Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav agrochemie, půdoznalství, mikrobiologie a výživy rostlin

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav agrochemie, půdoznalství, mikrobiologie a výživy rostlin Dynamika úniku klíčových živin z jímací oblasti pro zásobování města Brna pitnou vodou Bakalářská práce Vedoucí práce: Ing. Jaroslav Záhora, CSc. Vypracoval: Jakub Elbl Brno 010

2

3

4 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Dynamika úniku klíčových živin z jímací oblasti pro zásobování města Brna pitnou vodou, vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana AF Mendelovy univerzity v Brně. dne... podpis bakaláře...

5 PODĚKOVÁNÍ Dovolte mi, abych co nejsrdečněji poděkoval panu Ing. Petru Nohelovi ze společnosti Brněnské vodárny a kanalizace, a.s. za jeho ochotu, odborné připomínky a činnost během tvorby práce. Děkuji společnosti Brněnské vodárny a kanalizace, a.s. za poskytnutí materiálů nezbytných pro vytvoření předkládané práce. Dále bych rád poděkoval panu Ing. Jaroslavovi Záhorovi, CSc. za odborné vedení, pomoc a cenné připomínky při tvorbě bakalářské práce.

6 ABSTRAKT Dynamika úniku klíčových živin z jímací oblasti pro zásobování města Brna pitnou vodou. Předkládaná bakalářská práce se zabývá kontaminací zdroje pitné vody živinami z půdních ekosystémů. Zájmová oblast se nachází v ochranném pásmu vodního zdroje II. stupně v blízkosti Březové nad Svitavou. Hlavní náplní práce je popis vnitropůdních transformací základních živin umožňujících jejich únik z půdního prostředí do podzemních vod v ochranném pásmu, zobrazení vývoje dynamiky úniku živin a návrh ochranných opatření. Klíčová slova: dusík, zdroj pitné vody, znečištění, pitná voda ABSTRACT Dynamics of release of key nutrients from the catchment area for the supply of drinking water in Brno. The present thesis deals with the contamination with the key nutrients from the soil ecosystem in the protection zone of drinking water resources in the region surrounding Březová nad Svitavou. The goal of my work is the description of main driving mechanisms of leaching of the essential nutrient - nitrogen from the upper soil horizons into the groundwater and by this way affecting the quality of drinking water in the area of our interest. Moreover I attempt to describe the trends in dynamics of nutrient leakage (if they exist) and to devise potential protective measures. Keywords: nitrogen, leaching, pollution, drinking water source,

7 OBSAH 1 ÚVOD...9 CÍL PRÁCE ZDROJ PITNÉ VODY BŘEZOVÁ NAD SVITAVOU Základní charakteristika oblasti Odběr pitné vody z jímací oblasti Geologická stavba Hydrogeologické poměry Kolektory a izolátory Charakteristika význačných pramenů Doplňování zásob podzemní vody LÁTKY OBSAŽENÉ V PITNÉ VODĚ Rozdělení látek obsažených v pitné vodě Chemické látky obsažené v pitné vodě Vzájemná interakce látek obsažených v pitné vodě Rozdělení reakcí probíhajících ve vodním prostředí Abiotické reakce Biotické reakce DUSÍK JAKO KLÍČOVÁ ŽIVINA Z JÍMACÍ OBLASTI PRO ZÁSOBOVÁNÍ MĚSTA BRNA PITNOU VODOU Chemické vlastnosti dusíku Dusík v půdě Výskyt dusíku v půdě Koloběh dusíku v půdě Zdroje obohacování půdy o dusík Omezení aplikace hnojiv vyplívající z OPVZ II. stupně Sloučeniny dusíku vyskytující se ve zdrojích pitné vody Původ sloučenin dusíku vyskytujících se ve zdrojích pitné vody Formy výskytu dusíku ve zdrojích pitné vody Amoniakální dusík Dusitany Dusičnany...38

8 5.4 Chemické přeměny sloučenin dusíku Biochemické přeměny sloučenin dusíku VÝVOJ KONCENTRACE DUSIČNANOVÉHO DUSÍKU V PODZEMNÍCH VODÁCH OPVZ II. STUPNĚ BŘEZOVÁ NAD SVITAVOU Sledování úniku minerálního dusíku z půd různých ekosystémů Metodika měření Pedologie a klimatologie Naměřené hodnoty Vyhodnocení naměřených hodnot Sledování vývoje koncentrace dusičnanového dusíku v podzemních vodách OPVZ II. stupně Březová nad Svitavou pomocí systému indikačních vrtů Indikační vrty zasahující do středního turonského kolektoru Pramen Zadní žlíbek Indikační vrty zasahující do spodního turonského kolektoru DISKUZE ZÁVĚR LITERÁRNÍ ZDROJE Citovaná literatura Použitá literatura PŘÍLOHY...71

9 1 ÚVOD Kvalitní pitná voda dostupná pro každého člověka z městské vodovodní sítě se stala v naší době, respektive v našem městě, samozřejmostí a nezbytností pro jeho každodenní bezproblémový chod. Město Brno má k dispozici tři hlavní zdroje pitné vody, které se navzájem liší svým charakterem a kvalitou poskytované vody. Prvním a zároveň nejdůležitějším zdrojem pitné vody je prameniště podzemní vody Březová nad Svitavou, které svojí vydatností a kvalitou poskytované vody představuje nejvýznamnější zdroj pitné vody. Druhý a třetí zdroj pitné vody pro město Brno je povrchový a představují ho dvě přehradní nádrže: Brněnská a Vírská přehrada. Brněnská přehrada, z důvodu vysokého organického znečištění, je považována pouze za záložní zdroj. Vírská přehrada byla vybudována z důvodu uspokojení neustále rostoucí poptávky po pitné vodě: Voda z Vírské přehrady má nižší obsah minerálních látek a organických látek přírodního původu. Pitná voda ze zdroje Vír I je upravována v úpravně pitné vody ve Švařci. Jak již bylo uvedeno, nejdůležitějším zdrojem pitné vody je jímací oblast podzemní vody Březová nad Svitavou. Voda jímaná z uvedené lokality pro I. a II. Březovský vodovod musí vyhovovat ve všech ukazatelích vyhlášce Ministerstva zdravotnictví č. 5/004 sb. V poslední době je v uvedené lokalitě kvalita pitné vody ovlivněna nejvíce únikem živin z půd různých ekosystémů. Problematika úniku dusíkatých látek z půd různých ekosystémů byla již dříve studována kolektivem pracovníků mikrobiologického pracoviště ústavu Agrochemie, půdoznalství, mikrobiologie a výživy rostlin Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. Právě díky předchozímu výzkumu ing. Jaroslava Záhory CSc. a přístupu k výsledkům jeho práce spolu s materiály a podklady ze společnosti Brněnské vodárny a kanalizace (BVK), a.s., jsem byl schopen zpracovat tuto práci. Každý zdroj pitné vody je podle zákona č. 54/001 sb. (dále vodní zákon) 30 chráněn ochranným pásmem a to buď I. a nebo II. stupně. Ochranné pásmo vodního zdroje (dále OPVZ) vyhlašuje příslušný vodoprávní úřad. OPVZ I. stupně se vyhlašuje jako souvislé území a slouží především k ochraně vodního zdroje v bezprostředním okolí jímacího nebo odběrného zařízení. Toto pásmo se vyhlašuje především v okolí vodárenských nádrží, u ostatních nádržích s vodárenským využitím, u vodních toků a u zdrojů podzemní vody. OPVZ II. stupně se stanovuje vně ochranného pásma I. stupně a 9

10 vytváří buď jedno souvislé území nebo více od sebe oddělených území. Z výše uvedeného výkladu vodního zákona je tedy jasné, že ochranné pásmo I. stupně se dotýká bezprostřední blízkosti vodního zdroje. Není proto příliš vhodné pro studium příčin znečištění minerálním dusíkem. Tato situace je způsobena tím, že na OPVZ I. stupně navazuje OPVZ II. stupně (nemusí být souvislé), které vytváří infiltrační oblast pro atmosférické srážky, které jsou hlavním zdrojem obnovy zásob podzemní vody v prameništi Březová nad Svitavou. V OPVZ II. stupně tak dochází k největšímu projevu úniku minerálního dusíku. Z hlediska zadání bakalářské práce jsou tedy nejdůležitější hodnoty naměřené v ochranném pásmu II. stupně, protože zde můžeme na různých typech půdy, respektive v různých půdních ekosystémech pozorovat nadměrný přísun dusíku do půdy, který má za následek nejprve nasycení půdních ekosystémů a následně únik dusíku ve formě chemických sloučenin do zdrojů podzemní vody z půdního prostředí. Pro zpracování přehledu situace jsem využil výsledky z výzkumu kolektivu pracovníků pod vedením ing. Jaroslava Záhory CSc., které přímo poukazují na únik dvou základních sloučenin na bázi dusíku (amonného a nitrátového dusík) z půdního prostředí do podzemní vody. Vývoj koncentrace nitrátového (dusičnanového) dusíku v podzemních vodách, které jsou uvolňovány z infiltrační oblasti jsem sestavil pomocí hodnot, které mi byly poskytnuty společností BVK, a.s. ze systémů indikačních vrtů. [1] Za hlavní živinu, která uniká z jímací oblasti pro zásobování pitnou vodou města Brna, je v Bakalářské práci považován dusík, zejména ve své nejoxidovanější podobě, v dusičnanech, jako látka nejvíce ohrožující kvalitu pitné vody a tím i zdraví obyvatel. 10

11 CÍL PRÁCE 1. Prostudovat dostupnou literaturu s ohledem na zaměření bakalářské práce.. Na základě údajů z delších časových řad popsat trendy případných změn v obsahu klíčových živin opouštějících s prosakující vodou jímací oblast. 3. Pokusit se formulovat příčinné souvislosti případných zjištěných změn na základě prostudovaných pramenů. 11

12 3 ZDROJ PITNÉ VODY BŘEZOVÁ NAD SVITAVOU Město Brno prodělalo v první polovině 19. století značný hospodářský rozvoj díky, kterému došlo ke zvýšení počtu obyvatel, potřebujících kvalitní pitnou vodu. V druhé polovině 19. století byla proto provedena výstavba první úpravny pitné vody na území tzv. Kamenného mlýna a prvního plnohodnotného brněnského vodovodu, tzv. Pisáreckého vodovodu. Ke konci 19. století byla však kvalita vody poskytována řekou Svratkou nízká a započalo se s hledáním kvalitnějšího a stálejšího zdroje pitné vody. Po výsledcích několika průzkumů byla zvolena lokalita v těsné blízkosti obce Březová nad Svitavou v povodí Banínského potoka. Došlo tak ke vzniku prvního Březovského vodovodu. Tento okamžik lze považovat za počátek historie využívání podzemních zdrojů pitné vody v oblasti obce Březová nad Svitavou. [10] K pochopení celé problematiky úniku půdních živin, kontaminující podzemní vodu, je nezbytné pochopit nejen systém odběru pitné vody z jímací oblasti, ale i systém vytváření zásob pitné vody. Celý proces vytváření zásob pitné vody se odvíjí od geologické stavby oblasti, hydrologických a hydrogeologických poměrů. Proto jim v následujících podkapitolách věnuji zvýšenou pozornost. 3.1 Základní charakteristika oblasti Prameniště Březová nad Svitavou lze rozdělit na jímací oblast, kde dochází k samotnému odběru pitné vody a infiltrační oblast ve které dochází k infiltraci atmosférických srážek do podzemí, kde se díky systému kolektorů a izolátorů dostávají do jímací oblasti. Jímací oblast se nachází v OPVZ I. stupně a dodává pitnou vodu pro I. a II. Březovský vodovod, OPVZ I. stupně slouží primárně k ochraně čerpané pitné vody a tudíž nemůže ovlivnit kvalitu vody, kumulující se v podzemí. Okolo OPVZ I. stupně se nachází OPVZ II. stupně, které na rozdíl od předchozího, má za úkol ochránit samotný zdroj pitné vody a předejít jeho znečišťování. Jímací oblast se nachází severozápadně od obce Březová nad Svitavou (viz. příloha č. 1). Infiltrační oblast se nachází severně od obce Radiměř (viz. příloha č. 1). Celá oblast se nachází v Pardubickém kraji v okrese Svitavy. 1

13 Povolení k odběru vody z jímací oblasti je uděleno společnosti Brněnské vodárny a kanalizace a.s., povolení je uděleno pro I. a II. Březovský vodovod a bylo vydáno městským úřadem Svitavy odbor životního prostředí. 3. Odběr pitné vody z jímací oblasti Odběr pitné vody je realizován pro každý Březovský vodovod zvlášť a má svoje specifika (technická, přírodní) vyplývající z ojedinělé geologické stavby oblasti. První zvodeň je označována jako střední turonský kolektor (střední turon), druhá zvodeň je pak označována jako spodní turonský kolektor (spodní turon). Pojem zvodeň označuje akumulaci podzemní gravitační vody. Akumulovaná podzemní voda může být volná nebo napjatá. Volná voda se pohybuje horninovým prostředím působením gravitačních sil. Napjatá voda má hydrostatický tlak vyšší než atmosférický což způsobuje nepropustné nadloží. Napjatá gravitační voda je označována jako artéská. V zájmové oblasti, pojem I. a II. zvodeň označuje akumulovanou podzemní gravitační vodu napjatou. I. Březovský vodovod, s jehož výstavbou bylo započato na počátku 0 století, dosahuje maximálního průtoku Q max = 300 l/s. Čerpá podzemní vodu z tzv. Kolektoru C, který je vázán na souvrství středního turonu. Pitná voda je získávána ze 14 studní, které jsou umístěny ve štole o délce 300m. Z hlavní štoly pak k jednotlivým studním odbočují menší štoly (příčné štoly). Jednotlivé studny jsou vrtány o průměru 650 a 635 mm a do hloubky 17 1m. Současně s vybudováním vodovodu došlo k zvýšení jeho ochrany, když bylo v roce 1940 rozšířeno ochranné území o 50ha a do roku 1945 byly postupně pozemky asanovány a zalesňovány. Uvedené kroky byly podniknuty z důvody zvýšené náchylnosti středního turonu na znečištění. Proto se dále v práci budu zaměřovat na kvalitu vody získávané ze středního turonského kolektoru (viz. podkapitola hydrogeologické poměry). II. Březovský vodovod, který byl vystaven v letech využívá zdroje pitné vody přístupné ve středním a spodním turonu. Kvalita pitné vody ze spodního turonu je vyšší, jelikož jeho infiltrační oblast se nachází v zalesněných územích. Podzemní voda ze středního turonu je čerpána pomocí 8 vrtaných studní a ze spodního turonu pomocí 7 jímacích vrtů s ponornými čerpadly. 13

14 Pitná voda z obou vodovodů se setkává ve vodojemu v Březové nad Svitavou, odkud se dále dvěma vodovody distribuuje až do města Brna. Správce vodovodu provádí analýzu čerpané vody na každém vrtu, jak s vrchního, tak i spodního turonu. [10] 3.3 Geologická stavba Jímací oblast podzemní vody Březová nad Svitavou se nachází na východním okraji české křídové pánve. Tato okrajová část je mírně zvrásněna ve formě plochých a protáhlých synklinál, tyto synklinály jsou pak odděleny antiklinálami. Nejdůležitější z protáhlých synklinál je pro jímací území ústecká nesouměrná synklinála, která je uzavřena brachysynklinálním uzávěrem. Uvedená geologická situace pak vytváří přirozený rezervoár pro zachycování podzemní vody a její přirozenou akumulaci. Celá synklinála má počátek na jihu od Dobrušky a pokračuje severozápadně až jihovýchodně přes Ústí nad Orlicí, Českou Třebovou, Svitavy a svým koncem zasahuje až k Letovicím (viz. příloha č. 3). Spodní a střední turon, v nichž se nachází hlavní zdroje podzemní vody, představují sedimenty, které vyplnily ploché koryto synklinály, spolu se sedimenty sladkovodního a mořského cenomanu (uskupení různých typů křemitých pískovců). Cenoman představuje dle stratigrafické tabulky české křídové pánve nejstarší geochronologickou jednotku svrchní křídy. Sedimenty vyplňující ploché koryto synklinály se postupně ukládaly během svrchní křídy, především na horniny krystalinika a permu. Mocnost sedimentů v centrální částí ústecké synklinály je v rozmezí hodnot m. Kompletní sled křídových vrstev, které byly tvořeny sedimenty od cenomanu až po svrchní turon, nalezneme pouze v jímací oblasti Březovského prameniště, a to v jižní části synklinály, západně od Svitav. Sladkovodní cenoman je v jímací oblasti tvořen šedými až tmavošedými jílovci nebo písčitými jílovci, rozsah jejich mocnosti je 15-30m. Jednotlivé vrstvy jílovců se střídají s vrstvami jemnozrnných silně slídnatých pískovců. Mořský cenoman se rozděluje na svrchní a spodní souvrství. Spodní souvrství je tvořeno šedými až zelenošedými křemitými pískovci a svrchní souvrství se skládá z jemnozrnných silně glaukonitických pískovců. Rozsah mocnosti této sedimentární vrstvy v zájmové oblasti je velmi variabilní od 10m až po 35m. 14

15 Souvrství spodního turonu je tvořeno převážně různými typy jemnozrnných glaukonitických vápnitých a křemičitých pískovců. V centrální části synklinály severně od Svitav dosahují tato souvrství mocnosti 70-80m, v nejnižší části synklinály 68m (Krčmář, Brno 1987). Střední turon je převážně tvořen slínovci a slíny, ve větších hloubkách pak přecházejí ve skvrnité písčité slínovce. Střední turon je nejsnadněji dostupný, jelikož se vyskytuje v hloubkách od 16m, a z této oblasti je čerpáno největší množství pitné vody. Celé souvrství středního turonu je pak tvořeno hlavně středně až jemně zrnitými nevápnitými glaukonitickými pískovci. Svrchní turon se nachází v nejjižnější části synklinály, zde je zastoupen souvrstvím o šířce 3-5km a mocnosti až 46m. Souvrství je tvořeno hlavně vápnitými slíny a slínovci. [11] 3.4 Hydrogeologické poměry Strukturně-geologická stavba umožňuje považovat ústeckou synklinálu za samostatný hydrogeologický celek v rámci české křídové pánve. Synklinála se vyznačuje mimořádně příznivými hydrogeologickými poměry, což umožnilo vznik značných zásob puklinových podzemních vod, zejména v její nejjižnější části, kterou (O. Hyne, Praha 1961) označil jako svitavsko - březovskou pánev. Tato oblast je označována jako hydrogeologický rajon 43. Svitavsko březovskou pánev lze považovat za mocný komplex křídových vrstev tvořící synklinálu, kde dochází ke střídání sedimentů s příznivými a nepříznivými vlastnostmi pro oběh a akumulaci vody. Střídání těchto sedimentů pak vedlo ke vzniku kolektorů a izolátorů neboli došlo ke vzniku několika samostatných zvodní: v sedimentech cenomanu, spodního turonu, středního a svrchního turonu. Celá oblast svitavsko březovské pánve je pak označována za oblast s dvoukřídlou artézskou strukturou. Sedimenty cenomanu spodního a středního turonu vzhledem ke značným mocnostem i plošnému rozsahu těchto zvodněných souvrství, tvoří nejvýznamnější nádrž podzemních vod na území ústecké synklinály (Krčmář, Brno 1987). [3; 11] 15

16 3.4.1 Kolektory a izolátory Systém kolektorů a izolátorů je zodpovědný za tvorbu zásobišť podzemních vod, které následně využíváme. Znalost a pochopení problematiky tohoto systému je proto nezbytná při odhalování původu nežádoucích organických a anorganických látek ve vodě. A to především z toho důvodu, že kolektory přivádějí vodu z určitých infiltračních lokalit (označení těchto oblastí může odhalit původce látek zhoršujících kvalitu vody) a izolátory nám ji pomáhají zadržet v jímací oblasti. Vznik kolektorů a izolátorů závisí primárně na hydrogeologických funkcích hornin. Izolátory jsou tvořeny horninami s vyšším obsahem jílu (jíl způsobuje při tektonické činnosti plastickou deformaci), který je zodpovědný za vytváření sevřených puklin, takové pukliny mají minimální propustnost a působí na vodu izolačně. Kolektory na rozdíl od izolátorů jsou tvořeny horninami, které podléhají tříštivé deformaci, při které dochází ke vzniku otevřených puklin a trhlin. Takové horniny představují například křemité pískovce, rohovce nebo písčité vápence. V oblasti ústecké synklinály se nacházejí čtyři významné kolektory: Kolektor A je tvořen sedimenty sladkovodního a mořského cenomanu, především průlinově propustnými pískovci a slepenci. Nepropustnou vrstvou kolektoru, díky které může zadržovat vodu, představují jílovce a lupky. Infiltračními oblastmi kolektoru jsou okrajové části synklinály. Kolektor pravděpodobně odvádí vodu z okraje pánve směrem na sever. Kolektor B je vytvářen horninami spodního turonu, jedná se především o pískovce a písčité slínovce, které ve své struktuře obsahují pukliny a tektonické poruchy. Kolektor B je rozdělen na dvě části semanínským zlomem. Tento zlom výrazně ovlivňuje průtočnost: snižuje v příčném směru a zvyšuje v podélném směru. Kolektor B, stejně jako kolektor A, odvádí vodu pravděpodobně z okrajů pánve směrem na sever. Kolektor C má největší vodárenský význam, je tvořen horninami středního turonu a to především pískovci, slínovci a prachovci. Slínovce zde plní funkci izolátorů a pískovce, které se vyznačují průlomovou prostupností, umožňují oběh podzemní vody. V podélném směru je rozdělen semanínským zlomem, který zvyšuje puklinovou propustnost. Semanínský zlom se nachází v blízkosti osy synklinály. Propustnost kolektoru je střední až vysoká, k jejímu poklesu dochází v jižní části ústecké synklinály (jímací oblast). 16

17 Kolektor D lze považovat z hydrogeologického hlediska za nevýznamný. Je tvořený sedimenty svrchního turonu a coniaku, jedná se především o pískovce a jílovce. Kolektor má z hlediska puklinové i průlinové vysokou propustnost. Izolátory v zájmové oblasti jsou tvořeny horninami s vysokým obsahem jílu, které vytvářejí plastickou vrstvu, která je pro vodu úplně nepropustná nebo jen velmi málo. Za významné izolátory v oblasti považujeme: Izolátor A/B odděluje cenomanský a spodnoturonský kolektor a je tvořen slínovci. Izolátor B/C odděluje kolektory B a C, vytváří artézský strop hlubší zvodně, dále vytváří nepropustné podloží pro svrchnoturonský kolektor. Izolátor C/D odděluje kolektory C a D, udržuje rozdílné úrovně hladin podzemní vody v těchto kolektorech. Z geologického hlediska je vázán na souvrství svrchního turonu. Systém kolektorů a izolátorů je tedy zodpovědný za vytvoření dostatečných zásob podzemní vody, a to schopností dopravit infiltrovanou vodu na místo jímání a pomocí nepropustných hornin udržet podzemní vodu v oblasti. Kolektor C, který má z vodárenského hlediska největší význam, má infiltrační oblast především severně od Svitav, přesahující oblast OPVZ II. stupně. Tento kolektor je tedy nejvíce náchylný na kontaminaci dusíkatými látkami, jelikož jeho jímací oblast se nachází v hospodářsky využívané krajině. Oproti tomu kolektor B, jenž je tvořen sedimenty spodního turonu má infiltrační oblast na okraji pánve v zalesněných oblastech, které nejsou hospodářsky využívané a tudíž zde dochází k nízké kontaminaci dusíkatými látkami. [3] 3.4. Charakteristika význačných pramenů Prameny v oblasti údolí Svitavy od Radiměře po Brněnec jsou velmi významným přirozeným odvodněním jednotlivých křídových souvrství. Kvalita pitné vody pocházející z těchto pramenů úzce souvisí s kvalitou podzemní vody pocházející z poměrně rozsáhlé infiltrační oblasti. Proto jakákoliv opatření vedoucí ke zlepšení kvality podzemní vody povedou ke zlepšení kvality pitné vody získávané z těchto pramenů. 17

18 Mezi nejvýznamnější prameny patři: Petrovy prameny - jedná se o velmi silné prameny, v minulosti vyvěraly podél údolního svahu na levém břehu řeky Svitavy. V dnešní době jsou jímány pro druhý brněnský vodovod. Banínské prameny jsou jímány pro první brněnský vodovod, dochází tak k odvodňování první zvodně. Vyvěraly na místě označovaném jako Vodárka. Vydatnost těchto pramenů je v průměru 0 l/s. Tunelový pramen se nachází nedaleko Banínského pramene, dosahuje vydatnosti až 167 l/s a patří mezi občasné prameny. Není vodárensky využíván. Hladové prameny - jedná se o prameny, které vyvěrají na pravém břehu řeky Svitavy mezi ústím Radiměřského a Banínského potoka. Tyto prameny patří opět mezi občasné, jejich vydatnost klesá zejména v letních měsících. Sulkovy prameny a Nádražní prameny vyvěrají v údolí Svitavy, přesněji na jejím pravém břehu v Březové nad Svitavou. Oba dva prameny slouží k odvodnění hlubší zvodně. Po uvedení druhého vodovodu do provozu se z uvedených pramenů staly prameny občasné, které při déle trvajícím suchu zanikají. [11] Doplňování zásob podzemních vod Existence podzemní vody v jímací oblasti zdroje pitné vody Březová nad Svitavou a poměrně vysoká vydatnost pramenů v jejím okolí je možná jen díky existenci rozsáhlé infiltrační oblasti a díky příznivým podmínkám pro akumulaci podzemních vod. Akumulace podzemních vod, jak bylo uvedeno v předchozích částích, probíhá v křídových souvrstvích a je umožněna díky příznivým strukturálně geologickým poměrům. Tyto poměry umožňují vznik souvislého proudu podzemní vody v osové části synklinály. Množství podzemní vody hromadící se v křídových vrstvách tvořících ústeckou synklinálu je závislé na velikosti infiltrační oblasti. Názory na velikost infiltrační oblasti jsou poměrně různorodé, nejčastěji se hodnota pohybuje kolem 50 km. Jímací oblast je naznačená v příloze č. 1. Rozloha infiltrační oblasti je rozhodující pro doplňování zásob podzemních vod, protože největší množství vody se do podzemních struktur 18

19 dostává z atmosférických srážek. K další infiltraci vody dochází z povrchových toků, kdy dochází k influkci, neboli pohlcováním vody otevřenými puklinami. Nejdůležitějším faktorem ovlivňujícím vznik a doplňování zásob podzemních vod jsou atmosférické srážky. K infiltraci dochází specifickým způsobem, kdy je srážková voda dopravována pomocí systému izolátorů do osové části ústecké synklinály, zde se voda hromadí v kolektorech a dochází tak ke vzniku již zmiňovaného soustředěného proudu podzemní vody. Podzemní voda přitéká do jímacího území především od západu, dále je pak doplněna o přítok z východu z křídel synklinály a z jihu, kdy dochází k přítoku z brachysynklinálního uzávěru resp. z jeho ukloněných vrstev. [3; 11] 19

20 4 LÁTKY OBSAŽENÉ V PITNÉ VODĚ Pokud vodu, kterou odebíráme z určitého povrchového nebo podpovrchového zdroje, označujeme za pitnou, znamená to, že její složení odpovídá vyhlášce ministerstva zdravotnictví č. 5/004 sb. Jedná se tedy o vodu, která splňuje všechny podmínky v oblasti mikrobiologických, fyzikálních a chemických ukazatelů. Za splnění podmínek považujeme nepřekročení stanovených limitů např.: mg/l. Pitná voda, kterou získáváme z prameniště Březová nad Svitavou není chemicky čistá, jelikož obsahuje vyšší nebo nižší množství nepůvodních látek. Tyto nepůvodní neboli cizorodé látky se do vody dostávají buď přímo z atmosféry a nebo při průchodu půdou a horninami. [] 4.1 Rozdělení látek obsažených v pitné vodě Pitnou vodu nemůžeme považovat za chemicky čistou látku, protože obsahuje cizorodé částice různých velikostí. Z tohoto faktu můžeme usoudit, že se jedná o disperzní soustavu, kde voda jako spojitý druh vytváří disperzní prostředí, ve kterém cizorodé částice, které představují rozptýlený druh, vytváří disperzní podíl. Na základě této skutečnosti můžeme látky znečisťující vodu rozdělit podle velikosti rozptýlených částic na: pravé roztoky (lineární rozměr < 10-9 ) koloidní disperze (10-9 < lineární rozměr < 10-6 ) hrubé disperze (lineární rozměr >10-6 ) Koloidní a hrubé disperze můžeme dále rozdělovat. Hrubé disperze můžeme rozdělit podle obsahu rozptýlených částic, respektive zda jsou rozptýlené částice představovány látkou tuhou, kapalnou nebo plynnou na: emulze pěny suspenze Koloidní disperze rozdělujeme na: hydrofobní hydrofilní 0

21 Hydrofobní koloidní disperze vytváří heterogenní prostředí, jedná se především o hydroxidy kovů. Hydrofilní koloidní disperze vytváří homogenní prostředí a obsahuje koloidní částice, které mají afinitu k molekulám vody. Tato afinita je způsobena přítomností například karboxylových skupin COOH, které mají schopnost disociovat jiné látky. Dále můžeme na látky znečišťující pitnou vodu rozdělovat podle původu a chemického složení. Podle původu rozdělujeme látky znečisťující pitnou vodu: přirozené umělé (chemické) Podle chemického složení rozdělujeme látky znečišťující pitnou vodu na: anorganické organické [4; 9] 4. Chemické látky obsažené v pitné vodě Chemické látky, které se do vody dostávají především infiltrací v půdním prostředí, nepředstavují v nižších koncentracích ve většině případů žádné zdravotní riziko pro konzumenty. Naopak, v mnohých případech můžeme konstatovat, že nedostatek těchto látek může vyvolat zdravotní problémy - např.: bez kationů Ca + by byla voda prakticky destilovaná a pro člověka nebezpečná. Mezi základní chemické látky, které se běžně vyskytují ve zdrojích pitné vody (za předpokladu, že nedojde k průmyslové havárii, vypouštění odpadních látek nebo k jinému znečištění zdroje pitné vody) patři: Ca + : sůl, která je zodpovědná za tvrdost vody. Vyskytuje se hlavně ve sloučeninách hydrogenuhličitanů a síranů. Do vody se dostává rozpouštěním minerálů vápence. Jedná se o nezbytnou sloučeninu, jelikož vápník je důležitý minerál pro lidské tělo a ionty Ca + jsou v organismech rostlin zodpovědné za transport vody. Podle obsahu iontů Ca + určujeme tvrdost vody. Pokud je voda příliš tvrdá, je nevhodná pro průmyslové a domácí použití. Tvrdost vody rozdělujeme na přechodnou (lze odstranit varem a stálou). Mg + : sůl, nachází se zejména ve sloučeninách hydrogenuhličitanů a síranů. Je nezbytná pro správný vývoj lidské těla, v rostlinách je nezbytný pro 1

22 tvorbu listové zeleně. Pokud je hořečnatých iontů ve vodě nadbytek způsobují spolu s vápenatými ionty tvrdost vody a nanismus (zakrslá forma rostliny, způsobena neschopností rostliny syntetizovat růstové hormony gibereliny) rostlinných organismů, za předpokladu přijímání vody o uvedeném složení rostlinou. Dusitany: ve vodách vznikají zejména biochemickou oxidací amoniakálního dusíku nebo biochemickou redukcí dusičnanů (Beranová, Brno 001). Ve vodě se nacházejí v malých koncentracích a jedná se o redukčně oxidační činidla. Z hlediska jejich koncentrace ve vodě je stanovena mezní hodnota 0,5 mg/l. Při překročení této koncentrace může dojít k poškození zdraví obyvatel, zejména kojenců, u kterých se může projevit nemoc methemoglobinaemie (onemocnění projevující se u kojenců, dusitany reagují s krevním hemoglobinem odpovědným za přenos kyslíku, při reakci vzniká methemoglobin, který není schopný přenášet kyslík a může dojít i k udušení). Dusičnany: do vody se dostávají nejčastěji nadměrným užíváním průmyslových hnojiv s obsahem dusíku.. Možným způsobem jejich infiltrace do vodního prostředí je mikrobiální rozklad organických dusíkatých látek v prostředí s dostatečným obsahem kyslíku, kdy představují konečný stupeň tohoto rozkladu. Dusičnany jsou ve vodách neškodné pokud se nezačnou redukovat na nebezpečné dusitany. [4; 5] K redukci dusičnanů dochází například v zažívacím traktu skotu za vzniku dusitanů, které jsou pak schopny dále reagovat za vzniku karcinogenních látek. 4.3 Vzájemná interakce látek obsažených v pitné vodě Látky obsažené ve vodě mohou iniciovat chemické, fyzikální a biologické procesy, které mohou vést ke změně kvality pitné vody (především zhoršení) a výrazně tak ovlivnit její využití. V praxi nás může například zajímat obsah vápenatých a hořečnatých solích, které ovlivňují tvrdost vody (přechodná a nepřechodná tvrdost), obsah dusičnanů a jejich schopnost redukce na nebezpečné dusitany apod.

23 4.3.1 Rozdělení reakcí probíhajících ve vodním prostředí Reakce probíhající ve vodním prostředí můžeme rozdělit na základě průběhu, zúčastněných subjektů a podmínek na: Abiotické (fyzikální, fyzikálně chemické a fotochemické) Biotické (biologické přeměny anaerobní nebo aerobní) Jednotlivé reakce svým specifickým způsobem ovlivňují složení vody, její fyzikální a chemické vlastnosti. Všechny uvedené aspekty pak vedou ke změnám kvality vody a tím i ke změnám v možnostech jejího využití. Jednotlivé typy reakcí úzce souvisí s problematikou úniku (průsaku) dusičnanů a dalších látek do podzemních zdrojů pitné vody Březová nad Svitavou v OPVZ II. stupně. A to především z důvodu výskytu dusíku v různých organických a anorganických sloučeninách. Tyto sloučeniny pak mohou podléhat uvedeným reakcím, přeměnám nebo jiným změnám, což má v důsledku za následek vznik zdraví nebezpečných sloučenin dusíku ze sloučenin relativně neškodných. Podrobně se problematice chemismu dusíku a reaktivitě spolu s jednotlivými reakcemi věnuji v kapitole číslo 5 respektive v podkapitole Abiotické reakce Abiotické reakce rozdělujeme na fyzikální, fyzikálně chemické a fotochemické. Fyzikální procesy ovlivňují především složení vodního prostředí, například z hlediska obsahu uhlovodíkových sloučenin, dále mohou ovlivňovat složení tuhé fáze (usazování materiálu na dno řeky apod.). Do skupiny fyzikálních procesů řadíme především odvětrávání, adsorpci a desorpci. Odvětrávání je proces při kterém dochází ke změně obsahu uhlovodíků nacházejících se vodním prostředí, je významné například u těkavých organických látek (chlorovaná rozpouštědla). Adsorpce je postup, při kterém se látky obsažené ve vodě dostávají do sedimentů a biomasy. Desorpce je opak absorpce, kdy se absorbované látky dostávají zpět do vodného prostředí. K dalším abiotickým reakcím patří chemické procesy. Mezi základní chemické procesy zařazujeme: hydrolýzu, redukce a oxidace. Hydrolýza probíhá nejčastěji u organických látek a to jako jejich prvotní rozklad. Oproti tomu chemická redukce a oxidace probíhá, jak u anorganických, tak i organických látek. Průběh oxidace a redukce závisí na přítomnosti činidla (oxidačního nebo redukčního) a v některých případech je závislý na průběh reakce na přítomnosti katalyzátoru. 3

24 Fotochemické procesy patřící mezi biotické reakce, jsou to takové děje, při kterých dochází k fotochemickým přeměnám látek, které jsou schopné absorbovat záření o určité vlnové délce. Sluneční energii neboli spektrum slunečního záření dopadající na povrch naší planety rozdělujeme podle vlnové délky na ultrafialové (>400 nm.), viditelné (400 nm. až 750 nm) a infračervené (>750nm.). Schopnost absorpce daného záření umožňuje chemickým látkám získat poměrně vysoké množství energie a následně provést povýšení do vyššího energetického stavu neboli excitaci. Tento jev se nazývá přímá fotolýza a může proběhnout pouze tehdy, pokud je chemická látka ozářena zářením o takové vlnové délce, které je schopna absorbovat. Ve vodách probíhá, ale většinou nepřímá fotolýza, při které se přenáší energie z elektronově excitované částice (například huminové látky) na molekuly látek, které nejsou schopny absorbovat záření. Zjednodušeně můžeme fotolýzu vysvětlit jako rozklad světlem. V přírodě se s ní setkáváme nejen ve vodním prostředí, ale například i u rostlin (excitace elektronů chlorofylu). Fotolytickému rozkladu ve vodě podléhají anorganické i organické látky. Z organických látek se jedná především o fenoly, alifatické a heterocyklické sloučeniny apod. Mezi anorganické látky, které se mohou fotochemicky transformovat, patří arsen, který se oxiduje z trojmocného na pětimocný, dále může probíhat například redukce trojmocného železa. Při fotolýze může dojít k ovlivnění chemického složení vody, a to jak z organického, tak i z anorganického hlediska. Fotolýzu můžeme zařadit i mezi procesy, pomocí kterých může dojít k přirozenému odstranění znečištění (snížení obsahu určitých látek) ve vodě, kdy škodlivé látky jsou rozloženy na méně nebezpečné nebo jsou rozloženy na takovou formu, která se snadno odstraňuje z vodního prostředí. [4; 9] Biotické reakce Další významnou skupinou jsou biotické reakce, které zahrnují skupinu biologických přeměn. Mezi nejdůležitější biologické přeměny patří nitrifikace a denitrifikace, tedy reakce ovlivňující anorganické látky sloučeniny s obsahem dusíku. (Pozn.: biologické reakce, speciálně nitrifikace a denitrifikace jsou odbornou literaturou častou označovány jako biochemické přeměny. Více se problematice nitrifikace a denitrifikace věnuji v podkapitole 5.5) [9] 4

25 5 DUSÍK JAKO KLÍČOVÁ ŽIVINA Z JÍMACÍ OBLASTI PRO ZÁSOBOVÁNÍ MĚSTA BRNA PITNOU VODOU Elementární dusík patří mezi nejrozšířenější prvky na zemi, nalezneme ho v atmosféře, ve vodě i v tělech živočišných a rostlinných organismů. Dusík vytváří velké množství sloučenin, které jsou nezbytné pro fungování jednotlivých ekosystémů. Dusík, respektive jeho sloučeniny, jsem označil jako klíčovou živinu, která se dostává z různých půdních ekosystémů do zdrojů pitné vody v Březové nad Svitavou. A to z důvodů, že jeho přítomnost nejvíce ovlivňuje kvalitu vody nejen v dané lokalitě, ale i u koncových odběratelů. Dusík resp. jeho formy (dusičnanový a amonný dusík), představují pro nás v dnešní době největší nebezpečí z hlediska kontaminace pitné vody. Jejich nebezpečnost spočívá v schopnosti neustále podléhat chemickým přeměnám (oxidace a redukce), a to jak ve vodovodním řádu, tak i po konzumaci, například v trávícím traktu, kde se dusičnany redukují na dusitany, které jsou schopny dále reagovat s aminy za vzniku karcinogenních látek. Zcela neopomenutelným důvodem, proč lze dusík (jednotlivé formy) považovat za velmi významnou živinu, je ten, že se jedná o esenciální prvek. Tedy o prvek, který je nezbytný pro každý organismus na naší planetě. Je obsažen v nukleových kyselinách a bílkovinách, bez nichž je život na Zemi nemyslitelný. Rostliny proto nutně potřebují pro svůj růst dusík. Mnoho zemědělců se ještě dnes mylně domnívá, že pokud přirozené zdroje dusíku v půdě na požadovanou produkci potravin nestačí, musí se doplňovány synteticky, průmyslově vyráběnými hnojivy (Vohlídal, Praha 1988). Běžná zemědělská praxe tedy imperativně doporučuje, že dusík musíme dodávat rostlinám intenzivně ve formě průmyslových hnojiv, abychom uspokojili jejich potřebu, jelikož rostliny nejsou schopny získat dusík ze vzduchu a z půdy se získává obtížně (přirozenou cestou zvětráváním hornin a minerálů se dusík dostává do půdy velmi pomalu). Zapomínají přitom na symbiotickou a nesymbiotickou mikrobiální fixaci molekulárního dusíku, kterou je možno do půdy dostat dostatečné množství dusíku pouhou změnou osevního sledu se zařazením bobovitých rostlin. Ze synteticky aplikovaného dusíku je rostlinami využit pouze zlomek a většina se stává nežádoucí zátěží pro půdu a pro krajinu. Po určité době nasytí nadměrně dodáván dusík akumulační kapacitu půdy, čímž následně dojde ke ztrátě stability ekosystému. Ztráta stability ekosystému se pak projeví zvýšeným množstvím dusíku, které z ekosystému vystupuje. Dusík vystupuje 5

26 z ekosystému ve formě plynných emisí (ty odcházejí přímo do atmosféry) a ve formě dusičnanů, které se dostávají do podzemních vod, kde ve zvýšených koncentracích způsobují kontaminaci těchto vod. Z uvedených údajů vyplývá, že hlavní půdní živinou, která proniká do zdroje pitné vody v Březové nad Svitavou je dusík. [4; 5; 7] 5.1 Chemické vlastnosti dusíku Jedná se o elektronegativní prvek, který má největší zastoupení v atmosféře ve formě inertních molekul N. Dusík ve N (elementární dusík) je velmi nereaktivní a to z toho důvodu, že rozštěpení na reaktivní atomy N je velmi energeticky náročné. Elementární dusík proto nereaguje s vodou ani halogeny, pokud má dusík reagovat s vodíkem za vzniku amoniaku, je nutno tuto reakci katalyzovat. Pro průmyslové využití se čistý dusík získává destilací kapalného vzduchu, dále se pak využívá v plynné a kapalné formě. V kapalné formě se využívá jako chladící kapalina - je schopen dosáhnout teploty až -196 C. V plynné formě se využívá k chemickým reakcím, kdy je nejčastějším cílem výroba amoniaku, kyseliny dusičné a oxidu dusného. Kyselina dusičná, popřípadě výrobky z ní připravené, se nejčastěji využívají k hnojení a tím k vnášení dusíku nepřirozenou cestou do půdních ekosystémů. 5. Dusík v půdě Jak již bylo uvedeno v úvodu kapitoly, patří dusík mezi nejrozšířenější prvky na naší planetě, doplněn o uhlík a vodík ho můžeme považovat za základní stavební prvek všeho živého. Přirozeně se dusík dostal do půdy při formování a vytváření naší atmosféry, a to po dobu několika miliónů let, než se složení atmosféry ustálilo na dnešní hodnotu. Během utváření atmosféry se dusík stal nejen součástí atmosféry a půdy, ale stal se i esenciálním prvkem všech živých organismů. Jednotlivé organismy ho musely být schopny získat ze svého okolí, proto se například začaly u rostlin vytvářet mechanismy pro získání dusíku z půdy. V průběhu miliónů let vývoje došlo ke stabilizaci koloběhu dusíku, jehož nezbytnou součástí je i dusík obsažený v půdě. 6

27 5..1 Výskyt dusíku v půdě Dusík se v půdě vyskytuje jako organická nebo minerální látka. Po sečtení hmotnosti minerální a organické formy získáme celkovou hmotnost dusíku v půdě. Pro vyjádření kvality půdy a zastoupení dusíku v půdě se využívá poměr C:N, kdy za optimální hodnotu považujeme 10:1. Z uvedeného poměru dále vyplývá, že pokud odstraníme uhlík (oxidací), můžeme odhadnout obsah dusíku v půdě. Sledování výskytu dusíku v půdě je nezbytné pro správné obhospodařování půdy, a to především pokud obhospodařujeme půdu spadající například OPVZ II. stupně. Měli bychom být schopni dodat půdě jen tolik dusíku, kolik skutečně potřebuje. V přirozených půdních ekosystémech je obsah dusíku v půdě stabilní, ale pokud dojde k narušení půdního prostředí, tak následují také poruchy v tocích a transformacích dusíku v půdě. Z uvedeného lze tedy vydedukovat závěr, že vztah mezi půdním ekosystémem a dusíkem je dynamický. Mezi základní faktory, které ovlivňují obsah dusíku v půdě patří například - stáří půdy, obsah a kvalita organické hmoty v půdě, charakter vegetace nebo klima. Ze zemědělského hlediska je obsah dusíku v půdě nejvíce ovlivněn půdním typem a obsahem organické půdní hmoty, v kvalitních produkčních půdách se nachází vyšší obsah dusíku, než v méně kvalitních málo produkčních půdách. Jak bylo uvedeno výše, dusík se v půdě vyskytuje v organické a anorganické formě. Anorganická forma dusíku je také označována jako minerální. Dusík je tvořen stabilními ionty: NO3 - dusičnanové, NO - dusitanové a + NH 4 - amonné. Organická forma dusíku je tvořena rostlinnými a živočišnými zbytky, produkty jejich rozkladu a nově vytvářené složité polymery vznikající v průběhu pedogeneze. Organická forma dusíku převládá nad anorganickou formou. [6] 5.. Koloběh dusíku v půdě Dusík stejně jako další významné anorganické látky (uhlík, fosfor, síra) vstupuje, vystupuje, reaguje a přeměňuje se v půdě v rámci vlastního cyklického procesu, který nazýváme koloběh dusíku. Celý tento proces považujeme za dynamický děj a půdní prostředí za soustavu, kde může být nastolena dynamická rovnováha, a to pomocí vztahu mezi vstupem a výstupem dusíku ze systému. Koloběh dusíku v půdě je velmi 7

28 významný, a to především z toho důvodu, že půda představuje hlavní akumulační oblast sloučenin dusíku. V rámci půdního koloběhu dusíku se uplatňují tyto procesy: amonifikace /mineralizace/: mikrobiální rozklad organicky vázaného dusíku na amoniak imobilizace/(asimilace): dusík je vstřebán organismy a pomocí složitých biochemických procesů je začleněn do těla těchto organismů, je znehybněn, imobilizován. nitrifikace: dvoustupňový proces oxidace amoniaku, jehož produktem jsou dusitany a poté dusičnany denitrifikace: asimilační a disimilační biochemická přeměna dusičnanů na oxidy dusíku, případně až na N volatilizace amoniaku: přímé uvolňování amoniaku do atmosféry redukce nitrátů: chemická redukce z maximálně oxidovatelného stavu dusíku NO 3 na stav maximálně redukovatelný NH vyplavování nitrátů. Hlavní činitelé vyskytující se v půdě a ovlivňující půdní koloběh dusíku jsou mikroorganismy rostliny a živočichové. Jednotliví půdní činitelé jsou schopni buď dusík přímo vázat (fixovat, imobilizovat) a po svém odumření ho znovu uvolnit nebo jejich životní cyklus umožňuje dusík získávat například redukcí chemických sloučenin na bázi dusíku. Celý koloběh dusíku je realizován na principu získání dusíku půdním činitelem z okolního prostředí, zpracování a následné uvolnění v takové podobě, která je využitelná pro další půdní činitele. Koloběh dusíku v půdě je součásti globálního koloběhu dusíku, který je nezbytný pro zachování života na naší planetě. [7; 9; 1 ] 5..3 Zdroje obohacování půdy o dusík Dusík je přirozená látka, která se do půdy dostává přírodní cestou. Mezi hlavní přírodní způsoby obohacování půdy o dusík patří: mikrobiální fixace molekulárního N, mineralizace organické hmoty a atmosférické srážky. Mikrobiální fixace N je proces, při kterém je molekulární dusík redukován na amoniak prokaryotickými 8

29 mikroorganismy. Mikroorganismy provádějící fixaci N musí obsahovat enzym nitrogenázu a mezi hlavní zástupce fixátorů dusíku patří: bakterie (např.: Azotobacter, Rhizobium) a sinice (např.: Anabaena). Mineralizace je proces, při kterém dochází k rozkladu složitějších organických látek na jednodušší, tedy jedná se o rozklad komplikovaných organických dusíkatých látek na elementární dusík. Takto uvolněný dusík nemůžeme v případě OPVZ II. stupně Březová nad Svitavou považovat za hlavní zdroj přírodního dusíku naplňující akumulační schopnost půdního prostředí (ekosystému) a kontaminující zdroj pitné vody. Hlavní důvod vyvracející tuto možnost, je ten, že v dané oblasti nejsou geografické ani klimatické podmínky vhodné pro nadměrnou akumulaci organického materiálu (nebereme v úvahu zemědělskou činnost), který by mohl být mineralizován a uvolňovat tak dusík do půdního prostředí. Atmosférické srážky jsou další možností přírodního obohacování půdy o dusík. Dusík má ze všech látek tvořící atmosféru největší zastoupení a jeho zastoupení se zvyšuje například i rostoucím znečištěním ovzduší dusíkatým látkami. Při atmosférických srážkách je tak dusík dopravován na zemský povrch a následně infiltrován do půdy. Dešťové srážky se jeví jako významnější zdroj dusíku, nežli mineralizace, ale nárůst obsahu dusičnanů ve zdroji pitné vody Březová nad Svitavou, respektive v jeho ochranném pásmu II.stupně, tímto způsobem nelze uspokojivě vysvětlit. Je nutné si uvědomit, že při uvažování o problematice atmosférických srážek nezohledňujeme lidské znečištění. Uvažujeme čistě o přirozených možnostech přesunu látek obsahujících dusík do kapalné formy na zemský povrch. Pokud opomeneme v našem případě méně významné přírodní zdroje dusíku (nemohou v plné míře zapříčinit nárůst koncentrace dusičnanového dusíku v podzemních vodách zájmové oblasti), musíme hledat hlavní příčiny znečištění podzemních vod především v lidské činnosti. Člověk dodává dusík do půdy pomocí organických, anorganických hnojiv a odpadních vod. Hnojiva jsou takové látky, které buď představují přímo živiny nezbytné pro zdravý vývoj rostliny (v případě zemědělských plodin rychlá tvorba biomasy) nebo se jedná o látky zlepšující výživu rostlin. Hnojiva jsou nezbytnou součástí moderního zemědělství, ale byla využívána již v minulosti, s tím rozdílem, že se používala hlavně hnojiva produkovaná statkovým zvířectvem a byla používaná v menší míře než hnojiva v dnešní době. Používání hnojiv se do počátku 0. století, respektive do konce druhé světové války, více řídilo potřebami přírody a vycházelo ze skutečných potřeb půdy. Po roce 1945, kdy byla potřeba zvýšit produkci potravin (z důvodu hladomoru způsobeného válečnými útrapami), se začal 9

30 klást důraz na produkční funkci zemědělství. V celé Evropě tedy byla snaha co nejrychleji produkovat co nejvíce potravin, zvětšovala se plocha obdělávané krajiny, což v mnoha případech erozně narušilo povodí řek, Dále se zvýšila intenzita využívání statkových hnojiv, a to i v nevhodných ročních obdobích (například aplikace na zmrzlou půdu v zimě a tím způsobené nežádoucí odtoky z polí do povrchových vod). Statková hnojiva nestačila stále se zvyšujícím nárokům na množství potravin, a tak došlo k vývoji anorganických (průmyslových) hnojiv, které byly doplněny o pesticidy a jiné, z dnešního pohledu škodlivé látky. V dnešní době jsme svědky snahy o racionalizace využívání hnojiv a snahy dodávat půdě jen tolik živin, kolik opravdu potřebuje. Hnojiva se rozdělují podle: 1. účinnosti nepřímá přímá. původu organická (statková) anorganická (průmyslová) 3. skupenství kapalná tuhá [6; 14] Rozdělení hnojiv podle účinnosti zahrnuje hnojiva přímá a nepřímá. Hnojiva přímá jsou takové látky, které rostlině dodávají jednu nebo více živin. Tyto živiny se mohou nacházet buď v organické nebo anorganické formě. Přímá hnojiva mohou být statková nebo průmyslová. Pokud hnojivo neobsahuje přímo živiny, ale jiné látky, které zlepšují výživu rostliny, tak se jedná o hnojivo nepřímé. Takové hnojivo pak především změnou půdního prostředí nebo hlavně ovlivněním vnitřního biochemického systému rostliny (především metabolismu) docílí situace, kdy je rostlina schopna získat z půdy více živin a uchovat si je na delší dobu. Živiny uchované rostlinou na delší dobu pak poslouží k tvorbě biomasy a ke konečné zvýšené produkci dané plodiny. Nepřímá hnojiva můžeme rozdělit na: bakteriální hnojiva regulátory růstu inhibitory mikrobiologických procesů půdní zlepšovače, (ZVÚ Kroměříž, 001) 30

31 Hnojiva nepřímá jsou z hlediska odborné náročnosti na aplikaci složitější a jejich cena je mnohdy vyšší než cena přímých hnojiv Podle původu rozdělujeme hnojiva na organická a průmyslová. Organická hnojiva tedy můžeme považovat za taková hnojiva, která nemají konstantní chemické složení (ovlivněna například způsobem krmení a ustájení zvířat). Oproti tomu průmyslová hnojiva jsou chemické látky, které se vyrábějí daným způsobem a látky v nich obsažené dosahují předepsaných koncentrací. Organická hnojiva jsou látky, které vznikají jako odpad při rostlinné nebo živočišné produkci. Z hlediska rostlinné produkce se jedná o zbytky rostlin zanechané na poli nebo zbylé po zpracování určitých plodin (po sklizni brambor s bramborovou natí, po řepné kampani s řepným chřástem apod.). Chovem zvířat získáváme další druhy organických hnojiv, která jsou charakteristická druhem chovaného zvířete (každý druh produkuje jiné množství exkrementů a také v jiné formě) a způsobem ustájení nebo krmením. Obecně organická hnojiva rozdělujeme: Sláma : jedná se o rostlinný zbytek, roční produkce slámy v ČR je 7,5 milionů tun. Mezi hlavní typy patří sláma obilnin, řepky a luskovin. Složení slámy se liší a to v závislosti na stanovišti, kde byla daná rostlina pěstována, druhu rostliny a způsobu výživy. Obsah dusíku v slámě je 0,5% z celkové biomasy. Využití slámy pro hnojení spočívá v zanechání slámy na pozemku a v následné mineralizaci. Silážní šťávy: jsou buněčné šťávy, které se uvolní z rostlinných buněk během silážování. Obsahují velké množství dusíku především v amonné formě, jsou velmi agresivní a nebezpečné. Využívají se k aplikaci do půdy a to na půdu, která je zmrzlá nebo jsou silážní šťávy předem neutralizovány pomocí CaO. Hnůj: vzniká fermentací chlévské mrvy neboli směsi tuhých a tekutých výkalů spolu s podestýlkou. Složení je velmi variabilní obsahuje až 80% vody a 5% sušiny, která je tvořena organickými látkami, a to buď humifikovanými nebo nehumifikovanými. Obsah živin je závislý na druhu zvířete, které vyprodukovalo daný odpad, nejhodnotnější na živiny je králičí a slepičí hnůj. Průměrný obsah dusíku je 0,5%. Pokud se využívá jako hnojivo, aplikuje se přímo na půdu. Při skladování hnoje na hnojišti může docházet ke vzniku hnojůvky, tedy tekutiny, která odtéká z hnoje při jeho fermentaci. Nezadržené úniky hnojůvky mohou vést ke kontaminaci 31