Zachování zdravého životního prostředí je v současné době jedním z nejvážnějších problémů lidstva. Nejdůležitější roli přitom sehrává antropogenní činnost, která intenzivně využívá přírodní prostředí a má proto v tomto směru významnou roli. Jedním z negativních projevů této činnosti je i zamoření potravního řetězce cizorodými prvky, které se dostávají do půdy a vody a odtud potom do rostlinných orgánů, které se používají k výrobě potravin. Rostlinami a živočichy však mohou být tyto prvky přijímány i přímo z atmosféry.
Znečištění životního prostředí cizorodými prvky není jen problémem lokálním, ale stále více nabývá charakteru globálního. Ve vyspělých zemích má obsah cizorodých prvků vzestupnou tendenci v důsledku porušení rovnovážného stavu. Kontaminaci životního prostředí můžeme však pozorovat i v zemích rozvojových, a to jednak v důsledku klimatických podmínek, jednak v důsledku neuvážené politiky různých těžařských a zpracovatelských podniků.
Za cizorodé prvky se zpravidla považují ty, které jsou nebezpečné pro zdraví a život člověka. Jejich přirozený výskyt v půdách a vodách je až na výjimky nepatrný a je důsledkem zvětrávacích pochodů. Vlivem činnosti člověka však do tohoto procesu vstupují i cizorodé prvky, které jsou nejčastěji atmosférického původu a pocházejí ze spalovacích procesů. Dalšími významnými činiteli jsou i nepříznivé podmínky pro rozptyl emisí.
Za nejnebezpečnější cizorodé prvky jsou pro organismy považovány rtuť, měď, nikl, arsen, olovo, kobalt, kadmium, stříbro, berylium a cín.
Při vysokém obsahu cizorodých prvků v půdách může dojít nejen k jejich akumulaci v rostlinách, ale i k přímému depresivnímu účinku na růst. Přitom potraviny rostlinného původu obsahují prokazatelně vyšší koncentrace cizorodých látek než potraviny původu živočišného.
Podstatou přirozeného znečišťování vodních toků cizorodými prvky je půdní eroze. Půda při deštích je splavována a dochází nejen k mechanickému znečištění vody, ale i ke změnám v chemismu vody podle obsahu organických a minerálních látek v půdě. Roční ztráty způsobené erozí se u nás odhadují na 6,5 miliónu tun zeminy. Dalším aspektem je vyplavování mobilních forem cizorodých prvků mimo kořenovou soustavu.
Celková výměra půdy, u které se nachází některý z cizorodých prvků v nadlimitním množství činí 197 900 hektarů. Z toho například u kadmia je to 42 000 ha, niklu 21 700 ha, zinku 12 900 ha, berylia 6 800 ha, rtuti 6 800 ha, olova 20 000 ha, chromu 17 100 ha, kobaltu 12 900 ha, mědi 9 300 ha a vanadu 48 400 ha. Při obsahu těchto prvků vyšším než jsou jejich limitní hodnoty sice nemusí dojít k jejich transferu do pěstovaných plodin, ale při několikanásobném překročení limitu v půdě je již tento transfer statisticky prokazatelný. Výskyt pozemků, u kterých byl zjištěn takovýto vysoký obsah, byl zaznamenán u kadmia v okresech Příbram a Kutná Hora, u rtuti v okrese Nový Jičín, u olova v okrese Příbram a u chromu v některých okresech Jihočeského a Jihomoravského kraje. Ve všech případech vyplývala kontaminace půdy z antropogenní činnosti a to především v důsledku imisí ze zpracování kovů a nekontrolovaného používání kalů z čistíren odpadních vod. Podle emisní situace je nutno i v budoucnu počítat s nepříznivým vlivem cizorodých prvků. Ani jejich podlimitní obsah v prostředí nezaručuje, že rostliny i jiné organismy budou obsahovat jejich tolerovanou hladinu.
Nejdůležitějším faktorem, který limituje možnosti imobilizace cizorodých prvků v půdě, je charakter a vlastnosti konkrétního půdního prostředí, doplněné vhodnými agrotechnickými zásahy. Všechny prvky včetně cizorodých jsou v půdě obsaženy v těchto systémech: půdní roztok, koloidní soubory, hydratované oxidy Mn, Al a Fe, půdní organická hmota a detrit při zvětrávacích procesech matečních hornin. Pohyb cizorodých prvků v půdě je ovlivňován celou řadou faktorů. K nim patří hodnota půdní reakce, a proto za základní opatření je považováno vápnění pro udržení pH v oblasti neutrální. Zvýšený obsah vápníku snižuje sorpční kapacitu zejména pro kadmium. Z hlediska možnosti eliminace nadměrného obsahu cizorodých prvků v půdě je důležitá ústojnost, čili odolnost vůči změnám půdní reakce. Imobilita cizorodých prvků se zvyšuje se stoupajícím obsahem fosforu v živném prostředí v důsledku vzniku sraženin. Přijatelnost cizorodých prvků je ovlivňována přítomností některých dalších aniontů v živném prostředí. Např. mobilita kadmia je zvyšována chloridovými a síranovými ionty. Nebo např. toxicita olova v půdě narůstá při hnojení chloridovými nebo dusičnanovými formami hnojiv. Proto je pro imobilizaci třeba využít jeho vlastností, např. reakce s anionty SO42- a CO32- v půdě za tvorby nerozpustných sloučenin. Za další možnost snížení pohyblivosti těžkých kovů v půdě je považováno hnojení statkovými hnojivy ve zvýšené míře a zvyšování humusu v půdě. Za velmi důležitý faktor pro lepší odolnost půd vůči intoxikaci cizorodými prvky je obsah minerálních koloidů. Z jílových minerálů se za nejúčinnější považuje kaolinit.
Změny ve způsobu obhospodařování půdy a rozdílné využívání trvalých travních porostů mohou mít za následek změny hydrologického a živinného režimu půd a mohou být příčinou zvýšené mobility rizikových prvků a tím jejich vyplavování do podzemních a povrchových vod. Výsledky mnohých experimentů ukazují, že největší vyplavytelnost kadmia, niklu a olova je na půdách, kde je celoročně černý úhor. Tento způsob užití půdy je třeba v maximální možné míře omezit zejména v ochranných pásmech vodních zdrojů podzemních vod, určených pro zásobování pitnou vodou.
Plodiny se zvýšenou absorpcí
Jako další cesta k odstraňování cizorodých prvků z půd se jeví kultivace rostlin vyznačujících se zvýšenou absorpcí příslušného prvku nebo prvků ( např. některé druhy z čeledi Euphorbiaceae hromadí hodně Ni, z rodu Brassica zase Se, Pb, Cr, Cd, Ni, Zn a Cu, penízek rolní ( Thlaspi arvense ) zase kumuluje hodně Zn a Cd ). V ekologii se tyto rostliny vázané na půdy s vyšší koncentrací těžkých kovů nazývají fytoindikátory. Mnohé takovéto rostliny však mají malou schopnost růstu. Proto by bylo účelné spojit tuto akumulační schopnost s rychlým růstem. Tato kombinace by mohla být proveditelná metodami molekulární biologie jakmile bude znám mechanismus vysoké tolerance některých druhů a budou detekovány geny kódující příslušné bílkoviny.
Omezení toxického vlivu cizorodých prvků je dosaženo jejich vazbou na fytochelatiny. Mikrobiálním genem exprimovaným v huseníčku rolním ( Arabidopsis thaliana ) došlo k tvorbě reduktázy, která redukovala Hg2+ na Hg, vypařující se pozvolna z rostliny. Obdobně se podařilo detoxikovat selen, a to jeho převedením na netoxický dimetyl, který se uvolňuje do atmosféry.
Z výše uvedeného vyplývá, že existuje celá řada možností, jak eliminovat negativní účinky toxických prvků v kontaminovaných půdách. Jsou to ovšem cesty, kterými je možné odstraňovat již vzniklé následky. Za prvotní a nejdůležitější úkol je třeba proto považovat preventivní opatření, která vedou k odstranění příčin kontaminace.
Ing. Otakar Rop, Ph.D.
