Επίδραση των εδαφικών χαρακτηριστικών στη μεταφορά βαρέων μετάλλων στην τροφική αλυσίδα μέσω της βοσκήσιμης ύλης σε περιοχές της Ελλάδας

Abstract

A heavy metal is a member of a loosely-defined subset of elements that exhibit metallic properties, such as some elements that are considered necessary nutrients for plants (Fe, Zn, Cu, Mn), and others that are characterized as beneficial for plants but are not necessary to complete their biological cycle (Se). The present study aims to examine the influence of various soil parameters on the uptake of the above elements by forage material. Two areas with significantly different soils were chosen, the basin of Ptolemais – Amyntaion and the organic soils of the basin of Philippoi. Samples were taken from 16 sampling sites in the Ptolemais – Amyntaion basin, as well as 42 sampling sites in the basin of Philippoi. All the samples were analyzed to determine the soil characteristics and the concentration of nutrients. The concentration of water soluble Se was determined as this is considered readily bioavailable to plants. Simultaneously plant samples were taken from the same sites and analyzed to determine the concentrations of nutrients and Se. The results for the soil concentrations in the Ptolemais – Amyntaion basin show that Fe in most sites is much higher than the highest permissible level; Zn ranges between low and adequate, Cu between average and adequate and Mn from low to average. The concentrations of bioavailable Se range between 1.7 - 48.9 μg/L. The results for the plant tissue concentrations showed that Fe is at least two times higher than the highest permissible level in most sites while Zn, Cu and Mn follow a more normal distribution. The concentration of Se in the plant tissues range from 55-117.5 μg/kg.The results for the basin of Philippoi showed that the soil concentration of Fe is way higher than the highest permissible values, while the concentrations of Zn and Cu range from average to adequate in most sites. Mn concentrations appear in normal levels, as well, with only a few exceptions. The concentration of Se ranges from 0 - 14.40 μg/L. Plant tissue analysis showed, that the concentration of Fe is very high. The concentrations of Mn, Zn and Cu are higher than the highest level, but not as high as that of Fe. The concentration of Se in plants ranges from 55 - 1150 μg/kg.Models that estimate the uptake of Se, Fe, Zn, Cu and Mn were derived through the application of stepwise multiple regression. These models confirm previous studies on the soil parameters that affect the mobility of these metals, although the soils used in this study cannot be characterized as typical soils due to their distinct characteristics.

Στα βαρέα μέταλλα ανήκει ένα υποσύνολο χημικών στοιχείων που παρουσιάζουν μεταλλικές ιδιότητες, όπως κάποια από τα στοιχεία που θεωρούνται απαραίτητα για τα φυτά (Fe, Zn, Cu, Mn), αλλά και άλλα που χαρακτηρίζονται ως ωφέλιμα όμως δεν είναι απαραίτητα για την ολοκλήρωση του βιολογικού κύκλου του φυτού (Se).Η εργασία αυτή έγινε για να μελετηθεί η συμπεριφορά των παραπάνω στοιχείων στο έδαφος και η είσοδός τους στην τροφική αλυσίδα μέσω της βοσκήσιμης ύλης. Επιλέχθηκαν δύο περιοχές με έντονες διαφορές στα εδάφη τους: η λεκάνη Πτολεμαΐδας – Αμυνταίου, και τα Τενάγη των Φιλίππων.Στην Λεκάνη Πτολεμαΐδας – Αμυνταίου πάρθηκαν δείγματα από 16 θέσεις και από 42 θέσεις στα Τενάγη των Φιλίππων. Στα δείγματα έγιναν όλες οι αναλύσεις χαρακτηρισμού των εδαφών και ο προσδιορισμός των θρεπτικών στοιχείων. Το κλάσμα του Se που προσδιορίστηκε είναι το υδατοδιαλυτό, ως άμεσα διαθέσιμο στα φυτά. Ταυτόχρονα έγιναν και αναλύσεις φυτικού υλικού από τις αντίστοιχες θέσεις δειγματοληψίας.Τα αποτελέσματα των αναλύσεων για τα εδάφη της λεκάνης Πτολεμαΐδας – Αμυνταίου δείχνουν ότι ο Fe υπερβαίνει τις υψηλές τιμές, ο Zn κυμαίνεται από το χαμηλό μέχρι το επαρκές επίπεδο, ο Cu από οριακό μέχρι επαρκές και το Mn από χαμηλό ως οριακό. Το βιοδιαθέσιμο (υδατοδιαλυτό) Se κυμαίνεται από 1,7-48,9 μg/L. Αντίστοιχα για το φυτικό υλικό της περιοχής ο Fe στις περισσότερες θέσεις είναι τουλάχιστον διπλάσιος από το ανώτατο όριο, ο Zn και ο Cu σε όλες σχεδόν τις θέσεις βρίσκονται μέσα στα όρια, ενώ περίπου την ίδια κατανομή ακολουθεί και το Mn. Τo Se στο φυτικό υλικό κυμαίνεται από 55-117,5 μg/kg.Τα αποτελέσματα για τα Τενάγη των Φιλίππων έδειξαν ότι ο Fe υπερβαίνει κατά πολύ το υψηλό επίπεδο, ενώ ο Zn, και ο Cu κυμαίνονται σε οριακές μέχρι επαρκείς τιμές, στις περισσότερες θέσεις. Οι τιμές του Mn επίσης βρίσκονται εντός ορίων των φυσιολογικών τιμών στις περισσότερες θέσεις, με λίγες μόνο εξαιρέσεις. Το Se κυμαίνεται από 0-14,40 μg/L. Οι αναλύσεις φυτικού υλικού έδειξαν ότι οι συγκεντρώσεις Fe είναι υπερδεκαπλάσιες των οριακών τιμών στα φύλλα, ενώ οι μισές τιμές του Mn, του Zn και του Cu υπερβαίνουν μεν τις οριακές τιμές, όμως όχι τέτοιο βαθμό όπως ο Fe. Το Se στο φυτικό υλικό κυμαίνεται από 55-1150 μg/kg. Τέλος, δημιουργήθηκαν μοντέλα εκτίμησης της πρόσληψης των παραπάνω στοιχείων από τα φυτά με τη χρήση της πολυπαραγοντικής stepwise ανάλυσης τα οποία επιβεβαιώνουν προηγούμενες μελέτες για τις εδαφικές παραμέτρους που επηρεάζουν την κινητικότητά τους, παρόλο που τα εδάφη αυτά παρουσιάζουν πολλές ιδιαιτερότητες.