Vliv dusíku a fosforu na obsah rtuti v rostlinách salátu a kedlubnu
Rtuť patří mezi silně toxické kovy a její výskyt v životním prostředí může být závažným problémem jak pro rostliny, tak také pro ostatní články potravního řetězce.
Vliv na rostliny nezávisí pouze na chemické formě a koncentraci, ale také na přítomnosti a působení dalších prvků. V našem pokusu jsme se konkrétně zabývali vlivem nejčastěji používaných živin – a to dusíku a fosforu na obsah rtuti v salátu, který bývá často považován za indikační rostlinu a dále v rostlinných částech kedlubnu. Po provedení chemických analýz a statistickém vyhodnocení získaných výsledků byly zjištěny významné interakce mezi rtutí a zmíněnými prvky. Stejně tak se potvrdilo, že rtuť je v případě použitých rostlin silně kumulativním prvkem a může i několikanásobně převyšovat limity povolené platnou legislativou.
Úvod
Rtuť patří do skupiny cizorodých prvků vyznačujících se vysokou toxicitou pro živé organizmy. Její kumulace v lidském těle vyvolává těžké poruchy zdraví, a to i ve zcela nepatrných dávkách. Těká již při obyčejné laboratorní teplotě. Přitom 80 % vdechnutých par se dostane do plicních sklípků a pak do krevního oběhu, kde se váže na krevní bílkoviny a barvivo. Vzhledem k vysoké schopnosti rozpouštět tuky mohou rtuťové páry přímo překonat krevní a mozkovou bariéru a dostat se do centrálního nervového systému.
V přírodě se rtuť vyskytuje hlavně ve formě sulfidů. V rudách bohatých na rtuť tvoří HgS (rumělka, cynabarit) až 70 % obsahu rtuti. Mnohem vzácnější v přírodě jsou oxid, chlorid a jodid.
V půdách se rtuť vyskytuje ve třech nejdůležitějších formách. Jako elementární rtuť, dvojmocná anorganická forma (Hg2+) a methylrtuť (CH3Hg). Elementární rtuť je charakteristická svou těkavostí a nízkou rozpustností ve vodě. Dvojmocná anorganická forma se vyznačuje vysokou afinitou k organickým a anorganickým ligandům, zvlášť pokud obsahují sirné funkční skupiny. Methylrtuť představuje sloučeniny s vysokou perzistencí k prostředí. Přirozený obsah rtuti v půdě se pohybuje v rozmezí 0,02 – 0,2 mg/kg zeminy.
Do životního prostředí se rtuť dostává během své výroby a zpracování, při spalování fosilních paliv (zejména uhlí), odpady i průmyslovými a zemědělskými postupy. Další významné množství rtuti se dostává do životního prostředí vypařováním z povrchu země a oceánů. V horních sedimentačních vrstvách mořského nebo jezerního dna dochází k metylaci elementární rtuti a rtuťných iontů za vzniku methylrtuti. Vznikající methylrtuť je zachycována drobnými vodními organizmy, které jsou potravou ryb. V těle ryb se methylrtuť koncentruje. Při rozpadu odumřelých drobných vodních živočichů a ryb vznikají plyny dimethylrtuti, které unikají do vzduchu. V atmosféře může dojít opět k rozložení dimethylrtuti na methylrtuť. Vzniklá methylrtuť může případně znovu vstoupit do vodního prostředí.
I v půdě probíhá mikrobiální přeměna rtuti na její organické sloučeniny, hlavně právě na metylrtuť. Ta se vzhledem k velké mobilitě dostává snadno z půdy do živých organizmů. Mikrobiální přeměna rtuti na metylrtuť je také závislá na ročním období, kdy k největší produkci dochází v zimě a k nejmenší na jaře a na podzim. S tím souvisí i degradace metylrtuti, která je řízená teplotou. Při vzrůstajících teplotách má její rozklad rostoucí trend.
V našich půdách nejsou známy lokality s přirozeně zvýšenou pozaďovou hodnotou obsahu rtuti. Veškeré nadlimitní obsahy jsou antropogenního původu a soustřeďují se především na lokality v okrese Nový Jičín, kde jsou způsobeny imisemi ze zpracování kovů.
U rostlin se toxicita rtuti nejčastěji projevuje výskytem chloróz a omezením růstu kořenového systému. Dále rtuť způsobuje poruchy vnitřního uspořádání chloroplastů a nápadné je zvětšení endoplazmatického retikula a mitochondrií, také se objevuje snížený obsah chlorofylu. Průměrné obsahy rtuti v popelu rostlin se pohybují okolo 0,1 mg/kg. Některé druhy mohou akumulovat více rtuti než jiné, které rostou na stejném místě. Jsou to např. lišejníky, houby, mrkev nebo salát. Také některé části rostlin mohou mít větší koncentrace rtuti, např. u jablka má schopnost adsorbovat rtuť dužina i jádro více než jiné části plodu.
Metodika
Cílem pokusu bylo sledovat obsah rtuti v pokusných rostlinách v závislosti na rozdílných hladinách obsahu rtuti v půdě a stupňovaných dávkách dusíku a fosforu. Hladiny kontaminace rtutí vycházely z Vyhlášky 13/1994 Sb. Pokus byl prováděn v plastových vegetačních nádobách. Do každé nádoby bylo naváženo 10 kg zeminy. Aplikace dusíku a fosforu byla provedena před výsadbou, a to u dusíku ve formě síranu amonného a u fosforu ve formě dihydrogenfosforečnanu draselného. Rtuť byla před výsadbou aplikována ve formě oxidu rtuťnatého, který byl rozpuštěn v minimálním množství kyseliny dusičné. Po aplikaci byla zemina důkladně promíchána. V kontrolní zemině byl naměřen přirozený obsah rtuti 0,04 mg/kg. Do nádob byly následně vysazeny sazenice salátu (odrůda Lednický) a kedlubny (odrůda Moravia) podle následujícího schématu:
Varianta Obsah rtuti v půdě (mg/kg) Obsah dusíku v půdě (mg/kg) Obsah fosforu v půdě (mg/kg)
Kontrola Kontrola – –
1. Kontrola 20 –
2. Kontrola 40 –
3. Kontrola – 100
4. Kontrola – 200
5. 0,8 20 –
6. 0,8 40 –
7. 0,8 – 100
8. 0,8 – 200
9. 3,2 20 –
10. 3,2 40 –
11. 3,2 – 100
12. 3,2 – 200
Každá varianta byla 4x opakována. V průběhu vegetace byla prováděna pravidelná zálivka a likvidace plevelů.
Analýzy vzorků rostlinné hmoty byly provedeny na atomovém absorpčním spektrofotometru pro stanovení rtuti (analyzátor AMA-254). Výsledky měření byly testovány nevyváženou dvoufaktorovou analýzou rozptylu ANOVA s vícenásobným opakováním.
Výsledky
Výsledky chemických analýz listů salátu, listů a hlíz kedlubnu jsou uvedeny v tabulce.
Vliv stupňovaných dávek rtuti, dusíku a fosforu v půdě na obsah rtuti v listech salátu
V našem pokusu byla statisticky prokázána průkaznost vyššího příjmu rtuti v závislosti na vzrůstajícím množství dusíku v půdě. Stejně tak se podařilo statisticky prokázat, že i vyšší množství fosforu v půdě má vliv na vyšší příjem rtuti. Podobně se potvrdilo, že vzrůstající množství rtuti v půdě má vliv na její zvýšenou absorpci do listů.
U variant s hladinou 3,2 mg Hg/kg půdy a s přídavkem dusíku byl obsah Hg v průměru 1,3x větší než u kontrolní varianty s přídavkem dusíku (nárůst z 0,511 na 0,668 mg Hg/kg sušiny). Salát rostoucí na půdě s dávkou fosforu a 3,2 mg Hg/kg zeminy obsahoval průměrně téměř dvojnásobné množství rtuti než varianty s 0,8 mg Hg/kg zeminy (zvýšení z 0,773 na 1,255 mg Hg/kg sušiny) a téměř trojnásobné množství rtuti než u kontrolních variant s přídavkem fosforu (nárůst z 0,446 na 1,255 mg Hg/kg sušiny). U listů salátu, který rostl na půdě obsahující 3,2 mg Hg/kg a 200 mg P/kg zeminy bylo zjištěno 3,3x více rtuti než u salátu rostoucím na kontrolní půdě, která obsahovala jen přirozené množství rtuti a fosforu (navýšení z 0,436 na 1,411 mg Hg/kg sušiny).
Vliv stupňovaných dávek rtuti, dusíku a fosforu v půdě na obsah rtuti v hlízách kedlubnu
U hlíz kedluben se prokázal statisticky významný vliv zvýšeného množství dusíku a fosforu v půdě. Také se potvrdil zvýšený příjem rtuti v závislosti na jejím obsahu v půdě, a to u varianty s nejvyšším obsahem oproti variantám kontrolním a s 0,8 mg Hg/kg zeminy.
Například při porovnání varianty, kde bylo v půdě 3,2 mg Hg/kg a 40 mg N/kg zeminy došlo k téměř trojnásobnému nárůstu obsahu rtuti v hlízách oproti variantě se stejným obsahem rtuti v půdě, ale přídavkem dusíku jen 20 mg/kg zeminy (zvýšení z 0,166 na 0,487 mg Hg/kg sušiny). Při porovnání průměrných hodnot naměřených u kontrolních variant s fosforem s variantami, kde byl obsah 3,2 mg Hg/kg zeminy a byl přidáván fosfor, byl zjištěn dvojnásobně vyšší rozdíl v obsahu rtuti v hlízách.
Vliv stupňovaných dávek rtuti, dusíku a fosforu v půdě na obsah rtuti v listech kedlubnu
Statistickým testováním se potvrdilo, že zvýšené množství fosforu v půdě má významný vliv na přijatelnost rtuti listy kedlubny. Vyšší množství rtuti obsažené v půdě nemělo statisticky významný vliv na její zvýšenou absopci do listů.
Průkazné rozdíly nastaly u variant se stejným obsahem rtuti v půdě, ale rozdílným obsahem fosforu. Například u varianty s hladinou 0,8 mg Hg/kg a 100 mg P/mg zeminy bylo v listech kedlubnu naměřeno 0,487 mg Hg/kg sušiny a u varianty se stejným množstvím rtuti, ale 200 mg P/kg zeminy byl obsah rtuti v listech 1,464 mg/kg sušiny. U této varianty tedy došlo přidáním dvojnásobného množství fosforu do půdy k trojnásobnému přírůstku obsahu rtuti. Rozdíly mezi variantami s odlišným obsahem dusíku v půdě nebyly statisticky významné. Např. u varianty s 3,2 mg Hg/kg a 20 mg N/kg zeminy byl obsah rtuti v listech kedlubnu 0,577 mg/kg sušiny a u varianty se stejným obsahem rtuti v půdě, ale s 40 mg N/kg zeminy byl obsah rtuti v listech 0,627 mg/kg sušiny.
Rozdíly v přijatelnosti rtuti mezi jednotlivými orgány analyzovaných rostlin
Celkový pohled na analýzu ukázal, že listy kedlubnu se obsaženým množstvím rtuti statisticky významně nelišily od listů salátu u variant kontrolních a variant s 0,8 mg Hg/kg zeminy. Významnější rozdíl nastal až u varianty s 3,2 mg Hg/kg zeminy, kde zejména na půdě s přídavkem fosforu bylo množství obsažené rtuti u listů salátu (1,255 mg/kg sušiny) v průměru 2x větší než u listů kedlubnu (0,673 mg/kg sušiny).
Ze získaných výsledků je patrné, že hlízy kedlubnu přijímaly menší množství rtuti než listy salátu a kedlubnu. U kontrolních variant byl v průměru u hlíz kedlubnu obsah rtuti přibližně 3x menší než u listů kedlubnu i salátu. U varianty s 3,2 mg Hg/kg zeminy bylo množství rtuti v průměru téměř dvojnásobné v kedlubnových listech (0,638 mg/kg sušiny) oproti hlízám (0,362 mg/kg sušiny). U variant s nejvyšší hladinou rtuti a přídavkem dusíku bylo množství rtuti v listech kedlubnu i salátu 2x větší než v hlízách kedlubnu. Stejně tak u variant s 3,2 mg Hg/kg zeminy a dávkou fosforu byl obsah rtuti u kedlubnových listů 1,7x větší než u hlíz, u salátových listů to bylo dokonce 3x více oproti kedlubnovým hlízám.
Fakt, že se v hlízách kedlubnu kumuluje výrazně méně rtuti oproti listům je potěšitelný zejména z toho pohledu, že hlízy jsou konzumním orgánem. Naopak u salátu, právě pro poměrně velké obsahy přijaté rtuti v jeho listech, by se zřejmě měly zvažovat důsledky jeho pěstování na půdách, které by mohly nadlimitní množství rtuti obsahovat.
Průměrné obsahy rtuti u analyzovaných orgánů pokusných rostlin:
Varianta Obsah rtuti v listech salátu (mg/kg sušiny) Obsah rtuti v hlízách kedlubnu (mg/kg sušiny) Obsah rtuti v listech kedlubnu (mg/kg sušiny)
Kontrola 0,463 0,185 0,642
1. 0,461 0,124 0,546
2. 0,561 0,165 0,468
3. 0,457 0,266 0,409
4. 0,436 0,163 0,762
5. 0,632 0,159 0,603
6. 1,052 0,153 0,556
7. 0,824 0,177 0,487
8. 0,722 0,133 1,464
9. 0,704 0,166 0,577
10. 0,633 0,487 0,627
11. 1,100 0,438 0,512
12. 1,411 0,355 0,834
Diskuse a závěr
Kumulace cizorodých prvků v půdě má významný ekologický dopad, a to zejména v povrchové orniční vrstvě, protože zde probíhá jejich vazba nebo uvolňování do forem přístupných pro rostliny, ze kterých mohou být dále zapojovány do potravního řetězce.
Jelikož salát snadno kumuluje nadnormativní obsahy cizorodých prvků, je často řazen mezi tzv. indikační zeleniny. Tato skutečnost je využívána v praxi zejména u kadmia. Výsledky analýz nám potvrdily, že listy salátu přijali více rtuti než rostliny kedlubnu. U variant s 3,2 mg Hg/kg a přídavkem fosforu to bylo dokonce 3x více než u hlíz kedlubnu. U těchto variant obsah rtuti v salátových listech dokonce překročil více než 1 mg Hg/kg sušiny.
Statisticky se potvrdilo, že také vyšší obsah rtuti v půdě má vliv na vyšší obsah rtuti v orgánech rostlin. Zejména se tato skutečnost projevila u listů salátu a hlíz kedlubnu.
Pěstování salátu může být problematické v prostředí s vyšším obsahem cizorodých látek, a to zejména z pohledu spotřebitelského. I přesto, že salát kumuluje vyšší množství rtuti i jiných těžkých kovů, vyznačuje se nižší citlivostí na tyto prvky a může na takto kontaminovaných půdách bez problémů vegetovat aniž by se projevily symptomy škodlivého působení.
Statistické vyhodnocení výsledků analýz nám potvrdilo, že zvyšování obsahu dusíku a fosforu v půdě mělo vliv na vyšší příjem rtuti rostlinami. Tento fakt koresponduje ze všeobecně známou schopností rostlin přijímat cizorodé prvky při vyšší hladině dusíku. U fosforu se často vyskytuje i opačný efekt, kdy jeho zvýšené množství v prostředí může mít i inhibiční charakter. Je však třeba si uvědomit, že interakce mezi jednotlivými prvky jsou dané hlavně druhem rostliny a její genetickou výbavou, takže prvky, které by měly být obecně antagonistické se mohou v daném případě chovat naopak synergicky, což byl i případ interakce mezi rtutí a fosforem v námi analyzovaných vzorcích salátu a kedlubnu.
Podle Vyhlášky Ministerstva zdravotnictví 53/2002 Sb. je nejvyšší přípustné množství rtuti (tj. takové při jehož překročení je potravina vyloučena z oběhu) v sušině zeleniny 0,2 mg/kg. Tato hodnota byla překročena u listů kedlubnu a salátu u všech variant a u hlíz kedlubnu u čtyřech variant (z toho tři byly u půd s nejvyšší hladinou rtuti).
Při běžném pěstování není nikdy možné volit takovou strukturu plodin, která by úplně vyloučila riziko působení cizorodých látek na zdraví člověka. Obsah cizorodých prvků v půdě, i když je nižší než uváděná limitní hodnota nezaručuje, že rostliny rostoucí na takovéto půdě, budou vždy obsahovat podlimitní obsah cizorodých prvků, který je dán hygienickou normou. Toto se potvrdilo i v našem pokusu, kde konzumní orgány, tj. listy salátu a hlízy kedlubnu obsahovaly vyšší množství rtuti než je dáno vyhláškou, a to dokonce i u kontrolních variant. U listů salátu, který rostl na půdě s 3,2 mg Hg/kg a s 200 mg P/kg zeminy bylo množství rtuti až sedminásobně vyšší než stanovuje norma.
