Rizikové látky v půdě a rostlinách na příkladu kadmia při pěstování máku setého

31. 05. 2022 Prof. Ing. Tomáš Lošák, Ph.D. a kol. Hnojení Zobrazeno 1414x

Každá půda se vyznačuje tzv. pozaďovou hodnotou rizikových prvků (těžkých kovů), včetně kadmia, která vyjadřuje jejich přirozený obsah. V důsledku antropogenní činnosti (doprava, průmysl aj.) se obsah těchto rizikových prvků v prostředí může zvyšovat nad úroveň těchto pozaďových hodnot. Mák se řadí k plodinám, které jsou, v porovnání s jinými rostlinami, schopny ve zvýšené míře kumulovat kadmium (Cd) ve svých pletivech a zejména v semeni.

Kadmium v semeni

Proto se při výkupu makového semene sleduje nejenom výskyt mykotoxinů a obsah morfinu v semeni, ale i obsah kadmia v semeni. Podle aktuálně platného nařízení komise (EU) 2021/1323 z 10. srpna 2021 je maximální limit pro obsah kadmia v semeni máku 1,20 mg/kg čerstvé hmotnosti. Je to nejvyšší max. limit ze všech olejnin. Pro zajímavost můžeme uvést, že pro další olejnatá semena (řepka, hořčice, sójové boby, podzemnice olejná, slunečnice, len aj.) je tento limit nižší, mezi 0,10–0,50 mg/kg čerstvé hmotnosti.

Zdroje příjmu kadmia

Problematika zvýšeného příjmu kadmia semenem máku je velmi složitým a komplexním problémem, kde je stále řada neznámých. Mák je schopen přijímat kadmium zejména z půdy. Možný je také příjem z ovzduší, kdy oproti jiným rizikovým prvkům je vysoký podíl jeho biopřístupné frakce (až 85 %). Proto je rozhodující obsah Cd v půdě, resp. jeho biopřístupných forem (což je malý podíl z celkového obsahu v půdě). Půdy kontaminované kadmiem jsou zpravidla lokálními záležitostmi, zejména ve vazbě na dřívější průmyslovou činnost (těžba rud apod.).

Ke zvýšení obsahu kadmia v semeni máku může docházet zejména za těchto podmínek:

a) nadlimitní obsah kadmia v půdě;

b) kyselá půdní reakce - zvyšuje se pohyblivost či rozpustnost Cd, a tím přijatelnost (nejvyšší pohyblivost Cd je při pH 4,4–5,5);

c) úroveň znečištění atmosféry - imisní zátěž zejména v blízkosti průmyslových aglomerací.

Je třeba si uvědomit, že při průměrných spadech kolem 0,8 g Cd na ha a rok spadne za vegetační období na porost 333 mg Cd. Při výnosu 1 t semene na ha a 80% zabudování Cd z imisí do semene to představuje 0,266 mg Cd/kg semene. Toto je jen teoretická úvaha. O intenzitě využití Cd z imisí bude rozhodovat celá řada faktorů, jako je např. intenzita srážek a jejich pH, směr a síla větru, teplota, pufrovací schopnost půdy aj.

Kadmium v půdě

Po posouzení všech faktorů je nutné zvážit, zda-li je vůbec vhodné pěstování máku v dané lokalitě nebo bude třeba změnit pozemek.

Limitní hodnoty obsahu kadmia v půdě byly v ČR nahrazeny tzv. preventivními hodnotami, které jsou 0,4 mg Cd/kg pro lehké půdy a 0,5 mg Cd/kg půdy pro běžné (ostatní) půdy, přičemž se jedná o výluhy v lučavce královské. Je to hranice omezující určité způsoby hospodaření na půdě tak, aby již nedocházelo ke zvyšování kadmia v půdě. Na Slovensku jsou stále platné limitní hodnoty obsahu celkového Cd v půdách ve výluhu v lučavce královské 0,4 mg Cd/kg pro půdy lehké, 0,7 mg Cd/kg pro půdy střední a 1,0 mg Cd/kg pro půdy těžké. Zde je ovšem nutné si uvědomit, že lučavka královská je velmi agresivní činidlo (směs kyseliny dusičné a chlorovodíkové v poměru 1:3), které udává celkový (totální) obsah kadmia v půdě, ale vůbec nic to nevypovídá o biopřístupném či biopřijatelném podílu pro rostliny z tohoto množství, který je výrazně menší, resp. minimální. Podobně orientační je stanovení obsahu Cd v půdě ve 2M HNO₃.

Rozhodující je vodorozpustný, tedy přijatelný podíl kadmia z jeho totálního obsahu v půdě, tedy obsah kadmia ve vodním výluhu. Z vlastních výsledků např. vyplývá, že celkový obsah Cd ve vzorku půdy stanovený v lučavce královské byl 0,27 mg Cd/kg, ve 2M HNO₃ byl 0,26 mg Cd/kg, ovšem ve vodním výluhu to již bylo méně než 0,10 mg Cd/kg.

Možnosti snížení obsahu kadmia

Vhodným praktickým opatřením pro snížení obsahu kadmia je pravidelné organické hnojení půd, kdy primární organická hmota v půdě podléhá jak převládající mineralizaci (zpřístupňování živin pro rostliny do podoby iontů), tak i minoritní humifikaci s tvorbou humusových látek, tedy huminových kyselin, fulvokyselin a huminů. Kromě celkového obsahu humusu v půdě je ovšem důležitá i jeho kvalita, tedy poměr mezi kvalitními huminovými kyselinami a méně kvalitními fulvokyselinami. Zatímco huminové kyseliny vytváří v půdě s kadmiem nerozpustné sloučeniny (což je pozitivní a žádoucí jev), fulvokyseliny reagují s kadmiem bohužel formou rozpustných sloučenin, které jsou pro rostlinu přijatelné.

Stimulace výnosu adekvátním hnojením, a tím využití tzv. zřeďovacího efektu, je logickou úvahou, nicméně z vlastních zkušeností vyplývá, že to nemusí vždy odpovídat realitě, tedy čím vyšší výnos, tím nižší obsah kadmia v semeni.

Rozhodně se není třeba obávat používat jakákoliv kvalitní minerální hnojiva od seriózních dodavatelů, protože i z vlastních nádobových pokusů vyplývá, že po aplikaci např. draselné soli, síranu draselného, ESTA Kieseritu, Patentkali, Korn-Kali, Korn-Kali+B, hořkých solí (Epso Top, Epso Combitop, Epso Microtop) apod. se obsah Cd v semeni máku pohyboval na nízkých hodnotách 0,15–0,21 mg Cd/kg semene. Při použití těchto i dalších hnojiv (včetně dusíkatých a fosforečných) v polních podmínkách se obsah Cd v semeni pohyboval zpravidla mezi 0,2–0,6 mg Cd/kg semene (dle půdy a odrůdy), přičemž legislativa připouští již zmiňovaných max. 1,20 mg Cd/kg semene máku.

Literatura popisuje, že by teoreticky chloridy mohly podpořit příjem kadmia rostlinou, nicméně ani po opakované aplikaci draselné soli (KCl) se obsah Cd v semeni v našich experimentech nezvýšil. Taktéž je popisován antagonistický vliv zinku na příjem kadmia, tedy při vyšším obsahu zinku v půdě se snižuje příjem kadmia.

Nicméně pěstitelé preferují u máku (obecně u olejnin) spíše mimokořenovou aplikaci mikroprvků (postřik na list), zejména bóru a zinku, ale nesmí se zapomínat ani na mangan. 1 t semene máku odčerpá 110 g B, 200 g Zn a 340 g Mn. Z našich aktuálních výsledků vyplývá výnosové zvýšení o 6,3 % po mimokořenové aplikaci hořké soli obohacené o mangan a zinek (Epso Combitop) oproti klasické hořké soli (Epso Top) při nízkém obsahu Cd v semeni 0,17 mg Cd/kg semene.

Na trhu je dnes celá řada hnojiv a rovněž nejrůznějších pomocných půdních látek a rostlinných biostimulantů. Do systému hnojení je ovšem nutné začlenit pouze ty kvalitní a prokazatelně účinné, např. biohnojiva ze skupiny Azoter. U neznámých přípravků či prodejců je vhodné si je otestovat na menší ploše nebo se poptat u těch, kteří s nimi již mají svoje zkušenosti.

Z výsledků v praxi rovněž vyplývá, že různorodé abiotické a biotické stresující faktory mohou zvýšit obsah Cd v semeni. Z posledních let se jedná hlavně o zemědělské sucho nebo kroupy, čemuž se v podstatě u máku nedá zabránit.

Důležité a prakticky realizovatelné je vápnění kyselých půd, tedy udržování výměnné půdní reakce (pH/CaCl₂) na hodnotě vyšší než 6,5. Z našich výsledků analýz půd z různých lokalit, kde byly vyšší obsahy kadmia v semeni máku než 1,20 mg Cd/kg semene, byla prokázána souvislost s nízkou hodnotou výměnného pH 4,8–5,1 a s nízkým obsahem vápníku v půdě (990–1640 mg Ca/kg). Klasické vápnění se realizuje v podzimním období, kdy dávka se odvíjí od hodnoty výměnné půdní reakce, půdního druhu, event. KVK a druhu vápenatého hnojiva a jeho vlastností. Nedoporučuje se jednorázově aplikovat více než 2,0 tuny vápence na ha, protože by to mohlo způsobit problémy s přijatelností některých živin (fosforu) a negativně ovlivnit půdní mikroflóru.

Kromě klasické aplikace vápenatých hmot na široko se zapravením do orničního profilu je možno využít i aplikaci vápenatého hnojiva při setí do seťové rýhy, viz následující popisovaný polní pokus.

Polní pokus - obsahy kadmia v semeni máku setého po aplikaci dvou dávek vápenatých hmot do seťové rýhy v polním pokusu v Agro Odersko, a.s. v roce 2020

Mák setý odrůdy MS Harlekýn byl vysetý 20. 3. 2020 secím strojem HORSCH Pronto 8DC při výsevku 1,6 kg/ha. Současně bylo aplikováno vápenaté hnojivo Kalcis Mag 5, které obsahuje 88 % CaCO₃, což odpovídá 35 % Ca a 5 % MgCO₃, což odpovídá 1,44 % Mg. Je to tedy směs uhličitanu vápenatého a hořečnatého (granulovaný křídový vápenec).

Výsledky

Obsah kadmia v půdě po sklizni se neměnil u žádné z variant (což se ani neočekávalo), přičemž výše v textu příspěvku jsou popsané rozdíly mezi jednotlivými extrakčními činidly (lučavka královská - 2M HNO₃ - vodní výluh). Aplikace vápenaté hmoty nezmění obsah kadmia v půdě, ale mění se jeho rozpustnost, pohyblivost (imobilizace) a přijatelnost pro rostlinu. Vápnění tedy pozitivně ovlivní chemismus půdy. Po aplikaci relativně nízkých dávek vápníku (a hořčíku) v popsaném hnojivu aplikovaném do seťové rýhy (vedle semene máku) se výrazně změnil obsah vápníku v půdě v bezprostředním okolí makového semene, který narůstal z 1 160 mg Ca/kg u kontroly na 1 320 mg Ca/kg, resp. na 1 420 mg Ca/kg (tab. 1). S narůstající dávkou vápenatého hnojiva (0-100-200 kg/ha) se měnila i hodnota výměnné půdní reakce, která narůstala z pH 5,52 u kontroly (kyselá) na pH 5,74 (slabě kyselá) až pH 5,90 (slabě kyselá).

Z analýzy jednotlivých částí rostliny po sklizni je patrné (tab. 2), že obsah kadmia narůstal v tomto pořadí: makovice - stonek - semeno - kořen. Z výsledků je patrný pokles obsahu kadmia v semeni s narůstající dávkou vápenatého hnojiva. Nejvyšší obsah kadmia byl u nevápněné kontroly (1,06 mg Cd/kg semene), zatímco s dávkou vápence klesal obsah kadmia v semeni na 0,90 až 0,84 mg Cd/kg. Nicméně u všech variant byl obsah kadmia v semeni pod max. limitem 1,20 mg Cd/kg semene.

Jako doplňující informaci je možno uvést, že obsah vápníku (Ca) se v jednotlivých částech rostlin výrazněji neměnil pod vlivem dávky vápence. Nejnižší obsah Ca byl v kořenu (0,44–0,49 % Ca), následovaný stonkem (0,54–0,57 % Ca), dále v semeni (1,38–1,50 % Ca) a nejvyšší v makovici (1,73–2,15 % Ca). Vápník je v rostlině obtížně pohyblivý, ale potvrdilo se tvrzení o vysokém obsahu Ca v makovém semeni, což je důležité z hlediska lidského zdraví (konzumace makového semene či oleje proti osteoporóze apod.).

Z výsledků polního pokusu je zřejmé, že i relativně nízká dávka vápenatého hnojiva (100–200 kg/ha) aplikovaného do seťové rýhy může snížit obsah kadmia v semeni o 15–21 % v relativním vyjádření a je efektivním pěstitelským opatřením.

Tab. 1: Analýza zeminy po sklizni na hodnotu pH/CaCl₂, obsah vápníku (Ca) a kadmia (Cd)

Tab. 2: Analýza rostlin na obsah kadmia (Cd) v semeni, makovicích, stonku a kořenu (mg/kg)

Závěr

Pro vypěstování kvalitního makového semene s obsahem kadmia do povoleného limitu 1,20 mg Cd/kg semene doporučujeme:

• vybrat vhodnou lokalitu zejména z pohledu hodnoty výměnné půdní reakce (ideálně pH nad 6,5) a obsahu přístupného vápníku v půdě („vyhovující“ a ještě lépe „dobrý“ obsah);
• kyselé pozemky vápnit, s možností využít nižších dávek vápenatých hmot do seťové rýhy;
• pravidelné organické hnojení;
• kupovat kvalitní minerální hnojiva od prověřených prodejců nebo si nechat udělat rozbor hnojiv na obsah rizikových prvků, jejichž koupi zvažujete;
• volba odrůdy máku neovlivňuje obsah kadmia v jeho semeni.

Některé výsledky v této publikaci byly podpořeny v rámci Operačného programu Integrovaná infraštruktúra pre projekt: Dopytovo-orientovaný výskum pre udržateľné a inovatívne potraviny, Drive4SIFood 313011V336, spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja. Děkujeme za pomoc a spolupráci kolegům z Botanické zahrady a arboreta Mendelovy univerzity, ze společnosti Labris, s.r.o. a ze společnosti Agro Odersko, a.s.

Použitá literatura je k dispozici u autorů.

Prof. Ing. Tomáš Lošák, Ph.D.¹, Doc. Ing. Ladislav Varga, Ph.D.^2
1Mendelova univerzita v Brně
²Slovenská polnohospodárska univerzita v Nitre