ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΤΗΣ ΧΩΡΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΟΥ ΒΑΘΜΟΥ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΤΩΝ Ε ΑΦΩΝ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΛΑΣΣΟΝΑΣ ΑΠΟ ΝΙΤΡΙΚΑ ΙΟΝΤΑ

Transcript

1 ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΤΗΣ ΧΩΡΙΚΗΣ ΠΑΡΑΛΛΑΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΟΥ ΒΑΘΜΟΥ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΤΩΝ Ε ΑΦΩΝ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΛΑΣΣΟΝΑΣ ΑΠΟ ΝΙΤΡΙΚΑ ΙΟΝΤΑ. Ε. Μέρµηγκας,. Β. Γκίζας,.Σ. ηµάκας και Ι.Κ. Μήτσιος Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας, Σχολή Γεωπονικών Επιστηµών, Τµήµα Γεωπονίας Φυτικής Παραγωγής και Αγροτικού Περιβάλλοντος Εργαστήριο Εδαφολογίας ΠΕΡΙΛΗΨΗ Πραγµατοποιήθηκε έρευνα στη Θεσσαλία στην περιοχή Ελασσόνα µε σκοπό την εκτίµηση της χωρικής παραλλακτικότητας και του βαθµού ρύπανσης καλλιεργηµένων εδαφών από νιτρικά ιόντα µε Γεωγραφικά Συστήµατα Πληροφοριών (GIS). Το έτος 2003 ελήφθησαν δείγµατα από 75 θέσεις και σε βάθος 0-30 cm και cm. Η συγκέντρωση των νιτρικών ιόντων στα δείγµατα εδάφους προσδιορίστηκε µε τη µέθοδο της ιοντικής χρωµατογραφίας, η δε συγκέντρωση αυτού σε βάθος 0-30 cm κυµάνθηκε από 1,68 µέχρι 408,65 mg NO - 3 kg -1 ξηρού εδάφους (ξ.ε.) ενώ στα δείγµατα εδάφους από βάθος cm κυµάνθηκε από 5,26 µέχρι 92,78 mg NO - 3 kg -1 ξ.ε. Τα εδάφη που µελετήθηκαν καλλιεργούνται κυρίως µε κάπνα, µηδική, αραβόσιτο και αµπέλι. Κατασκευάστηκαν ψηφιακοί θεµατικοί χάρτες µε το λογισµικό σύστηµα ArcGIS (v.8.2) για να εκτιµηθεί η χωρική παραλλακτικότητα των επιπέδων των νιτρικών ιόντων στα εδάφη. Με την έρευνα αυτή παρέχεται η δυνατότητα εκτίµησης του βαθµού ρύπανσης ως και των περιβαλλοντικών επιπτώσεων που δηµιουργούνται από τη χρήση αζωτούχων λιπασµάτων για τη λίπανση των ανωτέρω καλλιεργειών. Λέξεις κλειδιά: Νιτρικά, Ιοντική Χρωµατογραφία, Ελασσόνα, GIS 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το άζωτο είναι ένα στοιχείο που βρίσκεται στο περιβάλλον, αλλά και στους ζωντανούς οργανισµούς. ιάφορες ανόργανες και πολλές οργανικές ενώσεις αζώτου µπορεί να θεωρηθούν ως συστατικά του κύκλου του αζώτου όπως Ν 2, NH 3, ΝΟ - 2, ΝΟ - 3 και NH 2 OH. Η ανοργανοποίηση του αζωτούχων ενώσεων γίνεται σε τρία στάδια την αµινοποίηση, την αµµωνιοποίηση και τη νιτροποίηση. Στη νιτροποίηση τα νιτρώδη ιόντα οξειδώνονται σε νιτρικά ιόντα. Το άζωτο εκλύεται στην ατµόσφαιρα από το έδαφος µε την απονιτροποίηση και µε τη µορφή αµµωνίας (Μήτσιος, 2004). Τα νιτρικά ιόντα εκπλύνονται εύκολα και µπορεί να µεταφερθούν στα κατώτερα στρώµατα της εδαφικής κατατοµής µε το ύδωρ στράγγισης και στη συνέχεια στα επιφανειακά και υπόγεια ύδατα, είτε διαλύονται στα ύδατα απορροής και οδεύουν στις λίµνες, στα ποτάµια και στις θάλασσες. Υψηλές συγκεντρώσεις νιτρικών ιόντων στο πόσιµο ύδωρ και στα υδατικά συστήµατα, αποτελούν ρύπο, στο πόσιµο δε ύδωρ η παρουσία των νιτρικών είναι επικίνδυνη για την ανθρώπινη υγεία. Σχετικά µε τις ενδεχόµενες κλινικές-παθολογικές επιδράσεις των νιτρικών στον άνθρωπο αναφέρονται στον κίνδυνο µεθαιµογλουβιναιµίας δηλαδή συνδρόµου κυάνωσης των βρεφών (blue baby syndrome) και στον κίνδυνο προσβολής από καρκίνο του γαστρο-εντερικού συστήµατος κυρίως σε µεγάλης ηλικίας άτοµα. Πρόσφατες επιδηµιολογικές έρευνες στηρίζουν την άποψη ότι τα νιτρικά προκαλούν καρκίνο στον άνθρωπο (ECETOC, 1988, Scientific Committee for food European Commission, 1995, Duncan et al., 1997). Ο παγκόσµιος οργανισµός υγείας (WHO) στα µέσα της 10ετίας 1980 πρότεινε την τιµή των 50mg L -1 πόσιµου ύδατος ως ανώτατο όριο. Η Ε.Ε. το εκέµβριο 1991 θέσπισε την Οδηγία Νιτρικών (Νitrates Directive) 91/696/EEC, η οποία αναφέρεται στην προστασία των υδάτων "από διάχυτες πηγές γεωργικής προέλευσης" µε ανώτατο όριο νιτρικών ιόντων την τιµή των 50mg NO - 3 L -1. Οι υψηλές συγκεντρώσεις των νιτρικών ιόντων στα ύδατα είναι η κύρια αιτία δηµιουργίας του φαινοµένου του ευτροφισµού, ο οποίος υποβαθµίζει τα υδατικά οικοσυστήµατα. Τα γεωγραφικά συστήµατα πληροφοριών (GIS) είναι ένα χρήσιµο εργαλείο, το οποίο καταγράφει, αποθηκεύει, αναλύει τις ιδιότητες των εδαφών, αλλά και απεικονίζει περιπτώσεις υποβάθµισης των εδαφών και γενικά του περιβάλλοντος (Μήτσιος, 2000). Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η καταγραφή των συγκεντρώσεων των νιτρικών ιόντων στα καλλιεργούµενα εδάφη της περιοχής της Ελασσόνας του νοµού Λάρισας και η δηµιουργία λεπτοµερών

2 θεµατικών ψηφιακών χαρτών µε τη βοήθεια του GIS, στους οποίους παρουσιάζονται οι συγκεντρώσεις των νιτρικών ιόντων και ο βαθµός ρύπανσης της περιοχής αυτής. 2. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΙ Η έρευνα πραγµατοποιήθηκε στην περιοχή της Ελασσόνας του Νοµού Λάρισας. Η έκταση της περιοχής, από όπου ελήφθησαν τα δείγµατα, ανέρχεται περίπου σε στρέµµατα. Η λήψη των εδαφικών δειγµάτων πραγµατοποιήθηκε από τις 09/06/2003 έως τις 13/06/2003 και ακολουθήθηκε το σχέδιο της τυχαίας δειγµατοληψίας. Ο κύριος όγκος των εδαφικών δειγµάτων προέρχεται από καλλιέργειες καπνού, αραβόσιτου, αµπέλου και µηδικής. Οι θέσεις λήψης των εδαφικών δειγµάτων ήταν τυχαίες και η θέση (συντεταγµένες χ, ψ σε µοίρες) των σηµείων δειγµατοληψίας καθορίστηκαν µε το σύστηµα DGPS (Differential Global Positioning System). Ελήφθησαν 150 δείγµατα. Από κάθε θέση δειγµατοληψίας ελήφθησαν δυο δείγµατα. Το πρώτο σε βάθος 0-30 cm και το δεύτερο σε βάθος cm. Η µάζα του κάθε δείγµατος ήταν περίπου 1 kg. Τα εδαφικά δείγµατα ελήφθησαν µε τη βοήθεια του ειδικού εδαφολήπτη τύπου edelman και τοποθετήθηκαν σε πλαστικές σακκούλες περιεκτικότητας 1500 g. Τα εδαφικά δείγµατα αµέσως µετά τη λήψη τους, µεταφέρθηκαν στο εργαστήριο, αεροξηράνθηκαν σε θερµοκρασία δωµατίου και αφού διήλθαν από κόσκινα (2mm) διατηρήθηκαν σε πλαστικές σακκούλες του ενός χιλιoγράµµου. Ο προσδιορισµός των τιµών της συγκέντρωσης των νιτρικών ιόντων στα δείγµατα των εδαφών της περιοχής της Ελασσόνας πραγµατοποιήθηκε µε τη µέθοδο της Ιοντικής Χρωµατογραφίας της στήλης εναλλαγής ιόντων σε συνδυασµό µε ανιχνευτή ηλεκτρικής αγωγιµότητας, του οίκου της Metrohm. Ο προσδιορισµός των νιτρικών ιόντων πραγµατοποιήθηκε µε τη χρησιµοποίηση της στήλης προσδιορισµού των ανιόντων τύπου IC Anion Column Metrosep Anion Dual 2, Η στήλη αυτή περιέχει προστήλη για τη συγκράτηση στερεών, τύπου PRP-1. Το εκλουστικό διάλυµα που χρησιµοποιήθηκε ήταν το εξής: 1,3 mmol L-1 ανθρακικού νατρίου υψηλής καθαρότητας + 2 mmol L- 1 όξινου ανθρακικού νατρίου. Ο προσδιορισµός των νιτρικών ιόντων πραγµατοποιήθηκε µε ροή εκλουστικού διαλύµατος 0,8-1 ml min -1 και µε τιµή πίεσης bar. Ο χρόνος απόδοσης των νιτρικών ιόντων στο χρωµατογράφηµα ήταν τα 10.5 λεπτά της ώρας από τη στιγµή της εισόδου του δείγµατος. Όλα τα δεδοµένα χρησιµοποιήθηκαν στη συνέχεια για τη δηµιουργία θεµατικών ψηφιακών χαρτών µε τους οποίους πραγµατοποιείται η εκτίµηση της χωρικής παραλλακτικότητας της συγκέντρωσης των νιτρικών ιόντων στα εδάφη της περιοχής Ελασσόνας σε βάθος 0-30 cm και cm. Ως τοπογραφικό υπόβαθρο χρησιµοποιήθηκαν τα τοπογραφικά διαγράµµατα (1:5000) της ΓΥΣ (Γεωγραφική Υπηρεσία Στρατού). Με τη χρήση του Συστήµατος Γεωγραφικών Πληροφοριών PC ARC/INFO ver κατασκευάστηκαν και ψηφιοποιήθηκαν εφτά διαφορετικά επίπεδα layers :1)Σηµεία γεωγραφικής αναφοράς 2)Το πλαίσιο του χάρτη 3)Οι ισοϋψείς 4)Το οδικό δίκτυο 5)Το στραγγιστικό δίκτυο 6)Τα σηµεία δειγµατοληψίας των εδαφικών δειγµάτων 7) Τα υψοµετρικά σηµεία. Το Σύστηµα Γεωγραφικών Πληροφοριών που χρησιµοποιήθηκε ήταν το ArcGIS v. 8.2 desktop. Για τη χωρική επεξεργασία, ανάλυση και πρόβλεψη των τιµών της συγκέντρωσης των νιτρικών ιόντων σε θέσεις όπου δεν πραγµατοποιήθηκε δειγµατοληψία επιλέχθηκε η µέθοδος Kriging (Burrough, 2000). 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ-ΣΥΖΗΤΗΣΗ Από τη µελέτη του πίνακα 3.1 προκύπτει ότι στα εδάφη, σε βάθος 0-30 cm, οι συγκεντρώσεις των νιτρικών ιόντων κυµάνθηκαν από 1.68 mg kg -1 ξ.ε. εως mg kg -1 ξ.ε. µε µέση τιµή mg kg -1 ξ.ε., στα δε εδάφη σε βάθος cm, οι συγκεντρώσεις των νιτρικών ιόντων κυµάνθηκαν από 5.26 mg kg -1 ξ.ε. εως mg kg -1 ξ.ε. µε µέση τιµή mg kg -1 ξ.ε. Στον πίνακα αυτό παρουσιάζονται επίσης οι ποσότητες των νιτρικών ιόντων σε κιλά ανά στρέµµα.

3 Πίνακας 3.1 Ελάχιστες και µέγιστες τιµές των συγκεντρώσεων νιτρικών ιόντων σε εδάφη της περιοχής Ελασσόνας σε βάθη 0-30 cm (n=75) και cm (n=75). NO - 3 mg kg -1 ξηρού εδάφους ΝΟ - 3 kg στρ -1 * Βάθος 0-30 cm Βάθος cm Βάθος 0-30 cm Βάθος cm Ελάχιστη τιµή Μέγιστη τιµή Μέση τιµή *Η φαινόµενη πυκνότητα του εδάφους στα εδάφη αυτά είναι περίπου 1,25gr cm -3 εδάφους, οπότε το στρέµµα σε βάθος 30cm έχει µάζα 375t Στο χάρτης 1 απεικονίζεται η περιοχή της Ελασσόνας και παρουσιάζεται το εδαφικό ανάγλυφο, το οδικό δίκτυο, το υδρογραφικό δίκτυο και οι ισοϋψείς. Επίσης στο χάρτη αυτό παρουσιάζονται οι οικισµοί που βρίσκονται στην περιοχή και οι θέσεις από όπου συνελέγησαν τα εδαφικά δείγµατα. Χάρτης 1. Χάρτης εδαφικού ανάγλυφου, οδικού δικτύου και σηµείων δειγµατοληψίας της περιοχής της Ελασσόνας. SOIL SCIENCE LABORATORY UNIVERSITY OF THESSALY

4 Στο χάρτη 2 παρουσιάζεται η χωρική παραλλακτικότητα των συγκεντρώσεων των νιτρικών ιόντων σε βάθος 0-30 cm. Από το χάρτη αυτό προκύπτει ότι οι υψηλότερες τιµές των νιτρικών ιόντων εντοπίστηκαν νοτιοανατολικά της Ελασσόνας όπου καλλιεργείται κυρίως καπνός και αραβόσιτος. Σε µια θέση δειγµατοληψίας της περιοχής αυτής προσδιορίσθηκε η µέγιστη τιµή συγκέντρωσης των νιτρικών ιόντων ( mg kg -1 ξ.ε.), σε αγροτεµάχιο που καλλιεργούνταν αραβόσιτος. Χάρτης 2. Απεικόνιση της χωρικής παραλλακτικότητας των νιτρικών ιόντων (ΝΟ - 3) και κατάταξη των εδαφών σε κατηγορίες στην περιοχή της Ελασσόνας, σε βάθος 0-30 cm. SOIL SCIENCE LABORATORY UNIVERSITY OF THESSALY Στο χάρτη 3 παρουσιάζεται η χωρική παραλλακτικότητα των νιτρικών ιόντων σε βάθος cm. Από το χάρτη αυτό προκύπτει ότι οι υψηλότερες τιµές των νιτρικών ιόντων προσδιορίσθηκαν ανατολικά της Ελασσόνας στην περιοχή της κοινότητας Τσαριτσάνης. Σε µια θέση δειγµατοληψ ίας της περιοχής αυτής προσδιορίσθηκε η µέγιστη τιµή συγκέντρωσης των νιτρικών ιόντων (92.78 mg kg -1 ξ.ε.), σε αγροτεµάχιο που καλλιεργούνταν καπνός.

5 Χάρτης 3. Απεικόνιση της χωρικής παραλλακτικότητας των νιτρικών ιόντων (ΝΟ - 3) και κατάταξη των εδαφών σε κατηγορίες στην περιοχή της Ελασσόνας, σε βάθος cm. SOIL SCIENCE LABORATORY UNIVERSITY OF THESSALY Οι τιµές των συγκεντρώσεων των νιτρικών ιόντων στα εδαφικά δείγµατα που ελήφθησαν σε βάθος 0-30 cm ήταν υψηλότερες από τις τιµές των συγκεντρώσεων των νιτρικών ιόντων σε βάθος cm. Το µεγαλύτερο ποσοστό των νιτρικών ιόντων στα εδάφη συσσωρεύεται στα επιφανειακά στρώµατα (0-30 cm) της εδαφικής κατατοµής (Alloway, 1996, Duncan et al., 1997). Η περιοχή στην οποία πραγµατοποιήθηκε η έρευνα καλλιεργείται κυρίως µε καπνό και αραβόσιτο. Οι ανωτέρω καλλιέργειες έχουν υψηλές απαιτήσεις σε άζωτο. Η υπερβολική χρήση αζωτούχων λιπασµάτων δηµιουργεί πρόβληµα ρύπανσης µε άζωτο στα εδάφη και τα ύδατα. 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από την ανωτέρω έρευνα προκύπτουν τα ακόλουθα συµπεράσµατα : Στα εδαφικά δείγµατα σε βάθος 0-30 cm παρατηρήθηκα ν υψηλότερες συγκεντρώσεις νιτρικών ιόντων από ότι στα εδαφικά δείγµατα σε βάθος cm. Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις των νιτρικών ιόντων παρατηρήθηκαν νοτιοανατολικά της Ελασσόνας, µια περιοχή στην οποία καλλιεργείται κυρίως αραβόσιτος και καπνός. Η υψηλότερη συγκέντρωση νιτρικών ιόντων σε βάθος 0-30 cm παρατηρήθηκε σε καλλιέργεια αραβόσιτου και ήταν mg kgr -1 ξ.ε., ενώ η υψηλότερη συγκέντρωση νιτρικών ιόντων σε βάθος cm παρατηρήθηκε σε καλλιέργεια καπνού και ήταν mg kgr -1 ξ.ε.

6 Τα νιτρικά ιόντα αποτελούν κύριο ρυπογόνο παράγοντα για τα εδάφη της περιοχής της Ελασσόνας και εκτιµάται ότι υπάρχει κίνδυνος ρύπανσης των υπογείων και επιφανειακών υδάτων. 5. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1] Alloway, B.J. (1996), Soil processes and the behaviour of heavy metals HeavyMetals in Soils, 2 nd Ed.; B.J. Alloway. Eds. Blackie Academic and Professional, London. [2] Burrough, P.A. and Mc Donnel, R.A. (2000), Principles of GIS. Oxford University Press. [3] Duncan C., Hong Li, Dykhuisen R., Frazer R., Johnnston P., MacNight G., Smith, L., Lamza Kathryn, McKenzie H., Les Batt, Kelly D., Golden M Benjamin N., and C. Leifert, Protection against Oral and Gasrtointestinal Diseases; Importance of Dietary Nitrate Intake, Oral Nitrate Reduction and Enterosalivary Nitrate Circulation. Comp. Biochem Physiol., 118A (4): [4] ECETOC, Nitrate and Drinking Water. Techn. Report No. 27. European Centre for Ecotoxicology and Toxicology of Chemicals, Brussels. [5] ECETOC, Ammonia Emissions to Air in Western Europe. Techn. Report No. 62. European Centre for Ecotoxicology and Toxicology of Chemicals, Brussels. [6] Μήτσιος Ι.Κ Γονιµότητα Εδαφών. Εκδόσεις Zymel. [7] Μήτσιος, Ι.Κ., Φ.Α. Γάτσιος και.α. Σαραντόπουλος (2000), Προσεγγίσεις για την εκτίµηση της ρύπανσης των ρεµάτων του νοµού Μαγνησίας από γεωργικές και άλλες δραστηριότητες, Πρακτικά 2 ου Εθνικού Συνεδρίου Γεωργικής Μηχανικής,