Προσδιορισμός βαρέων μετάλλων στα νερά, στο έδαφος και στα λαχανικά στις αγροτικές περιοχές του Νομού Αιτωλοακαρνανίας και χρήση ειδικών αδρανοποιητών στα υποστρώματα καλλιέργειας για ελαχιστοποιημένη περιεκτικότητα σε βαρέα μέταλλα

Abstract

The environmental pollution from heavy and toxic metals among the priority concerns of modern era. This is largely due to anthropogenic disruption of ecological balance. Redistribution of toxic elements can finally pollute soil, plants and waters and ultimately the food chain. Consequently can affect systematic monitoring of toxic heavy metals in the environment their speciation would allow risk analysis. A sustainable completed management is required to determine the concentration of heavy metals in plant, in soils, in potable and surface waters. In parallel with measurements is required a proper comprehension of the underlying physicochemical mechanisms that determine the interactions of metals with components. A dual approach was adopted in the present PhD thesis. A. Field data were effected based systematic spatial and temporal samplings. Particular emphasis was given in cadmium due to its high toxicity, and its abundance in mineral fertilizers. B. Experimental cultures (spinach) were realised in perlite. The role of Humic acid was also studying in details. C. A physicochemical study of interaction of heavy metals with of soil components was carried out for γ-ΑΙ₂Ο₃, SiO₂ and perlite plus soil organic matter were regard to their interaction with Cd. Particular emphasis was placed on: - Interaction of cadmium with γ-ΑΙ₂Ο₃-SiO₂. - Interaction of cadmium with γ-ΑΙ₂Ο₃-[humic acid]. - The role of ions NO₃⁻, SO₄²⁻ in the interaction of cadmium with γ-ΑΙ₂Ο₃-SiO₂. - The role of ions NO₃⁻, SO₄²⁻ in the interaction of cadmium with γ-ΑΙ₂Ο₃-[humic acid]. The experimental data reveal that Cd²⁺ binding on oxides is modulated by the electrolyte ions in a complex manner. At high electrolyte concentration, Cd²⁺ uptake by oxides is inhibited while at low concentration of electrolyte ions, Cd²⁺ uptake by oxides can be enhanced. By the study of effect of humic acids in the growth of plants and the binding of cadmium were notice that the concentration of them play important role. These phenomena are based on unity physicochemical model which takes into consideration the surface interactions of (humic acid ΑΙ₂Ο₃-SiO₂] and Cd- [solid phase].

Η ρύπανση του περιβάλλοντος από βαρέα και τοξικά μέταλλα είναι ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα της σύγχρονης εποχής. Οφείλεται σε ανθρωπογενή διατάραξη της οικολογικής ισορροπίας με συνέπεια, μεταξύ άλλων, την ανακατανομή τοξικών στοιχείων τα οποία μπορεί τελικά να επιβαρύνουν το έδαφος, τα φυτά και τα νερά και να εισαχθούν στην τροφική αλυσίδα. Επομένως, κρίνεται απαραίτητη η ύπαρξη συστηματικής παρακολούθησης των τοξικών βαρέων μετάλλων στο περιβάλλον και εκτίμηση των κινδύνων που εμφανίζονται εξαιτίας τους. Στα πλαίσια μιας ολοκληρωμένης διαχείρισης απαιτείται να προσδιοριστεί η συγκέντρωση των βαρέων μετάλλων σε φυτικούς ιστούς, στα εδάφη, στο πόσιμο νερό, στα νερά άρδευσης, στα νερά των ποταμών και των λιμνών. Παράλληλα με τις μετρήσεις είναι απαραίτητη η κατανόηση των φυσικοχημικών μηχανισμών που καθορίζουν την αλληλεπίδρασή τους με τα στερεά συστατικά του εδάφους και τα κολλοειδή της υδατικής φάσης. Αυτή η διπλή προσέγγιση υιοθετήθηκε στην παρούσα διδακτορική διατριβή. Α. Για τη συλλογή στοιχείων πεδίου σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν αντιπροσωπευτικές δειγματοληψίες και ανάλυση υδάτων, εδάφους και φυτικών ιστών. Από τα μέταλλα, ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στο κάδμιο μιας και έχει πολύ υψηλή τοξικότητα και συναντάται σε ορυκτά λιπάσματα. Β. Πραγματοποιήθηκαν πειραματικές καλλιέργειες (σπανάκι) σε περλίτη εμποτισμένος με ή χωρίς χουμικά οξέα. Επίσης μελετήθηκε η κατανομή των βαρέων μετάλλων με έμφαση στο κάδμιο C. Έγινε φυσικοχημική μελέτη αλληλεπίδρασης βαρέων μετάλλων με συστατικά του εδάφους. Από τα συστατικά του εδάφους επιλέχθηκαν και μελετήθηκαν από τα οξείδια γ-ΑΙ₂Ο₃, SiO₂ και το μείγμα αυτών (περλίτης), καθώς και η οργανική ύλη του εδάφους (χουμικά οξέα). Έγινε ενδελεχής μελέτη των εξής φαινομένων: - Αλληλεπίδραση καδμίου με γ-ΑΙ₂Ο₃-SiO₂. - Αλληλεπίδραση καδμίου με χουμικό οξύ- γ-ΑΙ₂Ο₃. - Ο ρόλος των ιόντων NO₃⁻, SO₄²⁻ στην αλληλεπίδραση καδμίου με γ-ΑΙ₂Ο₃,SiO₂. - Ο ρόλος των ιόντων NO₃⁻, SO₄²⁻ στην αλληλεπίδραση καδμίου με χουμικό οξύ- γ-ΑΙ₂Ο₃. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ανάλογα με την συγκέντρωση των ηλεκτρολυτών, διαφοροποιείται σημαντικά η δέσμευση καδμίου. Σε υψηλή συγκέντρωση των ιόντων ηλεκτρολυτών, η λήψη Cd²⁺ από τα οξείδια παρεμποδίζεται ενώ στην χαμηλή συγκέντρωση των ιόντων ηλεκτρολυτών, η λήψη του Cd²⁺ από τα οξείδια ενισχύεται. Από την μελέτη της επίδρασης των χουμικών οξέων στην ανάπτυξη των φυτών και στην δέσμευση του καδμίου διαπιστώθηκε ότι ανάλογα με την συγκέντρωση τους και την παρουσίας τους στο υπόστρωμα πριν και μετά την ανάπτυξη των φυτών, έχουμε διαφορετικά αποτελέσματα. Αυτά τα φαινόμενα ερμηνεύονται με βάση ένα ενιαίο φυσικοχημικό μοντέλο το οποίο λαμβάνει υπόψη τις επιφανειακές αλληλεπιδράσεις (χουμικού οξέος ΑΙ₂Ο₃,SiO₂] και Cd-[στερεάς φάσης].