Základy pedologie a ochrana půdy

Transkript

1 ZÁPLAVY A SESUVY PŮDY Základy pedologie a ochrana půdy 11. přednáška U.S. Geological Survey, photo by Robert L. Schuster Záplavy a sesuvy půdy Záplavy a sesuvy půdy Záplavy a sesuvy půdy 1

2 Porovnání maximálních rozlivů při povodni 1997 s plochami fluvizemí v povodí řeky Moravy (Janeček, VÚMOP, 1997) ZTRÁTA ORGANICKÉ HMOTY Světová bilance: (údaje se mírně liší podle literárních pramenů) Množství C v 1 9 t: Půda (org. C) Půda Atmosféra Biomasa Oceány Ostatní (anorg. C) souše Uhlík v organické hmotě Obsahy C v různých ekosystémech Obsah OH v půdě Pg (petagram) = 1 15 g Skupina půd Tropické půdy (Oxisols, Ferralsols) Písčité půdy (Psamments, Arenosols) Zamokřené půdy (Aquepts, Gleys) Obsah OH (%) 1-2 < Typické prérijní půdy (Mollisols, Chernozems) 5-6 Tropický prales Savana Travní porost Listnatý les Jehličnatý les Tundra Nadzemní biomasa Půda Obsah a kvalita OH v některých půdách ČR Rozložení organického C v půdním profilu Půdní jednotka Humus (%) HK : FK Černozem 2,6 2,4 Hnědozem 1,8 1,1 Luvizem 1,7,9 Pseudoglej 2,2,7 Kambizem eutrofní 2,5,7 Kryptopodzol 5,4,6 2

3 Množství OH z rostlin Bilance C Plodina Vojtěška Jetel luční Pšenice ozimá Ječmen jarní Brambory Cukrovka Suchá hmota rostlinných zbytků (t/ha) 8,2 5,2 3,1 2,5,9,9 Změny v různých frakcích půdní organické hmoty ve svrchních 25 cm po kultivaci panenské půdy Vliv lesní těžby na vývoj obsahu C v lesní půdě a v nadzemní biomase (Jandl et al., 27) Vliv klimatu (teploty) na vytváření zásob půdního uhlíku maximum Vliv klimatu na zásoby půdního C v Evropě relativní rychlost produktivita rozklad (Buckman a Brady, 196) maximální SOC zásoba chladné teplota horké 3

4 Obsah organického C ve svrchních půdních horizontech v Evropě (Jones et al., 23) Sekvestrace uhlíku = snaha dlouhodobě zvýšit obsah organické hmoty v půdě Způsoby: omezení mineralizace omezení eroze dodávka OH do půdy Problémy: nedostatek a ztráty OH pomalý proces přesvědčení společnosti Důvody studia koloběhu C v agroekosystémech DESERTIFIKACE PŮD Janzen, 24 Desertifikace půd Desertifikace půd při nevhodném využívání Dezertifikace - Španělsko 4

5 Desertifikace půd Dezertifikace - Španělsko Oblasti ČR s půdami postihovanými suchem Oblasti ČR s půdami postihovanými suchem ZAMOKŘENÍ PŮDY Příčiny: zvýšená hladina podzemní vody vysoký přísun vody vysoké srážky (promyvný vodní režim) povrchový či podzemní přítok omezený odtok (bažinný vodní režim) omezená propustnost půdy vysoký obsah jílu, zhutnění Důsledky pro vývoj půd: půdní typy glej, pseudoglej, stagnoglej, organozem hydromorfní subtypy jiných půdních typů oglejené, glejové, histické Zamokření půdy Důsledky pro půdní vlastnosti: redukční procesy (Fe, Mn, ) omezená přeměna organické hmoty (mineralizace, humufikace) rašelinění omezená biologická činnost převážně anaerobní procesy omezené dýchání a rozvoj kořenů Možnosti nápravy: úprava vodního režimu meliorace - odvodnění snížení hladiny podzemní vody (hloubkové) kypření půdy SALINIZACE (ZASOLENÍ) - proces vedoucí k nadměrnému nárůstu množství rozpustných solí v půdě - půdní typy solončak a slanec Zdroje zasolení: primární minerály (solná ložiska) podzemní voda (výparný vodní režim) záplavy zasolenou vodou mořská voda (přenos větrem, difuse) závlahové vody hnojiva, odpady 5

6 Salinizace (zasolení) Příklad lokálního zasolení Velmi teplé klima - výparný vodní režim Evaporace Akumulace solí Vzestup vody a solí Hladina podzemní vody Salinizace (zasolení) Druhy: chloridové (NaCl, MgCl 2, CaCl 2 ) síranové (Na 2 SO 4 ) (sodové Na 2 CO 3 ) kombinované Rozložení půd ovlivněných solemi v Evropě (dle Szabolcse, 1974) 1. Zasolené půdy (tmavě modře) 2. Alkalické půdy bez B horizontu (fialově) 3. Alkalické půdy s B horizontem, vápenaté (červeně) 4. Alkalické půdy s B horizontem, nevápnité (hnědě) 5. Půdy potenciálně ovlivněné solemi (žlutě) Důsledky: alkalizace poškození (rozpad) půdní struktury zhoršení chemických vlastností půd změna osmotického potenciálu omezení přístupnosti vody (fyziologické sucho) příjem a toxické působení iontů solí KONTAMINACE PŮDY zvýšený obsah potenciálně nebezpečných nebo cizorodých látek v půdě Rizikové prvky: přirozený i antropogenní původ nemohou být zcela rozloženy Cizorodé organické látky: převážně antropogenní původ možnost rozkladu (mikroorganismy) Kontaminace půd Funkce půdy z hlediska chování polutantů: filtrační zadržení pufrační imobilizace, omezení přístupnosti transformační mineralizace OL přeměna forem RP Ostatní: radioaktivita zasolení, dusičnany 6

7 Kontaminace půd Druhy kontaminace: bodová rozptýlená (difusní) Indikace kontaminace: mikrobní činnost rostlinné indikátory magnetometrické metody (RP) chemické analýzy problém: nízká specifičnost Původ RP v půdě litogenní (geogenní) antropogenní bodové x rozptýlené (difusní) zdroje (pedogenní) Určení původu: rozložení v půdním profilu plošné rozložení podíl mobilních forem isotopické složení Relativní podíl antropogenních zdrojů RP v zemědělských půdách UK (Adriano, 21) Přeměny RP v půdě As Cd Cr Cu Pb Hg Ni Zn adsorpce a desorpce rozpouštění a precipitace vázání organickými látkami tvorba anorganických a organických komplexů okluze, difuse do mřížky minerálů příjem organismy vypařování (Hg, metylované kovy) transport Hnůj Atm. depozice Kaly Prům. odpady Hnojiva Míra zadržení v půdě: Pb > Sb > Cu > Cr > Zn > Ni > Co > Cd Formy RP v půdě definované spíše operačně (způsobem stanovení) význam pro mobilitu, přístupnost vodorozpustné (v půdním roztoku) výměnné organicky vázané okludované na oxidech železa a manganu v definovaných sloučeninách uhličitany, sulfidy, fosforečnany vázané ve struktuře silikátů (zbytková, reziduální frakce) Převládající formy RP v půdě a jejich vliv na rostliny a živočichy Prvek As Be Cd Co Cr Cu Hg Mo Ni Pb Se Sn Zn Formy AsO 4 3- Be 2+ Cd 2+ Co 2+ Cr 3+, CrO 4 2- Cu 2+ Hg 2+, (CH 3 ) 2 Hg MoO 4 2- Ni 2+ Pb 2+ SeO 4 2- Sn 4+ Zn 2+ Vliv toxický pro rostliny i živočichy toxické pro rostliny i živočichy toxický pro živočichy živina pro rostliny i živočichy živina pro živočichy, Cr 6+ karcinogenní živina pro rostliny i živočichy, toxická pro r. i ž. toxická pro živočichy živina pro rostliny i živočichy, toxický pro r. i ž. živina pro rostliny i živočichy, toxický pro r. i ž. toxické pro rostliny i živočichy živina pro živočichy, toxický pro rostliny i ž. živina pro živočichy, toxický pro ž. živina pro rostliny i živočichy, toxický pro r. i ž. 7

8 Faktory chování a speciace RP v půdě vlastnosti daného prvku půdní faktory půdní reakce, oxidačně redukční podmínky přítomnost iontů obsah a kvalita organické hmoty minerální složení zrnitost půdy biologické faktory klimatické podmínky srážky a výpar, teplota činnost člověka Radionuklidy v půdě různé isotopy přirozeného i antropogenního původu Ce, Cs, Kr, Pu, Ra, Rn, Ru, Th, U aj. I, Co, Fe, Zn Ba, C, H, P, S Formy výskytu: kationty, oxyanionty, halidy organické komplexy a sloučeniny Chování: běžné reakce a procesy podle chemické a fyzikální povahy radioaktivní rozpad Cizorodé organické látky v půdě POXL = persistentní organické xenobiotické látky Původ - převážně antropogenní: zpracování ropy a ropné produkty odpadní kaly, vody a jiné odpady pesticidy aj. ochranné přípravky rozpouštědla, detergenty atmosférická depozice aj. Nežádoucí působení: toxicita pro organismy vstup do potravního řetězce kontaminace podzemní vody Chování organických polutantů v půdě Faktory: vlastnosti POXL: rozpustnost a mobilita sorbovatelnost rozložitelnost toxicita vlastnosti půdy: zrnitost, obsah jílu ph obsah a kvalita OH sorpční schopnosti biologická činnost Procesy: akumulace sorpce a desorpce příjem organismy rozklad chemický rozklad biodegradace fotolýza odpaření vymytí smyv a eroze Biologická rozložitelnost organických polutantů v AE podmínkách Snadná: ropné uhlovodíky (benzen, toluen, etylen, xylene, benzín) těkavé org. sloučeniny (tri- a perchloretylen) pesticidy organická rozpouštědla Obtížná: PCB PAU (polyaromatické uhlovodíky) Kritéria kontaminace půdy Nutno zohlednit: potenciální nebezpečí fyto-, zoo-, humanotoxicita transferovou cestu a využití půdy půda rostlina zvíře člověk (zemědělská půda, krmné plodiny) půda rostlina člověk (zemědělská půda, potravinářské plodiny) půda voda člověk (zemědělská a lesní půda, pásma ochrany vod) půda člověk (městské půdy, hřiště) půdní vlastnosti: půdní druh, organická hmota ph, sorpční vlastnosti použité analytické metody Jednoduchá kritéria: vyhl. MŽP č. 13/1994 Sb. 8

9 Maximálně přípustné obsahy prvků v půdách dle vyhlášky MŽP č. 13/1994 Sb. Prvek Celkový obsah (mg.kg-1) Kritéria kontamince půdy Výluh 2M HNO3 (mg.kg-1) lehké půdy ostatní lehké půdy ostatní As,, 4,5 4,5 Be 7, 7, 2, 2, Cd,4 1,,4 1, Co 25, 5, 1, 25, Cr 1, 2, 4, 4, Cu 6, 1,, 5, Hg,6,8 - - Mo 5, 5, 5, 5, Ni 6, 8, 15, 25, Pb 1, 14, 5, 7, V 15, 22, 2, 5, Zn 1, 2, 5, 1, Vícestupňová kritéria (u nás zatím pouze ve fázi návrhu vyhlášky): Preventivní hodnoty (A) vycházejí z pozaďových hodnot (RP) a antropogenně difusních hodnot (POXL) určeny statisticky Indikační hodnoty (B) mez kontaminace (max. přípustný obsah) na základě ekotoxikologických studií a analýzy rizik Asanační hodnoty (C) též intervenční, akční hodnoty, mez intoxikace významné nebezpečí, nutnost zásahu (asanace, remediace) Kontaminace půdy v ČR Kontaminace půdy v ČR Relativní podíl vzorků s nadlimitním obsahem (% celkového počtu vzorků; zdroj - ÚKZÚZ) Nejproblémovější oblasti (RP i POXL): fluvizemě Labe, Morava aj. severní a severozápadní Čechy severní Morava okolí Prahy % 1,4 Cd 1,2 1 Ni,8 Rizikové prvky: Příbramsko (Pb, Zb, Cd ) Kutnohorsko (As) Cr,6 Cu,4,2 Kontaminace není v ČR hlavním problémem degradace půdy ani nelze hovořit o celoplošném znečištění! Co Be Kilometers Hg MAP OF BACKGROUND CONTENTS OF TRACE ELEMENTS IN SOILS OF CZECH REPUBLIC: Elements - Co, Cr, Ni, V, Mn, Cu Content Rivers Towns Scale 1:1.. V very low low medium low medium high very high extremes non classified Content Low Medium low Medium Increased High Non classified Zn MAP OF BACKGROUND CONTENTS OF TRACE ELEMENTS IN SOILS OF CZECH REPUBLIC: Element - Zn Pb Kilometers Scale 1:1.. 9

10 Zranitelnost (vulnerabilita) půdy vůči znečištění MAP OF SOIL VULNERABILITY TO POLLUTION BY ZINC AND NICKEL Legend Extreme Very severe Severe Increased Mild Slight Very slight Non classified Vulnerabilita půdy: pufrační schopnost půdy odolávat kontaminaci x kontaminace skutečné zatížení půdy založena na: mobilitě rizikových prvků příjmu RP rostlinami půdních vlastnostech Rivers Towns MAP OF SOIL VULNERABILITY TO POLLUTION BY LEAD Kilometers Scale 1:1.. MAP OF SOIL VULNERABILITY TO POLLUTION BY ARSENIC Legend Very severe Severe Slight Very slight Non classified Legend Very severe Severe Medium Slight Very slight Non classified Kilometers REMEDIACE PŮDY cesta k odstranění poškození půdy a obnově jejích základních funkcí Æ odstranění příčin problému (prevence) Æ ošetření následků z angl. (lat.) remedy = napravit, dát do pořádku = lék, léčebný prostředek, náprava, pomoc Æ náprava stávajícího stavu způsob provedení: in situ dekontaminace odtěžené zeminy on site off site Kilometers Scale 1:1.. Metody remediace půdy fyzikální chemické odtěžení, překrytí, izolace separace elektrokinetické metody spalování, tavení, vitrifikace apod. extrakce imobilizace chemická degradace biologické fytoextrakce fytostabilizace bioremediace 1