RECETOX, Masaryk University, Brno, CR holoubek@recetox.muni.cz; http://recetox.muni.cz Ivan Holoubek, Josef Zeman Chemie životního prostředí II – Znečištění složek prostředí Pedosféra (01) Základní charakteristiky Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky 2Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz „Půda je přírodní útvar, který se vyvíjí z povrchových zvětralin kůry zemské a ze zbytků ústrojenců a jehož stavba a složení jsou výsledkem podnebí a jiných faktorů půdotvorných“. V. Novák Současnost – ve značné míře výtvor antropogenní Půda:  „nezničitelná“ – její kvalita se může lidskou činností měnit  je možné ji opakovaně využívat Pedosféra 3Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Půda:  rozhraní atmosféry, hydrosféry a litosféry  třífázový polydisperzní systém  substrát s genetickými horizonty  zóna intenzivní interakce mezi biosférou a geosférou  určuje řadu biologických i nebiologických koloběhů a toků látek a energie  reguluje biotické procesy  ovlivňuje chemickou, vlhkostní a teplotní bilanci atmosféry  reguluje hydrologické toky v krajině a chemické složení vod  nenahraditelný přírodní zdroj  základ potravního řetězce člověka  zajišťuje ochranu litosféry před destrukčními procesy Pedosféra 4Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Geochemie půdy  je vzácný přírodní zdroj, která je pro život stejně důležitá jako vzduch a voda a stejně tak je citlivá na znečistění posloupnost vrstev (půdní profil); složení je závislé na klimatu (T, srážky atd.), vegetaci, času, podložní hornině  zdrojem obilí, zeleniny a ovoce jsou rostliny, které rostou na půdě; jejich chemické složení: C, H, O. P, N, K, Na, Ca  rostliny extrahují tyto složky z půdy; každá má vlastní požadavky  „zdravá“ půda: kořeny snadno pronikají do půdy, vysoká výměnná kapacita, vhodné chemické podmínky (pH, Eh) = zásobník živin  organické látky (huminové a fulvo kyseliny = výměnná mista), důležitá součást půdy (regulace pH – karboxykyseliny, rychlá výměna ionů) 5Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Makrosložky, mikrosložky:  přítomny ve stopových koncentracích, důležité pro zvláštní procesy (transport kyslíku, transport elektronů)  nezbytné (esenciální) – nutné pro růst rostliny  doplňkové – jejich úloha je nejasná Prvek Symbol Chemická forma v půdě Vápník Ca Ca2+ Uhlík C HCO3 -, CO3 2Vodík H H+ Hořčík Mg Mg2+ Dusík N NO3 -, NH4 + Kyslík O HOFosfor P H2PO4-, HPO4 2Draslík K K+ Sodík Na Na+ Geochemie půdy 6Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Mikrosložky Prvek Symbol Chemická forma v půdě Bor B H3BO3 Chlor Cl ClMěď Cu Cu2+ Železo Fe Fe2+, Fe3+ Mangan Mn Mn2+ Molybden Mo MoO4 2Síra S SO4 2Zinek Zn Zn2+ Nezbytné - esenciální Prvek Symbol Chemická forma v půdě Hliník Al Al3+, Al(OH)2 + Kadmium Cd Cd2+ Kobalt Co Co2+ Olovo Pb Pb2+ Rtuť Hg Hg2+ Nikl Ni Ni2+ Selen Se SeO4 2Křemík Si SiO2 Doplňkové 7Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Půda - rozhraní atmosféry, hydrosféry a litosféry 8Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Základní funkce půd  tlumí nepříznivé vlivy využití i obhospodařování půd a vlivu průmyslu, dopravy a sídelních aglomerací:  filtrační funkce – znečišťující látky jsou půdou mechanicky zadržovány – hlavně částice pod 2 mm – ty mohou být důležité při zasakování vody,  pufrovací funkce – rozpustné látky jsou imobilizovány adsorpcí na půdu nebo tvorbou nerozpustných sraženin; vysokou pufrovací schopnost mají půdy s vysokým obsahem organické hmoty, jílových částic a oxidů Fe, Al,  transformační funkce – určena především aktivitou mikrobiální složky – mineralizace; oxidace, redukce, biomethylace, fotodestrukce na povrchu,  receptor škodlivin – sorpční, retenční a transportní procesy – imobilizace, snížení biodostupnosti, degradace. 9Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Základní funkce půd 10Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Pedosféra – negativní vlivy, tvorba Negativní vlivy se projevují:  degradací až destrukcí půdního pokryvu  ovlivněním vodního režimu krajiny  kontaminací až intoxikací půd Produkt dlouhodobého biofyzikálního přetváření hornin. Přeměna matečné horniny na půdu – 1 cm – 100 až 400 let. Přeměna = f (klimatických podmínek, druhu a množství půdních mikroorganismů, vegetačního krytu, reliéfu, a podloží, činnosti člověka) 11Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Složky půdního systému Abiotické:  tuhá fáze – zbytky matečné horniny z větší části chemicky a fyzikálně přeměněné procesem zvětrávání; nejdůležitější anorganickou složkou jsou jílové minerály –výměna iontů, adsorpce; 35 – 45 % objemu půdy;  kapalná fáze (půdní roztok) – transport živin vegetaci, transport polutantů; 15 – 35 % objemu půdy;  plynná fáze (půdní plyn) – v podstatě stejné složení jako vzduch obohacený o CO2, HCs a další produkty rostlinného a živočišného metabolismu, 15 – 35 % objemu půdy;  humus – půdní organická hmota - neživá biomasa v různém stupni rozkladu; 5 – 15 % 12Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Složky půdního systému 13Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Biotické:  edafon – společenstvo všech mikroorganismů, rostlin a živočichů žijících v půdě - fytoedafon – bakterie, plísně, houby, sinice, řasy, - zoodafon – všechny formy živočichů od prvoků až po obratlovce  kořenový systém rostlin Suma živých organismů - < 0,1 % Bio-organo-minerální komplex Složky půdního systému 14Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Úrodnost půd Úrodnost půd (bonita) – vyjadřuje stupeň intenzity a schopnosti poskytovat vegetaci příznivé prostředí, tj. vodu, živiny, půdní mikroorganismy.. Úrodnost je podmíněna:  vnějšími činiteli – světlo, teplo,  vnitřními činiteli:  množství vody a rostlinných živin v půdě,  formou živin a vody z hlediska využitelnosti rostlinami,  celkovým prostředím, ve kterém probíhá proces přeměny organických a minerálních látek,  vyspělostí soustavy zpracování půdy je ovlivněna:  vlastnostmi půdy,  činností člověka. ČR: velmi dobré a dobré produkční schopnosti – 64,9 % zemědělského půdního fondu 15Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Humifikace  Mineralizace  Filtrace  Sorpce  Oxidace  Redukce  Mikrobiální aerobní a anaerobní procesy Samočistící schopnost půdy 16Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Vztahy mezi organismy, organickou hmotou a horninami 17Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Mechanické vlastnosti půd, půdní voda 18Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Půdní voda 19Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Vztahy mezi typy hornin 20Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Typy hornin 21Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Mechanická struktura půdy 22Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Fyzikální stavy půdy 23Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Půdní horizonty 24Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Složení orných půd 25Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Objemy vody, vzduchu a látek jako faktor určující půdní typ 26Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Ztráty půdy  eroze  dezertifikace 27Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Dopad dešťových kapek  Povrchový splach  Eolická eroze (Aeolus – řecký bůh větru)  Abraze  Deflace Eroze půdy 28Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Eroze, Shawnee, Oklahoma Písečné duny, Danakii, Egypt Eroze půdy 29Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Půda jako zdroj Od 50. let dramaticky roste zemědělská produkce (1950–90 trojnásobek) – produkce 29 milionů tun ročně „Zelená revoluce“ :  zvětšení rozlohy obdělávané půdy  zavlažování  vysoce produktivní a rezistentní typy  chemická hnojiva, herbicidy, pesticidy Současnost  Půda: Kritický zdroj  Je třeba živit 90 milionů lidí navíc každý rok 30Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Provázeno:  Kontaminace  Degradace  Člověkem vyvolaná eroze: 4,3 miliardy tun ročně Indie, 1 miliarda tun ročně USA  není to obnovitelný zdroj v lidské časové škále  10 cm půdy – 100 až 10 000 let Tuaregové, okraj Sahary, Niger Půda jako zdroj 31Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky