Sledování imisí prostřednictvím Aktivního biomonitoringu

Při pasivním biomonitoringu se posuzuje hromadění nežádoucích látek nebo i poškození rostlin, které se v zájmové oblasti vyskytují přirozeně. Naproti tomu aktivní biomonitoring spočívá v cíleném vystavení vybraných rostlin, které budou sloužit jako bioindikátory, vlivům prostředí v zájmovém území, kde se pak sleduje jejich reakce. Lze tak získat poměrně dobrý obraz o vnosu škodlivých látek do prostředí, stanovit, jaké je prostorové a plošné zatížení zájmového území vybranými prvky nebo sloučeninami, či sledovat emitenty. Metoda aktivního biomonitoringu se dnes běžně užívá např. v Rakousku či Německu. Ve vzorcích rostlinného materiálu, odebíraných v rámci aktivního biomonitoringu, se zjišťuje obsah vybraných prvků (As, Cd, Cl, Cr, Cu, F, Fe, Hg, Mn, Mo, Na, Ni, Pb, S, Zn) a polycyklických aromatických uhlovodíků (PAH).

Aby bylo možné získat srovnatelné výsledky a dojít ke spolehlivým závěrům, je nezbytné rostliny předpěstovávat ve standardních podmínkách, přičemž se musejí dodržovat určité zásady, o nichž tato metodika pojednává. Metodika byla zpracována na základě výsledků ÚKZÚZ (odboru APVR) a VÚRV (oddělení ekotoxikologie Chomutov) a má případným zájemcům podat návod, jak založit monitorovací stanoviště, jak odebírat vzorky a jak je připravit k chemickým analýzám.

Výběr stanovišť

Zásadně je třeba rozlišovat mezi stanovišti pozaďovými, která slouží k monitorování běžných hodnot v prostředí relativně nezatíženém, a stanovišti, kde se zjišťuje zatížení, působené konkrétním emitentem.

Sběrná zařízení by měla být umístěna na prostranství o rozměrech alespoň 20 x 20 m, se sklonem menším než 10^o. Vzdálenost od velkých překážek by neměla být kratší než dvojnásobek jejich výšky, vrchol překážky by měl být nejvýše 30^o nad horizontem. Za dostatečnou vzdálenost od malých stacionárních i mobilních zdrojů znečištění (lokální topeniště, frekventované komunikace), která neovlivní výsledky, se považuje 100 m.

Má-li stanoviště sloužit k podchycení emisí konkrétního zdroje, např. spalovny, vychází se z větrné růžice a z výšky komína: imisní maximum se předpokládá ve směru převládajícího větru ve vzdálenosti, která odpovídá alespoň desetinásobku výšky komína.

Substrát

Substrát by měl být v zásadě jednotný, pokud možno bez živin. Osvědčila se rašelina s příměsí plaveného písku. Ideální by byl substrát podle ISO normy (ISO 11268-1), sestávající z 10 % jemné rašeliny (bez příměsi zbytků rostlin), 20 % kaolinu (s minimálně 30 % kaolinitu) a 70 % písku (křemičitý písek s více než 50 % částic 0,05 - 0,2 mm). K vyrovnání acidity (na pH 6,0 ± 0,5) se přidává vápenec (přibližně 0,5 % CaCO₃).

Rostliny

Za nejvhodnější, univerzální bioindikátor se pro daný účel považuje jílek mnohokvětý (Lolium multiflorum Lam.), jehož expozice je však omezena vegetační dobou (květen-říjen). Vlastní sledování probíhá v měsíčních intervalech, takže se během vegetační doby uskuteční šest cyklů. Ve sledováních ÚKZÚZ se osvědčily odrůdy Romul, Fabio a Gaza.

Druhou indikační rostlinou, vhodnou pro celoroční a dlouhodobou expozici, je borovice černá (Pinus nigra Arnold). I u té je zapotřebí zajistit jednotný původ.

Příprava standardizované kultury jílku Předpěstování trvá pět týdnů. Pro květnovou expozici je tedy třeba jílek zasít již v posledním týdnu března. Doporučuje se založit jílkový porost vždy alespoň ve čtyřech květináčích, aby narostlo dostatečné množství hmoty pro následné rozbory.

Postup :

1. do dna plastového květináče o průměru alespoň 20 cm se vyvrtají dva otvory pro protažení nasávacího knotu, který musí být dostatečně dlouhý (osvědčily se ploché knoty ze skleněných vláken o šířce 3 cm).

2. květináče se naplní substrátem tak, aby

   • knoty nebyly příliš daleko od povrchu substrátu

   • půda dosahovala 4 cm pod okraj květináče (nutno stlačit šablonou z překližky či z plastu)

3. na povrchu substrátu rovnoměrně rozdělit 4 g osiva jílku mnohokvětého, osivo překrýt cca 4 mm substrátu a znovu stlačit šablonou 4 cm pod okraj

4. nakonec zvlhčit povrch substrátu (deionizovanou vodou), protože vzlínání vody pomocí knotů má určitou prodlevu a vzcházení by se opožďovalo

5. oseté květináče se umístí ve skleníku nebo jiném, před atmosférickým spadem chráněném místě, a to tak, aby knoty neustále dosahovaly do nádoby s deionizovanou vodou (vhodné jsou např. fotografické misky s příčně položenými lištami z plastické hmoty či ze zabroušeného skla)

Porost vzchází přibližně týden po zasetí a vyžaduje toto ošetřování:

1. čtrnáct dní po zasetí (týden po vzejití) se vzešlý porost poprvé sestříhá, a to tak, aby tráva byla zastřižena zároveň s okrajem květináče. Odstříhané části porostu musí padat mimo květináč.

2. 2 týdny po vzejití druhý sestřih

3. 3 týdny po vzejití třetí sestřih a první přihnojení porostu (50 ml hnojivého roztoku)

4. 4 týdny po vzejití se květináč převeze na expoziční místo. Teprve těsně před vlastní expozicí následuje poslední (4.) sestřih (odstraní se tak tráva, která mohla případně být kontaminována při přepravě) a 2. přihnojení (100 ml hnojivého roztoku)

Příprava borovic

Zhruba čtyřleté sazenice borovice se vysazují do dřevěných kontejnerů o objemu 1 m³, vyplněných uvedeným substrátem. Během pozorování nevyžadují žádné ošetřování kromě každoročního přihnojení a průběžného pletí kontejneru. Za sucha se však borovice musejí zalévat podle potřeby deionizovanou vodou.

Hnojení

Ke hnojení se používá výhradně hnojivý roztok složený z 5,8 g KH₂PO₄, 8,5 g KNO₃ a 5,3 g NH₄NO₃ rozpuštěných v litru deionizované vody.

Jílek se hnojí dvakrát v množstvích a termínech, uvedených výše.

Borovice se každoročně hnojí třemi litry hnojivého roztoku, a to začátkem května.

Expozice jílku

Květináče jsou na místě sledování umístěny v zásobníku s (deionizovanou) vodou. Hladinu vody v zásobníku je třeba pravidelně kontrolovat, aby knoty byly neustále ponořeny do vody. Horní okraj květináče je ve výšce 150 - 180 cm nad zemí (viz nákres). Osvědčilo se na každém stanovišti instalovat alespoň čtyři zásobníky, libovolně uspořádané se zachováním odstupu kolem 5 m.

Expozice jílku na stanovišti trvá 4 týdny.

Odběr vzorků k chemickým rozborům

Vzorky se odebírají na stanovišti vždy na konci pozorovacího období, a to odlišně podle druhu bioindikátorů (viz dále). Ke všem dalším úkonům (navažování, dělení vzorku) se přistupuje až v laboratoři. Rostlinný materiál (porost jílku či borové jehlice) se odstříhává nůžkami (keramickými nebo s povlakem TiO₂), a to nejlépe přímo na polyetylén, v němž se s ním bude dále manipulovat. Nůžky se musejí před každým odběrem i  po něm vyčistit (deionizovanou vodou či acetonem).

1. jílek
Po ukončení expozice (obvykle koncem měsíce) se přímo na stanovišti ostříhají všechny květináče až k okraji (tzn. na výšku strniště cca 4 cm). Takto získaný materiál tvoří jeden vzorek.

2. borovice
Z exponovaných borovic se odstříhávají jednoleté jehlice tak, aby do vzorku nepřišly jejich báze, které obsahují velké množství silic. Vzorky jehličí se odebírají dvakrát ročně (k prvnímu dubnu a k prvnímu říjnu). Minimální velikost čerstvého vzorku je 50 g.

Úprava vzorků

Ke stanovení rizikových prvků se vzorek se suší v bezprašné místnosti při 30^oC (vyšší teploty znamenají ztrátu Hg). Vysušování trvá asi týden, během něhož je třeba materiál dvakrát až třikrát protřepat.

Ke stanovení organických polutantů se ze sestříhaného vzorku co nejdříve po odběru naváží třikrát po 10 g původního vzorku, každá z navážek se vloží do Petriho misky, zamrazí a poté lyofilizuje.

Stanovují-li se ve vzorku rizikové prvky i organické polutanty, doporučuje se napřed navážit 3 x 10,0 g původního materiálu a teprve zbývající část usušit.

Minimální velikost vzorků (uvedená množství postačují i pro opakovaný rozbor):

polyaromatické uhlovodíky (čerstvý, nevysušený, neupravovaný vzorek)	20 g
rizikové prvky včetně Fe, Mn, Al, Na (vysušený a upravený vzorek)	10 g
rtuť - celkový obsah Hg	2 g
síra - celkový obsah S	2 g
chlor - celkový obsah Cl	2 g
fluor - celkový obsah F	10 g

Analytické metody

Chemické rozbory získaných vzorků provádějí analytické laboratoře. Pro jednotlivá stanovení byly použity tyto postupy:

Stanovení As, Al, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Na, Ni, V, Zn

Používá se mineralizace suchou cestou, kdy se upravený vzorek spaluje v muflové peci postupným zvyšováním teploty tak, aby nedošlo ke ztrátám stanovovaných prvků. Popel se následně rozpustí ve zředěné kyselině dusičné.

V získaných mineralizátech se uvedené prvky stanovují pomocí optické emisní spektrometrie v indukčně vázaném plazmatu (OES-ICP).

Stanovení Pb, Cd

Kadmium a olovo se stanovují po mineralizaci vzorku suchou cestou metodou plamenové atomové absorpční spektrofotometrie. Citlivost měření se zvyšuje použitím křemenného štěrbinového koncentrátoru atomů.

Stanovení Hg

Rtuť se stanovuje přímo v upraveném vzorku na přístroji AMA-254.

Vzorek se postupně vysouší v proudu kyslíku a rozloží programovatelným nárůstem teploty. Proud kyslíku vede spaliny přes amalgátor, kde dojde k dokonalé oxidaci spalin a zároveň se odstraní nežádoucí složky. Rtuť se zachytí v amalgátoru. Po jeho zahřátí se uvolněné páry rtuti vedou do měřícího prostoru, kde se měří pokles intenzity záření rtuťové výbojky, způsobený přítomností rtuti.

Stanovení S

Ke stanovení síry se vzorek mineralizuje mokrou cestou, což představuje oxidaci vzrorku peroxidem vodíku ve vroucí kyselině dusičné. V získaných mineralizátech se síra stanovuje metodou optické emisní spektrometrie v indukčně vázaném plazmatu (OES-ICP).

Stanovení PAH

materiál upravený lyofilizací se extrahuje acetonem. Po přečištění extraktu se polycyklické aromatické uhlovodíky stanovují metodou vysokoúčinné kapalinové chromatografie (HPLC) s použitím gradientové eluce a fluorescenčního detektoru (FLD).

NÁKRES expozice květináče s porostem jílku v zásobníku s deionizovanou vodou

porost jílku substrát knot květináč deionizovaná voda zásobník stojan

(horní okraj květináče je ve výšce 150-180 cm nad zemí)