Výzkumná činnost

Využívané bioindikátoty

Nejčastěji se zjišťují koncentrace a jejich časové vybraných rizikových prvků a sloučenin ve vhodných rostlinných bioindikátorech jako jsou bokoplodé mechy, běžně se vyskytující trávy, jehličí smrku různého stáří atp. k určení míry kontaminace daného území nebo zjištění depozičních gradientů na lineárních transektech vedených od bodových nebo lineárních zdrojů znečišťování prostředí. Vysoká a silná adsorpční schopnost lesního nadložního humusu se využívá ke zjištění míry dlouhodobě akumulovaných atmosférických spadů za dobu trvání jehličnatého lesa včetně zjišťování starých depozičních zátěží od zdrojů znečišťování, které byly např. již v minulosti zrušeny. Analýza vnější kůry dřevin (smrk, borovice dub) a jejích výluhů (pH, elektrická vodivost, obsahy síranů, dusičnanů, aktivity radionuklidů atp.) ukazuje na změny v míře spadů kyselých srážek nebo radionuklidů a jejich přetrvávání v podmínkách kulturního lesa. Např. obsah chlóru a sodíku v půdě a rostlinách nebo výskyt slanomilných rostlin podél pozemních komunikací bioindikuje zónu zasolení vlivem zimního solení vozovek. Naopak zjišťování aktivit tzv. stresových enzymů v listech rostlin vystavených nepříznivým účinkům prostředí indikuje míru vyvolaného stresu (poškození), ale reakce bioindikátoru není specifická k určitému faktoru prostředí (např. účinkům polutantů nebo sucha). Používané í metody bioindikací se provádí podle mezinárodních manuálů, ve specifických případech v ověřených modifikacích. 

Používané chemické analýzy bioindikátorů

Pro chemické analýzy bioindikátorů je kromě běžné chemické laboratoře k dispozici i laboratoř stopových prvků a laboratoř stanovení organických sloučenin včetně potřebného doplňkového technického vybavení k zajištění těchto analýz. Kromě běžných chemických rozborů měření pH, elektrické vodivosti, spektrofotometrická měření atp.) se provádí stanovení celkových nebo vyluhovatelných obsahů 35–45 chemických prvků a některých izotopů pomocí spektrometrů ICP-OES, ICP-MS, jednoúčelového atomového absorpčního spektrometru AMA 254 ke stanovení rtuti a přístroje LECO ke stanovení celkového uhlíku, dusíku a síry. Laboratoř organických analýz stanovuje po extrakci obsahy vybraných kongenerů PCB, PAU, popř. dalších organických sloučenin pomocí plynové chromatografie s hmotnostní spektrometrií. Speciální stanovení aktivit radionuklidů (např. 137Cs, 210Pb, 40K, 14C) je zadáváno spolupracujícím speciálním laboratořím, např. SÚRO, v. v. i. Jakost práce laboratoří odboru Biomonitoringu je dlouhodobě a průběžně kontrolována v rámci mezinárodního programu kontroly analytických laboratoří.

1. Monitorování aktuálních úrovní atmosférického spadu větších území a ČR

Od roku 1990 v 5 letých intervalech (s přerušením v roce 2015) byla zjišťována aktuální míra atmosférické depozice vybraných prvků pomocí chemické analýzy mechu travník Šréberův (Pleurozium schreberi), případně alternativně mechu lazec čistý (Scleropodium purum) jako bioindikátoru. Opakovaný odběr vzorků mechu probíhá na 190-290 plochách v jehličnatých lesích na území celé ČR. V mechu je zjišťován celkový obsah 37–42 chemických prvků včetně dusíku. Výsledky biomonitoringu spadů v ČR byly v minulosti publikovány v národních zprávách pro příslušné období formou komentovaných bodových a izoliniových map distribuce sledovaných prvků. Od roku 2000 je biomonitoring aktuálních úrovní atmosférických spadů v Evropě zařazen jako jedna z aktivit v rámci mezinárodního programu spolupráce evropských zemí  ICP-Vegetation.

Pomocí obsahu litofilních prvků včetně prvků vzácných zemin byla indikována úroveň spadu půdních částic na území jižní Moravy vlivem větrné eroze. Na území Jizerských hor a západních Krkonoš byla bioidikována aktuální atmosférická depozice po odsíření a regulaci provozu tepelných elektráren. Obsahy polutantů v lesním nadložním humusu indikovaly distribuci dlouhodobých atmosférických spadů ve sledovaných územích.

2. Zjišťování aktuálních a dlouhodobých atmosférických spadů u bodových zdrojů

V okolí vybraných bodových zdrojů znečišťování ovzduší (kovohutě Příbram, sklárny Desná, výroba chlóru amalgámovou elektrolýzou Neratovice, mazutové pece na pálení vápence Čertovy schody) byly odebírány vzorky mechu a humusu na liniových transektech paprskovitě vybíhajících od bodových zdrojů. Bioindikované aktuální a dlouhodobě akumulované úrovně spadů se vzdáleností od zdroje nejlépe popisují obyčejně mocninové nebo exponenciální funkce.

Míra depozice spadů v jednotlivých směrech je obyčejně dobře popsána mocninovými funkcemi. Stanovení např. izotopových poměrů olova 206Pb a 207Pb umožňuje např. zjistit podíl olova ve vzorku z průmyslového zdroje a podíl olova z místního geologického podloží.

3. Zjišťování kontaminace podél liniových zdrojů znečištění

V okolí pozemních komunikací dálničního typu (D1, D61) byl sledován dosah znečištění především olovem z provozování motorových vozidel. Do vzdálenosti 100 m od dálnic byla zjišťována kontaminace rostlin, zemědělských plodin, orné půdy a lesního humusu těžkými kovy. 

Po zrušení distribuce olovnatého benzínu (rok 2000) se hlavními znečišťujícími prvky a sloučeninami stávají prvky z aditiv pohonných hmot a motorových olejů, prvky z otěrů pohyblivých částí automobilů, pneumatik a povrchů vozovek, obrusů brzdových destiček, platinové kovy uvolňované z katalyzátorů vozidel a organické sloučeniny z nedokonalého spalování pohonných hmot. Zóny kontaminace mechu a humusu v lesích směsí polutantů z dopravy (40 prvků, PCB, PAU) byly zjišťovány do vzdálenosti 200 m od silnic různých intenzit dopravy na území CHKO Šumava.  Rezidua olova z benzínu byla prokázána pomocí izotopových poměrů 206Pb/207Pb. Nejvyšší úrovně spadů u silnic byly indikovány např. B, Ba, Sb a PAU).

Koncentrace prvků v povodňových sedimentech Vltavy a jejich změny po povodni 2013 byly zjišťovány v reálu parku Veltrusy na plochách TTP, lesních a orné půdě. Zároveň byly zjišťovány i obsahy sledovaných polutantů v listech dubu letního. Úrovně kontaminací byly vztaženy k obsahu polutantů v sedimentech mimo dosahy aktuálních povodní a z doby před průmyslovou revolucí.

V sedimentech Teplé Vltavy a Řasnice byly zjišťovány obsahy biologicky účinných prvků očekávaných z emisí z bývalé sklárny v Lenoře. Distribuce vertikálního znečištění břehových sedimentů je patrná v okolí sklárny a na spodním toku do hloubky 25-40 cm. Byly zjišťovány faktory nabohacení sedimentů antropofilními prvky a odhadnuta ekologická rizika dosažených koncentrací těžkých kovů.

Ve spolupráci s VÚV, v. v. i. je bioindikována aktuální úroveň atmosférických spadů, jsou zjišťovány úrovně spadů bulk a podkorunových srážek ve vybraných lesních povodí a jejich vliv na kvalitu povrchové vody.

4. Upřesňování biomonitorovacích metod

Podle potřeb jsou rozšiřovány nebo zlepšovány používané metody biomonitorovací postupy, jako např. možnosti používání alternativních bioindikátorů v oblastech, kde se zavedený bioindikátor nevyskytuje, vlivy různých způsobů mineralizace analyzovaných vzorků nebo různého obsahu křemíku ve vzorcích na výsledek stanovení obsahu sledovaných prvků atp.

5. Ostatní aktivity

Laboratoře odboru jsou primárně určeny pro potřeby výzkumu, nikoli pro komerční využívání. V omezeném rozsahu a podle volné kapacity jsou chemické analýzy využívány analýzy např. ke zjišťování přestupu rizikových prvků z pěstebních substrátů nebo čistírenských kalů do pěstovaných rostlin, zjišťování kontaminací různých materiálů (inertní posypy vozovek, kompostů, materiálů ze starých skládek, vstupech vybraných prvků z geologického podloží do zemědělských půd a polních plodin, úrovně znečištění půdních pokryvů, vod a vegetace atp.)