Master's Thesis

Study of plasma treated water effects on hemp grown in environment contaminated by cadmium

Final Thesis 2.24 MB

Author of thesis: Bc. Marek Opluštil

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jana Šimečková, PhD.

Abstract:

This master’s thesis investigates the influence of plasma-activated water (PAW) on the growth and physiological state of hemp (Cannabis sativa) cultivated in soil contaminated with graded concentrations of cadmium (0, 1, 10, and 50 mg/kg). Following interaction with plasma, water acquires new properties that can be used for agricultural applications.
The theoretical part summarizes knowledge regarding plasma generation, the properties of plasma activated water, and methods of its preparation and applications. Another section focuses on plant photosynthesis and chlorophyll fluorescence, techniques utilized to determine various parameters reflecting plant health and vitality. Furthermore, the issue of cadmium in environment contamination is addressed, specifically its impact on plant growth and vitality in combination with PAW treatment. The theoretical section concludes with an overview of analytical techniques for plant material characterization employed in the experimental phase.
In the experimental part, PAW was prepared and characterized using a plasma jet submerged in liquid, with the introduction of a nitrogen–oxygen gas mixture. The resulting solution exhibited elevated concentrations of nitrates, nitrites, and hydrogen peroxide. Subsequently, the impact of PAW on plant growth and vitality was monitored. Morphological measurements (root and stem length, leaf area) were conducted, followed by an analysis of the root system architecture (number of branches, junctions, and endpoints) using Fiji ImageJ software. Fresh weight was determined, and fluorescence parameters and the NDVI index were analysed. Finally, nutrient content was determined via atomic absorption spectroscopy (AAS). The accumulation of cadmium in hemp tissues was also measured to assess its phytoremediation potential.
The results of the vegetation experiment demonstrated a positive effect of PAW on plant growth and its physiological parameters. Fluorescence diagnostics and NDVI analysis confirmed that PAW increases photosynthetic efficiency and plant vitality, effectively mitigating the inhibitory effects of cadmium on the photosynthetic apparatus. A beneficial impact of PAW on the content of some plant nutrients was also observed, and PAW application significantly enhanced the phytoremediation potential of hemp. These findings provide a valuable foundation for transitioning from laboratory scale experiments to real world environmental applications.

Keywords:

Cannabis sativa, cadmium, plasma activated water, fluorescence, chlorophyll, atomic absorption spectroscopy

Date of defence

25.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Obhajoba diplomové práce proběhla podle následujícího schématu: prezentace studenta-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Student přednesl velmi dobrý výtah výsledků své diplomové práce, zodpověděl dotazy oponentské i členů komise, reagoval na připomínky k práci. V diskusi tak student prokázal velmi dobrou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky diplomové práce. Komise, s uvážením hodnocení v posudku a vyjádření vedoucí/ho, zhodnotila jeho diplomovou práci celkově jako velmi dobrou. Pekař: V jaké formě Bylo kadmium dodáváno do půdy? Co znázorňuje graf u závěru? Proč rostliny absorbují těžké kovy? Veselý: Hledal jste normy týkající se stanovení velikosti kořenového systému? Lehocký: Proč myslíte, že je kadmium tak nebezpečné?

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta chemická

Department

Institute of Physical and Applied Chemistry

Study programme

Chemistry and Chemical Technologies (NPCP_CHCHTE)

Composition of Committee

doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (předseda)
doc. Ing. Viera Jančovičová, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Michal Veselý, CSc. (místopředseda)
prof. Ing. Marián Lehocký, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Martin Vala, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá vlivem plazmatem aktivované vody aplikované na konopí seté v nádobových pokusech s půdou kontaminovanou kadmiem. K analýze rostlinného materiálu se zaměřením na obsah kadmia a nutrientních prvků byla použita AAS. Dále byly vyhodnocovány morfologické parametry rostlin (kořenový systém, biomasa, počty listů) a vitalita rostlin (fluorescence chlorofylu).
Při řešení své práce pracoval student samostatně, ačkoliv občas vyžadoval intenzivnější povzbuzení. Vlastní práce je logicky členěná a pečlivě zpracovaná. Literární rešerše je velmi podrobně zpracována a obsahuje všechny důležité poznatky. Výsledky jsou přehledně vyhodnoceny a diskutovány se snahou o porovnání s literaturou. Závěry jsou pak formulovány srozumitelně. Vzhledem k aktuálnosti tématu zaměřeného na růst rostlin v kontaminovaném prostředí jsou výsledky této práce přínosem a vytváří základ pro další studium dané problematiky.
Diplomová práce splnila požadavky zadání a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování B
Využití poznatků z literatury B
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce B
Celkový přístup k řešení úkolů A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jana Šimečková, PhD.

Závěrečná diplomová práce se zabývá studiem účinku kontaminace zeminy kadmiem v kombinaci s použitím zálivky plazmatem aktivované vody (PAW) na rostliny konopí. Práce je zajímavá a komplexní.
Po formální stránce je práce v pořádku – obsahuje minimum nedostatků, překlepů. V případě jazykové a odborné úrovně literárního přehledu jsem měla podezření, zda je text vytvořen pouze studentem. Text je na velmi vysoké odborné úrovni, která neodpovídá magisterskému stupni studia. Je možné, že student vyučil některý z nástrojů AI technologie. Citace byly v pořádku, využity výhradně odborné knihy a vědecké práce. V kapitole 2.2.2 Možnosti přípravy PAW bych očekávala, že student slovně popíše všechny uvedené typy výbojů uvedené na Obrázku 2. Kromě toho nebylo použito stejné názvosloví u obrázku a následně u slovního popisu – horší orientace pro čtenáře.
Některé části v kapitole Výsledky a diskuse by bylo vhodnější uvést v části Experimentální část (např. složení použité PAW), dále mi v části Experimentální část chyběl popis zpracování dat a jejich statistické vyhodnocení, popis způsobu přípravy vzorků pro analýzu atomové absorpční spektroskopie (teprve až v části Výsledky a diskuse je vysvětleno, že byl vytvořen 1 směsný vzorek).
Popis grafů v části Výsledky a diskuse bylo možné zvolit vhodněji – zbytečně opakující se slova, čtenář se ztrácí v textu. U některých grafických znázornění výsledků by bylo vhodné zvolit jiný začátek osy „y“ pro zvýraznění rozdílů mezi variantami.
Slabší částí práce byla diskuse, která by komentovala získané výsledky. Může souviset s nedostatečnými zdroji, které by zpracovávaly obdobnou problematiku.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce B
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse C
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem B
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. 1. Je plazmatem aktivovaná voda v současnosti běžně používána v zemědělské praxi?
  2. 2. Popište slovně proces fytoremediace, tj. Obrázek 4.
  3. 3. Kolik semen konopí bylo vkládáno do pěstební nádoby? Jak dlouho se semena nechávala naklíčit, resp. kdy byla umisťována do nádoby? Proč nejsou v některých nádobách na Obrázku 15 rostliny?
  4. 4. Proč byly zvoleny dávky kadmia 1, 10 a 50 mg/kg zeminy?
  5. 5. Mohla být pro hodnotu délky kořene limitující velikost nádoby?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová