Επίδραση του χρόνου και του οργανικού υποστρώματος στη διαθεσιμότητα των Zn, Cu, Pb και Ni σε όξινο έδαφος

Abstract

Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία προσπαθεί να διερευνήσει την επίδραση του χρόνου και του οργανικού υποστρώματος στη διαθεσιμότητα των Zn, Cu, Pb και Ni σε ένα ελαφρώς όξινο έδαφος. Σχεδιάστηκε ένα διπαραγοντικό πείραμα (χρόνος και γλυκόζη) με τέσσερις επαναλήψεις για κάθε μεταχείριση και η επίδραση των δύο παραγόντων ελέγχθηκε και αναλύθηκε με Tukey's HSD test. Η γλυκόζη χρησιμοποιήθηκε σαν πηγή άνθρακα για να διερευνήσουμε την επίδραση της αναμενόμενης αύξησης της μικροβιακής δραστηριότητας στη διαθεσιμότητα των μετάλλων κατά τη διάρκεια της πειραματικής περιόδου. 500 mg kg-1 από Zn, Cu, Pb και Ni προστέθηκαν στο έδαφος με τη μορφή νιτρικών αλάτων σε υδατικό διάλυμα που περιείχε είτε 4 g kg-1 γλυκόζης (MG, μέταλλα-γλυκόζη) είτε καθόλου γλυκόζη (M, μέταλλα-μη γλυκόζη). Τα δείγματα επωάστηκαν για 3 ώρες, 1 ημέρα, 3, 10 και 60 ημέρες στους 20 °C σε σταθερή υγρασία (περίπου στο 50% της εδαφικής υδατοϊκανοτητάς τους). Στο τέλος της κάθε περιόδου επώασης εφαρμόσθηκε στα δείγματα η διαδικασία της διαδοχικής κλασμάτωσης του Tessier με την οποία επιτυγχάνεται ο διαχωρισμός των πέντε κλασμάτων σε ανταλλάξιμο, εκχυλίσιμο σε όξινες συνθήκες, αναγώγιμο, οξειδώσιμο και υπολειμματικό. Οι τιμές του ανταλλάξιμου κλάσματος των βαρέων μετάλλων (που θεωρείται ως μια ένδειξη για την πιθανή διαθεσιμότητα των μετάλλων) παρουσίασαν μια τάση μείωσης με το χρόνο, ενώ το αντίθετο παρατηρήθηκε για τα υπόλοιπα κλάσματα. Μέχρι την 30η ημέρα η παρουσία γλυκόζης είχε ως αποτέλεσμα τις σημαντικά χαμηλότερες τιμές του ανταλλάξιμου κλάσματος των Zn, Cu, Pb και Ni που σημαίνει χαμηλότερη διαθεσιμότητα των μετάλλων. Η γλυκόζη, ως εύκολα μεταβολιζόμενη πηγή άνθρακα, προκάλεσε μια απότομη αύξηση της μικροβιακής δραστηριότητας, που οδήγησε στην ακινητοποίηση των μετάλλων και ενδεχομένως στη βαθμιαία απορρόφησή τους από τους ανθρακικούς μικροβιακούς μεταβολίτες. Ωστόσο στις 60 ημέρες στις MG μεταχειρίσεις (εκτός από τη περίπτωση του Pb), οι τιμές των ανταλλάξιμων κλασμάτων αυξήθηκαν αρκετά, που μπορεί να αποδοθεί στην απότομη μείωση του μικροβιακού πληθυσμού με αποτέλεσμα την αποδέσμευση ποσοτήτων και αύξηση της κινητικότητας των μετάλλων στο εδαφικό περιβάλλον.

The present postgraduate work was conducted to investigate the effect of time and a carbon source was investigated on zinc (Zn), copper (Cu), lead (Pb) and nickel (Ni) availability, in a slightly acid soil. A two factor experiment (time and glucose) was carried out with four replicates per treatment and the effect of both factors was monitored and analyzed (Tukeys HSD test). Glucose was used as the carbon source to examine the effect of the expected induction of microbial activity on the metal availability during the experimental period. 500 mg kg -1 of Zn, Cu, Pb and of Ni were added to soils as nitrate salts in a water solution containing either 4 g kg glucose (MG, metals-glucose) or no glucose (M, metals-no glucose). The treated soil samples were incubated for 3 h, 1 day, 3, 10, 30 and 60 days at 20 o C at constant moisture (approx. 50% of the soil’s water holding capacit y). At the end of each incubation period, destructive sampling was performed and the Tessier fractionation procedure was applied to the samples, aiming to determine five metal fractions defined as exchangeable, acid soluble, reducible, oxidizible and residual. Heavy metals exchangeable fraction values (regarded as a measure for potential metal availability) showed a decreasing tendency with time, while the opposite was observed for the other fractions. Up to day 30 the presence of glucose resulted in significantly lower exchangeable fraction values for the Zn, Cu, Pb and Ni, pointing to lower availability of the metals. Glucose, as an easily metabolized carbon source, induced a sharp rise of the microbial activity, leading to immobilization of metals and potentially to their gradual absorption on carbonaceous microbial metabolites. However, at 60 days the MG treatments exchangeable fraction values were increased considerably (apart from the case of Pb), suggesting a decline of the microbial population and a consequent mobilization and release of the metals in the soil environment.