Laboratorní testy toxicity výsypkových substrátů

Laboratorní testy toxicity výsypkových substrátů Laboratory tests of toxicity of post mining spoil substrates Jan Frouz1, Kristýna Mohlová1,2, Alena Lukešová1, Václav Krištůfek1, Ondřej Mudrák1,2 1 - Ústav půdní biologie, Biologické centrum AVČR v.v.i. Na Sádkách 7, České Budějovice, Czech Republic 2 Katedra botaniky, BF Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Na Sádkách 1, České Budějovice, Czech Republic

soil soil biota biota soil environment plants

toxicita výsypkového materiálu není způsobena znečištěním, ale je dána fyzikálními a chemickými vlastnostmi materiálu výsypkový materiál může obsahovat toxické látky při odhalení a vystavení vnějším klimatickým vlivům může vytvářet extrémní fyzikální a chemické podmínky pro život organizmů

cíle testovat toxicitu výsypkových materiálů zjistit, které chemické parametry s toxicitou korelují využít zjištěné informace pro rekultivaci toxických substrátů testování toxicity na roupicích Enchytreus crypticus na vyšších rostlinách na řasách

Enchytreus crypticus test materiál a metody 54 výsypkových substrátů bylo testováno ve 4 těžebních oblastech provedeny chemické analýzy půd kontrolní plocha luční půda Polsko Německo Česká republika Rakousko

ph 2 ph 3 ph 8 Sokolovské výsypky - testovací plochy

Enchytreus crypticus test materiál a metody

Enchytreus crypticus test - výsledky

Enchytreus crypticus test - výsledky population growth (relative to control) 1.2 1.2 y =.988x -.179 1 y = -.1112Ln(x) +.9735 2 R =.1351 1 2 R =.3597.8.8.6.6.4.4.2.2 2 4 6 8 2 ph (KCl) polulation growth (relative to control) 2 1.2 y = -.172x +.492 R =.492.8.8.6.4.4.2.2 1 2 polyfenols mg/1g 3 y = -3E-5x +.64x +.857 2 R =.186 1.6 6 Conductivity 1.2 1 4 4 5 1 15 2 watersoluble K (mg/1g) 25

Enchytreus crypticus test - výsledky Mean values and range of investigated chemical parameters of the toxic and non toxic post mining substrates; * marked significant differences between toxic and non-toxic substrates (t-test, P<.5) and correlation of individual chemical parameters with relative survival of E. crypticus in laboratory experiments, * or ** in correlation means correlation coefficient significant for P<.5 or <.1 respectively ph/ H2O ph/ KCl Na (mg/g) K (mg/g) EC (μs/cm) LOI (%) Al (mg/kg) Fe (mg/kg) Polyphenols (mg/kg) Toxic Non-toxic correlation x ± SD min-max x ± SD min-max 4.6±1.5* 2.1-8.5 6.3±2.3 3.1-8.1.594** 4.1±1.4* 2.-7.9 5.9±2.1 3.-7.4.599** 514.3±17.4* 14-66 146.9±1315 12.-41. -.169.6 71.4±5.1 4.-211. 74.9±67.6 1-193.191 1197±427* 16-563 38±148 96-21 -.377** 2.5±7.1* 4.3-42.5 13.8±8.6 1.5-27.8 -.435** 498.±171.5*.5-362 49.±731.8.3-754.5 -.38** 19.8±5.* 1.-892.4 3.1±185.9.8-22.3 -.334* 12±49* 5-346 3±96 1-26 -.492**

Enchytreus crypticus test - výsledky 12 1 n 8 6 4 2 2.-2.9 3.-3.9 4.-4.9 5.-5.9 6.-6.9 ph toxic Correlation matrice of individual chemical parameters in investigates post mining substrates, * or ** means correlation coefficient significant for P<.5 or <.1 respectively. ph (H2O) ph (KCl).991** Na.36* K.749** Conductivity -.16 LOI -.291* Al -.595** Fe -.518** Polyphenols -.63** ph (KCl).344*.723** -.49 -.269** -.583** -.53** -.614** Na K Conduct. LOI Al Fe.476**.742**.7.36 -.118.257 -.131 -.434**.45**.339* -.19 -.386**.4**.254.818** -.163 -.386**.318*.69**.599**.464** non-toxic 7.-7.9 8.-8.9

Enchytreus crypticus test rekultivační experiment uhelný jíl porovnáván různě starý materiál ( 5 let) nulové přežívání roupic spontánní detoxikace nemožná toxické nízké ph vysoký obsah fenolů malá sorpční schopnost

Enchytreus crypticus test rekultivační experiment Resulting population of worms after 5 weeks of cultivation, statistically homogeneous groups are marked by the same letter. (ANOVA, Tukey, P<,5) treatments with significantly higher results than original toxic material are bold (one tailed t-test P<.5). resulting population worm/container.±.a.±.a.±.a.±.a.±.a.±.a.±.a 33.6±1.1ab 45.2±5.3b 7.8±7.9c 32.9.5ab.±.a.±.a 1.±2.a 49.8±12.7bc 166.8±63.2d 8.6±16.bc Number of plants Secale cereale var. multicaule (average and SD) on individual remediation treatments (dosage of liming 4t/ha for other amendments also 4 t/ha) statistically homogeneous groups are marked by the same letter. (ANOVA, LSD, P<,5). 25 b 2 plant/ sqm remediation materials Habartov non treated toxic substrate substrate + amendment (in % of fresh mass) Flying ash 5% Flying ash 25 % Flying ash 5% Sewage sludge 5 % Sewage sludge 25% Limestone 1% Limestone 5% Limestone 25% Limestone 5% + Sewage sludge 5% Limestone 25% + Sewage sludge 5% Arable land topsoil 25% Arable land topsoil 5% Cypris clay 25% Cypris clay 5% Limestone 5%+ bark 1% Meadow soil control 15 1 a a a a 5 control liming liming+cypris clay Liming + bark Liming + sludge

ph (H2O) 8 6 4 2 1 2 3 4 liming t/ha terénní experiment redukce toxicity

Enchytreus crypticus test - závěry toxicita výsypkových substrátů vychází z mnoha faktorů kombinace různých faktorů přispívá k celkové toxicitě 3 typy toxických substrátů: uhelné jíly, vysoce kyselé substráty, substráty s vysokou salinitou třetihorní substráty toxické, kvarterní substráty netoxické laboratorní a terénní testování většinou ve shodě Χ vliv ostatních faktorů daných prostředím (zadržování vody, ekologické interakce organizmů) Enchytreus reprodukční test jednoduché a rychlé testování toxicity půd, lze využít návrhy pro rekultivačních technik pro plánování rekultivací je důležité provést chemické testování půd (ph, vodivost, přítomnost uhlí)

testování toxicity na řasách úvod a cíl významní kolonizátoři primární produkce sukcese, rozvoj vegetace vliv na kvalitu a strukturu půdy (konsolidace částic, fertilita, fixace dusíku) interakce mikrobiálního společenstva (potravní řetězce) cíle porovnat řasová společenstva na plochách s různou toxicitou testovat přežívání druhů řas a sinic na extrémně toxickém substrátu testovat vliv zlepšujících zásahu na rozvoj řasového společenstva

testování toxicity na řasách materiál a metody, výsledky lokalita: Sokolovské výsypky - 13 ploch s různou toxicitou (Frouz et al. 25) chemické analýzy půd suspenze 5g/45ml vody kvantitativní a kvalitativní hodnocení FM, optický mikroskop izolace 25 number of species 1. Z 2 CHA CHM 15 CHL 1 X B 5 C 1446 1911 374 3164 177 13 136 135 178 147 239 2647 23 2.3 2.6 3. 3.2 3.4 3.7 3.7 4. 7.6 8. 8.2 8.3 8.4 CC1 CC2 CC3 TC1 CC4 VA1 VA2 VA3 VA4 TC2 TC3 TC4 TC5 site (conductivity, ph, substrate type) TC1 5: třetihorní cyprisové jíly, VA1 4: tufity, CC1 4: uhelné jíly Z - Zygnemaphyceae, CHA - Charophyceae, CHM - Chlamydophyceae, CHL - Chlorophyceae, X - Xanthophyceae, B - Bacillariophyceae, C Cyanobacteria

testování toxicity na řasách materiál a metody, výsledky lokalita: Sokolovské výsypky - 13 ploch s různou toxicitou (Frouz et al. 25) 13 vybraných druhů - extrémně toxický substrát 4 druhy test přežívání v extraktech různě toxických substrátů serologické destičky (2 μl denzní řasové suspenze do 2 μl extraktu) spektrofotometrické měření optické denzity buněk (ELISA reader, 663 nm) 2.

testování toxicity na řasách materiál a metody, výsledky lokalita: Sokolovské výsypky - 13 ploch s různou toxicitou (Frouz et al. 25) 13 vybraných druhů - extrémně toxický substrát 4 druhy test přežívání v extraktech různě toxických substrátů serologické destičky (2 μl denzní řasové suspenze do 2 μl extraktu) spektrofotometrické měření optické denzity buněk (ELISA reader, 663 nm) 3.

testování toxicity na řasách materiál a metody, výsledky testování vlivu různých přídavků do půd dolomitický vápenec (4 g CaCO3/kg toxický substrát, extrakt ph = 6.53) organický materiál (4g organický materiál/kg toxický substrát, extrakt ph = 2.65) dřevěné uhlí (5g dřevěné uhlí/kg toxický substrát, extrakt ph = 2.62) čistý toxický substrát - kontrola 4. 1 MA WC.5 LM species CHM ES MB CHS PS BM C DC KF BI NC -.5 H XD growth (relative absorbance) 1.5 MA - manure, WC - wooden coal, LM dolomitic limestone. XD - Xanthonema cf. debile, H Heterococcus sp., BI - Botrydiopsis intercedens, NC - Noctoc cf. calcicola, KF Klebsormidium flaccidum, DC - Diplosphaera chodatii, C - Coenochloris sp., BM Bracteacoccus minor, PS Pseudococcomyxa simplex, CHS - Chlorella saccharophila, MB - Myrmecia bisecta, ES Elliptochloris subsphaerica, CHM Chlamydomonas macrostellata

testování toxicity na řasách závěry zelené řasy jsou schopné kolonizovat toxický výsypkový materiál zvýšení ph je důležitým faktorem pro růst a rozvoj řasového společenstva (sinice, Xanthophyta)

testování toxicity na vyšších rostliny pěstování Synapis alba na různě toxických substrátech 4 opakování měření délky kořene a hypokotylu vážení sušiny netoxický substrát toxický substrát Růst rostlin a řas na různě toxických substrátech délka hypokotylu 12 1 8 rostliny 6 řasy 4 2 CC1 CC2 CC3 CC4 TC1 TC2 TC3 TC4 TC5 VA1 VA2 VA3 VA4 2.9*1 5 3.6*1 5 s ubs trát (abundance řas ) 1.8*1 6

toxicita je relativní organizmy se liší svými nároky biologické testy pomáhají hodnotit toxicitu substrátů vzniklých po těžbě snaží se upřesnit požadavky jednotlivých organizmů přispívají ke zlepšení rekultivačních metod

Děkuji za pozornost