen druhy s velmi krátkým životním cyklem (4 8 týdnů) a malou biomasou (Šumberová et al. 2012a). Dvouhorkově obhospodařované rybníky na tržní rybu a další rybníky, které v suchých letech trpí nedostatkem vody, mívají půdní semennou banku bohatě vyvinutou v širokém pruhu dna, které bývá pravidelně bez vody. To sice u velkých rybníků představuje značnou plochu, ale na druhé straně hlubší rybniční partie zůstávají zpravidla během vegetační sezony i v suchých letech vždy zaplaveny; jde o části rybníků s největší kumulací hlubokých bahnitých sedimentů. V těchto částech rybníka se půdní semenná banka nemůže přirozeně obnovovat (klíčení a vývoj semiterestrických rostlin není možné) a je závislá pouze na transportu semen z okolí, které je většinou jen málo intenzivní (výjimkou mohou být přítokové části rybníků). Proto je hustota semen v hluboko uložených rybničních sedimentech (např. v lovišti) velmi nízká a zahrnuje i omezené spektrum druhů (zpravidla druhy snadno šířitelné vodou) (Šumberová et al. 2012b). Tato tvrzení potvrzují i první výsledky získané v rámci projektu COST CZ project, část projektu NETLAKE COST Action (ES 1201), kdy byly pravidelně odebírány vzorky na semennou banku z různých míst dvohourkově obhospodařovaného rybníka Dehtář (220 ha) na Českobudějovicku. Hustota semenné banky pro některé běžnější 38

39 druhy rostlin se v částech tohoto rybníka, které jsou v průběhu prvního horka částečně letněny, pohybovala v řádu tisíců semen na 1 m 2 (při odběru sedimentu zpravidla do hloubky 3 5 cm). Naproti tomu v hlubších, trvale zaplavených částech a v lovišti byly zjištěny jen o desítky semen na 1 m 2. Je tedy zřejmé, že rybniční sediment, zvláště pokud je využíván sediment z loviště, nepřestavuje významnější riziko z pohledu následného zaplevelení pozemků. Pokud nějaké potencionální riziko přece jen existuje, lze mu dle našeho názoru (podpořeného i zkušenostmi zemědělců) předejít, dostatečným zapravením sedimentu do půdy, realizovaného například hlubokou orbou. Je jasné, že metoda recyklace rybničních sedimentů využívající geotextilní vaky nebude v budoucnu využívána plošně. Své uplatnění by však mohla najít např. v malých zemědělsky využívaných povodích, ve kterých je zvýšené riziko půdní eroze. Výhodná je zejména při dílčím odbahnění, jako je například čistění loviště před výlovem. Odtěžením sedimentu z loviště odstraníme z rybníka nemalé množství fosforu (až jednotky tun), který by se během výlovu mohl potenciálně transportovat níže po toku (Potužák, Duras, 2014). Z tohoto pohledu může mít metoda těžby sedimentů využívající geotextilních vaků, také pozitivní vliv na zlepšení kvality povrchových vod. V rámci řešení projektu jsme při zjišťování obsahu využitelných živin v rybničních sedimentech začali využívat analytické postupy, které jsou běžně používány při agrotechnickém zkoušení půd. Tento přístup nám umožnil porovnat potenciální hnojivý efekt rybničních sedimentů. Obecně se ukázalo, že rybniční sedimenty obsahují, ve srovnání s ornou půdou, několikanásobně vyšší koncentrace celkových živin (obr. 16). Využitelných živin (živiny přímo dostupné pro růst rostlin) je ve srovnání s jejich celkovými obsahy v sedimentu relativně málo. Domníváme se, že v porovnání s průmyslově vyráběnými hnojivy je hnojení rybničními sedimenty investicí do budoucna - výsledný pozitivní efekt na úrodnost a následnou produkci se projeví až v následujících několika letech po aplikaci. První výsledky ze založeného agrotechnického pokusu však naznačují, že již v prvním roce po aplikaci se projevil mírný pozitivní efekt aplikovaného rybničního sedimentu na zvýšení obsahu hlavních nutrietů v půdě. Současně došlo i k navýšení celkové biomasy pěstované plodiny a mírně se zlepšily i sledované výnosotvorné ukazatele. OBRÁZEK 16 RYBNIČNÍ SEDIMENT APLIKOVANÝ NA ZEMĚDĚLSKOU PŮDU 39