Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský v Brně Odbor bezpečnosti krmiv a půdy MONITORING RYBNIČNÍCH A ŘÍČNÍCH SEDIMENTŮ, PRŮBĚŽNÁ ZPRÁVA 199-28 Zpracoval: Ing. Ladislav Kubík, Ph.D. Schválil: Mgr. Šárka Poláková, Ph.D. vedoucí Oddělení bezpečnosti půdy Brno, srpen 29
Monitoring rybničních a říčních sedimentů, průběžná zpráva 199-28 Monitoring rybničních a říčních sedimentů, průběžná zpráva 199-28 Úvod Sediment z vodního toku či vodní nádrže (rybníku) vzniká prostou sedimentací (usazováním) erodovaných pevných částic, které jsou přirozeně unášeny vodou. Při poklesu rychlosti proudění, a to jak rozšířením profilu, poklesem spádu toku nebo zvětšením hloubky vodoteče, dochází k přirozené sedimentaci unášených částic. Vzniklý materiál může mít povahu štěrkopísků a písků v proudných úsecích toků, nebo až jílovitohlinitých či jílovitých substrátů v rybnících. Jde o přirozený děj, který je urychlován antropogenními zásahy do krajiny. Surový sediment vykazuje značný podíl zvodnění až do 8%, může obsahovat různé látky a cizorodé předměty v závislosti na struktuře zemědělské a průmyslové výroby v povodí. Důvodem kumulace sedimentů a zanášení dna jsou nadále přetrvávající splachy zemědělské půdy z okolí rybníků, vodních děl a toků. Nevhodné hospodaření v povodí způsobuje nadměrnou erozi, pronikání a usazování rizikových prvků a látek v rybnících a tocích. V České republice vykazuje třetina rybníků nadměrné zatížení sedimenty. Sedimenty jsou ve velkých objemech do rybníků transportovány podle charakteru a stavu říční sítě a hospodářské činnosti v povodí a způsobují velmi rychlé zanášení méně proudných úseků povrchových vod. Důsledkem ukládání sedimentů je postupné omezování až znemožňování vodohospodářských, biologických a ekologických funkcí vodních nádrží a toků. Celkové množství sedimentů je ve vodních nádržích ČR odhadováno na 197 mil. m 3, v drobných vodních tocích a závlahových kanálech na mil m 3 a v odvodňovacích kanálech,8 mil m 3. Tato množství značně zmenšují objem akumulace vody a snižují i míru ochrany krajiny proti povodním. Na vytěžené sedimenty z rybníků, vodních nádrží a vodních toků již není třeba pohlížet jako na odpad, pokud kvalita vytěženého sedimentu bude vyhovovat požadavkům uvedeným v příloze č. 9 zákona č. 18/21 Sb., o odpadech v platném znění (po vydání novely č. 9/29 Sb.). Přímé použití sedimentů na zemědělském půdním fondu se řídí podle zvláštních právních předpisů zákona č. 334/1992 Sb., o ochraně zemědělského půdního fondu a ustanoveními vyhlášky č. 27/29 Sb., o používání sedimentů na zemědělské půdě. Rozhodujícím ukazatelem pro využití sedimentů je míra kontaminace sedimentů a půdy, na kterou bude sediment aplikován, rizikovými prvky a organickými polutanty 2
Monitoring rybničních a říčních sedimentů, průběžná zpráva 199-28 ve vztahu k vyhlášce č. 27/29 Sb. Pro využití sedimentů k aplikaci na zemědělskou půdu je důležitá i "hnojivá" hodnota sedimentů, tzn. zrnitostní složení, podíl organické hmoty, ph a obsah živin. Zrnitostní složení sedimentů může být značně rozdílné, což vyplývá ze zákonitostí sedimentačních procesů. S variabilitou zrnitostního složení sedimentů do značné míry koreluje i jejich chemické složení. Látky organické i anorganické povahy jsou poutány především na povrchu nejjemnějších půdních částic splavených z orniční vrstvy zemědělské půdy. Jako vhodný ukazatel pro hodnocení jejich přínosu ke zúrodnění půd se jeví přístupný obsah živin, který je používán pro hodnocení úrodnosti v rámci Agrochemického zkoušení zemědělských půd, proto ve vzorcích sedimentů jsou zjišťovány mimo rizikových prvků a organických polutantů i reakce sedimentů (ph/cacl 2 ) a obsah základních živin P, K, Ca a Mg podle Mehlicha III. Materiál a metody Způsob odběru vzorků Vzorky jsou přednostně odebírány pomocí půdních vrtáků z hromad vytěžených sedimentů, dále pak ze dna vypuštěných vodních nádrží nebo ze dna při plné vodní hladině za použití speciálního zařízení. Směsný vzorek o hmotnosti 1 1, kg vznikne smíšením nejméně pěti dílčích vzorků. Vzorkovaný objekt se zaměří pomocí přístroje GPS nejlépe v místě hráze u vodních nádrží nebo v místě odběru u vodních toků. Dále se zjistí základní informace o odebíraném objektu (název objektu, katastrální území, atd.). Tyto náležitosti se řídí Metodickým pokynem č. 14/OHP; Sledování rybničních a říčních sedimentů. Příprava vzorků k analýzám Vzorek se odvodní, pokud je to potřeba, a vysuší na vzduchu. Vzorky určené ke stanovení organických polutantů se zamrazí. Vzorky se následně předávají do laboratoře ÚKZÚZ. 3
Monitoring rybničních a říčních sedimentů, průběžná zpráva 199-28 Sledované parametry druh půdy zrnitost (% částic <,1 mm) ph (CaCl 2 ) přístupné živiny P, K, Ca, Mg Mehlich III rizikové prvky As, Be, Cd, Co, Cr, Cu Ni, Pb, V, Zn, Hg tot LOI procento spalitelných látek organické polutanty PCB (suma 7 kongenerů - 28, 2, 11, 118, 138, 13, 18), AOX Výsledky Odběry vzorků byly v roce 28 prováděny pouze pracovníky ÚKZÚZ ze sedimentárních částí nebo ze složišť vytěžených sedimentů jak rybničních tak i říčních, celkem bylo odebráno 3 vzorků. V minulých letech byly některé vzorky dodány přímo zákazníkem. V současné době, v rámci samostatného úkolu, jsou již vzorky odebírány podle Metodického pokynu č. 14/OHP; Sledování rybničních a říčních sedimentů. Od roku 199 do konce roku 28 bylo odebráno a zanalyzováno celkem 319 vzorků sedimentů. Z uvedeného počtu je 174 rybníků polních a 14 rybníků návesních (toto dělení vyplynulo z postupného hodnocení výsledků, kdy návesní rybníky vykazovaly častěji vyšší hodnoty zjišťovaných živin a hlavně rizikových prvků), dále je v souboru 29 rybníků lesních a 12 sedimentů z toků. Protože převaha rozborů byla v minulosti prováděna na základě objednávek projektantů, nebo přímo vlastníků jednotlivých nádrží, byl rozsah stanovení převážně podřizován jejich požadavkům, takže často byly prováděny pouze rozbory na obsah rizikových prvků (zhruba v polovině případů nebyla zjišťována hnojivá hodnota sedimentů). Přesný počet jednotlivých stanovení je vždy uveden ve statistickém zhodnocení každé sledované hodnoty Tab. 1 a 2. 4
Monitoring rybničních a říčních sedimentů, průběžná zpráva 199-28 Tab. 1 Sedimenty základní statistické parametry zrnitost, obsahy živin a ph (199 28) zrnitost (% částic,1 mm) spalitel. látky (% sušiny) celkový obsah živin v % sušiny ph/ CaCl 2 přístupné živiny v (Mehlich III) N P 2 O K 2 O CaO MgO P K Mg Ca průměr 29,61 8,82,4,6,96 2,16 3,3,91 41,8 233,1 333,1 3942 medián 28,3 7,9,37,4,63,6,6,88 24, 192, 279, 233 min.,4 1,,8,6,1,2,19 2,8 1, 27, 48 261 max. 73,3 28,2 1,9 3,1 7,7 16,82 11 7,8 287 797, 164 28 poč. vz. 96 226 84 8 84 83 83 26 224 22 22 224 Tab. 2 Sedimenty základní statistické parametry obsahy rizikových prvků a látek (199 28) As Cd Co Cr Cu Hg Ni Pb Zn AOX PCB * suchého vzorku (extrakce lučavkou královskou) g.kg -1 průměr 11, 22,1 12,8 47,4 29,8,138 34,2 63, 161,9 31,2 8,83 medián 7,9,4 12, 4,4 2,,1 3, 26,6 114,4 28,4 4,4 min. 1,,1 1,9 4, 4,,1 1,2 4,6 18,7, 1,7 max. 84,9 166, 9, 21, 162, 1,2 42, 33, 163, 9,,92 poč. vz. 3 313 29 314 312 316 311 37 314 74 34 Limit 3 1 3 2 1,8 8 1 3 není 2 *suma 7 kongenerů (28, 2, 11, 118, 138, 13, 18) Tab. 3 Sedimenty průměrné hodnoty sledovaných parametrů vodní tok, polní, návesní a lesní rybník (199 28) zrnitost (% částic,1 mm) spalitel. látky (% sušiny) ph/ CaCl 2 přístupné živiny v (Mehlich III) P K Mg Ca Celkový průměr 29,61 8,88,93 41,47 221,64 332,6 426,98 Vodní tok 18,72 6, 6,1 62,3 172,1 2,7 2799,8 Polní rybník 31,8 8,4,9 39,2 22, 32,94 3728,7 Návesní rybník 26,72 9,74 6,6 44,63 273,7 323,63 281,9 Lesní rybník,37 9,7,9 31,43 188,9 28,18 199,88 Tab. 4 Sedimenty průměrné hodnoty sledovaných parametrů vodní tok, polní, návesní a lesní rybník (199 28) As Cd Co Cr Cu Hg Ni Pb Zn AOX PCB * suchého vzorku (extrakce lučavkou královskou) g.kg -1 Celkový průměr 11,6 2,7 12,91 48,28 29,73,14 34,33 62,39 19,96 3,23 1,99 Vodní tok 11,1,7 1,42 4,4 33,32,126 23,79 42,94 144,8 46,26 3,6 Polní rybník 11,2 37,77 12,8 46,44 26,44,117 32,48 36,61 131,83 26,2 1,91 Návesní rybník 1,,7 14,33 3, 36,31,174 4, 118,29 222,96 28,72 12,92 Lesní rybník 1,3,3 11,32 43,74 24,6,161 27,83 27,37 113,77 62,33 1,92 Limit 3 1 3 2 1,8 8 1 3 není 2 *suma 7 kongenerů (28, 2, 11, 118, 138, 13, 18)
Monitoring rybničních a říčních sedimentů, průběžná zpráva 199-28 Tab. Sedimenty hodnoty mediánů sledovaných parametrů vodní tok, polní, návesní a lesní rybník (199 28) zrnitost (% částic,1 mm) spalitel. látky (% sušiny) ph/ CaCl 2 přístupné živiny v (Mehlich III) P K Mg Ca edián 28,3 7,99,96 24, 193, 284, 2369, Vodní tok 18,3,3 6, 47,3 18, 27, 168, Polní rybník 32, 7,28,73 21, 17, 297, 238, Návesní rybník 23,3 8,89 6,1 28, 264, 29, 27, Lesní rybník 39,3 7,4, 14,7 169, 22, 113, Tab. 6 Sedimenty hodnoty mediánů sledovaných parametrů vodní tok, polní, návesní a lesní rybník (199 28) As Cd Co Cr Cu Hg Ni Pb Zn AOX PCB * suchého vzorku (extrakce lučavkou královskou) g.kg -1 edián 7,8,4 12,6 42, 2,1,1 3,7 27, 114,4 27,6,29 Vodní tok 7,8,48 9,9 37,2 24,,81 2,89 36,4 142,8 44,6 3,6 Polní rybník 7,88,39 12,6 41,41 23,8,93 28,8 23,2 13, 26,2 3,8 Návesní rybník 7,86, 13,79 47, 3,,12 37,66 32, 142, 26,8 9,73 Lesní rybník 7,64,33 1,3 38,36 21,1,13 3,9 24,2 9,6 7,2 1,92 Limit 3 1 3 2 1,8 8 1 3 není 2 *suma 7 kongenerů (28, 2, 11, 118, 138, 13, 18) Tab. 7 Celkem Vodní tok Polní rybník Návesní rybník Sedimenty počty a procenta vzorků překračující limitní hodnoty celkem, vodní tok, polní, návesní a lesní rybník (199 28) vyhláška č. 27/29 Sb. As Cd Co Cr Cu Hg Ni Pb Zn PCB * počet 12 2 2 1 3 2 7 11 3 % 3,9 16,6,8,3 1,,6 2,3 3,6 9,6 počet 3 % 2 počet 7 2 1 1 2 12 % 4,2 14,8,6,6 1,2 3, 7, počet 4 21 2 2 2 6 17 % 4 2,2 2,4 2, 1,9, 6,1 16,8 počet 1 3 1 % 3,6 4,4 1,7 3, *suma 7 kongenerů (28, 2, 11, 118, 138, 13, 18) Lesní rybník Sedimenty lesních rybníků (Tab. 3, 4, a 6) jsou zrnitostně těžší, mají zvýšené průměrné obsahy spalitelných látek a jejich ph patří k nejnižším stejně tak i průměrné obsahy přístupných živin (P, K, Mg, Ca). Z rizikových prvků dominuje Hg v porovnání s celkovým průměrem. Průměrné obsahy PCB jsou velmi nízké, naopak průměrné obsahy AOX dosahují nejvyšších hodnot. Polní a návesní rybníky jsou převážně střední zrnitosti, s ph v oblasti převážně kyselé a neutrální, návesní rybníky mají obecně vyšší průměrné obsahy spalitelných látek než ostatní kategorie, hodnoty sledovaných parametrů se u polních rybníků pohybují kolem celkového 6
Monitoring rybničních a říčních sedimentů, průběžná zpráva 199-28 průměru. Průměrné obsahy přístupných živin u těchto kategorií rybníku jsou vysoké, nejvyšších průměrných obsahů pak dosahují P a Ca u návesních rybníků. Sedimenty návesních rybníků mají převážně vyšší průměrné obsahy rizikových prvků a PCB než ostatní kategorie. Sedimenty polních rybníků vykazují v průměru vyšší obsahy As a Cd, ale i ostatních prvků, které však již nedosahují průměrných hodnot návesních rybníků. Rovněž průměrný obsah PCB u polních rybníků je vyšší. Sedimenty z vodních toků jsou převážně hrubší zrnitosti s nízkým průměrným obsahem spalitelných látek a nižšími průměrnými obsahy přístupných živin. Z rizikových prvků jsou významněji zastoupeny As, Cu a Zn, průměrné obsahy PCB jsou nízké. Průměrné hodnoty a mediány sledovaných parametrů jsou graficky uvedeny v Příloze č. 1. Při porovnání limitních hodnot daných vyhláškou 27/29 Sb. s celkovým průměrem vzorků sedimentů je vidět, že se průměrné hodnoty a hodnoty mediánů k limitním hodnotám přibližují sotva na polovinu jejich hodnot, kromě průměru u Cd, kdy je limitní hodnota silně překročena. Je to dáno -ti hodnotami v databázi, které dosahují hodnot vysoce přes 1. Pokud bychom tyto extrémní hodnoty zanedbali pak celkový průměr vychází opět kolem poloviny limitní hodnoty,6. Vyšší vypovídající schopnost o reálném zatížení jednotlivých kategorií sedimentů rizikovými prvky a látkami mají hodnoty mediánů, které nepřekročily v žádném případě u sledovaných parametrů limitní hodnoty. V tabulce jsou uvedeny počty a procenta vzorků překračující limitní hodnoty uvedené ve vyhlášce 27/29 Sb. Nejčastěji překročeným prvkem je Cd 16,6 % následuje Zn 9,6 % a As 3,9 %. Nejméně překročených limitů je u vodních toků, u nichž je problém jen s Cd. Následují rybníky lesní, polní a návesní. Mezi posledními jmenovanými je však rozdíl v počtu překročených limitů velmi malý. 7
Monitoring rybničních a říčních sedimentů, průběžná zpráva 199-28 Závěr Z uvedených výsledků vyplývá značná variabilita rybničních sedimentů ve všech zjišťovaných parametrech. Zrnitostně zkoušené sedimenty zahrnují prakticky všechny kategorie podle Novákovy klasifikační stupnice pro půdy, přičemž více jak polovinu tvoří sedimenty středně těžké ; do určité míry je zrnitost odrazem charakteru půd v povodí jednotlivých rybníků. Pro zemědělskou půdu je významný obsah organické hmoty v sedimentech, která je základem pro tvorbu humusu. Její množství ovšem rovněž silně kolísá, medián obsahu organické hmoty je 7,9 %. Reakce sedimentů je u většiny vzorků v oblasti slabě kyselé a neutrální, kyselá reakce byla zjištěna u 4,7 % sedimentů, neutrální u 41, % a zásaditá u 12,8 %. Předpokládá se, že po vytěžení a provzdušnění dojde k určitému následnému okyselení sedimentů. Obsah přístupných živin podle kritérií pro hodnocení orných půd se v procesu sedimentace mění oproti obsahům v půdách v povodí; prokazují se především nižší obsahy fosforu oproti obsahům zjišťovaným v průměru orných půd, obsahy draslíku jsou podobné obsahům v půdách, naopak obsah hořčíku je téměř dvojnásobný. Obsah rizikových prvků hodnocených podle vyhlášky č. 27/29 Sb. v letech 199-28 (extrakt lučavkou královskou) ukazuje na nejčastější kontaminaci kadmiem - 2 vzorků (16,6%), zinkem - 3 vzorků (9,6%) a arsenem - 12 vzorků (3,9%). Vzorky testované na PCB nepřekročily v žádném případě limitní hodnotu danou vyhláškou. Počet vzorků s nadlimitními hodnotami je nejvyšší u návesních rybníků. 8
% sušiny obsah částic <,1 (%) Monitoring rybničních a říčních sedimentů, průběžná zpráva 199-28 Příloha č. 1: Graf I: Mediány zrnitostního složení - obsah částic <,1 mm (%) 4 4 3 3 1,4 1,2 1 2,8 2,6 1 1,4,2 Graf II: Mediány spalitelných látek (% sušiny) 1 9 8 7 6,6,,4,3 4 3,2 2 1,1 9
ph Monitoring rybničních a říčních sedimentů, průběžná zpráva 199-28 Graf III: Mediány ph CaCl 2 7 16 6 14 12 4 1 8 3 6 2 4 1 2 Graf IV: Mediány přístupných živin P ( sušiny) Melich III 4 4 3 3 4 4 3 3 2 2 2 2 1 1 1 1 1
Monitoring rybničních a říčních sedimentů, průběžná zpráva 199-28 Graf V: Mediány přístupných živin K ( sušiny) Melich III 3 3 2 3 2 1 1 2 2 1 1 Graf VI: Mediány přístupných živin Mg ( sušiny) Melich III 3,14 3,12 2,1 2,8 1,6 1,4,2 Celkový 11
Monitoring rybničních a říčních sedimentů, průběžná zpráva 199-28 Graf VII: Mediány přístupných živin Ca ( sušiny) Melich III 3 2 2 1 1 Graf VIII: Mediány rizikových prvků v lučavce královské - As ( sušiny) 7,9 7,9 7,8 7,8 7,7 7,7 7,6 7,6 7, 7, 7,4 7,4 12
Monitoring rybničních a říčních sedimentů, průběžná zpráva 199-28 Graf IX: Mediány rizikových prvků v lučavce královské - Be ( sušiny) 1,4 4 1,2 3 1 3,8 2 2,6 1,4 1,2 Graf X: Mediány rizikových prvků v lučavce královské - Cd ( sušiny),6,,4 4 3 3 2,3 2,2 1 1,1 13
Monitoring rybničních a říčních sedimentů, průběžná zpráva 199-28 Graf XI: Mediány rizikových prvků v lučavce královské - Co ( sušiny) 16 14 12 1 6 4 8 6 4 2 Graf XII: Mediány rizikových prvků v lučavce královské - Cr ( sušiny) 4 4 3 3 3 2 1 16 14 12 1 2 8 2 6 1 1 4 2 Celkový 14
Monitoring rybničních a říčních sedimentů, průběžná zpráva 199-28 Graf XIII: Mediány rizikových prvků v lučavce královské - Cu ( sušiny) 3 12 3 2 2 1 1 µg.kg -1 1 8 6 4 2 Graf XIV: Mediány rizikových prvků v lučavce královské - Hg ( sušiny),14 7,12 6,1,8 4,6 3,4 2,2 1 1
Monitoring rybničních a říčních sedimentů, průběžná zpráva 199-28 Graf XV: Mediány rizikových prvků v lučavce královské - Ni ( sušiny) 4 3 3 2 2 1 1 Graf XVI: Mediány rizikových prvků v lučavce královské - Pb ( sušiny) 4 3 3 2 2 1 1 16
Monitoring rybničních a říčních sedimentů, průběžná zpráva 199-28 Graf XVII: Mediány rizikových prvků v lučavce královské - V ( sušiny) 6 4 3 2 1 Graf XVIII: Mediány rizikových prvků v lučavce královské - Zn ( sušiny) 16 14 12 1 8 6 4 2 17
Monitoring rybničních a říčních sedimentů, průběžná zpráva 199-28 Graf XIX: Mediány PCB ( g.kg -1 sušiny) 12 1 8 µg.kg -1 6 4 2 Graf XXI: Mediány AOX ( sušiny) 7 6 4 3 2 1 18