Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
ENV007
Vzorkování a základní chemické a biologické
analýzy v hodnocení životního prostředí
podzim 2012
Analýzy a testy půd
doc. RNDr. Jakub Hofman, Ph.D.
hofman@recetox.muni.cz
Půda
Význam půdy
 Klíčová složka přírody, krajiny
 Neobnovitelný přírodní zdroj
 Množství nenahraditelných funkcí v terestrických
ekosystémech
 Produkční schopnosti půdy - základna (substrát) pro růst
rostlin, nadána úrodností, zásobárna makro- a mikroelementů
a živin, tvorba humusu
 Základní článek (počátek i konec) potravního řetězce a
cyklů prvků a látek v terestrických ekosystémech:
 vstup látek (i cizorodých) do potravních řetězců
 dekompoziční a mineralizační procesy v půdě
 Filtrační a dekontaminační prostředí - interakce s
atmosférou a hydrosférou (někdy naopak prostředí
akumulace)
 Pufrační schopnosti půdy a role v hydrologickém cyklu
 Zásobárna biodiverzity (soil metagenome)
Vlastnosti a atributy půdy
 vlastnosti půd souvisí s jejich funkcemi, jejich změny mohou změnit půdní
funkce
 vlastnosti jsou chápány jako charakteristiky měřitelné v přesných termínech
a mírách, například textura, barva, teplota, pH, obsah C, biomasam
respirace apod. (budou probírány v části věnované pedologii)
 atributy půd jsou charakteristiky obtížně měřitelné, hůře definovatelné
 nejužívanější atributy půdy:
 úrodnost
 produktivita
 resilience
 biodiverzita
 kvalita a zdraví půdy
 někdy se sem řadí i struktura půdy
 lze sem zařadit i degradace půdy jako protipól kvality a zdraví
Vlastnosti půd
 Dělíme na fyzikální, chemické a biologické
 Podobně jsou rozděleny i indikátory půdní kvality
 Fyzikální vlastnosti: textura, struktura, specifická hmotnost, barva
a teplota půdy, vlhkostní poměry
 Chemické vlastnosti: elementární složení, minerální složení,
složení půdního roztoku a vzduchu, obsah a složení půdní organické
hmoty, stav půdních koloidů a půdního sorpčního komplexu, půdní
reakce, vodivost, redox potenciál
 Biologické vlastnosti: biomasa, počty, aktivita, přeměny dusíku,
struktura společenstva
 Technologické vlastnosti půdy: koheze, adheze, konzistence,
uléhavost, hutnost, orební odpor, bobtnání, kornatění, rozprašování
apod.
Fyzikálně - chemické vlastnosti půd
Sada parametrů při provádění rutinního monitoringu:
 zrnitost - půdní textura (obsah jílu, prachu, písku, půdní druh)
 pH [pH(H2O) a pH(KCl)]
 CEC (kationtová výměnná kapacita, obsahy kationtů Ca, Mg, K a H)
 Nasycení sorpčního komplexu
 OM, Corg
 Ntot
 Q4/6 + parametry humusu (HA:FA, cHL)
 ……
Např. Úrodnost půdy
 pseudo-hodnocení půdní úrodnosti = orientační stanovení rozpětí
optimálních hodnot hlavních agrochemických vlastností z hlediska
půdní úrodnosti - obsah organických látek, půdní reakce a obsah živin
Vlastnost Rozpětí hodnot Druh rozboru
Obsah humusu 1 - 3 % celkový
Kvalita humusu 1 - 3
poměr hum.kyseliny-
fulvokyseliny
Kvalita humusu 10 poměr C : N
N minerální 20 - 50 mg.kg-1 NH 4
+ + NO3
Ca
500 - 4000 mg.kg-1 výměnný
Fe 8 - 75 mg.kg-1 výluh DTPA
pH 5,5 - 7,6 výměnné
Indikátory půdní kvality
Musí vyhovovat těmto kritériím:
 korelace s procesy v ekosystémech (modelování)
 musí zahrnovat všechny (většinu) vlastnosti půd a tak být použitelné
pro odhad vlastností, které se nedají snadno měřit
 musí být snadno měřitelné v terénu
 musí být citlivé na změny technologií a přírodních poměrů (klima),
avšak necitlivé na krátkodobé změny,
 soubor indikátorů musí zahrnovat již sledované charakteristiky
Pankhurst, C.E., Doube, B.M., Gupta, V.V.S.R. (1997): Biological indicators of soil health. CAB
International, Wallingford. ISBN 0851991580.
Doran, J. W., Parkin, T. B. (1994): Defining and assessing soil quality. In: Defining soil quality for a
sustainable environment. SSSA special publication number 35. SSSA, Inc., American Society of Agronomy,
Inc. Madison, Wisconsin, USA, 1994, pp. 3 – 21.
Sáňka, M., Materna, J. (2004): Indikátory kvality zemědělských a lesních půd ČR. Edice Planeta. Odborný
časopis pro životní prostředí. Ročník XII, číslo 11/2004, ISSN 1213-3393.
Indikátory půdní kvality
 Příklad souboru vlastností půd využitelných jako indikátory kvality a
zdraví půdy a vztah indikátorů k funkcím půdy
Doran, J.W. and Jones, A.J. (1996): Methods for assessing soil quality. SSSA Special Publication Number 49. Soil Science Society of America, Inc., Madison.
Degradace půdy
 eroze půdy (vodní, větrná)
 acidifikace půdy,
 salinizace a alkalizace půdy,
 degradace fyzikálních vlastností půdy (poškození struktury, utužení,
slévavost povrchu),
 extrémní vodní režim (přemokření, zaplavení, sucho)
 biologická degradace (snížení obsahu a kvality POH, poškození
populací organismů),
 nežádoucí změny obsahu živin v půdě (vyplavování, imobilizace)
 snížení pufrační schopnosti (poškození SK) a znečištění polutanty
Půdní kontaminace, polutanty
 Polutanty – prvky či látky přirozeného či antropogenního původu,
jejichž koncentrace se stala přirozeně, či vlivem člověka zvýšenou
natolik, že působí škodlivé účinky
 Většinou chemické látky poškozující zdraví organismů či
fungování společenstev a ekosystémů
 Cizorodé látky (xenobiotika) – ty, které nemají přirozený původ
 Skupiny polutantů (tedy i půdních):
 Plyny (SO2, NOx, O3 …)
 Prach, saze, částice
 Minerální sloučeniny N, P, S …..
 Těžké kovy, hliník a další kovy, azbest ….
 Organické sloučeniny (pesticidy, ropné látky, PCBs, PAHs, VOCs …
 Radionuklidy
Politika a legislativa ochrany půd
 Ochrana půdy musí být zakotvena v mezinárodní i národní politice a legislativě
 Potřeba tvorby ucelených strategií jak evidovat, hodnotit a sanovat
kontaminované oblasti
 Potřeba účinné legislativy fungující jako systém preventivní ochrany půd
před kontaminací
Nejčastější tři přístupy:
 definováním limitních obsahů kontaminantů v půdách
 definováním limitních obsahů kontaminantů ve vstupech do půd
 definováním rizik pro nové chemické látky a biocidy
 Výsledkem by mělo být zabránění další kontaminaci, zhodnocení stavu půd,
vyhodnocení rizik a náprava situace do stavu akceptovaného rizika
 Potřeba implementovat moderní metody hodnocení humánních i ekologických
rizik (příklad vyspělého systému je v Holandsku)
 Potřeba zapojit moderní nástroje půdní ekotoxikologie (hodnocení
biodostupnosti a biotesty)
Limitní obsahy polutantů v půdě ČR
 Vyhláška č. 13/1994 Sb., o podrobnostech ochrany ZPF, vymezuje
limity obsahů rizikových prvků a rizikových látek v půdě
 pouze ZPF, neřeší půdy obecně, např. lesní půdy
 není podrobně specifikován postup v případě, že je zjištěno překročení limitů
 nejsou založeny na účinku
 jde pouze jeden stupeň hodnot maximálních přípustných obsahů
 lesní půdy řeší z části: zákon č. 289/1995 Sb., o lesích
 Existuje návrh nové hierarchické třístupňové soustavy limitů
(preventivní, indikační, asanační) reflektující rizika
 Limity pro hodnocení starých ekologických zátěží – kriteria MŽP z
roku 1996
Limitní obsahy polutantů v půdě ČR
Vyhláška č.13/1994 Sb., kterou se upravují některé podrobnosti ochrany
zemědělského půdního fondu. Příloha č.1.
Prvky
Maximálně přípustné hodnoty (mg.kg-1)
Výluh 2M HNO3 (1:10)
Celkový obsah
(rozklad lučavkou královskou)
lehké půdy ostatní půdy lehké půdy ostatní půdy
As 4,5 4,5 30,0 30,0
Be 2,0 2,0 7,0 7,0
Cd 0,4 1,0 0,4 1,0
Co 10,0 25,0 25,0 50,0
Cr 40,0 40,0 100,0 200,0
Cu 30,0 50,0 60,0 100,0
Hg - - 0,6 0,8
Mo 5,0 5,0 5,0 5,0
Ni 15,0 25,0 60,0 80,0
Pb 50,0 70,0 100,0 140,0
V 20,0 50,0 150,0 220,0
Zn 50,0 100,0 130,0 220,0
Limitní obsahy polutantů v půdě ČR
Ukazatel znečištění zeminy
Hodnota přípustného znečištění
(mg.kg -1sušiny)
I. Anorganické látky
B 40
Br 20
F 500
CN celkové 5
CN 1
S (sulfatická) 2
II. Organické látky
a) Aromatické uhlovodíky a jejich deriváty
benzen 0,05
etylbenzen 0,05
fenol 0,05
xyleny 0,05
aromáty celkem 0,3
b) Polycyklické aromatické uhlovodíky
antracen 0,01
benzo(a)antracen 1
benzo(a)pyren 0,1
fenatren 0,1
fluoranten 0,1
chrysen 0,01
naftalen 0,1
polycyklické aromatické uhlovodíky celkem 1
Limitní obsahy polutantů v půdě ČR
c) Chlorované uhlovodíky
alifatické (jednotlivé) 0,1
alifatické (celkem) 0,1
chlorobenzeny (jednotlivé) 0,01
chlorfenoly (jednotllivé) 0,01
PCB 0,01
EOCI (extrahovatelný organicky vázaný chlor) 0,1
d) Pesticidy
organické chlorované (jednotlivé) 0,01
organické chlorované (celkem) 0,1
ostatní (jednotlivé) 0,01
ostatní (celkem) 0,1
e) Ostatní
cyklohexanol 0,1
pyridin 0,1
styren 0,1
nepolární uhlovodíky (celkem) 50
Monitoring půd v ČR
Parametry stanovené jednorázově při založení pozorovací plochy
 identifikace a záznam informací o monitorovací ploše
 popis půdní sondy
 analýzy fyzikálních parametrů (kompletní rozbor porušených a neporušených
vzorků z půdní sondy)
Parametry sledované v šestileté periodě
 aktivní a výměnná půdní reakce
 obsahy přístupných živin - P, K, Mg, Ca analyzováno několika metodami
 obsahy mikroelementů (B, Mo, Mn, Zn, Cu, Fe)
 sorpční kapacita (S, T, V)
 obsah organické hmoty (Cox )
 obsahy rizikových prvků ve výluhu 2M HNO3 (As, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, V,
Zn) a extraktu lučavkou královskou (Al, As, Be, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn,
Mo, Ni, P, Pb, V, Zn) celkový obsah rtuti
Ročně sledované parametry
 obsah minerálního dusíku
 vybrané mikrobiologické a biochemické parametry
 obsahy vybraných organických polutantů (persistentní organochlorové pesticidy,
PCB, PAH)
 obsahy rizikových prvků v rostlinách na vybraném souboru ploch
Monitoring půd v ČR
Nové návrhy limitních hodnot*
 hierarchické třístupňové soustavy limitů
 Preventivní limit: pozaďové obsahy, při jejich překročení by mělo být
zabráněno dalším vstupům kontaminantů
 Indikační limit: nebezpečí zvýšeného přestupu kontaminantů z půdy do
rostlin, překročení kritických obsahů v rostlinné produkci, při jeho
překročení by měl být proveden výzkum na lokalitě s cílem zjistit
skutečné riziko
 asanační limit: nutné přistoupit k remediaci půd, buď snížením mobility,
biodostupnosti a rizikovosti či přímo odstraněním kontaminantů
 Zahrnutím rizika se tento nový systém podobá již některým vyspělých
zahraničním systémům (např. systému holandskému)
 podoba s kriterii znečištění zemin MŽP pro SEZ
* Sáňka, M., Němeček, J., Podlešáková, E., Vácha, R., Beneš, S. (2002): Vypracování kritických
hodnot obsahů rizikových prvků a organických cizorodých látek v půdě a jejich příjem rostlinami z
hlediska ochrany kvality a kvantity zemědělské produkce. Zpráva MŽP, 2002, s. 1 – 60.
* Sáňka, M. a Vácha, R. (2006): Hodnocení limitů rizikových látek pro půdy v normativních předpisech
ČR a vybraných evropských zemí. Vstupní studie pro účely aktualizace legislativy v ochraně půdy se
zvláštním zřetelem na organické rizikové látky. MŽP.
Limitní hodnoty ČR
 kritéria znečištění zemin a podzemní vody z metodických pokynů
MŽP z 90. let
 Tato kritéria jsou použitelná zejména pro hodnocení městských a
průmyslových, antropogenně narušených půd v případech provádění
ekologických auditů a jsou stanovena s ohledem na ekologická a
zdravotní rizika.
Limitní obsahy polutantů v půdě
Věstník MŽP 3/1996: Metodický pokyn odboru pro ekologické škody MŽP - Kriteria
znečištění zemin a podzemní vody, Praha 1996. Příloha 1.
Kritéria A odpovídají přibližně přirozeným obsahům sledovaných lprvků (látek) v přírodě (v souvislosti s uzančně stanovenou
mezí citli­vosti analytického stanovení). Pokud kritéria A nejsou překročena, nejedná se o znečištění, ale o přirozené obsahy
sledovaných látek. Výjimku tvoří oblasti, kde je dokumentován přirozený výskyt sledovaných látek ve vyšších koncentracích (využití
výsledků prezentovaných v souboru map geochemických reaktivit hornin - ČGÚ Praha, 1995). Překročení kritérií A se posuzuje jako
znečištění příslušné složky životního prostředí vyjma oblastí s přirozeným vyšším obsahem sledovaných látek. Pokud však nejsou
překročena kritéria B, znečištění není pokládáno za tak významné, aby bylo nutné získat podrobnější údaje pro jeho posouzení,
tedy zahájit průzkum nebo znečištění monitorovat. Další postup je ponechán na rozhodnutí orgánu státní správy v místě, který
zváží další okolnosti, které s případem souvisí a může zahájit další šetření.
Kritéria B jsou uměle zavedená kritéria, která jsou pro sledované látky daná přibližně aritmetickým průměrem kritérií A a C.
Překročení kritérií B se posuzuje jako znečištění, které může mít negativní vliv na zdraví člověka a jednotlivé složky životního
prostředí. Je třeba shromáždit další údaje pro posouzení, zda se jedná o významnou ekologickou zátěž a jaká jsou rizika s ní
spojená. Kritéria B jsou tedy vytvořena jako intervenční hladiny, při jejichž překročení je nezbytné se znečištěním dále zabývat.
Překročení kritérií B vyžaduje předběžně hodnotit rizika plynoucí ze zjištěného znečištění, zjistit jeho zdroj a příčiny a podle
výsledku rozhodnout o dalším průzkumu či zahájení monitoringu.
Kriteria C: Při odvození kritérií C byly zohledněny fyzikálně-chemické, toxikologické, ekotoxikologické popř. další (např. senzorické)
vlastnosti látek. Kritéria C pro zeminu jsou uvedena pro jednotlivé typy plánovaného užití území (C-obyt., C-rekr., C-prům.). Pro
vyhodnocení analytických výsledků bylo v daném případě použito C-obyt (obytné využití území), tzn. využití území při kterém
mohou být lidé vystavení působení kontaminantů při bydlení. Při tomto využití se předpokládá, že člověk může strávit v daném
místě 350 dní v roce po dobu 30 let. Cestou vstupu kontaminantu do lidského organismu může být přímá expozice (např. použití
kontaminované vody, inhalace kontaminovaného prachu) tak nepřímá (např. konzumací pěstované zeleniny). Zvýšenou pozornost
je třeba věnovat odběru vzorků. Je nezbytné postupovat podle technických norem, v případě že takové normy neexistují, použíjí se
osvědčené metody podle vnitřních směrnic toho, kdo vzorek odebírá. Odkaz na vnitřní směrnice musí být uveden v protokolu o
provedeném odběru vzorků a směrnice musí být na vyžádání k dispozici.
Limitní obsahy polutantů v půdě ČR
Věstník MŽP 3/1996: Metodický pokyn odboru pro ekologické škody MŽP - Kriteria znečištění zemin a
podzemní vody, Praha 1996. Příloha 1.
ZEMINA - mg.kg-1
sušiny
A B C C C C
Kontaminant
obyt. rekr. prům. všestr.
I. Kovy
As 30 65 70 100 140 55
Ba 600 900 1000 2000 2800 625
Be 5 15 20 25 30
Cd 0,5 10 20 25 30 12
Co 25 180 300 350 450 240
Cr celk. 130 450 500 800 1000 380
Cr+6
2 12 20 25 50
Cu 70 500 600 1000 1500 190
Hg 0,4 2,5 10 15 20 10
Mo 0,8 50 100 160 240 100
Ni 60 180 250 300 500 210
Pb 80 250 300 500 800 300
Sb 1 25 40 50 80
Sn 15 200 300 400 600
V 180 340 450 500 550
Zn 150 1500 2500 3000 5000 720
Limitní obsahy polutantů v půdě ČR
ZEMINA - mg.kg-1
sušiny
A B C C C C
Kontaminant
obyt. rekr. prům. všestr.
II. Monocyklické aromatické uhlovodíky (nehalogenované)
benzen 0,03 0,5 0,8 1 5 1
ethylbenzen 0,04 25 50 60 75 50
toluen 0,03 50 100 120 150 100
xyleny 0,03 25 30 50 75 25
Suma jednosytných fenolů 0,05 25 50 60 120 50
styren 0,03 15 30 50 75 30
III. Polycyklické aromatické uhlovodíky
antracen 0,1 40 60 80 100
benzo(a)antracen 0,1 4 5 10 50
benzo(a)pyren 0,1 1,5 2 4 10
benzo(b)fluoranten 0,1 4 5 10 50
benzo(ghi)perylen 0,05 20 30 40 80
benzo(k)fluoranten 0,05 10 15 20 30
fluoranten 0,3 40 50 80 150
fenantren 0,15 30 40 60 100
chrysen 0,05 25 40 50 80
indeno(1,2,3cd)pyren 0,1 4 5 10 50
naftalen 0,05 40 60 80 100
pyren 0,2 40 60 80 100
PAHs celkem - suma výše uvedených PAHs bez antracenu, naftalenu a
benzo(b)fluorantenu
1 190 280 380 640
PAHs celkem 40
Limitní obsahy polutantů v půdě ČR
ZEMINA - mg.kg-1
sušiny
A B C C C C
Kontaminant
obyt. rekr. prům. všestr.
IV. Monocyklické aromatické uhlovodíky (halogenované)
jednotlivé chlorbenzeny (mimo dále uvedené) 0,05 2,5 3 5 10
chlorfenoly jednotlivě 0,05 1,5 2,5 4 10
V. Pesticidy organické (poly)chlorované
jednotlivé (rozumí se především aldrin, dieldrin, endrin, DDD, DDE,
DDT, chlordan, endosulfan, hexachlorobutadien, HCHs, heptachlor,
methoxychlor, pentachlornitrobenzen, toxaphen)
0,05 2 2,5 5 10 2,5
VI. Pesticidy ostatní
jednotlivé (rozumí se především organofosfáty, karbamáty, triaziny,
herbicidy na bázi chlorfenoxyoctových kyselin, halogenové alifatické
pesticidy, fenolové herbicidy, aromatické chloraminy, dithiokarbamáty,
sloučeniny na bázi organického cínu, halogenované aromatické
nitrosloučeniny)
0,05 3 4 7,5 12
VII. Chlorované alifatické uhlovodíky
jednotlivé mimo dále uvedené (rozumí se především 1,1-dichlorethan,
1,1,1-trichlorethan, 1,1,2-trichlorethan, 1,1,2,2-tetrachlorethan, 1-chlor-
2,3-epoxypropan, 2-chloro-1,3-butadien, hexachlorethan)
0,001 15 20 30 50
1,2-dichlorethan 0,001 15 20 30 50
1,1 dichlorethen 0,001 1,5
1.2-dichloretheny 0,001 15 20 30 40
dichlormethan 0,001 7 10 15 20
tetrachlorethen 0,001 1,5 2 3 5 2
tetrachlormethan 0,001 0,5 0,4 1 2 0,5
trichlorethen 0,001 10 15 20 40 15
trichlormethan 0,002 5 8 10 15 8
chlorethen (vinylchlorid) 0,001 0,1 0,12 0,25 1
Vlll. Ostatní alifatické uhlovodíky (směsné, nehalogenované)
Nepolární extrahovatelné uhlovodíky celkem 100 400 500 750 1000 500
IX. Ostatní aromatické uhlovodíky (halogenované)
PCBs (suma kongenerů PCB 28,52,101,118,138,153 a 180) 0,02 2,5 5 10 30 1
PCDDs/Fs (vyjádřeno v ng I-TEQ TeCDD.g-1
) 0,001 0,1 0,5 1 10
Limitní obsahy polutantů v půdě ČR
ZEMINA - mg.kg-1
sušiny
A B C C C C
Kontaminant
obyt. rekr. prům. všestr.
X. Ostatní
Anorganické látky
Br 20 160 200 300 500
Cl
F 500 1000 1200 1500 2000
kyanidy/thiokyanáty volné 1,5 8 10 15 30 20
kyanidy komplexotvorné pH < 5 7 100 150 500 700 150
kyanidy komplexotvorné pH ≥ 5 7 15 20 50 75 20
Organické látky
cyklohexanon 0,01 50 60 100 250
dinitrotoluen 0,1 3 5 7 15
flaláty celkem 0,01 30 40 60 80 40
hydrochinon 0,1 5 8 10 15
chlornaftalen 0,1 2,5 1 5 10
katechol 0,05 10 15 20 30
kresoly 0,05 2,5 3 5 10
nitrotoluen 0,1 4 5 10 20
pyridin 0,1 0,5 0,75 1 2,5 0,75
resorcinol 0,01 5 8 10 15
tetrahydrofuran 0,01 1 2 5 10 0,4
tetrahydrothiophen 0,1 30 40 60 100 90
trinitrotoluen (TNT) 0,1 1 2 5 10
Staré ekologické zátěže
 Systém evidence kontaminovaných míst (SEKM)
 zpřístupněn agenturou CENIA
 evidence zátěží životního prostředí, resp. kontaminovaných míst obecně
 obsahuje evidenci starých ekologických zátěží (SEZ)
 SEZ databáze průběžně aktualizována a kontinuálně doplňována o nové
lokality
Limitní hodnoty v EU
 každý evropský stát má ve své legislativě předpis
pro hodnocení kontaminace půd, přístup k řešení
této problematiky je však velmi rozdílný:
 různé systémy limitních hodnot (tzv. screening values, SCs)
 jednoduché i složitější metody rizikové analýzy
 přechodové stupně mezi limitními hodnotami a metodami rizikové
analýzy
Carlon, C. (2007): Derivation methods of soil screening values in Europe. A review and evaluation of
national procedures towards harmonization. European Commission, Joint Research Centre, Ispra, EUR
22805-EN, 306 pp.
HERACLES project: HUMAN AND ECOLOGICAL RISK ASSESSMENT FOR CONTAMINATED LAND IN
EUROPEAN MEMBER STATES. Towards the development of common references
Limitní hodnoty v EU
 nejvyspělejší systém limitních obsahů –
Holandsko - limity jsou stanoveny na základě
rizika:
 Maximum Permissible Concentration – MPC
 Negligible Concentration – NC
 vychází z dat o humánní toxicitě a ekotoxicitě
(zpracovány statistickými výpočty a
extrapolacemi a opatřeny bezpečnostními
faktory)
De Bruijn, J., Crommentuijn, T., van Leeuwen, K., van der Plassche, E., Sijm, D., van der Weiden, M.
(1999): Environmental Risk Limits in The Netherlands. RIVM Rapport 601640001. pp. 900.
De Vries, W. and Bakker, D.J. (1998): Manual for Calculating Critical Loads of Heavy Metals for
Terrestrial Ecosystems. Guidelines for Critical Limits, Calculation Methods and Input Data. Report 166.
DLO Winand Staring Centre, Wageningen, The Netherlands, 144 pp.
Regulace vstupů kontaminantů do půdy
 Legislativa pro
chemické látky a pesticidy
 Legislativa pro aplikaci hnojiv,
kalů ČOV a podobných materiálů
na půdu + legislativa odpadů
EU:
směrnice 91/414/EEC a 98/8/EC (biocidy)
nařízení 793/93/EC, směrnice 67/548/EEC (chemikálie)
směrnice 1907/2006/EC (REACH)
EU:
směrnice 91/689/EEC (odpady)
nařízení 2003/2003/EC (hnojiva)
směrnice 86/278/EEC (kaly ČOV)
ČR:
zákon 356/2003 Sb. a vyhláška 222/2004 Sb. (chemikálie)
vyhláška č. 329/2004 Sb. (pesticidy)
ČR:
vyhláška 474/2000 Sb. (hnojiva)
vyhláška 382/2001 Sb. (kaly ČOV)
vyhlášky 383/2001 Sb. a 294/2005 Sb. (odpady)
vyhláška 257/2009 Sb. (sedimenty)
Preventivní ochrana půdy před vstupy - kombinace
limitů, hodnocení rizika a nově i ekotoxikologie
Vstupy ve hnojivech
 MZe (1998): Zákon č. 156/1998 Sb., o hnojivech, pomocných
půdních látkách, pomocných rostlinných přípravcích a substrátech a o
agrochemickém zkoušení zemědělských půd (zákon o hnojivech), ve
znění pozdějších předpisů.
 MZe (2000): Vyhláška č. 474/2000 Sb., o stanovení požadavků na
hnojiva.
 Mze(1998): Vyhláška č. 275/1998 Sb., o agrochemickém zkoušení
zemědělských půd a zjišťování půdních vlastností lesních pozemků,
ve znění pozdějších předpisů.
 MZe (2009): Vyhláška 257/2009 S., o používání sedimentů na
zemědělské půdě.
Vstupy ve hnojivech
Vstupy ve hnojivech
Vstupy v sedimentu
 Limitní hodnoty rizikových prvků a rizikových látek v sedimentu a
v půdě, na kterou má být sediment použit (mg/kg sušiny)
mg/kg Sediment
Půda
Běžné půdy
Lehké půdy
(písky, hlinité
písky,
štěrkopísky)
As 30 20 15
Be 5 2 1.5
Cd 1 0.5 0.4
Co 30 30 20
Cr 200 90 55
Cu 100 60 45
Hg 0.8 0.3 0.3
Ni 80 50 45
Pb 100 60 55
V 180 130 120
Zn 300 120 105
BTEX 0.4 - PAHs
6 1 1
PCBs 0.2 0.02 0.02
C10 – C40 300 - DDT
0.1 - -
Vyhláška 257/2009 Sb.
 Před testy s roupicemi a vyššími rostlinami jsou reprezentativní vzorek
sedimentu i reprezentativní vzorek referenční půdy (půda, na kterou má
být sediment použit) vysušeny při laboratorní teplotě, zhomogenizovány a
přesáty přes síto 2 či 4 mm.
 Pro testy inhibice nitrifikace je referenční půdou nekontaminovaná půda
splňující požadavky ISO 15685 (2004) a jak sediment tak referenční půda
jsou vzorkovány, zpracovány a skladovány v souladu s ISO 10381-6
(2009): v přirozené vlhkosti, přes 2 mm síto, uchování v 4 °C maximálně
dva týdny.
 Před testováním se hodnocený sediment smíchá s půdou v objemovém
poměru 1:3, který vychází z maximálního povoleného poměru výšky
použitého sedimentu a orničního profilu v vyhlášce.
ISO 16387 (2004) ISO 11267 (1999)11269-1 (1993) ISO 15685 (2004)
Kaly ČOV
 Vyhláška 382/2001 Sb., o podmínkách použití upravených kalů na
zemědělské půdě (prováděcí vyhláška k zákonu 185/2001 Sb. o
odpadech)
Běžné půdy = mají více než 10% částic jílu (< 10 µm)
Vstupy kontaminantů do půdy z odpadu
 Vysoká produkce odpadů  jeden z hlavních environmentálních
problémů v ČR, EU a na celém světě
 EU*: za cca 1,3 miliardy tun odpadů, z toho cca 40 milionů tun odpad
nebezpečný, plus cca 0,7 miliardy zemědělského odpadu
 tato množství v čase narůstají, například množství komunálního
odpadu se do roku 2020 zvýší o dalších 25%
 takové množství odpadu a jeho zpracování má logicky rozsáhlé
dopady na životní prostředí
 EEA**: 50–60 % odpadu spáleno či skládkováno (v ČR cca 70-80%)
* http://ec.europa.eu/environment/waste/index.htm
** http://www.eea.europa.eu/themes/waste
Vstupy kontaminantů do půdy z odpadu
 MŽP (2001a): Zákon č. 185/2001 Sb., o odpadech a o změně
některých dalších zákonů.
 MŽP (2001c): Vyhláška č. 376/2001 Sb.,o hodnocení nebezpečných
vlastností odpadů.
 MŽP (2001d): Vyhláška č. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s
odpady.
 MŽP (2005): Vyhláška č. 294/2005 Sb., o podmínkách ukládání
odpadů na skládky a jejich využívání na povrchu terénu a změně
vyhlášky č. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady.
Vstupy kontaminantů do půdy z odpadu
Vstupy kontaminantů do půdy z odpadu
Vstupy kontaminantů do půdy z odpadu
Vyhláška č. 341/2008 Sb., o podrobnostech nakládání s biologicky rozložitelnými
odpady a o změně vyhlášky č. 294/2005 Sb., o podmínkách ukládání odpadů na
skládky a jejich využívání na povrchu terénu a změně vyhlášky č. 383/2001 Sb., o
podrobnostech nakládání s odpady (vyhláška o podrobnostech nakládání s biologicky
rozložitelnými odpady).
Příprava nové legislativy odpadů v ČR
 Aktivity CeHO
MZP0002071102 - Výzkum pro hospodaření s odpady v rámci ochrany
životního prostředí a udržitelného rozvoje
 Porovnání 18 testů na 18 odpadech
 Vybraná sada testů:
 Test toxicity na perloočkách: ČSN EN ISO 6341
 Test toxicity na řasách: ČSN EN ISO 8692
 Test zhášení bioluminiscence baktérií: ČSN EN ISO 11348-1-3
 Test reprodukční toxicity na chvostoskocích: ISO 11267
 Test reprodukční toxicity na roupicích: ISO 16387
 Test inhibice růstu kořenů suchozemských rostlin: ISO 11269-1
ISO 11269-1 (1993)
ISO 16387 (2004)
ISO 11267 (1999)
Ekotoxikologické testy
CHEMICKÉ ANALÝZY samotné NEDOKÁŽOU postihnout reálné
riziko pro živé organismy:
1) reálná expozice se liší podle biodostupnosti toxických prvků a látek
v dané situaci,
2) jde vždy o směs toxikantů, která působí jinak než jednotlivé
toxikanty zvášť
3) Negativní vlivy matrice samotné bez ohledu na obsah toxikantů na
živé organismy či interakce vlivu matrice s efekty toxikantů
4) spektrum analytických metod (tedy i limitních hodnot) je omezené a
ve vzorku mohou být přítomny neanalyzované významně toxické
látky.
PŘEDNOSTI chem. analýz
- Reprodukovatelnost, standardizovanost
- Exaktní číselné výstupy srozumitelné laikům: využití v zákonech
Proč testy kontaktní (půdní) ?
 Účinky na půdní organismy exponované v pevné matrici nelze
zcela extrapolovat z testů akvatických
 Do hry vstupuje významně osud kontaminantu v půdním prostředí,
vliv na reálnou biodostupnost pro půdní organismy
 Nezanedbatelné vlivy samotné matrice (např. nevhodné fyz.chem.
vlastnosti, kombinace s toxicitou)
Roupice
Chov roupic
 Enchytraeidae mohou být poměrně bez problémů chovány v laboratorních podmínkách ve směsi
artificiální půdy a zahradní zeminy (1:1) či ve směsi rašeliny a standardní přirozené půdy LUFA
2.2, či prostě jen v zahradním substrátu < 2mm
 E. crypticus lze chovat na agaru
 v každém případě, by použitá půda měla být zbavena fauny (např. opakované silné zmrazení a
roztátí) a zejména by neměla obsahovat polutanty a mít vhodné vlastnosti (zejména pH)
 pro vhodnost substrátu lze provést i předběžný test (cca 2 týdny), kde jsou indikátory
nevhodného substrátu behaviorální změny (roupice pohybující se pouze po povrchu půdy či
snažící se uniknout z nádoby), nevyskytující se juvenilní jedinci a částečky zeminy ulpívající na
roupicích
 V optimálních podmínkách vytváří pohlavně se rozmnožující roupice po rozmnožování (optimální
teplota do 25 °C) kokon obsahující průměrně 5 - 15 vajíček. Po 1 – 3 týdnech se vylíhnou cca 1
mm (15 - 20 segmentů) velcí juvenilní jedinci, kteří dospívají v závislosti na podmínkách po 3 až
6 týdnech (důležitá teplota jejíž optimum leží mezi 5 - 25 °C). Počet segmentů a jejich počet
přibývá s věkem. Za dospělé lze považovat tehdy, vyvinul-li se zcela rozmnožovací systém.
 Nepohlavní (asexuální) rozmnožování u roupic (např. u Cognettia sphagnetorum) spočívá ve
fragmentaci na 3 - 14 částí (asi po pěti segmentech), které dorůstají v hotové jedince asi za 10
dnů. Počet segmentů je často užíván pro určení stejně starých jedinců. Toto určení je důležité
pro standardizaci jedinců, kteří vstupují do vlastního testu.
Chov roupic
Enchytraeus albidus
ERT
OECD Guideline for testing of Chemicals. 220 (2004): Enchytraeidae
reproduction test
ISO 16387 (2004) Soil quality -- Effects of pollutants on Enchytraeidae --
Determination of effects on reproduction and survival
 dospělé roupice (10 jedinců) jsou exponovány chemikálii smíchané s
artificiální půdou OECD v nádobkách ze skla či inertního materiálu (cca 20
g půdy)
 test lze rozdělit na předběžný test, kdy hledáme rozmezí používaných
koncentrací a finální test, jehož výstupem má být funkce závislosti
účinků na koncentraci testované substance (0,1 - 1000 mg/kg)
 v předběžném testu je mortalita hlavní endpoint hodnocený po 2 týdnech.
 u finálního testu jsou hodnoceny přežití dospělců po 6 týdnech (mortalita
- akutní test) a počty juvenilních jedinců na jednoho dospělce
(reprodukce - reprodukční test) tak, že po 3 týdnech jsou dospělí červi
odstraněni z půdy a pozorovány jejich morfologické změny a po dalších
třech týdnech je sledován počet potomků vylíhlých z kokonů
ERT
 design testu podobný akutnímu testu na žížalách OECD - 5
koncentrací po 4 opakováních a kontrolní varianty (bez chemické
látky, na rozpouštědlo apod.). Výstupem z tohoto designu je NOEC,
zatímco použijeme-li více koncentrací (např. 12) lze počítat i ECXX
 test je prováděn na artificiální půdě, které je v každé nádobce asi 20g sušiny
 podmínky testu: optimální teplota (20 °C), vlhkost (40 - 60% WHC), osvětlení
(perioda 16:8, 400-800 lux)
 10 dospělých jedinců (opasek s tečkami vajíček)
 každý týden s výjimkou prvního týdne po odstranění dospělců je přidávána
potrava (cca 1,2 mg ovesných vloček na g půdy).
 měřeným endpointem v testu na reprodukci (ERT) je fekundita, ale
zaznamenávány mohou být také mortalita, behaviorální změny apod.
 místo AS lze užít i normální půdu, kterou předtím defaunizujeme
 test lze provádět i v reálných půdách jako test na toxicitu
kontaminace těchto půd
ERT
 pro extrakci juvenilních jedinců na konci ERT byla vyvinuta metoda mokré
extrakce (půda na sítu je ponořena do vody a po 3 dnech jsou červi ve
vodě), fixují se etanolem
 Metoda barvení (1% bengalská červeň v etanolu po 12 hodinách), nebo
extrakce Ludoxem, barvení bělobou a foto
ERT
 Pozorování morfologických změn lze provádět na petriho miskách.
 Jedinci jsou asi 12 hodin necháni na miskách v chladu, čímž dojde k vyčištění trávící
soustavy.
 Jedinec je přemístěn do kapky vody na podložní sklíčko a přikryt krycím sklíčkem.
 Pozorování začíná na 100× zvětšení a detailní studium externích a interních struktur
provádíme při 400× zvětšení.
 Kontrola v testu (bez aplikace chemikálie i nosiče) má vykazovat
následující parametry:
 mortalita dospělců méně než 20% na konci testu,
 rozmnožení nejméně 25 juvenilních jedinců na 10 dospělců (pro E.c. je to 300
až 500)
 koeficient variance pro počet juvenilů méně než 50%.
 referenční látka - carbendazim (1,2±0,8mg/kg by mělo vyvolat EC50)
ERT
Chvostoskoci
Laboratorní testy
Kultivace
 na petriho miskách, či ve skleněných nádobách, kde je na dně štuková sádra (pH
6,4) a aktivní uhlí (pH 6-7) smíchané v poměru 8 až 10 ku 1, 100g směsi + 60-
100g vody = dostatečná vlhkost; uhlí pohlcuje exkrety
 tmavé pozadí umožňuje pozorování
 400ml plastové nádoby s 1cm vrstvou směsi; 20-22°C; 70-80% rel. vlhkost
vzduchu; 400-800lx
 potravou jsou kvasnice, houby (fusarium, verticillum, mortierella ...) párkrát týdně
 po 8týdnech je nutné přemístit do nové misky (tím se většinou spouští ovipozice)
Synchronizace
 shluk vajíček se přemístí do nové nádoby; po 48h. odstranit zbylá vajíčka a krmí se
juvenilové
 nebo čerstvě vylíhlí jedinci se dají do nové nádoby a po nakladení vajíček se
odstraní dospělci
manipulace pomocí exhaustoru dechového či automatického
Laboratorní testy
Laboratorní testy
ISO 11267:1999 Soil quality - Inhibition of reproduction of Collembola
(Folsomia candida) by soil pollutants
 postup může být použit pro testování látek (nejen pesticidů) a pro
srovnávání reálných půd
 pro NOEC přístup alespoň pět koncentrací s faktorem menším než 2 a pro ECx přístup
alespoň 12 koncentrací
 dělá se předběžný test (2týdny) a finální test
 30g AS + na počátku 2mg sušených kvasnic + 10 jedinců F.c. (10-12 dní staré) a zavřít
nádobky těsně
 po 28 dnech (případně po době, než se vylíhnou potomci z vajíček nakladených dospělci)
se sleduje přežití a potomstvo (F1)
 flotační metoda na konci pokusu
 endpointy jsou reprodukce (produkce vajíček), růst, změny v chování, přežití
 REFERENČNÍ LÁTKA: Betanal plus (160g/L Phenmedipham) či E605 forte (507,5g/L
Parathion) efekt na reprodukci 100-200mg první látky a 0,1-0,18mg druhé
 VALIDITA TESTU: v kontrole ne více než 20% mortalita a minimum 100 juvenilů na jednu
testovací nádobu
Laboratorní testy
ISO 11267:1999 Soil quality - Inhibition of reproduction of Collembola
(Folsomia candida) by soil pollutants
 posouzení vlivu kontaminace půd na reprodukci chvostoskoků
 nutná kontrola, s níž můžeme srovnávat
 u půd je nutno změřit a evidovat pH, CEC, Corg, texturu, hustotu,
vlhkost, WHC, obsah mikrobiální biomasy
 postup stejný jako u testování látek (10 chvostoskoků do nádoby
atd.)
Laboratorní testy
 flotační metoda + barvení + fotografie + analýza obrazu
 UTHSCSA Image Tool for Windows
 http://ddsdx.uthscsa.edu/dig/itdesc.html
Laboratorní testy
Rostliny
Test s růstem kořene salátu Lactuca sativa
 ISO 11269-1(1993): Soil quality -Determination of the effects of pollutants on soil
flora – Part1: Method for the measurement of inhibition of root growth
 právoplatný terestrický test, akutní toxicita
 v ČR v MP pro hodnocení ekotoxicity odpadů se užívá modifikovaná metoda
 Měří se délka kořenů předklíčeného salátu v kontrole a zkoušeném vzorku po 5 dnech
inkubace
 Ekotoxicita vzorku je stanovena jako statisticky významný rozdíl v délce kořenů
zkoušeného vzorku ve srovnání s kontrolou, popř. se stanoví hodnota EC50 z křivky
dávka – odpověď
 Lactuca sativa var. capitata, Salát hlávkový k rychlení Safír
 Pro zkoušku se vybírají nepoškozená semena
stejné velikosti, chemicky neošetřená
 Předklíčení semen - na vrstvě filtračního papíru
zvlhčené demineralizovanou vodou po dobu
36h až 48h, při laboratorní teplotě bez regulace
osvětlení
 Pro zkoušku se vybírají naklíčená semena
s kořínkem, který je kratší než 2 mm
Test s růstem kořene salátu Lactuca sativa
 Teplota: 24°C ± 2°C
 pH: 6,0 – 8,0
 doba expozice: 120h ± 2h
 množství vzorku: 200 až 300 g vlhkého vzorku na zkušební nádobu
 počet zkoušených semen – 15 předklíčených semen v jedné
zkušební nádobě
 počet paralelních stanovení: 3 až 5
 ostatní podmínky - bez osvětlení
 Do nádoby se naváží 200 až 300 g zkoušeného vzorku nebo
kontroly se známou sušinou, zvlhčeného na hodnotu 70% ± 5 %
WHC
 Rozvrhne se pravoúhlá síť např. 5 x 3 bodů
 Do vytvořených jamek asi 1 cm hlubokých se pinzetou rovnoměrně
rozmístí po 15 naklíčených semenech kořínkem směrem dolu
 Semena se k zemině přitlačí, zeminou se nezakrývají a takto
připravené nádoby uzavřené víčkem se umístí do termostatu
s teplotou 24°C ± 2 °C bez přístupu světla
 Po 5 dnech se salát šetrně oddělí od vzorku a změří se a
zaznamenává délka kořenů ve zkoušeném vzorku a v kontrole s
přesností na 1 mm
Mikroorganismy
Nitrifikace
 významný proces, umožňuje mobilitu dusíku v půdě
Dva kroky:
I. HN4
+ + O2 + 2H+  NH2OH + H2O  NO2
- + 5H+
∆G = -66 kcal
II. NO2
- + 0,5O2  NO3∆G
= -18 kcal
 oba kroky jsou striktně aerobní
 zastává jej jen několik rodů, v půdě první krok
např rod Nitrosomonas, Nitrococcus
a druhý krok např. rod Nitrobacter
 zdrojem uhlíku je pak CO2
 enzym pro první krok je amoniak monooxygenáza (AMO),
která má širokou substrátovou specifitu a může
kometabolicky oxidovat i některé polutanty
např. TCE či alkany až do C8
– využití při bioremediacích !!!
Nitrifikace
Potenciální nitrifikace (SNA) (NEA - nitrifier enzyme activity)
(potential amonium oxidation - PAO)
 ISO 15685 (2004): Soil quality - Determination of potential nitrification - Rapid
test by ammonium oxidation
• půda je inkubována v pufrované suspenzi s roztokem chlorečnanu sodného (inhibuje
oxidaci dusitanů na dusičnany) s přídavkem saturujícího množství síranu amonného
(substrát pro oxidaci amoniaku na dusitany)
• po 6 hod či déle, eventuálně každé 2 hodiny se měří koncentrace NO2•
koncentrace dusitanů se měří po extrakci KCl spektrofotometricky reakcí s sulfanilamid a
Griess-Ilosvay činidlem = N-(1–naftyl)ethylen-diamin dihydrochlorid
• jako referenční látku lze užít nitrapyrin