Vliv kontaminace půdy toxickými prvky na aktivitu vybraných půdních enzymů a růst plodin

Bc. Miroslava Křivánková

Master's thesis

The effect of soil contamination by toxic elements on activity of choosen soil enzymes and crop growth

Abstract:

Cílem této práce bylo studium vývoje a výnosu biomasy Lupinus angustifolius L. a Avena sativa L. vlivem rizikových prvků v antropogenně kontaminované půdě. Dále byly zkoumány změny aktivity půdních enzymů (β-glukosidázy a kyselé fosfatázy). Vliv Cd, Pb a Zn na rostliny byl zjišťován v nádobových vegetačních pokusech. Pro pokusy byly zvoleny půdy z dvou lokalit České republiky lišících se obsahem rizikových prvků. Kontrolní variantu představovala půda z oblasti Praha - Suchdol, která obsahovala tyto prvky v legislativních limitních hodnotách. Kontaminovanou variantu představovala půda z oblasti Příbramska - Podlesí, která obsahovala nadlimitní hodnoty rizikových prvků (Cd 3,9 ± 0,5 mg/kg; Pb 929,1 ± 189,5 mg/kg; Zn 141,9 ± 14,0 mg/kg). Zvýšený obsah rizikových prvků byl zaznamenán v biomase obou rostlin pěstovaných na kontaminované půdě. Nejvíce se rizikové prvky akumulovaly v kořenu obou rostlin. Změny ve výnosu biomasy nebyly statisticky průkazné. Vliv Cd, Pb, Zn na růst rostlin byl pozorován pouze u ovsa, kdy na kontaminované variantě rostly nižší rostliny. Po odběru biomasy z této varianty bylo u ovsa zjištěno, že výnos byl ve všech částech rostliny vyšší u kontroly. U kořenů byl výnos o 22 % vyšší a u listů o 9 % vyšší oproti kontaminované variantě. Tyto hodnoty nebyly statisticky významné. U lupiny bylo po analýze biomasy zjištěno, že výnos byl ve všech částech rostliny vyšší u varianty kontaminované. Oproti kontrole byl výnos kontaminované varianty u kořenů vyšší o 13 % u 1. odběru a o 6 % u 2.odběru; u listů vyšší o 18 % u 1. odběru a o 16 % u 2. odběru; u lusků vyšší o 39 %. Hodnoty byly statisticky průkazné pouze u výnosu lusků. Enzymatická aktivita v půdě byla prvky Cd, Pb, Zn také ovlivněna. Po sklizni lupiny byla aktivita β-glukosidázy vyšší v půdě z kontaminované varianty; u 1. odběru o 7 % a u 2. odběru o 70 % oproti kontrole. Aktivita kyselé fosfatázy u lupiny byla také vyšší u varianty kontaminované; u 1. odběru o 44 % a u 2. odběru o 63 % oproti kontrole. Statisticky neprůkazný rozdíl byl pouze u β-glukosidázy u 1. odběru. V půdě po sklizni ovsa byla aktivita obou enzymů vyšší ve variantě kontaminované; u β-glukosidázy o 77 % a u kyselé fosfatázy o 52 % oproti kontrole. Statisticky tyto hodnoty byly potvrzeny u obou enzymů. Výsledky prokázaly vliv kontaminace půdy na výnos, obsah rizikových prvků u obou rostlin a na aktivitu vybraných enzymů v půdě.

Abstract:

Main target of this thesis was to study the development and biomass yield of Lupinus angustifolius L. and Avena sativa L. under the influence of risk elements in anthropogenically contaminated soil. Furthermore, changes in the activity of soil enzymes (β-glucosidase and acid phosphatase) were investigated. The effect of Cd, Pb and Zn on L. angustifolius and A. sativa was investigated in pot vegetation experiments. Soils from two locations in the Czech Republic differing in the content of the toxic elements were chosen for the experiments. The control variant - soil from the Prague - Suchdol area with a low degree of contamination (Cd, Pb and Zn ) according to Czech legislation. The contaminated variant was soil from the area of Příbramsko - Podlesí with contents of Cd, Pb and Zn above the Czech legislation (Cd 3.9 ± 0.5 mg/kg; Pb 929.1 ± 189.5 mg/kg; Zn 141.9 ± 14.0 mg/kg). Increased levels of toxic elements were observed in the biomass of L. angustifolius and A. sativa grown on contaminated soil. The toxic elements accumulated the most in the root of both plants. Changes in biomass yield were not statistically significant. The effect of Cd, Pb, Zn on plant growth was observed only in A. sativa also reduced stem lenght was observed. After biomass sampling from this variant, it was found that the yield of Avena sativa was higher in all parts of the plant in the control variant. The yield was by 22 % higher in roots and by 9 % higher in leaves compared to the contaminated variant. These values were not statistically significant. The biomass yield was higher in all parts of L. angustifolius in the contaminated variant. Compared to the control, the yield of the contaminated variant was by 13 % higher for roots in the first sampling and by 6 % higher in the second sampling; for leaves by 18 % higher in the first sampling and by 16 % higher in the second sampling; for pods 39 % higher. The values were statistically significant only for pod yield. Enzymatic activity in soil was also affected by Cd, Pb a Zn soil contamination. After harvesting of L. angustifolius, β-glucosidase activity was higher in the soil from the contaminated variant; in the 1st sampling by 7 % and in the 2nd sampling by 70 % compared to the control. The acid phosphatase activity of lupin was also higher in the contaminated variant; by 44 % higher in the 1st sampling and by 63 % higher in the 2nd sampling compared to the control. The only statistically insignificant difference was for β-glucosidase in the 1st sampling. In the soil after oat harvest, the activity of both enzymes was higher in the contaminated variant; for β-glucosidase by 77 % and for acid phosphatase by 52 % compared to the control. Statistically, these values were confirmed for both enzymes. The results showed the effect of soil contamination on the yield and content of Cd, Pb a Zn in both plants and on the activity of selected enzymes in the soil.

Keywords

antropogenní kontaminace půdy, půdní enzymy, esenciální prvky, abiotický stres, toxické prvky

Keywords

anthropogenic soil contamination, soil enzymes, essential elements, abiotic stress, toxic elements

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 4. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 22. 5. 2024
• Supervisor: prof. Ing. Daniela Pavlíková, CSc.
• Reader: Jitka Loosová, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / specializace:
Agriculture and Rural Development / Farming in Agriculture