Variabilita rizik znečištění zemědělských půd v záplavových oblastech České republiky

Mgr. Jan Skála

Doctoral thesis

Variation of soil pollution riskoson agriculturall and flood plain are sof the Czech Republic

Abstract:

V současnosti je k dispozici široká paleta nástrojů pro hodnocení míry kontaminace půdy, řada z nich byla speciálně vyvinuta pro hodnocení nivních sedimentů. Současně roste také poptávka po metodách korektního hodnocení rizikovosti této kontaminace, především v oblastech, kde dochází k akumulaci znečištění. Takovým prostředím jsou právě údolní nivy, přičemž vlivem dynamiky tohoto ekosystému existuje stále možnost další redistribuce tohoto znečištění. Z tohoto důvodu jsem se v této práci zabýval systémovým přístupem k hodnocení potenciálních rizik znečištění v záplavových půdách, jehož cílem bylo poskytnout dostatek relevantních podkladů pro hodnocení rizik z hlediska různých transferových cest znečištění na různých měřítkových úrovních a zároveň ověřit některé progresivní metody statistické analýzy dat vhodné pro regionalizaci těchto rizik.Na národní úrovni bylo provedeno screeningové hodnocení vybraných rizik na reprezentativním vzorku zemědělských půd v záplavových územích ČR. Z hlediska metodologického byly ověřeny možnosti metod kompoziční analýzy dat založených na log-poměrovém přístupu, což umožnilo hlubší náhled na relativní strukturu rizik kontaminace, a tím efektivnější a statisticky korektní možnosti jejich regionalizace. Výsledkem byla úspěšná klasifikace rizikových profilů pomocí shlukové analýzy, sledování prostorových vazeb vytvořených shluků a definování prioritních kontaminantů v dílčích částech povodí na základě relativních vztahů uvnitř kompozice. Celková míra rizika vyjádřená jako sumární index rizika umožnila vymezit lokality se zvýšenými riziky, kdy výsledky na úrovni celé ČR ukazují především na lokální význam akumulace toxikologicky významných látek v nivních půdách v návaznosti na konkrétní zdroje v povodí. Tato zjištění akcentují význam regionální či lokální analýzy s cílem odhalení vztahů mezi kontaminací a potenciálním zdroji, odhad lokální prostorové variability kontaminace a parametrizaci potenciálního transferu do zemědělských plodin na lokalitách s rizikovou akumulací znečištění. V oblasti sledování souvislostí kontaminace s potenciálními zdroji byly v regionálních případových studiích ověřeny metody založené jednak na chemometrické analýze dat o rozpustnosti prvků v různých extrakčních činidlech, jednak progresivní metody kompoziční analýzy dat či možnosti regionalizaci rizik pomocí geostatických nelineárních technik pro odhad prostorové distribuce překročení relevantní úrovně kontaminace. Výsledky dvou lokálních experimentů v silně kontaminovaných nivách umožnily definovat klíčové faktory pro sledování místního rizika přestupu kontaminace do plodin – tj. vymezení nepříznivých kombinací půdních poměrů, prioritních polutantů a druhu zemědělských plodin, které mohou v součtu rizika přestupu v nivních půdách zvyšovat.

Abstract:

There are currently many methods available for soil contamination assessment and many refinements of these methods were adapted for floodplain sediments. Yet at the same time, an expanding need for correct risk assessment of soil contamination has appeared, especially for the areas with increased soil pollution accumulation. Such accumulation has been reported for the floodplain soils with the additional risk of soil contamination remobilisation and redistribution due to an episodic fluctuation of soil condition. For all those reasons, there was implemented a systemic approach to risk assessment with the main objective to secure objective data for evaluation of potential harmful effect of soil contamination via various transfer pathways across a range of spatial scales. Yet at the same time, some progressive statistical methods were tested for regionalisation of soil contamination risks. At the “national” level, there was conducted a screening assessment of selected target risks of soil contamination using representative sampling of floodplain soils in the Czech Republic. From a methodological viewpoint, using the compositional methods based on the log-ratio approach enabled a deeper understanding of the compositional variation, and hence more effective and statistically correct regionalisation of soil contamination risks. A quantification of relative relationships within the risk composition resulted into the successful classification of soil contamination profiles and evidence of their spatial patterns, together with an identification of the priority pollutants within the river catchments and their subsections. An overall hazard index as a measure of a cumulative risks enabled the identification of localities with increased risks of exposure to multiple chemicals. The highest estimated risks were found at the local level with source-apportioned accumulation of several priority pollutants. These findings emphasized the importance of local or regional studies on the tracing of the pollution sources and their impacts for soil contamination, modelling and predicting the local variability of soil contaminants and their sorbents and parametrizing the risks of pollution transfer into the crops. Concerning the source-apportion, the regional case studies showed the suitability of chemometric methods based on the solubility assessment, non-linear geostatistical approaches for the estimation of thresholds exceeding and progressive compositional tools. The results of two field experiments defined the peculiar factors for the transfer of soil pollution into the crops within the highly contaminated floodplains –i.e. the unfavourable combination of soil conditions, priority pollutants and crop type.

Keywords

Kontaminace půd, Hodnocení rizik, Záplavové oblasti

Keywords

Soil contamination, Risk assessment, Floodplains

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 9. 2019

Thesis defence

• Supervisor: prof. Dr. Ing. Luboš Borůvka
• Reader: Michael Komárek, prof. RNDr., Ph.D., Ladislav Menšík, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Doctoral programme / field:
Agricultural Specialization / Exploitation and Conservation of Natural Resources