Příjem kadmia plodinami na půdách hnojených čistírenskámi kaly

Bc. Petra Choutková

Master's thesis

Cadmium crop uptake from sewage sludge amended soil

Abstract:

Čistírenské kaly mají dobrý vliv na fyzikální, chemické a biologické vlastnosti půdy z důvodu vyššího obsahu organických látek, makro- a mikroživin. Zároveň je však třeba pečlivě zkoumat obsahy rizikových prvků v plodinách, které jsou pěstovány na půdách hnojených čistírenskými kaly, především z důvodu ochrany zdraví zvířat a lidí. Cílem této práce bylo zpracování literární rešerše zaměřené na vliv aplikace čistírenských kalů na zemědělskou půdu, obsahy kadmia v půdě a v rostlinách a na příjem kadmia a jeho vliv na rostliny. Experimentální část práce byla zaměřena na studium koncentrací kadmia v bramborách (Solanum tuberosum) pěstovaných na půdách dlouhodobě hnojených čistírenskými kaly (jedna dávka /kal1/ a trojnásobná dávka /kal3/), směsí jednosložkových hnojiv N, P, K a na dlouhodobě nehnojené kontrole. Dále byly porovnávány koncentrace kadmia v hlízách a natích brambor na dvou různých lokalitách v Praze - Suchdole a v Humpolci v rozmezí let 2012 až 2015. V experimentální části byly provedeny laboratorní rozbory vzorků. Vzorky byly převedeny do roztoku pomocí rozkladu na suché cestě a obsah kadmia byl následně zjištěn metodou ICP-OES. Nulové hypotézy nepředpokládaly významný rozdíl v obsahu kadmia u brambor hnojených čistírenskými kaly a kontrolou a dále významný rozdíl mezi koncentracemi kadmia u brambor pěstovaných na lokalitě Praha - Suchdol a Humpolec v různých půdně - klimatických podmínkách. Výsledky prokázaly statisticky významný vliv lokality na obsah kadmia v hlízách brambor a statisticky významný vliv ročníku na obsah kadmia v nati brambor. V rámci lokalit byl významný rozdíl mezi variantami kontrola - kal1, kontrola - kal3 a kontrola - NPK u hlíz na lokalitě Suchdol a kontrola - kal3 a kal1 - kal3 u hlíz na lokalitě Humpolec. Dále byly patrné vyšší koncentrace kadmia v nati brambor (0,228 - 1,333 mg/kg sušiny) oproti hlízám (0,047 - 0,227 mg/kg sušiny) ve všech variantách hnojení. Závislost obsahu kadmia v hlízách na obsahu kadmia v nati prokázána nebyla. Byl potvrzen vyšší obsah kadmia v bramborách na kyselé půdě v Humpolci (0,143 mg/kg, na Suchdole 0,087 mg/kg sušiny) a byl pozorován vliv aplikace kalů na kationtovou výměnnou kapacitu (KVK) a s ní spojený příjem kadmia bramborami.

Abstract:

Application of sewage sludge has a good effect on the physical, chemical and biological soil properties due to a higher content of organic matter, macro- and micronutrients. At the same time it is necessary to carefully examine the content of risk elements in the crops, which are grown on soils fertilized with sewage sludge, expecially because of animal and human health. The aim of this study was to summarize a literature review focused on the effects of the application of sewage sludge on agricultural soil, the contents of cadmium in the soil, the effect of sewage sludge on plant growth, cadmium uptake and changes in plants. The experimental part of the study was focused on analyzing concentrations of cadmium in potatoes (Solanum tuberosum) grown on soils long term fertilized with sewage sludge (one dose and triple dose), mixtures of single mineral fertilizer N, P, K and long-term unfertilized control soils. The third target was to compare the cadmium concentrations in the tubers and shoots of potato at two different locations in Prague - Suchdol and Humpolec in the period 2012 - 2015. In the experimental part of this study the laboratory analysis of samples was made. The samples were transfered into a solution by dry decomposition and content of cadmium was then determined by ICP-OES. Hypothesis did not assume significant differences in the cadmium content of potatoes fertilized with sewage sludge and control, second hypothesis did not assume significant difference between the concentration of cadmium in potatoes grown in Prague - Suchdol and in Humpolec in different soil - climatic conditions. The results showed a statistically significant effect of the location on cadmium content in potato tubers and statistically significant effect of the year on the content of cadmium in potato shoots. Within the sites there was a significant difference between variants kontrola - kal1, kontrola - kal3 and kontrola - NPK of Cd content in tubers on location Suchdol and kontrola - kal3, kal1 - kal3 of cadmium content in tubers on the site in Humpolec. Then there was the higher concentration of cadmium in potato shoots (0,228 - 1,333 mg/kg DW) compared to tubers (0,047 - 0,227 mg/kg DW) in all variants of fertilization. Dependence of cadmium content in tubers on cadmium content in shoots was not demonstrated. The higher cadmium content in potatoes was confirmed on acidic soil in Humpolec (0,143 mg/kg, in Suchdole 0,087 mg/kg) and the influence of sludge application to a cation exchange capacity (CEC) and the related uptake cadmium potatoes.

Keywords

čistírenské kaly, dlouhodobý polní pokus, kadmium, lilek brambor, příjem, výnos

Keywords

sewage sludge, long-term field experiment, cadmium, potato, uptake, yield

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 4. 2017

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Jindřich Černý, Ph.D.
• Reader: Veronika Zemanová, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Care of Biosphere / Waste Use and Management