12. přednáška

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
Porovnání maximálních
rozlivů při povodni 1997
s plochami fluvizemí
v povodí řeky Moravy
ZTRÁTA ORGANICKÉ HMOTY
Světová bilance:
(údaje se mírně liší podle literárních pramenů)
(Janeček, VÚMOP, 1997)
Množství C v 109 t:
Půda
Půda Atmosféra Biomasa Oceány Ostatní
(org. C) (anorg. C)
souše
1.500-1.600 700-1.000
700-760 450-550 38.000
150
Uhlík v organické hmotě
Obsahy C v různých ekosystémech
250
200
1 Pg
(petagram)
= 1015 g
228
150
109
100
26
50
84
27
9
0
-50
-100
130
Jehličnatý
les
Listnatý
les
Travní
porost
Obsah OH (%)
Tropické půdy (Oxisols, Ferralsols)
1-2
Písčité půdy (Psamments, Arenosols)
<1
Zamokřené půdy (Aquepts, Gleys)
10
5-6
Nadzemní biomasa
Půda
Obsah a kvalita OH
v některých půdách ČR
Půdní jednotka
Skupina půd
Typické prérijní půdy (Mollisols,
Chernozems)
104
182 192
Savana
Tropický
prales
-200
149
185
Tundra
-150
Obsah OH v půdě
Rozložení organického C
v půdním profilu
Humus (%)
HK : FK
Černozem
2,6
2,4
Hnědozem
1,8
1,1
Luvizem
1,7
0,9
Pseudoglej
2,2
0,7
Kambizem eutrofní
2,5
0,7
Kryptopodzol
5,4
0,6
2
Množství OH z rostlin
Plodina
Bilance C
Suchá hmota
rostlinných zbytků (t/ha)
8,2
Vojtěška
Jetel luční
5,2
Pšenice ozimá
3,1
Ječmen jarní
2,5
Brambory
0,9
Cukrovka
0,9
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., 2007)
Vliv klimatu (teploty)
na vytváření zásob půdního uhlíku
maximum
Vliv klimatu
na zásoby
půdního C
v Evropě
relativní rychlost
produktivita
(Buckman a Brady, 1960)
rozklad
maximální
SOC zásoba
chladné
teplota
horké
3
Obsah organického
C ve svrchních
půdních
horizontech
v Evropě
Sekvestrace uhlíku
= snaha dlouhodobě zvýšit obsah
organické hmoty v půdě
Způsoby:
‡
‡
(Jones et al., 2003)
‡
omezení mineralizace
omezení eroze
dodávka OH do půdy
Problémy:
‡
‡
‡
Důvody studia koloběhu C v agroekosystémech
nedostatek a ztráty OH
pomalý proces
přesvědčení společnosti
DESERTIFIKACE PŮD
Janzen, 2004
Desertifikace půd
‡
při nevhodném využívání
Desertifikace půd
Dezertifikace - Španělsko
4
Desertifikace půd
Oblasti ČR s půdami
postihovanými suchem
Dezertifikace - Španělsko
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
SALINIZACE (ZASOLENÍ)
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
-
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
(hloubkové) kypření půdy
5
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, MgCl2, CaCl2)
síranové (Na2SO4)
(sodové Na2CO3)
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
Kontaminace půd
Funkce půdy z hlediska chování polutantů:
‡
Rizikové prvky:
‡
‡
přirozený i antropogenní původ
nemohou být zcela rozloženy
Cizorodé organické látky:
‡
‡
převážně antropogenní původ
možnost rozkladu (mikroorganismy)
‡
‡
filtrační
„ zadržení
pufrační
„ imobilizace, omezení přístupnosti
transformační
„ mineralizace OL
„ přeměna forem RP
Ostatní:
‡
‡
radioaktivita
zasolení, dusičnany …
6
Kontaminace půd
Původ RP v půdě
Druhy kontaminace:
‡
bodová
rozptýlená (difusní)
‡
litogenní (geogenní)
antropogenní
‡
(pedogenní)
‡
‡
‡
Indikace kontaminace:
‡
‡
‡
‡
mikrobní činnost
rostlinné indikátory
magnetometrické metody (RP)
chemické analýzy
Určení původu:
problém:
nízká specifičnost
‡
‡
‡
‡
Relativní podíl antropogenních zdrojů RP
v zemědělských půdách UK (Adriano, 2001)
As
Cd
Cr
‡
‡
‡
‡
Hg
Zn
Ni
rozložení v půdním profilu
plošné rozložení
podíl mobilních forem
isotopické složení
Přeměny RP v půdě
Cu
‡
Pb
bodové x rozptýlené (difusní) zdroje
‡
‡
‡
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
Míra zadržení v půdě:
Hnůj
Atm. depozice
Kaly
Prům. odpady
Formy RP v půdě
„
„
‡
‡
‡
‡
‡
‡
Pb > Sb > Cu > Cr > Zn > Ni > Co > Cd
Hnojiva
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
Formy
Vliv
As
AsO43-
toxický pro rostliny i živočichy
Be
Be2+
toxické pro rostliny i živočichy
Cd
Cd2+
toxický pro živočichy
Co
Co2+
Cr
Cr3+, CrO42-
živina pro rostliny i živočichy
živina pro živočichy, Cr6+ karcinogenní
Cu
Cu2+
Hg
Hg2+, (CH3)2Hg
Mo
MoO42-
živina pro rostliny i živočichy, toxický pro r. i ž.
živina pro rostliny i živočichy, toxický pro r. i ž.
živina pro rostliny i živočichy, toxická pro r. i ž.
toxická pro živočichy
Ni
Ni2+
Pb
Pb2+
Se
SeO42-
Sn
Sn4+
živina pro živočichy, toxický pro ž.
Zn
Zn2+
živina pro rostliny i živočichy, toxický pro r. i ž.
toxické pro rostliny i živočichy
živina pro živočichy, toxický pro rostliny i ž.
7
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
‡
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
Biologická rozložitelnost organických
polutantů v AE podmínkách
Snadná:
„
„
„
„
ropné uhlovodíky (benzen, toluen, etylen, xylene,
benzín)
těkavé org. sloučeniny (tri- a perchloretylen)
pesticidy
organická rozpouštědla
Radionuklidy v půdě
‡
Formy výskytu:
‡
‡
‡
‡
PCB
PAU (polyaromatické uhlovodíky)
běžné reakce a procesy podle chemické a fyzikální
povahy
radioaktivní rozpad
Chování organických polutantů v půdě
Faktory:
– vlastnosti POXL:
‡
‡
‡
‡
rozpustnost a mobilita
sorbovatelnost
rozložitelnost
toxicita
Procesy:
‡
‡
‡
‡
akumulace
sorpce a desorpce
příjem organismy
rozklad
„
„
– vlastnosti půdy:
‡
‡
‡
‡
‡
zrnitost, obsah jílu
pH
obsah a kvalita OH
sorpční schopnosti
biologická činnost
„
‡
‡
‡
chemický rozklad
biodegradace
fotolýza
odpaření
vymytí
smyv a eroze
Kritéria kontaminace půdy
Nutno zohlednit:
‡
potenciální nebezpečí
„
‡
„
„
„
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:
„
„
‡
fyto-, zoo-, humanotoxicita
transferovou cestu a využití půdy
„
Obtížná:
„
kationty, oxyanionty, halidy
organické komplexy a sloučeniny
Chování:
‡
„
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
půdní druh, organická hmota
pH, sorpční vlastnosti
použité analytické metody
Jednoduchá kritéria:
‡
vyhl. MŽP č. 13/1994 Sb.
8
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
30,0
30,0
4,5
4,5
Be
7,0
7,0
2,0
2,0
Cd
0,4
1,0
0,4
1,0
Co
25,0
50,0
10,0
25,0
Cr
100,0
200,0
40,0
40,0
Cu
60,0
100,0
30,0
50,0
Hg
0,6
0,8
-
-
Mo
5,0
5,0
5,0
5,0
Ni
60,0
80,0
15,0
25,0
Pb
100,0
140,0
50,0
70,0
V
150,0
220,0
20,0
50,0
Zn
130,0
200,0
50,0
100,0
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
0,8
Rizikové prvky:
‡ Příbramsko (Pb, Zb, Cd …)
‡ Kutnohorsko (As)
Cr
0,6
Cu
0,4
0,2
Kontaminace není v ČR hlavním problémem degradace půdy
ani nelze hovořit o celoplošném znečištění!
Co
Be
30
60
90
120 Kilometers
Hg
MAP OF BACKGROUND CONTENTS OF TRACE ELEMENTS
IN SOILS OF CZECH REPUBLIC:
Elements - Co, Cr, Ni, V , Mn, Cu
Content
Rivers
Towns
30
Scale 1:1.300.000
V
very low
low
medium low
medium
high
very high
extremes
non classified
Content
Low
Medium low
Medium
Increased
High
Non classified
0
Zn
0
MAP OF BACKGROUND CONTENTS OF TRACE ELEMENTS
IN SOILS OF CZECH REPUBLIC:
Element - Zn
30
Pb
0
30
60
90
120 Kilometers
Scale 1:1.300.000
9
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
30
MAP OF SOIL VULNERABILITY TO POLLUTION BY LEAD
0
30
60
90
120 Kilometers
Scale 1:1.300.000
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
50
30
0
30
60
90
120 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
0
50
100
150
200 Kilometers
Scale 1:1.300.000
Metody remediace půdy
„
fyzikální
‡
‡
‡
‡
„
chemické
‡
‡
‡
„
odtěžení, překrytí, izolace
separace
elektrokinetické metody
spalování, tavení, vitrifikace apod.
extrakce
imobilizace
chemická degradace
biologické
‡
‡
‡
fytoextrakce
fytostabilizace
bioremediace
10