Συγκριτική διερεύνηση των δεικτών ρυπαντικής φόρτισης του εδάφους μέσω τεχνητού εμπλουτισμού με βαρέα μέταλλα υπό την επίδραση των επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων

Abstract

A pot experiment was conducted under greenhouse conditions, during two growth periods, in a Randomized Block Design, including twelve treatments and four replications. The treatments, composed of a mixture of heavy metals (Zn, Mn, Cd, Co, Cu, Cr, Ni και P) and each metal participates in the treatment in equal quantity to that of the metal studied, were prepared as follows: (a) growth period (2014-15): 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110 mg/kg and (b) growth period (2015-16): 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 mg/kg. The vegetable garden beet (Beta vulgaris, L.) was used as test plant.The basic aim of the present investigation was the calibration of the following pollution indices: (a) Pollution Load Index (PLI), (b) Elemental Pollution Index (EPI), (c) Heavy Metal Load (HML) and (d) Total Concentration Factor (TCF), the ultimate scope being the quantitative determination of the soil pollution level with heavy metals.The calibration of the pollution indices is considered very important for the quantitative determination of the degree of soil pollution level, as the above indices give information, exclusively and only for the lack of soil pollution and not for the varying levels of soil pollution. Consequently, the calibration was related to the percent losses of plant dry matter occurring as a result of the changes of the indices values reflecting different levels of soil pollution. For the calibration, a novel procedure has been applied including the following steps:1 Calculation of the pollution indices values, on the basis of the experimental heavy metal analytical data, of all the studied treatments.2 Regression analysis between the soil pollution indices values obtained in the 1 step and the plant dry matter yield.3 Solving the statistically significant regression equations found in the 2 step for the four pollution indices studied, by gradually increasing their respective values with the view to find the corresponding decrease of the plant dry matter yield4 Calculation of the percent difference from the optimum yield attained under lack of soil pollution as given by each pollution index5 Regression analysis between the gradually increasing values of each pollution index and the percent dry matter decrease, as determined in the 4 step.6 Determination of the pollution’s accepted level i.e. “optimum”, “low”, “medium” and “high”, based on the percent loss of dry matter, as a result of the gradual increase of the indices value.

Πραγματοποιήθηκε πείραμα σε δοχεία υπό συνθήκες θερμοκηπίου, κατά τη διάρκεια δύο καλλιεργητικών περιόδων, με πειραματική διάταξη Τυχαιοποιημένων Ομάδων, σε δώδεκα επεμβάσεις και τέσσερες επαναλήψεις. Οι επεμβάσεις, αποτελούνταν από μείγματα βαρέων μετάλλων (Zn, Mn, Cd, Co, Cu, Cr, Ni και Pb), όπου το κάθε μέταλλο συμμετείχε στην επέμβαση στο έδαφος με ποσότητα ισόποση προς αυτή του μελετώμενου μετάλλου και διαμορφώθηκαν σε επίπεδα ως εξής: (α) καλλιεργητική περίοδος (2014-15): 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110 mg/kg και (β) καλλιεργητική περίοδος (2015-16): 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 mg/kg. Ως πειραματικό φυτό χρησιμοποιήθηκε το Beta vulgaris L.Σκοπός του πειράματος ήταν η βαθμολόγηση των δεικτών ρύπανσης: (α) Δείκτης Ρυπαντικής Φόρτισης (PLI), (β) Δείκτης Στοιχειακής Ρύπανσης (EPI), (γ) Φορτίο βαρέων Μετάλλων (HML) και (δ) Ολικός Παράγων Συγκέντρωσης (TCF) με τελικό στόχο, τον ποσοτικό καθορισμό του επίπεδου ρύπανσης του εδάφους.Η βαθμολόγηση των δεικτών είναι απαραίτητη για τον ποσοτικό καθορισμό των βαθμών ρύπανσής του εδάφους, δεδομένου ότι οι ανωτέρω δείκτες παρέχουν πληροφορίες μόνο για την έλλειψη ή παρουσία της ρύπανσης και όχι για τα επίπεδα ρύπανσης του εδάφους. Η βαθμολόγηση πραγματοποιήθηκε με βάση το ποσοστό απωλειών της ξηράς ουσίας και γενικότερα των αποδόσεων που λαμβάνουν χώρα ως συνέπεια των μεταβολών του επιπέδου ρύπανσης του εδάφους. Για τη βαθμολόγηση, εφαρμόστηκε μία πρωτότυπη διαδικασία σύμφωνα με τα εξής βήματα:1 Καθορισμός των τιμών των δεικτών ρύπανσης με βάση τα δεδομένα ανάλυσης του εδάφους, των μελετηθεισών επεμβάσεων και τον προσδιορισμό της περιεκτικότητάς τους σε βαρέα μέταλλα.2 Ανάλυση παλινδρόμησης των τιμών των δεικτών που προέκυψαν από το 1ο βήμα, με τις αποδόσεις της ξηράς ουσίας του φυτού.3 Επίλυση των στατιστικά σημαντικών εξισώσεων συμμεταβολής που προέκυψαν κατά το 2ο βήμα για τους μελετώμενους δείκτες, με σταδιακά μεταβαλλόμενες τιμές των δεικτών ρύπανσης και εύρεση των αντιστοίχων μειούμενων τιμών ξηράς ουσίας.4 Υπολογισμός της εκατοστιαίας διαφοράς της ξηράς ουσίας, σε σχέση με την άριστη απόδοσή της που προσδιορίστηκε με βάσει την άριστη τιμή του κάθε δείκτη ρύπανσης.5 Ανάλυση παλινδρόμησης μεταξύ των τιμών του δείκτη και της εκατοστιαίας διαφοράς που προσδιορίστηκε κατά το προηγούμενο βήμα.6 Καθορισμός του επιπέδου ρύπανσης του εδάφους (άριστο, χαμηλό, μέσο, υψηλό) βάσει του αποδεκτού ποσοστού απώλειας της ξηράς ουσίας.