ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΔΑΣΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΔΑΣΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΟΜΕΑΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ- ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΔΑΣΩΝ- ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΔΑΣΙΚΗΣ ΕΔΑΦΟΛΟΓΙΑΣ Ο ΡΟΛΟΣ ΤΗΣ ΜΥΚΟΡΡΙΖΑΣ ΣΤΗ ΜΕΙΩΣΗ ΤΗΣ ΦΥΤΟΤΟΞΙKOΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΒΑΡΕΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΠΕΤΑΛΙΔΟΥ ΜΑΡΙΑ Δασολόγος ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ Θεσσαλονίκη 2012 ~ 1 ~ Επιβλέπων Καθηγητής Δημήτριος Αλιφραγκής

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ...2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ...4 ΠΕΡΙΛΗΨΗ...5 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Διατύπωση και σημασία του προβλήματος Σκοπός της έρευνας...11 ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑΣ Νομοθεσία για τη ρύπανση του περιβάλλοντος...11 Προστασία περιβάλλοντος- βλάστηση.. 14 Ρύποι Πηγές ρύπανσης Επιπτώσεις ρύπων στην ανθρώπινη υγεία..18 Ρύπανση εδαφών Οικολογική σημασία της βλάστησης στα ρυπασμένα εδάφη...21 Φυτοεξυγίανση...22 Βιοσυσσώρευση ως μέθοδο εξυγίανσης Φυτά υπερσυσσωρευτές (hyperaccumulators) Οργανισμοί και περιβάλλον Μυκόρριζα Ιστορικά Ευεργετικές ιδιότητες Φυτικά είδη και μυκόρριζα Βαρέα μέταλλα και τοξικότητα...36 Φυτοτοξικότητα των βαρέων μετάλλων...38 ~ 2 ~

3 Μείωση της φυτό-τοξικότητας των βαρέων μετάλλων με τη βοήθεια των μυκορριζών. 40 Διαταραγμένα εδάφη...42 Κριτήρια επιλογής φυτικών ειδών για την αποκατάσταση διαταραγμένων εδαφών.. 43 Η επιλογή του είδους Nerium oleander...44 Κριτήρια επιλογής μυκορριζικών μυκήτων σε φυτικά είδη για την αποκατάσταση διαταραγμένων εδαφών...44 Επιλογή του μυκορριζικού είδους του μύκητα Glomus intraradices...45 ΜΕΘΟΔΟΙ ΚΑΙ ΥΛΙΚΑ Περιοχή έρευνας Υλικό πλήρωσης φυτοδοχείων.. 47 Λίπανση- άρδευση...51 Συγκομιδή- επεξεργασία δειγμάτων.. 51 Αναλύσεις φυτικών ιστών δειγμάτων Εκτίμηση αποικισμού της ρίζας από τους ΑΜ μύκητες ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ-ΣΥΖΗΤΗΣΗ Βιομάζα ρίζας Μυκόρριζα Ψευδάργυρος (Zn) Μαγγάνιο (Mn)...84 Σίδηρός (Fe) Χαλκός (Cu) Θρεπτικά Στοιχεία.96 ΣΥΝΟΨΗ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ.104 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ.105 ~ 3 ~

4 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διατριβή με τίτλο «Ο ρόλος της μυκόρριζας στη μείωση της φυτοτοξικότητας των βαρέων μετάλλων» πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο του προγράμματος μεταπτυχιακών σπουδών στο εργαστήριο Δασικής Εδαφολογίας του Τομέα Δασικής Παραγωγής- Προστασίας Δασών- Φυσικού Περιβάλλοντος της Σχολής Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, κατά τη διάρκεια των ετών Θα ήθελα να εκφράσω τις θερμές ευχαριστίες μου στον επιβλέποντα καθηγητή κ. Δημήτριο Αλιφραγκή, για την πολύτιμη βοήθεια του στο σχεδιασμό και την εκτέλεση του πειράματος καθώς και στη συγγραφή της παρούσας διατριβής. Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον αναπληρωτή καθηγητή κ. Δημοσθένη Σεϊλόπουλο και τον λέκτορα κ. Μιχάλη Ορφανουδάκη που με τίμησαν με τη συμμετοχή τους στην τριμελή επιτροπή. Θερμές ευχαριστίες οφείλω στον επίκουρο καθηγητή κ. Αθανάσιο Παπαϊωάννου για την πολύτιμη βοήθεια του στο στάδιο των χημικών αναλύσεων, καθώς και για τη συμπαράσταση και τις πολύτιμες συμβουλές του. Θα ήθελα να ευχαριστήσω το συνεργάτη του εργαστηρίου Δασικής Εδαφολογίας και λέκτορα του Δημοκρίτειου Πανεπιστήμιου Θράκης κ. Μιχάλη Ορφανουδάκη για τις πολύτιμες πρακτικές και επιστημονικές γνώσεις που μου παρείχε. Ευχαριστώ επίσης, ολόθερμα τους συναδέλφους και συνεργάτες μου Κωνσταντίνο Βελιάνο, Στυλιανό Αποστολίδη, Στυλιανή Σοφογιάννη, Χαράλαμπο Παπαλεξανδρή και Ελένη Βουλγαρίδου για το ομαδικό πνεύμα και την άψογη συνεργασία μας. Επίσης, ευχαριστώ τον λέκτορα κ. Σαμψών Παναγιωτίδη του Εργαστηρίου Δασικής Βοτανικής-Γεωβοτανικής για την παροχή στερεοσκοπίου για τις μετρήσεις των μυκορριζών, καθώς και την παροχή μικροσκοπικής φωτογραφικής μηχανής για τη φωτογράφηση δειγμάτων μυκορριζών. Ακόμη, οφείλω θερμές ευχαριστίες στον αναπληρωτή καθηγητή κ. Σταματέλλο Γεώργιο του Εργαστηρίου Δασικής Βιομετρίας για την ουσιαστική του βοήθεια στα στατιστικά αποτελέσματα. Τέλος, θα ήθελα να εκφράσω τις ευχαριστίες μου στους γονείς μου για την αμέριστη ηθική και υλική υποστήριξη και την ενθάρρυνση, χωρίς τα οποία δε θα ολοκληρώνονταν οι σπουδές μου. ~ 4 ~

5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η ρύπανση των εδαφών με τα βαρέα μέταλλα μπορεί να προκαλέσει ποικίλα προβλήματα όπως απώλεια βλάστησης, ρύπανση των υπόγειων υδάτων και φαινόμενα τοξικότητας στα φυτά, τα ζώα και τον άνθρωπο. Μία από τις κυριότερες ανθρωπογενείς πηγές ρύπανσης των εδαφών με βαρέα μέταλλα είναι οι μεταλλευτικές δραστηριότητες. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της δυνατότητας μείωσης της φυτοτοξικότητας των βαρέων μετάλλων ( Mn, Zn, Fe και Cu) στα απόβλητα της μεταλλευτικής δραστηριότητας με τον εμβολιασμό μυκήτων στις ρίζες των φυτών μέσω της συμβίωσης του. Η μελέτη αυτή έγινε σε ελεγχόμενο πεδίο (θερμοκήπιο) με ανάπτυξη φυτών του είδους Nerium oleander σε φυτοδοχεία ίδιου μεγέθους και διαφορετικού υποθέματος ανάπτυξης. Για το υπόθεμα χρησιμοποιήθηκαν τέσσερα είδη υλικών υπολειμμάτων από τις εργασίες εμπλουτισμού μεταλλευμάτων αρσενοπυριτών σε οχτώ μεταχειρίσεις καθώς και εμβολιασμένο μύκητα σε δύο από τις οχτώ μεταχειρίσεις. Σε κάθε μεταχείριση χρησιμοποιήθηκε διαφορετικό υλικό και έγιναν 32 χειρισμοί, μαζί και ο έλεγχος (control), σε μίξη με διάφορες αναλογίες κατ όγκο εδάφους, γνεύσιου (σκελετικό υλικό), ριζοφλοιού (οργανική ουσία), τέλματος, αμμώδους τέλματος, υλικού φιλτρόπρεσσας και υλικού υπολειμμάτων επεξεργασίας του πυρολουσίτη ( MnO 2 ) (υλικό Tosoh). Χρησιμοποιήθηκε ο μύκητας Glomus intraradices ο οποίος εμβολιάστηκε σε δύο εκ των οχτώ μεταχειρίσεων, ενώ στις υπόλοιπες έξι μεταχειρίσεις χρησιμοποιήθηκε μύκητας (το είδος ή τα είδη του μύκητα που προϋπήρχαν στα υλικά ή στα φυτοδοχεία που χρησιμοποιήθηκαν). Στους φυτικούς ιστούς των φυτών έγιναν χημικές αναλύσεις και μετρήσεις της παραγόμενης βιομάζας, καθώς και μέτρηση της μυκόρριζας (μύκητας και θυσσάνοι) σε ποσοστό (%), ενώ σε κανένα στάδιο δεν παρατηρήθηκαν φαινόμενα τοξικότητας και τα φυτά είχαν ικανοποιητική ανάπτυξη. Μεγαλύτερη συσσώρευση βαρέων μετάλλων παρατηρήθηκε στους φυτικούς ιστούς της ρίζας. Τα ποσοστά μυκορριζοποίησης του ριζικού συστήματος βρέθηκαν σε πολύ χαμηλά επίπεδα. Οι μέγιστες τιμές παρατηρήθηκαν σε φυτά εμβολιασμένα με το εμπορικό σκεύασμα Glomus intraradices (7,49%) σε σχέση με το αυτόχθονο υλικό το οποίο είχε τα χαμηλότερα ποσοστά μυκόρριζας όλων των χειρισμών (4,13%). ~ 5 ~

6 ABSTRACT The soil contamination with heavy metals can cause various problems such as loss of vegetation, pollution of groundwater and toxic effects in plants, animals and humans. One of the main sources of anthropogenic pollution of soils with heavy metals is in mining activities. The purpose of this paper is to study the possibility to reduce the phytotoxicity of heavy metals (Mn, Zn, Fe and Cu) in the waste of mining activity with fungal inoculation on plant roots through the partnership. This study was a controlled field (greenhouse) with growth of plants of the genus Nerium oleander in pots the same size and different growth media. For medium used four kinds of materials from waste ore enrichment arsenopyrite to eight treatments and inoculated fungus in two of the eight treatments. In each treatment used different hardware and 32 were handled together and control (control), mixed with various volume fractions soil gneiss (skeletal material) root bark (organic matter), ponds, sandy ponds, filter press equipment and materials waste treatment pyrolousitis (MnO2) (material Tosoh). We used the fungus Glomus intraradices who were vaccinated in two of eight treatments, while the other six treatments used yeast (the kind or species of fungus that existed prior to the pots or materials used). In plant tissues of plants were subjected to chemical analyzes and measurements of biomass produced and measured mycorrhiza (arbuscular fungus ) in percentage (%), while no stage toxicity observed phenomena and the plants were well developed. Greater accumulation of heavy metals was observed in plant root tissues. The rates of root mycorrhiza found at very low levels. The maximum values observed in plants inoculated with the brand of Glomus intraradices (7. 49%) compared to the native material which had the lowest rates of all treatments mycorrhiza (4.13%). ~ 6 ~

7 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η βιόσφαιρα ή οικόσφαιρα, που είναι το φυσικό περιβάλλον της έμβιας ύλης, αποτελείται από το επιφανειακό στρώμα της λιθόσφαιρας και το χαμηλότερο στρώμα της ατμόσφαιρας. Το οικοσύστημα δε, είναι το θεμελιώδες περιβαλλοντικό σύστημα το οποίο αποτελείται από όλους τους ζωντανούς οργανισμούς σε μια δεδομένη περιοχή και διατηρεί ένα ισορροπημένο κύκλο στοιχείων και ροής ενέργειας (Kabata- Pendias and Pendias, 2001). Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί στον πλανήτη μας βρίσκονται σε συνεχή αλληλεξάρτηση μεταξύ τους όπως και με το περιβάλλον. Για παράδειγμα ένα φυτό, προσηλωμένο σταθερά στη θέση που βλάστησε ο σπόρος του, ζει προσλαμβάνοντας τα απαραίτητα θρεπτικά στοιχεία από το άμεσο εδαφικό του περιβάλλον. Την ανάπτυξη του (την περιορισμένη στα πλαίσια της βλαστικής και αναπαραγωγικής του δυνατότητας) επηρεάζουν, από τη μία πλευρά παράγοντες βιοτικοί (ζώα, φυτά) και από την άλλη πλευρά αβιοτικοί παράγοντες (έδαφος, κλιματολογικοί παράγοντες, κλπ.). Δημιουργείται έτσι ένα πολύπλοκο σύστημα αλληλοεξαρτώμενων παραγόντων, που ονομάζεται Οικολογικό Σύστημα ή Οικοσύστημα. Εξεταζόμενο στο σύνολο του, το Οικοσύστημα βρίσκεται σε ισορροπία. Η ισορροπία αυτή δεν είναι στατική αλλά δυναμική, δηλαδή, οι πληθυσμοί των ζωντανών οργανισμών αυξομειώνονται σε αριθμό, με τη συναίνεση ή σε βάρος άλλων παραγόντων του Οικοσυστήματος. Το Οικοσύστημα έχει μία ευαισθησία και μία δυνατότητα ενδογενή να αντιδρά αυτόματα σε κάθε επερχόμενη διατάραξη του. Το έδαφος έχει πολλές σημαντικές και πολύπλοκες λειτουργίες, δρα ως φίλτρο, ως αποθηκευτικός χώρος και ως σύστημα μετασχηματισμού ουσιών, ώστε να προστατεύει το οικοσύστημα από τις συνέπειες της ρύπανσης ( Kabata- Pendias and Pendias, 2001). Αποτελεί επίσης ενεργό μέρος του οικοσυστήματος μέσα στο οποίο ζει ένας μεγάλος αριθμός οργανισμών και χαρακτηρίζεται από συγκεκριμένες φυσικές, χημικές και βιολογικές ιδιότητες. Ωστόσο, ο πιο σημαντικός ρόλος του είναι η παραγωγικότητα, η όποια θεωρείται βασική στην επιβίωση του ανθρώπου. Βασικές λειτουργίες του εδάφους είναι η παροχή φυσικού και πολιτιστικού περιβάλλοντος για τον άνθρωπο και για τις δραστηριότητες του, η παραγωγή βιομάζας (τροφής, κλπ.) και πρώτων υλών, η αποθήκευση και η διήθηση του νερού, η μεταποίηση διαφόρων ουσιών σε θρεπτικά στοιχεία, η παροχή φυσικού υπόβαθρου για την ανάπτυξη της βιοποικιλότητας (οικολογικά ενδιαιτήματα, βιολογικά είδη κλπ.), η συγκρότηση αποθέματος άνθρακα, καθώς και η διαφύλαξη της γεωλογικής και αρχαιολογικής κληρονομιάς. Οι λειτουργίες του εδάφους, που αναφέρθηκαν παραπάνω, δεν είναι απεριόριστες, αλλά είναι αποτελεσματικές για όσο διάστημα οι ιδιότητες του εδάφους διατηρούνται σε φυσική ισορροπία (Kabata- Pendias and Pendias, 2001). Σε πολλές περιοχές, το έδαφος χάνεται ή υποβαθμίζεται ως αποτέλεσμα των αυξανόμενων και συχνά συγκρουόμενων απαιτήσεων σχεδόν όλων των οικονομικών δραστηριοτήτων. Οι ανάγκες απορρέουν από τη συγκέντρωση πληθυσμών και της ανθρώπινης δραστηριότητας σε συγκεκριμένες περιοχές (αστικοποίηση), την αλλαγή ~ 7 ~

8 του κλίματος και των χρήσεων γης. Στην εικόνα 1 φαίνονται τα υποβαθμισμένα εδάφη στον παγκόσμιο χάρτη. Πηγή: globalwarming-arclein.blogspot.com Εικόνα 1. Υποβάθμιση εδάφους σε παγκόσμια κλίμακα. Τα καλλιεργητικά συστήματα επηρεάζουν περισσότερο την ποιότητα των αγροτικών περιοχών από ότι τις δασικές περιοχές. Η καταναλωτική συμπεριφορά και ο τομέας της βιομηχανίας συμβάλλουν στην αύξηση του αριθμού των πιθανών πηγών ρύπανσης όπως η διάθεση των αποβλήτων, η παραγωγή ενέργειας και η μεταφορά, κυρίως σε αστικά περιβάλλοντα. Υπό τη στενή έννοια του όρου, η συνδυασμένη δράση των παραπάνω δραστηριοτήτων επηρεάζει την ποιότητα του εδάφους και περιορίζει πολλές εδαφικές λειτουργίες συμπεριλαμβανομένης και της ικανότητας να απομακρύνει τους ρύπους. Επιπλέον, εφόσον το έδαφος είναι μια περιορισμένη και μη ανανεώσιμη πηγή, όταν καταστραφεί δεν αποκαθίσταται εύκολα. Η ποιότητα των εδαφών εξαρτάται από τους φυσικούς παράγοντες όπως το κλίμα, το μητρικό υλικό, από το οποίο σχηματίζονται, η βλάστηση, οι τοπογραφικές ~ 8 ~

9 συνθήκες, η πανίδα αλλά και οι ανθρώπινες δραστηριότητες όπως καλλιέργεια κ.α. Συνεπώς, υπάρχει μεγάλη ποικιλότητα στους τύπους των εδαφών και η υποβάθμιση τους διαφέρει σημαντικά. Ως υποβάθμιση του εδάφους ονομάζεται η μόνιμη και μη αναστρέψιμη μεταβολή των ιδιοτήτων και των λειτουργιών του εδάφους. Η υποβάθμιση του εδάφους αποτελεί σοβαρό πρόβλημα στην Ευρώπη αλλά και στη χώρα μας. Προκαλείται ή επιδεινώνεται από ανθρώπινες δραστηριότητες όπως οι ακατάλληλες γεωργικές και δασοκομικές πρακτικές, οι βιομηχανικές δραστηριότητες, ο τουρισμός, η εξάπλωση των αστικών κέντρων και της βιομηχανίας, καθώς και η έλλειψη σχεδίου χωροταξικού σχεδιασμού. Οι συνέπειες της είναι, μεταξύ άλλων, η μείωση της εδαφικής γονιμότητας, οι απώλειες άνθρακα και η μείωση της βιοποικιλότητας, ο περιορισμός της ικανότητας του εδάφους να συγκρατεί το νερό, η διατάραξη των κύκλων των αερίων και των θρεπτικών συστατικών και η μείωση της αποδόμησης των ρυπογόνων ουσιών. Η υποβάθμιση των εδαφών επηρεάζει τοιουτοτρόπως άμεσα την ποιότητα του νερού και του αέρα, τη βιοποικιλότητα και την κλιματική αλλαγή. Παράλληλα μπορεί να επηρεάσει την υγεία του ανθρώπου ή να απειλήσει την ποιότητα των ειδών ανθρώπινης και ζωικής διατροφής. Οι κύριες διαδικασίες εδαφικής υποβάθμισης σύμφωνα με την Επιτροπή της Ευρωπαϊκής Ένωσης είναι η διάβρωση, η μείωση της περιεκτικότητας σε οργανικό υλικό, η ρύπανση, η αλάτωση, η καθίζηση, η υποβάθμιση της εδαφικής βιοποικιλότητας, η συμπίεση, καθώς και οι πλημμύρες και οι κατολισθήσεις. Εδάφη τα οποία περιέχουν σε υψηλές συγκεντρώσεις βαρέα μέταλλα μπορούν να αποκατασταθούν μέσω χημικών, φυσικών ή βιολογικών τεχνικών (McEldowney et al. 1993). Από τις τεχνικές αυτές, οι χημικές επηρεάζουν σημαντικά τις ιδιότητες του εδάφους, καταστρέφουν τη βιοποικιλότητα και μπορούν να καταστήσουν το έδαφος ακατάλληλο για την ανάπτυξη των φυτών (Padmavathiamma and Li, 2007). Μεταξύ των τεχνολογιών για την εξυγίανση των ρυπασμένων εδαφών ( remediation), η μέθοδος της απομάκρυνσης των μετάλλων με τη βοήθεια φυτών ( phytoremediation) είναι μια από τις τεχνικές με το χαμηλότερο κόστος (Padmavathiamma and Li, 2007). Οι περιοχές με υψηλή περιεκτικότητα σε μέταλλα, οι οποίες αναφέρθηκαν παραπάνω, συχνά ευνοούν την ανάπτυξη χαρακτηριστικών φυτικών ειδών τα οποία ευδοκιμούν σε περιβάλλοντα πλούσια σε μέταλλα ( Memon and Schroder, 2009). Πολλά φυτικά είδη αναπτύσσουν μηχανισμούς περιορισμού της πρόσληψης των βαρέων μετάλλων από τα ρυπασμένα εδάφη, ενώ μερικά είδη μπορούν να συσσωρεύουν σημαντικά μεγάλες ποσότητες τοξικών μετάλλων, σε επίπεδο το οποίο υπερβαίνει κατά πολύ το επίπεδο του εδάφους (Baker and Brooks, 1989). Τα μέταλλα Fe, Mn, Zn, Cu, Mo, Ni, προσλαμβάνονται και μπορούν να συσσωρεύονται από τα φυτά ( Williams et al. 2000), ενώ άλλα φυτικά είδη συσσωρεύουν βαρέα μέταλλα, τα οποία δεν έχουν καμία γνωστή βιολογική λειτουργία (Memon and Schroder, 2009), όπως είναι τα εξής: Cd, Cr, Pb, Co, Ag και Hg ( Baker and Brooks, 1989). Ωστόσο, η υπερβολική συσσώρευση αυτών των βαρέων μετάλλων μπορεί να είναι τοξική για τα περισσότερα φυτά ( Memon and ~ 9 ~

10 Schroder, 2009). Τόσο η ικανότητα αντοχής στα βαρέα μέταλλα όσο και η ικανότητα βιοσυσσώρευσης τους σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις, έχουν εξελιχθεί, ανεξάρτητα αλλά και μαζί, σε πολλά διαφορετικά φυτικά είδη ( Baker and Walker, 1990; Stearns et al., 2007). Σύμφωνα με τους Leyval κ.α. 1997, οι υψηλές συγκεντρώσεις των βαρέων μετάλλων στο έδαφος έχουν αρνητικές συνέπειες για τους μικροοργανισμούς και τις βιολογικές διαδικασίες. Ανάμεσα σε μικροοργανισμούς του εδάφους, οι μυκορριζιακοί μύκητες είναι οι μόνοι που παρέχουν τη σχέση αυτή μεταξύ του εδάφους και των ριζών, και συνεπώς μπορεί να έχει μεγάλη σημασία στη διαθεσιμότητα των βαρέων μετάλλων και την τοξικότητα στα φυτά. Η διερεύνηση αυτή εξετάζει διάφορες πτυχές των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των βαρέων μετάλλων και της μυκόρριζας, συμπεριλαμβανομένων των συνεπειών των βαρέων μετάλλων στην εμφάνιση της μυκόρριζας, στην ανοχή στα βαρέα μέταλλα σε αυτούς τους μικροοργανισμούς, και στην επίδραση τους στην απορρόφηση και μεταφορά των μετάλλων στα φυτά. Διατύπωση και σημασία του προβλήματος Τα βαρέα μέταλλα μπορούν να βρίσκονται σε όλα τα περιβάλλοντα σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις. Τα τυπικά επίπεδα συγκέντρωσης τους σε μη ρυπασμένα εδάφη είναι αρκετά χαμηλά. Η παρουσία τους σε υψηλά επίπεδα στο έδαφος οφείλεται κυρίως σε ανθρωπογενείς πηγές όπως οι μεταλλευτικές και γεωργικές δραστηριότητες, η χρήση λιπασμάτων, η απόρριψη μεταλλικών αποβλήτων, η καύση στερεών καυσίμων και άλλα. Σοβαρή ρύπανση του εδάφους με βαρέα μέταλλα μπορεί να προκαλέσει ποικίλα προβλήματα όπως απώλεια βλάστησης, ρύπανση των υπόγειων υδάτων και φαινόμενα τοξικότητας στα φυτά, τα ζώα και τον άνθρωπο (ΔΠΜΣ, 2005). Σύμφωνα με τους Kumar και άλλους (1995) για μεγάλο χρονικό διάστημα, η ικανότητα των φυτών να συσσωρεύουν μέταλλα θεωρήθηκε επιζήμιο χαρακτηριστικό, γιατί όντας στο κάτω μέρος των πολλών τροφικών αλυσίδων, η συσσώρευση μετάλλων στα φυτά είναι άμεσα ή έμμεσα υπεύθυνη για ένα μεγάλο μέρος των διατροφικών απορροφήσεων των τοξικών βαρέων μετάλλων από τον άνθρωπο και τα ζώα. Παρόλα αυτά, ένας αριθμός άγριων φυτών, που φυτρώνουν σε ρυπασμένα εδάφη με μέταλλα, συσσωρεύουν μεγάλες ποσότητες βαρέων μετάλλων στις ρίζες και στους βλαστούς τους. Αυτή η ιδιότητα μπορεί να αξιοποιηθεί για την αποκατάσταση του εδάφους, η οποία δυνητικά μπορεί να γίνει στις περιπτώσεις στις οποίες ένα φυτικό είδος θα φέρει μεγάλη ποσότητα βαρέων μετάλλων. Τέλος, σύμφωνα με τους Leyval κ.α., η πιθανή χρήση της μυκόρριζας ως παράγοντας της βιολογικής αποκατάστασης των ρυπασμένων εδαφών και ως βιοδείκτης της ρύπανσης αποτελεί επίσης αντικείμενο συζητήσεων. ~ 10 ~

11 Σκοπός της έρευνας Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της δυνατότητας μείωσης της φυτοτοξικότητας των βαρέων μετάλλων στα υπολείμματα της μεταλλευτικής δραστηριότητας με τη βοήθεια μυκόρριζας, δηλαδή τη προσθήκη μυκήτων στις ρίζες των φυτών και την περαιτέρω δυνατή συμβίωση τους. ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑΣ Νομοθεσία για τη ρύπανση του περιβάλλοντος Το αυξανόμενο παγκόσμιο ενδιαφέρον σχετικά με τη ρύπανση του περιβάλλοντος και την υγεία του ανθρώπου έχει οδηγήσει σε νομοθετικές δράσεις που έχουν σκοπό τον έλεγχο και τη ρύθμιση της έκλυσης πιθανών ρύπων στο περιβάλλον ( Lombi et al., 1998). Σήμερα βασικές προτεραιότητες της Ε.Ε. είναι η καταπολέμηση της κλιματικής αλλαγής, η διατήρηση της βιοποικιλότητας, η μείωση των προβλημάτων υγείας που προκαλούνται από τη ρύπανση και η πιο υπεύθυνη χρήση των φυσικών πόρων. Αυτές οι προτεραιότητες αν και στοχεύουν στην προστασία του περιβάλλοντος, μπορούν να συμβάλλουν και στην οικονομική ανάπτυξη. Σκοπός της νομοθεσίας για την προστασία του περιβάλλοντος στην Ελλάδα, σύμφωνα με το άρθρο 1 του Ν. 1650/1986, είναι η θέσπιση θεμελιωδών κανόνων και η καθιέρωση κριτηρίων και μηχανισμών, ώστε ο άνθρωπος, ως άτομο και μέλος του κοινωνικού συνόλου, να ζει σε ένα υψηλής ποιότητας περιβάλλον, μέσα στο οποίο να προστατεύεται η υγεία του και να ευνοείται η φυσιολογική ανάπτυξη της προσωπικότητας του. Οι γενικές αρχές του δικαίου του περιβάλλοντος είναι οι βασικές αξίες οι οποίες δίνουν τις κατευθυντήριες γραμμές και το γενικότερο πλαίσιο των νομοθετικών παρεμβάσεων. Στην πραγματικότητα η ίδια η προστασία του περιβάλλοντος αποτελεί τη γενικότερη αρχή από την οποία απορρέουν οι ειδικότερες όπως: α. η αρχή της προλήψεως β. η αρχή ο ρυπαίνων πληρώνει γ. η αρχή της συνεργασίας- επικουρικότητας δ. η αρχή της δημοσιότητας ε. η αρχή της βιώσιμης ανάπτυξης ~ 11 ~

12 Το έδαφος αποτελεί έναν ευάλωτο και πρακτικά μη ανανεώσιμο φυσικό πόρο. Το 2002, στην ανακοίνωση της «Προς μια θεματική στρατηγική για την προστασία του εδάφους», η Επιτροπή προσδιόρισε τις οκτώ βασικές απειλές που αντιμετωπίζουν τα εδάφη της Ευρωπαϊκής Ένωσης (Ε.Ε.). Π ρόκειται για τη διάβρωση, τη μείωση οργανικής ουσίας, τη ρύπανση, την αλάτωση, τη συμπίεση, τις κατολισθήσεις και τις πλημμύρες (COM (2002) 179 final). Τα τελευταία χρόνια η περιβαλλοντική νομοθεσία έχει να αντιμετωπίσει το πρόβλημα των ρυπασμένων εδαφών και την εξυγίανση τους. Η ανάγκη για εξυγίανση του εδάφους εξαρτάται κυρίως από τη φύση των ρύπων (τοξικότητα και οικοτοξικότητα) και από τη χρήση γης. Ωστόσο, το δημόσιο ενδιαφέρον και η πολιτική θεώρηση μπορούν να παίξουν σημαντικό ρόλο στην ψήφιση νόμων σε σχέση με την εξυγίανση των εδαφών. Στην Ευρώπη, λόγω έλλειψης κοινά αποδεκτών προτάσεων νομοθεσίας περί των οριακών (κρίσιμων) τιμών (τιμές εξυγίανσης), κάποιες χώρες ξεχωριστά έχουν υιοθετήσει διαφορετικές οριακές τιμές εξυγίανσης. Ένας από τους πιο κατανοητούς πίνακες οριακών τιμών για τα ιχνοστοιχεία στο έδαφος δημοσιεύτηκε από τους Eikmann και Kloke στη Γερμανία (Lombi et al., 1998). Αυτοί έκαναν το διαχωρισμό σε τιμές αναφοράς, ανεκτικότητας και εξυγίανσης της συγκέντρωσης των ιχνοστοιχείων στο έδαφος σε σχέση με τη χρήση γης. Αυτές οι τιμές που προτάθηκαν από αυτούς βασίστηκαν στη συνολική συγκέντρωση των ιχνοστοιχείων στο έδαφος. Σε άλλες νομοθετικές ρυθμίσεις, στον καθορισμό των οριακών τιμών για εξυγίανση λήφθηκε υπόψη η επίδραση του τύπου του εδάφους στην κινητικότητα των ιχνοστοιχείων (Lombi et al., 1998). Η ρύπανση είναι μια από τις σημαντικότερες απειλές του εδάφους που έχουν εντοπιστεί στην πρόταση του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου για την προστασία του εδάφους (COM (2002) 179 final). Η πρόληψη της ρύπανσης του εδάφους συνδέεται με τις πολιτικές που αφορούν τις χημικές ουσίες και τις περιβαλλοντικές πολιτικές για την προστασία των υδάτων και της ατμόσφαιρας. Έχει ακόμη σχέση με πολιτικές που αφορούν τις χρήσεις γης όπως για παράδειγμα τη γεωργία. Είναι εμφανής επίσης η σχέση μεταξύ της ρύπανσης του εδάφους και της διαχείρισης αποβλήτων. Η κακή διαχείριση αποβλήτων οδήγησε στη δημιουργία μεγάλου αριθμών ρυπασμένων περιοχών. Ενώ καλή διαχείριση αποβλήτων οδηγεί στην ανακύκλωση των αποβλήτων ή και ακόμη τη χρήση τους ως εδαφοβελτιωτικά (οργανικά υλικά) και λάσπες που χρησιμοποιούνται ως λιπάσματα ή ακόμη και ως κατασκευαστικά υλικά. Σύμφωνα με την οδηγία 2004/35/ΕΚ της Ευρωπαϊκής Ένωσης, σχετικά με την περιβαλλοντική ευθύνη όσον αφορά την πρόληψη και αποκατάσταση της περιβαλλοντικής ζημιάς, ως «περιβαλλοντική ζημιά» ορίζεται η ζημιά προστατευόμενων ειδών και φυσικών οικοτόπων, ή οποιαδήποτε ζημιά έχει σημαντικά δυσμενείς συνέπειες για την επίτευξη ή τη συντήρηση της ευνοϊκής κατάστασης διατήρησης αυτών των οικοτόπων ή ειδών. Ενώ ως «ζημιά του εδάφους» ορίζεται οποιαδήποτε ρύπανση του εδάφους η οποία δημιουργεί σοβαρό κίνδυνο δυσμενών συνεπειών για την ανθρώπινη υγεία, ως αποτέλεσμα της άμεσης ή έμμεσης ~ 12 ~

13 εισαγωγής εντός του εδάφους, επί του εδάφους ή στο υπέδαφος, ουσιών, παρασκευασμάτων, οργανισμών ή μικροοργανισμών. Ως «μέτρα αποκατάστασης» ορίζονται οποιαδήποτε δράση, ή συνδυασμός δράσεων, συμπεριλαμβανομένων των ελαφρυντικών ή προσωρινών μέτρων, για την αποκατάσταση, την επανόρθωση ή την αντικατάσταση των φυσικών πόρων ή/και υπηρεσιών που υπέστησαν ζημιά, ή την εξασφάλιση εναλλακτικών δυνατοτήτων ισοδύναμων προς τους εν λόγω πόρους ή υπηρεσίες. Σύμφωνα με την οδηγία 2006/21/ΕΚ σχετικά με τη διαχείριση των αποβλήτων της εξορυκτικής βιομηχανίας ως «αποκατάσταση» ορίζεται η επέμβαση στο θιγμένο από εγκαταστάσεις αποβλήτων εδάφους, με στόχο την επαναφορά του σε ικανοποιητική κατάσταση, ιδίως όσον αφορά την ποιότητα του εδάφους, την άγρια χλωρίδα και πανίδα, τους φυσικούς οικοτόπους, τα συστήματα γλυκών υδάτων, το τοπίο και τις δέουσες επωφελείς χρήσεις. Κάθε φορέας εκμετάλλευσης που προκαλεί περιβαλλοντική ζημιά ή άμεσο κίνδυνο ανάλογης ζημιάς θα πρέπει, σύμφωνα με την αρχή «ο ρυπαίνων πληρώνει», να επωμίζεται το κόστος των απαραίτητων μέτρων πρόληψης ή αποκατάστασης. Σύμφωνα με την οδηγία 2008/1/ΕΚ σχετικά με την ολοκληρωμένη πρόληψη και τον έλεγχο της ρύπανσης, ως «ρύπανση» ορίζεται η άμεση ή έμμεση εισαγωγή στην ατμόσφαιρα, το νερό ή το έδαφος, ως αποτέλεσμα ανθρώπινης δραστηριότητας, ουσιών, κραδασμών, θερμότητας ή θορύβου που ενδέχεται να θίξουν την ανθρώπινη υγεία ή το περιβάλλον, να υποβαθμίσουν υλικά αγαθά, να βλάψουν ή να εμποδίσουν την ψυχαγωγική λειτουργία καθώς και τις άλλες νόμιμες χρήσεις του περιβάλλοντος. Το έδαφος- «ρυπασμένη γη», αντιμετωπίζεται στην ευρωπαϊκή και ισχύουσα ελληνική περιβαλλοντική νομοθεσία ως απόβλητο, επικίνδυνο ή μη επικίνδυνο, όταν προκύπτει από διεργασίες εξυγίανσης εδαφών ή όταν έχει τη μορφή λάσπης από διάφορες παραγωγικές διεργασίες. Η διαχείριση της ρυπασμένης γης ακολουθεί το συγκεκριμένο πλαίσιο διαχείρισης των στερεών αποβλήτων και στην περίπτωση χαρακτηρισμού της ως «επικίνδυνη» ακολουθεί την προβλεπόμενη από την ελληνική νομοθεσία διαδικασία, με τα όποια προβλήματα ή ελλείψεις αυτή παρουσιάζει. Στην οδηγία 2008/1/ΕΚ και στα κείμενα αναφοράς για τη «βέλτιστη διαθέσιμη τεχνική» το ρυπασμένο έδαφος αντιμετωπίζεται στα πλαίσια διαχείρισης των στερεών αποβλήτων. Το έδαφος είναι ταυτόχρονα αποδέκτης ρύπανσης και, σε ορισμένες περιπτώσεις, καθίσταται επικίνδυνο για την υγεία του πληθυσμού που ζει ή εργάζεται σε περιοχές που έχουν υποστεί ρύπανση. Η ελληνική νομοθεσία εναρμονίζεται με την ευρωπαϊκή νομοθεσία με το Προεδρικό Διάταγμα 148/2009 όσον αφορά την περιβαλλοντική ευθύνη για την πρόληψη και την αποκατάσταση των ζημιών στο περιβάλλον. Σύμφωνα με το παραπάνω διάταγμα οι εύλογες επιλογές αποκατάστασης θα πρέπει να αξιολογούνται, σύμφωνα με τις καλύτερες διαθέσιμες τεχνολογίες, με βάση τα ακόλουθα κριτήρια: την επίπτωση κάθε επιλογής στη δημόσια υγεία και ασφάλεια, το κόστος υλοποίησης της επιλογής, την πιθανότητα επιτυχίας κάθε επιλογής, ~ 13 ~

14 το βαθμό στον οποίο κάθε επιλογή συμβάλλει στην πρόληψη περαιτέρω ζημιών και την αποφυγή παραπλεύρων ζημιών συνέπεια της υλοποίησης της, το βαθμό στον οποίο κάθε επιλογή ευνοεί κάθε συνιστώσα του φυσικού πόρου ή/και της υπηρεσίας, το βαθμό στον οποίο κάθε επιλογή λαμβάνει υπόψη συγκεκριμένες κοινωνικές, οικονομικές και πολιτιστικές ανησυχίες και άλλους παράγοντες που σχετίζονται με την περιοχή, το χρόνο που χρειάζεται για να καταστεί αποτελεσματική η αποκατάσταση της περιβαλλοντικής ζημιάς, το βαθμό στον οποίο κάθε επιλογή επιτυγχάνει την αποκατάσταση της τοποθεσίας της περιβαλλοντικής ζημιάς, τη γεωγραφική σχέση με την τοποθεσία που υπέστη ζημιά. Για την αποκατάσταση της ρύπανσης του εδάφους πρέπει να λαμβάνονται τα αναγκαία μέτρα για να εξασφαλισθεί, τουλάχιστον, ότι οι συγκεκριμένοι ρύποι απομακρύνονται, ελέγχονται, περιορίζονται ή μειώνονται ώστε το έδαφος που ρυπάνθηκε, λαμβάνοντας υπόψη την τρέχουσα χρήση του ή την εγκεκριμένη μελλοντική χρήση του κατά τη στιγμή που απήλθε η ζημιά, να μη δημιουργεί πλέον σημαντικό κίνδυνο αρνητικών επιπτώσεων στην ανθρώπινη υγεία. Η παρουσία των κινδύνων αυτών εκτιμάται με διαδικασίες αξιολόγησης κινδύνου που λαμβάνουν υπόψη τα χαρακτηριστικά και τη λειτουργία του εδάφους, τον τύπο και τη συγκέντρωση των επιβλαβών ουσιών, παρασκευασμάτων, οργανισμών ή μικροοργανισμών, τον κίνδυνο και την πιθανότητα διασπορά τους. Προστασία περιβάλλοντος- Βλάστηση Όπως ορίζει ο νόμος 1650/86, Προστασία του Περιβάλλοντος είναι το σύνολο των ενεργειών, των μέτρων και των έργων που έχουν στόχο την πρόληψη της υποβάθμισης του περιβάλλοντος ή την αποκατάσταση, διατήρηση ή βελτίωση του. Η προστασία του περιβάλλοντος έχει καθοριστική σημασία για την ποιότητα της ζωής των ανθρώπων. Υπάρχουν δύο θεωρητικές αντιλήψεις για την προστασία του περιβάλλοντος, η ανθρωποκεντρική και η οικοκεντρική. Σύμφωνα με την ανθρωποκεντρική προσέγγιση το περιβάλλον προστατεύεται χάριν του ανθρώπου, ενώ στην οικεντρική προσέγγιση η προστασία του περιβάλλοντος γίνεται αντιληπτή ως αξία από μόνη της. Η σύνθεση αυτών των δύο θεωρήσεων περιλαμβάνει μια πιο συνολική άποψη για την προστασία του περιβάλλοντος. Στόχος της προστασίας του περιβάλλοντος είναι η πρόληψη βλαβών του περιβάλλοντος μέσω της έγκαιρης αναγνώρισης- διάγνωσης του κινδύνου. Μπορούμε να αναφέρουμε ως αρχές στις οποίες στηρίζεται η προστασία του περιβάλλοντος τις εξής: ~ 14 ~

15 Τη διατήρηση της οικολογικής ισορροπίας των φυσικών οικοσυστημάτων και διασφάλιση της αναπαραγωγικής τους ικανότητας. Την αποτροπή της ρύπανσης και γενικότερα της υποβάθμισης του περιβάλλοντος και η λήψη όλων των αναγκαίων για το σκοπό αυτό προληπτικών μέτρων. Τη διασφάλιση της ανθρωπινής υγείας από τις διάφορες μορφές υποβάθμισης του περιβάλλοντος και ειδικότερα από τη ρύπανση και τις οχλήσεις. Την προώθηση της ισόρροπου ανάπτυξης του εθνικού χώρου συνολικά και των επί μέρους γεωγραφικών και οικιστικών ενοτήτων του, μέσα από την ορθολογική διαχείριση του περιβάλλοντος. Τη διασφάλιση της δυνατότητας ανανεώσεως φυσικών πόρων και η ορθολογική αξιοποίηση των μη ανανεώσιμων σε σχέση με τις τωρινές και τις μελλοντικές ανάγκες και με κριτήρια την προστασία του περιβάλλοντος. Την αποκατάσταση του περιβάλλοντος, σε περιπτώσεις που κρίνεται απαραίτητο. Η βάση πάνω στην οποία στηρίζεται η προστασία του περιβάλλοντος είναι η αειφορία. Ως αειφορία νοείται η στρατηγική ανάπτυξης που παρέχει τη δυνατότητα για πραγματικές βελτιώσεις. Γνώμονας της αειφορίας είναι η μέγιστη δυνατή απολαβή αγαθών από το περιβάλλον χωρίς όμως να διακόπτεται η συνεχής παραγωγή αυτών τουλάχιστον στην ίδια ποσότητα και ποιότητα στο μέλλον. Ο όρος «αειφορία» προέρχεται από τη Δασολογική Επιστήμη, και χρησιμοποιείται από τον 19 ο αιώνα. Το ενδιαφέρον για την αειφορία άρχισε να εμφανίζεται στις αρχές της δεκαετίας του 70 στην εθνική και διεθνή πολιτική ατζέντα και μόλις το 72 καταρτίστηκε το Περιβαλλοντικό Πρόγραμμα των Ηνωμένων Εθνών (UNEP) και από τότε δημιουργήθηκαν μια σειρά από οργανισμούς προστασίας του περιβάλλοντος στα διάφορα κράτη. Η αειφόρος ανάπτυξη αναφέρεται στην οικονομική ανάπτυξη που σχεδιάζεται και υλοποιείται λαμβάνοντας υπόψη την προστασία του περιβάλλοντος και τη βιωσιμότητα. Η αειφορία προϋποθέτει την ανάπτυξη των παραγωγικών δομών της οικονομίας, παράλληλα με τη δημιουργία υποδομών για μια ευαίσθητη στάση απέναντι στο φυσικό περιβάλλον. Η WCED ( Word Commission for the Environment and Development- Παγκόσμια Επιτροπή για το Περιβάλλον και την Ανάπτυξη), με την έκθεση Brundtland, όρισε ως Αειφόρο ανάπτυξη «[ ] αυτή που ικανοποιεί τις ανάγκες του παρόντος, χωρίς να μειώνει την ικανότητα των μελλοντικών γενεών ανθρώπων να ικανοποιήσουν τις δικές τους» (Φλογαΐτη, 2006). ~ 15 ~

16 Ρύποι Συνήθως οι ρύποι στο έδαφος είναι φυσικά ή χημικά προσροφημένοι στα τεμαχίδια του εδάφους κι αν όχι, είναι παγιδευμένοι σε μικρά μέρη μεταξύ των τεμαχιδίων. Υπάρχουν δύο κύριες ομάδες ρύπων, οι χημικοί ρύποι και τα βιολογικά απόβλητα οι οποίοι μπορούν να συσσωρευτούν στο έδαφος ή να μεταφερθούν μέσω του εδάφους ως αποτέλεσμα της επέκτασης του πληθυσμού και την ανάπτυξη της βιομηχανίας. Οι χημικοί ρύποι κατατάσσονται γενικά σε δύο ομάδες, στους οργανικούς και τους ανόργανους ρύπους ( Ward et al., 2004). Η κατάταξη αυτή στηρίζεται στο γεγονός ότι η βιοδιαθεσιμότητα των οργανικών ρύπων στο χρόνο μειώνεται καθώς αυτές οι ουσίες διασπόνται, έστω και αργά, στο έδαφος, ενώ τα μέταλλα (ανόργανοι ρύποι), υπόκεινται σε αύξηση ή μείωση της βιοδιαθεσιμότητας στο χρόνο ανάλογα με τη μορφή που βρίσκονται στο έδαφος. Παράλληλα, μερικές οργανικές ουσίες μπορούν να μετατραπούν μικροβιολογικά σε λιγότερο επιβλαβείς μορφές, ενώ τα μέταλλα μπορούν μόνο να μετατραπούν σε μια άλλη μορφή ( NRC, 2004). Η ρύπανση του εδάφους προκύπτει από ένα μεγάλο αριθμό αιτιών, συμπεριλαμβανομένων την απόθεση επικίνδυνων ουσιών, φυτοφαρμάκων και λιπασμάτων, καθώς και βιομηχανικές ή χημικές διεργασίες. Οι ρύποι του εδάφους μπορούν να μεταφερθούν στα υπόγεια νερά (υδροφόροι ορίζοντες) και στον αέρα (USA EPA, 1999). Το έδαφος είναι ένα πολύ ιδιαίτερο συστατικό της βιόσφαιρας, και αυτό διότι αποτελεί μια γεωχημική δεξαμενή ρύπων, και παράλληλα ενεργεί προστατευτικά ελέγχοντας τη μεταφορά χημικών στοιχείων και ουσιών στην ατμόσφαιρα, υδρόσφαιρα, χλωρίδα και πανίδα (Kabata-Pendias, 2001). Σε αντίθεση με τα άλλα συστατικά του περιβάλλοντος (π.χ. ατμόσφαιρα, νερό), οι ρύποι στο έδαφος έχουν πολύ μεγάλους χρόνους παραμονής ( Lombi et al., 1998). Παρόλα αυτά, το έδαφος δρα ως δεξαμενή ή ως φίλτρο στο οποίο οι ρύποι συσσωρεύονται γρήγορα αλλά μειώνονται αργά (Lombi et al., 1998). Οι ρύποι που ανησυχούν περισσότερο είναι οι ανόργανες ουσίες, όπως βαρέα μέταλλα, ραδιονουκλεΐδια, νιτρικά, φωσφορικά άλατα, ανόργανα οξέα καθώς και οι οργανικές χημικές ενώσεις, που προέρχονται από διάφορες πηγές όπως τα υλικά αποβλήτων, τα εκρηκτικά, τα φυτοφάρμακα, τα λιπάσματα, τα φαρμακευτικά προϊόντα, οι όξινες αποθέσεις και το ραδιενεργό νέφος ( Sparks, 1995), η καύση ορυκτών καυσίμων, η εξόρυξη μεταλλευμάτων και τα φυτοφάρμακα (Wei και Zhou, 2008). Από τους ανόργανους ρύπους, οι πιο επιβλαβείς για το περιβάλλον είναι τα βαρέα μέταλλα π.χ. χαλκός ( Cu), κάδμιο ( Cd), ψευδάργυρος ( Zn), μόλυβδος ( Pb), νικέλιο ( Ni) και χρώμιο ( Cr). Πολλά από τα ιχνοστοιχεία (βαρέα μέταλλα και μεταλλοειδή) είναι τοξικά σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις ( Memon και Schroder, 2009). Ενώ σύμφωνα με τους Cosio κ.α. (2004), το κάδμιο (Cd) και ο ψευδάργυρος (Zn) είναι τα δύο περισσότερο διαδεδομένα επικίνδυνα βαρέα μέταλλα, χωρίς να ~ 16 ~

17 υπάρχει κανένας αποτελεσματικός τρόπος απομάκρυνσης τους από το έδαφος. Η ρύπανση των εδαφών από μέταλλα και μεταλλοειδή διαφέρει από τη ρύπανση του αέρα και των υδάτων, διότι τα μέταλλα εξακολουθούν να παραμένουν για πολύ περισσότερο διάστημα στο έδαφος από ότι σε άλλα μέρη της βιόσφαιρας ( Lasat, 2002). Ο χρόνος παραμονής των βαρέων μετάλλων στο έδαφος εξαρτάται από το είδος του μετάλλου και σε εξαιρετικές περιπτώσεις ο χρόνος αυτός ανέρχεται σε μερικές χιλιάδες χρόνια (Brookes, 1995). Πηγές ρύπανσης Φωτογραφία 1. Οι πηγές της χημικής ρύπανσης χωρίζονται σε δύο τύπους, τις φυσικές και τις ανθρωπογενείς (Kvesitadze κ.α., 2006). Η φυσική ρύπανση μπορεί να είναι αποτέλεσμα στοιχειωδών διαδικασιών όπως η έκλυση αερίων από την ηφαιστειακή δραστηριότητα, η έκλυση και διήθηση τοξικών στοιχείων από τα ορυκτά μεταλλεύματα κατά τη διάρκεια πλημμυρών ή σεισμών, όπως και η έκκριση τοξικών ουσιών από τη μεταβολική δραστηριότητα όλων των οργανισμών. Η ανθρώπινη συμμετοχή στη ρύπανση του περιβάλλοντος είναι περισσότερο έντονη ( Kvesitadze κ.α., 2006). Επίσης, οι πηγές των ρύπων μπορούν να διαχωριστούν σε σημειακές και μη σημειακές πηγές ( Lombi et al., 1998; Arthur et al., 2005). Οι σημειακές πηγές αναφέρονται σε διακριτές μικρής κλίμακας πηγές ρύπανσης, όπως για παράδειγμα οι χώροι απόθεσης υπολειμμάτων, η διαρροή αποβλήτων βιομηχανικής δραστηριότητας, και είναι γενικά υπεύθυνες για μεγάλες συγκεντρώσεις ρύπων σε μικρές περιοχές (Lombi et al., 1998). Η επιτόπια συσσώρευση των ρύπων μπορεί να προέρχεται είτε από ανθρώπινες δραστηριότητες όπως είναι η μεταλλευτική δραστηριότητα ( Lombi et al., 1998), είτε από φυσικές πηγές όπως η συσσώρευση μεγάλων ποσοτήτων μετάλλων σε εδάφη που προέρχονται από μητρικό υλικό, ~ 17 ~

18 πλούσιο σε συγκεκριμένα μέταλλα (π.χ. εδάφη πλούσια σε μέταλλα που αναπτύσσονται σε σερπεντινίτη) ( Lombi et al., 1998). Οι μη σημειακές πηγές αφορούν πηγές ρύπανσης οι οποίες προκαλούν εκτεταμένη, διάχυτη ρύπανση που προέρχεται από περισσότερες μικρότερες πηγές που η θέση τους δεν είναι διακριτή ή εκτείνονται σε μεγάλες περιοχές ( Lombi et al., 1998). Οι γεωργικές πρακτικές αποτελούν ένα παράδειγμα μη σημειακής πηγής ρύπανσης. Τα βαρέα μέταλλα βρίσκονται παντού στο περιβάλλον και ιδιαίτερα στις βιομηχανικές κοινωνίες. Πιο συγκεκριμένα, κατά τον Alloway (1995) οι σημαντικότερες ανθρωπογενείς πηγές μετάλλων στο έδαφος και στο περιβάλλον είναι: 1. οι διαδικασίες εξόρυξης και τήξης μεταλλευμάτων 2. τα γεωργικά και κτηνοτροφικά υλικά 3. τα απόβλητα 4. η καύση ορυκτών καυσίμων 5. μεταλλουργικές βιομηχανίες- παραγωγής, χρήσης και διάθεσης μεταλλικών εμπορευμάτων 6. κλάδος ηλεκτρονικής- κατασκευή, χρήση και διάθεση ηλεκτρονικών προϊόντων 7. χημικές και άλλες παρασκευαστικές βιομηχανίες 8. διάθεση αποβλήτων 9. τα αθλήματα σκοποβολής και ψαρέματος 10. πολεμική και στρατιωτική δραστηριότητες Μεγάλες ποσότητες βαρέων μετάλλων υπάρχουν σε πολλές περιοχές στον κόσμο λόγω της παρουσίας κοιτασμάτων με ιδιαίτερα υψηλές συγκεντρώσεις μετάλλων ( Alloway, 1995; Memon and Schroder, 2009), ενώ ο Viklander (1998) αναφέρει ότι ακόμη και τα πρανή των οδών ταχείας κυκλοφορίας περιέχουν ρύπους, κυρίως βαρέων μετάλλων (π.χ. κάδμιο (Cd), χαλκός (Cu) και νικέλιο (Ni)), τα οποία προέρχονται από τους κινητήρες των αυτοκινήτων και τη φθορά των φρένων. Επιπτώσεις ρύπων στην ανθρώπινη υγεία Η έκθεση σε υψηλά επίπεδα βαρέων μετάλλων και μεταλλοειδών έχει συνδεθεί με αρνητικές επιπτώσεις για την υγεία του ανθρώπου και της άγριας πανίδας (Padmavathiamma και Li, 2007). Τα τοξικά βαρέα μέταλλα προκαλούν βλάβες στο DNA, και οι καρκινογόνες επιδράσεις τους σε ζώα και ανθρώπους κατά πάσα πιθανότητα προκαλούνται από την ικανότητα τους να δρουν ως μεταλλαξιογόνα (Knasmuller et al., 1998; Baudouin et al., 2002). Στις επιπτώσεις, για παράδειγμα, του αρσενικού ( As) περιλαμβάνονται τα καρδιαγγειακά προβλήματα, καρκίνο του δέρματος και άλλες δερματολογικές παθήσεις, νευρολογικές παθήσεις ( WHO, 1997) και νεφρικές βλάβες. Δηλητηρίαση παιδιών από μόλυβδο (Pb) προκαλεί νευρολογικές βλάβες που οδηγούν σε μειωμένη ευφυΐα, απώλεια της βραχυπρόθεσμης μνήμης, ~ 18 ~

19 μαθησιακές δυσκολίες και προβλήματα συντονισμού ( Padmavathiamma και Li, 2007). Το κάδμιο ( Cd) συσσωρεύεται στα νεφρά και φαίνεται να συνδέεται με μια σειρά από ασθένειες των νεφρών (WHO, 1997). Οι κύριοι κίνδυνοι για την υγεία που συνδέονται με τον υδράργυρο ( Hg) είναι οι βλάβες στο νευρικό σύστημα, με συμπτώματα όπως ανεξέλεγκτο τρέμουλο, μυϊκή αποδυνάμωση, μερική τύφλωση και εμβρυικές παραμορφώσεις (WHO, 1997). Ρύπανση εδαφών Σύμφωνα με την Επιτροπή της Ευρωπαϊκής Ένωσης ως ρύπανση μπορεί να οριστεί η άμεση ή έμμεση εισαγωγή στην ατμόσφαιρα, το νερό ή το έδαφος, ως αποτέλεσμα ανθρώπινης δραστηριότητας, ουσιών, κραδασμών, θερμότητας ή θορύβου που ενδέχεται να θίξουν την ανθρώπινη υγεία ή το περιβάλλον, να υποβαθμίσουν υλικά αγαθά, να βλάψουν ή να εμποδίσουν την ψυχαγωγική λειτουργία καθώς και τις άλλες νόμιμες χρήσεις του περιβάλλοντος (οδηγία 2008/1/ΕΚ). Ο Scullion (2006) αναφέρει ότι η ρύπανση μπο ρεί να οριστεί ως η είσοδος στοιχείων, ενώσεων ή ενέργειας στο περιβάλλον σε τέτοια επίπεδα που βλάπτουν τη λειτουργικότητα του ή που να παρουσιάζουν έναν ανεπιθύμητο κίνδυνο στον άνθρωπο ή άλλους οργανισμούς που είναι σε επαφή με αυτό το περιβάλλον. Η ρύπανση των εδαφών και των υπόγειων νερών άρχισε να αντιμετωπίζεται ως περιβαλλοντική επιβάρυνση με υστέρηση, γιατί αντίθετα με τη ρύπανση της ατμόσφαιρας και των επιφανειακών νερών, η ρύπανση του υπεδάφους δε γίνεται άμεσα αντιληπτή και επιπλέον εξαπλώνεται με βραδύτερους ρυθμούς. Το δημόσιο ενδιαφέρον που σχετίζεται με το περιβάλλον και τη ρύπανση των εδαφών οδηγείται στη δημοσίευση εθνικών και διεθνών κανονισμών που αφορούν στη μείωση της ρύπανσης και την εξυγίανση των ρυπασμένων περιοχών ( Lombi et al., 1998). Η απορρύπανση των εδαφών έχει γίνει κοινωνικό πρόβλημα λόγω της σπουδαιότητας της στην προστασία του περιβάλλοντος, την ανθρώπινη υγεία και για την οικονομική καταλληλότητα της (Lombi et al. 1998). Το έδαφος αποτελεί ενεργό μέρος του οικοσυστήματος μέσα στο οποίο ζει ένας μεγάλος αριθμός οργανισμών και χαρακτηρίζεται από συγκεκριμένες φυσικές, χημικές και βιολογικές ιδιότητες, όπου τα επιφανειακά ύδατα αλλά και οι υπόγειοι υδατικοί ορίζοντες μπορούν να ρυπανθούν από ρυπογόνες ουσίες είτε ως αποτέλεσμα φυσικών φαινομένων, είτε ως αποτέλεσμα της ανθρώπινης δραστηριότητας. Αν αναλογιστούμε ότι για το σχηματισμό του εδάφους με τη διαδικασία της εδαφογένεσης χρειάζονται εκατοντάδες ή και χιλιάδες χρόνια, διαπιστώνουμε την άμεση ανάγκη της εξυγίανσης των ρυπασμένων εδαφών. Για τη ρύπανση των εδαφών μπορούμε πιο απλά να πούμε ότι είναι η απόθεση στερεών ή υγρών επικίνδυνων ουσιών στο φυσικό έδαφος. Τα ρυπασμένα εδάφη μπορούν να οριστούν ως τα εδάφη όπου η παρουσία επικίνδυνων ουσιών έχει επιβεβαιωθεί σε επίπεδα που ξεπερνούν την αποδεκτή επικινδυνότητα ή η ~ 19 ~

20 συγκέντρωση των ρύπων σε αυτά ξεπερνά τα σχετικά επιτρεπτά όρια συγκέντρωσης που ορίζονται από τις σχετικές νομοθετικές ρυθμίσεις (Scullion, 2006). Σύμφωνα με την υπηρεσία προστασίας του περιβάλλοντος των Η.Π.Α., η ρύπανση των εδαφών προέρχεται από ρύπους σε υγρή ή στερεά μορφή που αναμιγνύονται με το φυσικό έδαφος. Οι ρύποι στο έδαφος συνδέονται με φυσικό ή χημικό τρόπο με τα τεμαχίδια του εδάφους ή αν δεν είναι σε άμεση επαφή, βρίσκονται στους πόρους του εδάφους (US EPA, 1999). Οι όροι «μόλυνση του εδάφους» ( soil contamination) και «ρύπανση του εδάφους» ( soil pollution) έχουν οριστεί με διαφορετικό τρόπο σε ορισμένες δημοσιεύσεις (Kabata- Pendias και Pendias, 2001). Οι Knox κ.α. (1999) αναφέρουν ότι ο όρος «μόλυνση του εδάφους» αναφέρεται σε εδάφη στα οποία η χημική τους κατάσταση αποκλίνει από την κανονική σύνθεση αλλά δεν έχει επιβλαβή αποτελέσματα στους οργανισμούς. Ρύπανση εμφανίζεται όταν ένα στοιχείο ή μια ουσία είναι παρόντα σε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις του φυσιολογικού, ως αποτέλεσμα της ανθρώπινης δραστηριότητας και έχουν καθαρά επιβλαβή αποτελέσματα στο περιβάλλον και τα συστατικά του (Kabata- Pendias και Pendias, 2001). Ωστόσο, από τη νομοθεσία υπάρχει ο διαχωρισμός των δύο αυτών όρων, καθώς ο όρος «μόλυνση» αναφέρεται στη δραστηριότητα μικροοργανισμών κι όχι χημικών ουσιών που προέρχονται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Ορισμένες από τις βασικές αιτίες ρύπανσης των εδαφών είναι: ο τα λιπάσματα και τα φυτοφάρμακα των γεωργικών εκμεταλλεύσεων ο τα υγρά και στερεά απόβλητα των κτηνοτροφικών εκμεταλλεύσεων ο τα υγρά και στερεά απόβλητα των χημικών βιομηχανιών ο τα αστικά και νοσοκομειακά απόβλητα που διατίθενται σε χώρους υγειονομικής ταφής και αποτέφρωσης σε υψηλές θερμοκρασίες ο η ρύπανση από την εκμετάλλευση του πετρελαίου, λιπαντικών υλών και ελαστικών τροχοφόρων ο η ρύπανση από απόβλητα μεταλλευτικών και λατομικών επιχειρήσεων ο η ρύπανση από βαρέα μέταλλα που προέρχονται από χημικές βιομηχανίες, καύση στερεών και υγρών ορυκτών καυσίμων και άλλες διεργασίες εμπλουτισμού ή καθαρισμού μεταλλευμάτων Ο καθορισμός των ορίων ρύπανσης του εδάφους προϋποθέτει μια κοινά αποδεκτή μέθοδο για τη μέτρηση της συγκέντρωσης ενός ρύπου που είναι σχετική με την αξιολόγηση του κινδύνου μεταξύ διαφορετικών τύπων εδάφους. Τα όρια γενικά εκφράζονται ως «συνολικές» συγκεντρώσεις, καθώς δεν υπάρχει συναίνεση σχετικά με εναλλακτικές μεθόδους (McLaughlin κ.α., 2000) οι οποίες έχουν πιο άμεση σχέση με βιολογικό ή περιβαλλοντικό κίνδυνο. Ωστόσο, η αξιολόγηση της ~ 20 ~

21 βιοδιαθεσιμότητας των ρύπων στο έδαφος αποτελεί ουσιαστικό μέρος της διαδικασίας αξιολόγησης των κινδύνων ( Risk Assessment) και του προσδιορισμού της πλέον κατάλληλης προσέγγισης για αποκατάσταση (Semple et al., 2003). Οικολογική σημασία της βλάστησης στα ρυπασμένα περιβάλλοντα Τα φυτά μπορούν να περιορίσουν ή τουλάχιστον να μειώσουν οικολογικούς κινδύνους μέσω των λειτουργιών τους και των μηχανισμών τους. Έχουν τη δυνατότητα μείωσης της τοξικότητας μέσω μηχανισμών προσρόφησης και συσσώρευσης επικίνδυνων ουσιών στους φυτικούς ιστούς. Ο ρόλος της βλάστησης και ειδικότερα των φυτών στην αποκατάσταση ρυπασμένων περιοχών μπορεί να συνοψιστεί σύμφωνα με τους Kvesitadze et al. ( 2006) στις παρακάτω ιδιότητες των φυτικών οργανισμών: Τα ανώτερα φυτά μέσω του ριζικού συστήματος και του φυλλώματος αλληλεπιδρούν με τις τρεις φάσεις του περιβάλλοντος, έδαφος-αέρας-νερό. Το ριζικό σύστημα επιτρέπει στα φυτά να εκμεταλλεύονται τα εδάφη σε διάφορα βάθη και να δημιουργούν κατάλληλες μικρό-συνθήκες για τον πολλαπλασιασμό μικροοργανισμών στη ριζόσφαιρα με τη βοήθεια των εκκρίσεων. Οι μεγάλες επιφάνειες των φύλλων των φυτών επιτρέπουν την προσρόφηση των αέριων ρύπων μέσω των στομάτων και της επιδερμίδας. Μέσω του συστήματος μεταφοράς των θρεπτικών ουσιών στο φυτικό οργανισμό, οι ρύποι κατανέμονται στα διάφορα μέρη του φυτού. Η αλληλεπίδραση μεταξύ φυτών και μικροοργανισμών προκαλεί τη δημιουργία ενός μικροπεριβάλλοντος, το οποίο βοηθά τη διείσδυση και συσσώρευση των ρύπων γύρω ή μέσα στις ρίζες. Τα φυτά διαθέτουν τους απαραίτητους μηχανισμούς για τις βιοχημικές και φυσιολογικές διαδικασίες με τις οποίες μειώνεται η τοξικότητα των ρύπων. Στα φυτά βρίσκονται ένζυμα που συμμετέχουν ως καταλύτες στις αντιδράσεις των μηχανισμών μείωσης της τοξικότητας. Αυτά τα χαρακτηριστικά προσφέρουν πλεονεκτήματα τα οποία διαχωρίζουν τα ανώτερα φυτά από άλλους οργανισμούς και καθορίζουν την ικανότητα τους να προσροφούν διάφορους ρύπους από το έδαφος, το νερό και τον αέρα. Το κύριο μειονέκτημα των τεχνολογιών εξυγίανσης που στηρίζονται στα φυτά είναι η ισχυρή εξάρτηση των φυτών από το κλίμα, καθώς το κλίμα είναι ένας σημαντικός παράγοντας για την ανάπτυξη και τη μεταβολική δραστηριότητα των φυτών. ~ 21 ~

22 ΦΥΤΟΕΞΥΓΙΑΝΣΗ Η τεχνολογία της φυτοεξυγίανσης, παρουσιάζει έντονο ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια, ως εναλλακτική μέθοδος εξυγίανσης ρυπασμένων εδαφών και υπόγειων υδάτων. Η φυτοεξυγίανση βασίζεται στη διαπίστωση ότι τα φυτά έχουν τη δυνατότητα να προσλαμβάνουν και να διασπούν τοξικές οργανικές ουσίες, τόσο από το έδαφος όσο και από την ατμόσφαιρα και επομένως μπορούν, υπό προϋποθέσεις να χρησιμοποιηθούν για την οικονομική αντιμετώπιση του προβλήματος της ρύπανσης. Η υπηρεσία προστασίας του περιβάλλοντος των Η.Π.Α. ( US E.P.A.), κατατάσσει τη φυτοεξυγίανση στις λεγόμενες καινοτόμες τεχνολογίες επεξεργασίας (Innovative Treatment Technologies). Πρόκειται για τεχνολογίες οι οποίες χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία επικίνδυνων αποβλήτων και άλλων μολυσματικών παραγόντων, χωρίς όμως να υπάρχουν αρκετές πληροφορίες σχετικά με το κόστος και την απόδοση που έχουν υπό διαφορετικές συνθήκες επεξεργασίας. Ο όρος φυτοεξυγίανση, αναφέρεται σε κάθε σύστημα ή διαδικασία στην οποία χρησιμοποιούνται φυτά, για την in situ ή ex situ εξυγίανση ρυπασμένων εδαφών, υλικών καθιζήσεως ( sediments-τέλματα) και υδάτων (επιφανειακών ή υπόγειων), μέσω της απομάκρυνσης, διάσπασης και σταθεροποίησης των ρύπων (Cunningham et al., 1996; Schoor et al., 1995). Παρά το γεγονός ότι ο όρος φυτοεξυγίανση είναι σχετικά πρόσφατος, η ιδέα της εφαρμογής της μεθόδου φαίνεται να είχε γίνει αντιληπτή πριν από αρκετούς αιώνες. Στη βιβλιογραφία αναφέρεται ότι το πρώτο σύστημα επεξεργασίας αστικών λυμάτων βασιζόμενο στη χρήση φυτών, λειτούργησε στη Γερμανία στις αρχές του 17 ου αιώνα ( Hartman, 1975). Από τότε μέχρι σήμερα έχει επιτευχθεί σημαντική ανάπτυξη στην εφαρμογή διαφόρων τεχνικών ακόμα και σε επίπεδο εμπορικής κλίμακας, για τη δευτερογενή επεξεργασία αστικών υδατικών αποβλήτων, με τη χρήση φυτών. Οι τεχνικές αυτές περιλαμβάνουν τη χρήση υδροβίων και υδροχαρών φυτών για τη δημιουργία τεχνητών υγροτόπων ( Constructed Wetlands), δεξαμενών σταθεροποίησης ( Stabilization Ponds) και γενικότερα φυσικών συστημάτων επεξεργασίας. Η εξυγίανση ρυπασμένων εδαφών, χωρίς τη μεσολάβηση της υδατικής βάσης, με τη χρήση φυτών δεν έχει επαρκώς μελετηθεί τόσο σε εργαστηριακά πειράματα όσο και σε πειράματα πεδίου. Το γεγονός αυτό οφείλεται κυρίως σε δύο λόγους (Salt et al., 1998): 1. Δεν έχουν θεσπιστεί κρίσιμες συγκεντρώσεις τοξικότητας των διαφόρων ρύπων για το έδαφος από τους περιβαλλοντικούς οργανισμούς, σε αντίθεση με το νερό. 2. Εξαιτίας της πολυπλοκότητας που παρουσιάζει το εδαφικό σύστημα και των εξαιρετικά δύσκολων αναλυτικών τεχνικών που απαιτούνται. Οι τεχνικές που χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία της φυτοεξυγίανσης γενικά μπορούν να διακριθούν σε δύο μεγάλες κατηγορίες (Cunningham et al., 1996): ~ 22 ~

23 Φυτοαπορρύπανση (Phytodecontamination) Φυτοσταθεροποίηση (Phytostabilization) Η φυτοαπορρύπανση, περιλαμβάνει μηχανισμούς, με τη βοήθεια των οποίων, η συγκέντρωση του ρυπαντή στο έδαφος, το νερό και την ατμόσφαιρα μειώνεται σε αποδεκτά επίπεδα. Η φυτοσταθεροποίηση, περιλαμβάνει μηχανισμούς οι οποίοι έχουν ως στόχο την αδρανοποίηση και απομόνωση του ρυπαντή ώστε να παρεμποδιστεί η μετακίνηση του από το έδαφος στο υπόγειο νερό ή την ατμόσφαιρα. Η φυτοσταθεροποίηση βασίζεται στην ικανότητα των φυτών να εκκρίνουν ουσίες, μέσω των ριζών τους, οι οποίες ευνοούν μηχανισμούς όπως η χουμοποίηση (humification)- δέσμευση του ρυπαντή στα χουμικά συστατικά του εδάφους, η λιγνιτοποίηση ( lignification)- δέσμευση στα κυτταρικά τοιχώματα των ριζών και δέσμευση στα εδαφικά σωματίδια (soil sequestration) (Flatham and Lanza, 1998). Μια άλλη κατάταξη της τεχνολογίας της φυτοεξυγίανσης πραγματοποιείται ανάλογα με τους ρύπους: Φυτοεξυγίανση οργανικών ρύπων Φυτοεξυγίανση ανόργανων ρύπων Σύμφωνα με την υπηρεσία προστασίας του περιβάλλοντος των Η.Π.Α. (USEPA, 1999), η τεχνολογία της φυτοεξυγίανσης διακρίνεται στις εξής κατηγορίες με βάση το μηχανισμό απορρύπανσης: Φυτοεξαγωγή/Βιοσυσσώρευση (Phytoextraction/Phytoaccumulation). Φυτοαποδόμηση (Phytodegradation). Φυτοεξάτμιση (Phytovolatilisation). Φυτοσταθεροποίηση (Phytostabilization) Ριζοδιήθηση (Rhizofiltration). Ριζοαποδόμηση (Rhizodegradation). Η ιδέα ότι τα φυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αποκατάσταση του περιβάλλοντος είναι πολύ παλιά και δεν είναι δυνατό να εντοπιστεί σε κάποια συγκεκριμένη πηγή ( Padmavathiamma and Li, 2007). Ο όρος phytoremediation ( phyto =φυτό και remedium =καθαρίζω, αποκαθιστώ) ο οποίος χρησιμοποιείται από την επιστημονική κοινότητα ως η αποκατάσταση των διαταραγμένων περιοχών με τη βοήθεια φυτών, αναφέρεται σε μια διαφοροποιημένη συλλογή τεχνολογιών που βασίζονται στην καλλιέργεια φυσικών ή γενετικά τροποποιημένων φυτών για τον καθαρισμό ρυπασμένων περιβαλλόντων ( Cunningham et al., 1997; Flathman and Lanza, 1998). Η αποκατάσταση του εδάφους με τη βοήθεια φυτών, συνεπάγεται τη χρήση των φυτών για την απομάκρυνση, μετακίνηση, σταθεροποίηση ή/και μείωση των ρύπων στο έδαφος, τα ιζήματα και το νερό (Hughes et al., 1997). ~ 23 ~

24 Σύμφωνα με τους Thangavel και Subhuram (2004), η τεχνική της αποκατάστασης του εδάφους με τη χρήση φυτών μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη φυτοσταθεροποίηση ( phytoimmobilization, phytostabilization) ή απομάκρυνση (phytoextraction, phytovolatilization) των ρύπων, ανάλογα με τις τοπικές συνθήκες, τις προσμείξεις των ρύπων και το επίπεδο εξυγίανσης που απαιτείται. Υπάρχουν τέσσερις τεχνικές εξυγίανσης με τη χρήση φυτών ( Padmavathiamma and Li, 2007), καθεμιά από τις οποίες έχει διαφορετικό μηχανισμό δράσης για την αποκατάσταση των εδαφών, των ιζημάτων και του νερού: 1. ακινητοποίηση των μετάλλων με τη χρήση φυτών ( phytostabilization), όπου τα φυτά ακινητοποιούν και δεν απομακρύνουν τα περιεχόμενα μέταλλα μέσω της συγκράτησης των μετάλλων στην περιοχή των ριζών του φυτού, 2. φιλτράρισμα με τη χρήση φυτών ( phytofiltration), όπου τα φυτά μπορούν να καθαρίσουν υδάτινα περιβάλλοντα, 3. τεχνική της εξάτμισης ( phytovolation), όπου χρησιμοποιούνται φυτά για την απορρόφηση ορισμένων ρύπων από το έδαφος και έπειτα απελευθέρωση τους στην ατμόσφαιρα, και τέλος, 4. απομάκρυνση των μετάλλων ( phytoextraction), σύμφωνα με την οποία τα φυτά απορροφούν μέταλλα από το έδαφος και τα μεταφέρουν σε διάφορους ιστούς όπου συσσωρεύονται. Η τεχνική αυτή για την απομάκρυνση των βαρέων μετάλλων είναι μια αναδυόμενη τεχνολογία και διάφοροι τομείς αυτής είναι υπό ανάπτυξη (Salt et al., 1998; Pilon-Smits 2005). Η τεχνική της αποκατάστασης με φυτά παρέχει μεγάλες δυνατότητες ως μια μέθοδος καθαρισμού του περιβάλλοντος και έχει ερευνηθεί, κυρίως, κατά τις δύο τελευταίες δεκαετίες (Memon and Schroder, 2009). Βιοσυσσώρευση ως μέθοδο εξυγίανσης Η απομάκρυνση των μετάλλων με τη χρήση φυτών, που ονομάζεται επίσης και βιοσυσσώρευση, αναφέρεται στην πρόσληψη από το έδαφος και τη μετατόπιση των μετάλλων μέσω των ριζών στο υπέργειο τμήμα των φυτών(padmavathiamma and Li, 2007). Η μέθοδος της βιοσυσσώρευσης αφορά επαναλαμβανόμενη καλλιέργεια των φυτών σε ρυπασμένο έδαφος μέχρι η συγκέντρωση των μετάλλων να φτάσει σε ένα αποδεκτό επίπεδο (Padmavathiamma και Li, 2007). ~ 24 ~

25 Μετακίνηση και αποθήκευση στο βλαστό Ανακατανομή σε διάφορους ιστούς στο βλαστό μέσω του φλοιώματος Μετακίνηση στο ξύλωμα Κινητοποίηση και αναγωγή των ιόντων στη ριζόσφαιρα μέσω του σχηματισμού χηλικών συμπλόκων Πρόσληψη και δέσμευση από τις ρίζες Εικόνα 2: Σχηματική απεικόνιση των μηχανισμών της βιοσυσσώρευσης των ρύπων στα φυτά (Padmavathiamma and Li, 2007). Ο ρυθμός απομάκρυνσης των μετάλλων από τα ρυπασμένα εδάφη εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις ιδιότητες του εδάφους, το βαθμό και τη βιοδιαθεσιμότητα των μετάλλων, και, προφανώς, τα χαρακτηριστικά της απορρόφησης των μετάλλων και την παραγωγή βιομάζας από τα φυτικά είδη που χρησιμοποιούνται για την αποκατάσταση ( Lasat, 2000). Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα της μεθόδου είναι το χαμηλό κόστος. Επιπλέον, προσφέρει μόνιμη αποκατάσταση- εξυγίανση στην περιοχή της ρύπανσης και όχι απλώς να μεταφέρει τη ρύπανση σε διαφορετική περιοχή (Salt et al., 1998). Ωστόσο, η αβεβαιότητα για το χρονικό διάστημα που απαιτείται για τη μείωση στο επιθυμητό επίπεδο της περιεκτικότητας του εδάφους σε βαρέα μέταλλα είναι ένα από τα σημαντικότερα εμπόδια που παρακωλύουν την εφαρμογή της μεθόδου της βιοσυσσώρευσης στην πράξη ( Koopmans et al., 2008). Επιπλέον το πρόβλημα συνδέεται με το γεγονός ότι δεν υπάρχουν διαθέσιμες πληροφορίες από ~ 25 ~

26 μακροχρόνια πειράματα πεδίου, και οι εκτιμήσεις της αποτελεσματικότητας πρέπει να βασίζονται σε υπολογιστικά μοντέλα (Maxted et al., 2007; Van Nevel et al., 2007). Επίσης, οι συσσωρευμένες ποσότητες των μετάλλων στο έδαφος μειώνονται κατά τη διάρκεια πρόσληψης των μετάλλων από τα φυτά ( Hammer and Keller, 2002; Keller and Hammer, 2004), η οποία οδηγεί με τη σειρά της σε μείωση της απορρόφησης των μετάλλων από τα φυτά και σε χαμηλότερο ρυθμό απομάκρυνσης των μετάλλων (Koopmans et al., 2008). Για παράδειγμα, η συγκέντρωση του Cd στους βλαστούς του Thlaspi caerulescens, ένα γνωστό φυτό βιοσυσσωρευτής, μειώθηκε κατά 1,4 φορές μετά από τρεις διαδοχικές καλλιέργειες σε ένα ρυπασμένο έδαφος από βαρέα μέταλλα (Keller and Hammer, 2004). Η ιδέα της χρήσης φυτών για την εξαγωγή των μετάλλων από τα ρυπασμένα εδάφη εισήχθη εκ νέου και αναπτύχθηκε από τους Utsunamyia (1980) και Chaney (1983), ενώ το πρώτο πείραμα στο πεδίο για τη βιοσυσσώρευση του Zn και του Cd διενεργήθηκε από τους Baker et al. (1991). Ορισμένα φυτά, που αναπτύσσονται σε εδάφη με μεγάλες συγκεντρώσεις μετάλλων, έχουν αναπτύξει την ικανότητα να συσσωρεύουν τεράστια ποσά των μετάλλων στους ιστούς τους, χωρίς συμπτώματα τοξικότητας (Reeves and Brooks, 1983; Baker and Brooks, 1989; Baker et al., 1991; Entry et al., 1999). Τα τυπικά επίπεδα συγκεντρώσεων των βαρέων μετάλλων που επιδρούν στα φυτά φαίνονται στον πίνακα 1. Πίνακας 1. Επίδραση των τυπικών επιπέδων βαρέων μετάλλων στα φυτά Συγκεντρώσεις μετάλλων (mg kg -1 ) Cd Cu Pb Zn Ασθενής - <1-5 - <10 Κανονική 0, , Τοξική >100 (Padmavathiamma and Li, 2007) Η καλύτερη κατανόηση των βιοχημικών διεργασιών της πρόσληψης, της μετακίνησης, της συσσώρευσης βαρέων μετάλλων και της ανθεκτικότητας των φυτών σε υψηλές συγκεντρώσεις αυτών, θα συμβάλλει στη συστηματική βελτίωση της τεχνικής της εξυγίανσης των εδαφών χρησιμοποιώντας προσεγγίσεις της μοριακής γενετικής (Memon and Schroder, 2009). Οι φυτεύσεις και η συγκομιδή μπορεί να επαναλαμβάνονται για τη μείωση των ρύπων από τα υπάρχοντα επίπεδα σε επιτρεπτά όρια ( Kumar et al., 1995). Ο χρόνος που απαιτείται για την αποκατάσταση εξαρτάται από το είδος του στοιχείου και την έκταση της ρύπανσης, τη διάρκεια της καλλιεργητικής-βλαστητικής περιόδου, και την αποτελεσματικότητα της απομάκρυνσης του μετάλλου από τα φυτά, αλλά συνήθως κυμαίνεται από 1 έως 20 έτη ( Kumar et al., 1995; Blaylock and Huang, 2000). Σύμφωνα με τους τελευταίους συγγραφείς αυτή η τεχνική είναι κατάλληλη για την αποκατάσταση εδαφών μεγάλων περιοχών που έχουν ρυπανθεί σε μικρά βάθη με ~ 26 ~

27 χαμηλό έως μέτριο επίπεδο περιεκτικότητας βαρέων μετάλλων ( Kumar et al., 1995; Blaylock and Huang, 2000). Ένα πρόβλημα που παραμένει κατά την εφαρμογή της μεθόδου της βιοσυσσώρευσης είναι ο τρόπος διαχείρισης της βιομάζας στην οποία συσσωρεύονται τεράστια ποσά βαρέων μετάλλων. Σύμφωνα με τους Padmavathiamma και Li (2007), οι ποσότητες αυτές της επικίνδυνης βιομάζας, καθώς κάθε καλλιέργεια απομακρύνεται από την περιοχή, πρέπει να αποθηκεύονται ή να διατίθενται κατάλληλα για την ελαχιστοποίηση των περιβαλλοντικών κινδύνων. Μετά τη συγκομιδή, οι μέθοδοι διάθεσης της ρυπασμένης φυτικής βιομάζας περιλαμβάνουν εγκεκριμένες εγκαταστάσεις υγειονομικής ταφής, ασφαλείς χώρους απόθεσης, επιφανειακή διασπορά, ταφή στον ωκεανό ή αποτέφρωση, ενώ ο όγκος των αποβλήτων μπορεί να μειωθεί με θερμικά, μικροβιακά, φυσικά ή χημικά μέσα (Padmavathiamma and Li, 2007). Η συγκομιδή και η μετέπειτα διάθεση της βιομάζας δημιουργεί μελλοντικά προβλήματα όπως για παράδειγμα, η καύση της βιομάζας μπορεί να απελευθερώσει στην ατμόσφαιρα επικίνδυνες ενώσεις ( Ernst, 2005) εφόσον δεν είναι χαμηλές οι θερμοκρασίες καύσης και οι εκπομπές σωματιδίων δεν ελέγχονται προσεκτικά (Dickinson et al., 2009). Η καύση, η αποτέφρωση και οι άλλες μέθοδοι διαχείρισης των ρυπασμένων καλλιεργειών είναι μερικές λύσεις που έχουν συζητηθεί (Sas- Nowosielska et al., 2004). Φυτά υπερσυσσωρευτές (hyperaccumulators) Υπάρχουν τρία διαφορετικά είδη φυτών τα οποία έχουν αναπτύξει τρεις βασικές στρατηγικές για την ανάπτυξη τους σε ρυπασμένα εδάφη και εδάφη με υψηλή περιεκτικότητα σε μέταλλα (Baker and Walker 1990). Τα είδη που αποκλείουν και αποτρέπουν την είσοδο των μετάλλων στα υπέργεια τμήματα των φυτών και περιορίζονται τα μεγάλα ποσά μετάλλων στις ρίζες τους, τα είδη που αποτελούν δείκτες τις περιεκτικότητας του εδάφους σε μέταλλα, καθώς τα επίπεδα των μετάλλων που συσσωρεύουν στους βλαστούς τους αντανακλούν (αντιπροσωπεύουν) τη συγκέντρωση του εδάφους σε μέταλλα και τέλος, τα είδη βιοσυσσωρευτές μετάλλων, συνήθως αναφέρονται ως υπερσυσσωρευτές (hyperaccumulators) τα οποία συγκεντρώνουν τα μέταλλα στους υπέργειους ιστούς σε επίπεδα κατά πολύ υψηλότερα από εκείνα που υπάρχουν στο έδαφος ή μεγαλύτερα από ότι σε είδη μησυσσωρευτές που αναπτύσσονται στη γύρω περιοχή (Memon and Schroder, 2009). Τα φυτά υπερσυσσωρευτές, απορροφούν ασυνήθιστα μεγάλες ποσότητες μετάλλων σε σύγκριση με άλλα φυτά ( Padmavathiamma and Li, 2007). Φυσικοί υπερσυσσωρευτές μετάλλων είναι φυτά που μπορούν να συσσωρεύουν μεγαλύτερη συγκέντρωση των μετάλλων από αυτή που συνήθως συσσωρεύουν φυτά μησυσσωρευτές, χωρίς εμφανή συμπτώματα (Padmavathiamma and Li, 2007). Σύμφωνα με τους συγγραφείς Baker και Brooks (1989) και Baker και Walker (1990), τα φυτά υπερσυσσωρευτές πρέπει να έχουν συγκέντρωση μετάλλων μεγαλύτερη από 1% για ~ 27 ~

28 Zn, Mn, 0,1% για τα Ni, Co, Cr, Cu, Pb και Al, 0,01% για τα Cd, Se και 0,001% για τον Hg, του ξηρού βάρους της υπέργειας βιομάζας, ανεξάρτητα από τη συγκέντρωση των μετάλλων στο έδαφος. Παραδείγματα των συχνά αναφερόμενων φυτών υπερβιοσυσσωρευτών παρουσιάζονται στον πίνακα 2. Πίνακας 2. Παραδείγματα φυτών υπερσυσσωρευτών και η βιοσυσσωρευτική τους δυνατότητα. Φυτικό είδος Μέταλλο Περιεχόμενο (mg kg -1 Βιβλιογραφία Thlaspi caerulescens Zn (βλαστοί) Reeves and Brooks (1983) Thlaspi caerulescens Cd 1800 Baker and Walker (1990) Ipomea alpine Cu Baker and Walker (1990) Sebertia acuminate Ni 25% ξηρού βάρους Jaffre et al. (1976) Haumaniastrum robertii Co Brooks (1998) Astragalus racemosus Se Beath et al. (1937) Pteris vittata As Wang et al. (2002) Berkheya coddii Ni 5500 Robinson et al. (1997) Iberis intermedia Ti 3070 Leblanc et al. (1999) (Padmavathiamma and Li, 2007) Οι συγγραφείς Thangavel και Subhuram (2004), αναφέ ρουν κάποια χαρακτηριστικά που θα πρέπει να έχουν τα φυτά υπερσυσσωρευτές για την αποτελεσματική χρήση τους στην εξυγίανση των εδαφών. Σύμφωνα με τους παραπάνω συγγραφείς, πρέπει να έχουν υψηλή αντοχή στα βαρέα μέταλλα, να είναι ικανά να συσσωρεύουν μεγάλες ποσότητες μετάλλων, να εμφανίζουν μεγάλη παραγωγή βιομάζας και ταχεία ανάπτυξη, να είναι ανθεκτικά σε προσβολές ασθενειών και να μην είναι ελκυστικά για τα ζώα ενώ ταυτόχρονα να έχουν ελάχιστο κίνδυνο μεταφοράς των μετάλλων σε υψηλότερα επίπεδα της τροφικής αλυσίδας. Υπάρχουν περίπου 400 γνωστά είδη φυτών σε όλο τον κόσμο που συσσωρεύουν μέταλλα σε μεγάλες ποσότητες και προκαλούν το ενδιαφέρον για την πιθανή χρήση τους στην εξυγίανση των ρυπασμένων εδαφών από τα μέταλλα (Baker et al., 2000; Pilon-Smits, 2005). Τα φυτά αυτά είναι μέλη των παρακάτω οικογενειών Asteraceae, Brassicaceae, Caryophyllaceae, Cyperaceae, Cunouniaceae, Fabaceae, Flacourtiaceae, Lamiaceae, Poaceae, Violaceae και Euphobiaceae (Padmavathiamma και Li, 2007). Σε πολλές μελέτες έχουν αναφερθεί αρκετά φυτά υπερσυσσωρευτές βαρέων μετάλλων, όπως για παράδειγμα, του Mn είναι τα Acanthopanax sciadophylloides, Maytenus founieri, του Ni είναι τα Sasa borealis, Alyssum spp., του Co είναι το Clethra barbinervis, των Cd, Zn είναι τα Thlaspi caerulescens, Clethra barbinervis, Ilex crenata, Arabidopsis hallari, του Pb είναι τα Thlaspi rotundifolium ssp. cepaeifolium, T. caerulescens, Sesbania drummondii και του Se είναι το Brassica juncea Czern L. (Banuelos και Meek 1990; Baker et al., 2000; Memon et al. 2000; Reeves et al., 2001; Assuncao et al., 2003; McGrath et al., 2006). ~ 28 ~

29 Στα φυτά που αναπτύσσονται σε εδάφη πλούσια σε μέταλλα, η εσωτερική κατανομή μπορεί να διαφέρει σημαντικά. Ιόντα μετάλλου μπορούν να μετακινηθούν στις ρίζες και στους βλαστούς, ή μπορεί να συσσωρεύονται και να αποθηκεύονται υπό μη τοξικές μορφές ( Memon and Schroder, 2009). Ένας ξεχωριστός μηχανισμός της αντοχής ή της συσσώρευσης φαίνεται να περιλαμβάνει δέσμευση των πιθανών τοξικών μετάλλων στα κυτταρικά τοιχώματα των ριζών και των φύλλων, πριν μπορέσουν να έρθουν σε επαφή με ευαίσθητα μέρη του κυττάρου ( Memon and Schroder, 2009). Άλλα πάλι επιτρέπουν την κυτταρική πρόσληψη, αλλά στη συνέχεια απομονώνουν τα μέταλλα στους μεσοκυττάριους χώρους ( Memon and Yatazawa, 1984; Cosio et al., 2004). Ένα κρίσιμο ερώτημα σχετικά με τα βαρέα μέταλλα αφορά τις ποσότητες τις οποίες τα φυτά μπορούν να αντέξουν και να συσσωρεύσουν, χωρίς δυσμενείς επιπτώσεις στην ανάπτυξη τους ( Memon and Schroder, 2009). Κατά την τελευταία δεκαετία, μοριακές γενετικές μελέτες που πραγματοποιήθηκαν σε πολλά είδη (συμπεριλαμβανομένου και των Thlaspi caerulescens, Arabidopsis halleri) έχουν ενισχύσει σημαντικά τη γνώση σχετικά με τη βιοσυσσώρευση των μετάλλων, την αντοχή των φυτών, αλλά η ταυτοποίηση των σχετικών γονιδίων που παρουσιάζουν ενδιαφέρον για την αποκατάσταση των εδαφών εξακολουθεί να αποτελεί πρόκληση για τους επιστήμονες (Memon και Schroder, 2009). Ορισμένα από τα φυτά συσσωρευτές έχουν μοναδική οικοφυσιολογία και έχουν τη δυνατότητα να συσσωρεύουν σημαντικές ποσότητες μετάλλων και να τα διαμερίζουν αποτελεσματικά στα κυτταρικά τοιχώματα, τους μεσοκυττάριους χώρους και τα ειδικά τμήματα του κυτοπλάσματος με σκοπό να τα καταστήσουν μη τοξικά ή αβλαβή και να τα κρατήσουν μακριά από τις ενεργές μεταβολικές τοποθεσίες των φυτικών κυττάρων (Memon και Yatazawa, 1984). Η συμβιωτική ένωση των ριζών των φυτών με μύκητες που σχηματίζονταν ενδομυκόρριζα (Griffioen et al., 1994) και εκτομυκόρριζα (Colpaert και van Assche, 1992) σε εδάφη που περιέχουν βαρέα μέταλλα, δίνει μια νέα διάσταση στη βιολογικώς τροποποιημένη βιοδιαθεσιμότητα των βαρέων μετάλλων, με την αξιοποίηση μεγαλύτερου όγκου εδάφους που εκμεταλλεύονται οι ρίζες και με τη διαλυτοποίηση των βαρέων μετάλλων. Η ενδομυκόρριζα μπορεί να αυξήσει (Dosskey και Adriano, 1993) ή να μειώσει (Dueck et al., 1986) την τοξικότητα των μετάλλων στα ρυπασμένα εδάφη. ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Η ομαλή λειτουργία κάθε οργανισμού (φυτικού ή ζωικού) εξασφαλίζεται όταν όλες οι φυσικοχημικές του διεργασίες βαίνουν απρόσκοπτα. Οι φυσικοχημικές αυτές διεργασίες συνδέονται με το μεταβολισμό. Ειδικότερα όταν πρόκειται περί συνθετικών διεργασιών μιλούμε περί αναβολισμού και όταν πρόκειται περί διασπάσεως σύνθετων χημικών ενώσεων, μιλάμε περί καταβολισμού (Harley, 2008; Γραβάνης). Ο οργανισμός, δηλαδή, αποτελεί ένα πολύπλοκο φυσικοχημικό ~ 29 ~

30 εργοστάσιο το οποίο παράγει έργο υπό μορφή κάθε είδους εκδηλώσεως της ζωής. Για την παραγωγή όμως έργου απαιτείται κατανάλωση ενέργειας. Την ενέργεια αυτή οι οργανισμοί προσπορίζονται από τη διάσπαση πολύπλοκων χημικών ενώσεων (των τροφών) με τη λειτουργία της αναπνοής. Από τους ζωντανούς οργανισμούς, άλλοι μπορούν και συνθέτουν οργανικές ενώσεις από ανόργανες και άλλοι προσπορίζονται έτοιμες οργανικές ενώσεις, τις οποίες διασπούν κατά το μεταβολισμό. Έτσι οι οργανισμοί διακρίνονται σε: αυτότροφους και ετερότροφους Αυτότροφοι οργανισμοί είναι τα πράσινα φυτά (αυτά που έχουν χλωροφύλλη), τα οποία με τη λειτουργία της φωτοσύνθεσης, συνθέτουν οργανικές ενώσεις από το ατμοσφαιρικό CO 2 και νερό με την επίδραση του φωτός. Ενώ ετερότροφοι οργανισμοί είναι τα ζώα και τα μη πράσινα φυτά. Οι οργανισμοί αυτοί προσλαμβάνουν έτοιμες οργανικές ενώσεις τρεφόμενοι από άλλους ζωντανούς οργανισμούς ή νεκρές οργανικές ουσίες (νεκρούς ιστούς). Διακρίνονται έτσι δύο ακραίες περιπτώσεις ετερότροφων οργανισμών: Παράσιτοι οργανισμοί ή απλώς παράσιτα, όταν το θρεπτικό υπόστρωμα είναι άλλος ζωντανός οργανισμός. Σαπρόφυτοι οργανισμοί ή απλώς σαπρόφυτα, όταν το θρεπτικό υπόστρωμα συνίσταται από νεκρές οργανικές ουσίες (νεκρούς ιστούς). Εκτός του παρασιτισμού και του σαπροφυτισμού, άλλη βιολογική σχέση μεταξύ οργανισμών είναι η συμβίωση. Η συμβίωση είναι ο στενός και διαρκής σύνδεσμος μεταξύ δύο οργανισμών, από τον οποίο προκύπτει αμοιβαίο όφελος. Υπάρχουν τρία τυπικά παραδείγματα συμβιώσεως: Η σχέση ριζών ψυχανθών με αζωτοβακτήρια του γένους Rhizobium, Frankia κ.α. Οι λειχήνες. Οι μυκόρριζες. Η σχέση ριζών ψυχανθών με αζωτοβακτήρια του γένους Rhizobium, έχει σαν αποτέλεσμα το σχηματισμό φυματίων στις ρίζες των ψυχανθών. Από τη σχέση αυτή το φυτό επωφελείται από τη δέσμευση του ατμοσφαιρικού αζώτου που πραγματοποιεί το βακτήριο, ενώ το βακτήριο προσπορίζεται υδατάνθρακες από το ψυχανθές. Λειχήνας είναι η μόνη ένωση ενός φύκους με έναν μύκητα. Είναι τόσο χαρακτηριστική και μόνιμη η μορφή τους, ώστε οι λειχήνες να αποτελούν ιδιαίτερο ταξινομικό άθροισμα (Φύλο), που υποδιαιρείται κανονικά σε Κλάσεις, Τάξεις, Οικογένειες κλπ. Στο λειχήνα ο μύκητας προσπορίζεται οργανικές ουσίες από το χλωροφυλλούχο φύκος ενώ εξασφαλίζει στο φύκος νερό και ανόργανα άλατα. ~ 30 ~

31 Τέλος, μία άλλη μορφή συμβιώσεως, είναι εκείνη που προκύπτει από τη στενή ένωση ενός μύκητα με τα ριζίδια ανώτερου φυτού. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό ιδιαίτερου οργάνου, το οποίο ονομάζεται μυκόρριζα. ΜΥΚΟΡΡΙΖΕΣ Θυσσανώδεις μυκόρριζα ρίζας τριφυλλιού Πηγή: biology.ed.ac.uk Η μυκόρριζα ή οι μυκόρριζες αποτελούν ένα ειδικό συμβιωτικό μόρφωμα (ή όργανο) που προκύπτει από τη συνένωση των ριζών ενός φυτού με μύκητες διαφόρων ειδών (Brundrett, 2004). Υπάρχουν τρεις κατηγορίες μυκορριζών (Trudell, 2000; Atwell, 1998): Ενδότροφες μυκόρριζες, όταν οι υφές του μύκητα εισέρχονται και αναπτύσσονται στο φλοιώδες παρέγχυμα της ρίζας. Είναι ο συνηθέστερος τύπος μυκόρριζας (αποτελεί το 75% των περιπτώσεων). Συναντάται κυρίως στα Ορχεοειδή. Εκτότροφες μυκόρριζες, όταν οι υφές του μύκητα περιβάλλουν τα ριζίδια του φυτού σχηματίζοντας εξωτερικό δίκτυο και εισέρχονται μεταξύ των κυττάρων του φλοιού. Υφές, επίσης προεκτείνονται προς το έδαφος και προσκολλώνται στα εδαφικά συσσωματώματα. Ο τύπος αυτός της μυκόρριζας συναντάται σε δασικά κυρίως δένδρα. Ψευδομυκόρριζες, είναι ο τύπος μυκόρριζας που δεν έχει την τυπική εμφάνιση των δύο προηγούμενων. Σε αυτήν την περίπτωση, μύκητες του εδάφους εισβάλλουν στις ρίζες, όπου αποκαθιστούν σχέσεις συμβιώσεως. Οι μυκόρριζες είναι η συμβίωση μεταξύ των ριζών ενός φυτού και ενός κατάλληλου μύκητα. Οι μυκόρριζες ευνοούν την απορρόφηση από τις ρίζες των φυτών, μεγάλων ποσοτήτων ανόργανων στοιχείων και του νερού που βρίσκονται στο έδαφος, βελτιώνοντας έτσι τη θρέψη των περισσότερων φυτών. Τα φυτά, σε ανταπόδοση δίνουν στους μύκητες αυτούς τις οργανικές ουσίες της φωτοσύνθεσης, ~ 31 ~

32 τις οποίες οι μύκητες δεν μπορούν να δημιουργήσουν και τις οποίες έχουν ανάγκη (Smith and Read, 2008). Σύμφωνα με τον Harley (2008), οι μικροοργανισμοί δεν είναι ομοιόμορφα κατανεμημένοι σε όλο το έδαφος. Στις διάφορες τοπικές παραλλαγές του εδάφους και των οριζόντων κατοικούν πληθυσμοί που διαφέρουν ως προς τη δραστηριότητα και τον αριθμό. Οι περιοχές τις ρίζας των πράσινων φυτών αποτελούν μια σημαντική ομάδα αυτών των μικρό- οικότοπων. Πολλοί τύποι μικροοργανισμών υπόκεινται σε αυτήν την επίδραση της ριζόσφαιρας, και οι ρίζες που διαφέρουν ως προς την ηλικία και τη γενετική προέλευση ασκούν διαφορετικές επιπτώσεις σε διάφορους τύπους μικροοργανισμών (Ghorbani et al., 2010). Τα φαινόμενα που εξετάστηκαν σε μελέτες των μυκορριζών μπορούν να ομαδοποιηθούν στη ριζόσφαιρα και τη φαινόμενη περιοχή της ρίζας. Διαφέρουν ουσιαστικά μόνο ως προς τη σχετική επικράτηση του ενός ή λίγων μελών της χλωρίδας της ρίζας, αλλά σε τυπικές περιπτώσεις οι εκτοτροφικές μυκόρριζες με την παρουσία του κυρίαρχου μύκητα σχετίζονται με τις μορφολογικές αλλαγές στη ρίζα. Μέρος της σύγχυσης, όσον αφορά την παρουσίαση πειραματικών αποτελεσμάτων και τη θεωρητική συζήτηση των διάφορων αποτελεσμάτων, οφείλεται στην έλλειψη εκτίμησης της επίδρασης της ριζόσφαιρας και στην εξάρτηση της από τη φύση και τη φυσιολογική κατάσταση των ριζών (I.M.C., 2002). Παρόμοιες υποθέσεις ( Parvez et al., 2006), με βάσει τα πειραματικά αποτελέσματα, έχουν προταθεί για να εξηγήσουν τόσο τη γενική περίπτωση της συμβίωσης μεταξύ των ριζών και των μικροοργανισμών όσο και των ειδικών περιπτώσεων της εκτότροφης μυκόρριζας. Έχουν προταθεί διάφορες εξηγήσεις όπως η έκκριση των ουσιών που προκαλούν τη διέγερση των μικροοργανισμών, όπως τα αμινοξέα, οι βιταμίνες, και οι πολυσακχαρίτες, καθώς και η παραγωγή των ανασταλτικών ουσιών. Έχει αποδειχθεί ότι οι εκκρίσεις και τα εκχυλίσματα των ριζών επηρεάζουν την ανάπτυξη τόσο των μελών της χλωρίδας της ρίζας όσο και των μυκορριζικών μυκήτων. Στην περίπτωση των εκτότροφων μυκορριζών, καμία εξήγηση δεν είναι προς το παρόν διαθέσιμη ως προς το γιατί δεν υπάρχει μεσοκυττάρια διείσδυση, μορφολογική μεταβολή και σχηματισμός των σύνθετων οργάνων της ρίζας και των μυκήτων. Ούτε υπάρχει και πάλι καμία εξήγηση για τη μεταβλητότητα των ενώσεων αυτών με τις συνθήκες του εδάφους (Bonfante and Genre, 2010; Mudgal et al, 2010; WCSSS, 2010). Σε πολλές μελέτες εξετάζεται η επίδραση της χλωρίδας της ριζόσφαιρας στην ανάπτυξη του φυτού ξενιστή(berg and Smalla, 2009; Bais et al., 2006). Μία μεγάλη πλειοψηφία των ερευνητών συμφωνούν ότι υπό ορισμένες συνθήκες, η ανάπτυξη των δενδρυλλίων που φέρουν μυκορριζικές ρίζες ξεπερνά κατά πολύ το αντίστοιχο εκείνων που δεν έχουν τέτοιες ρίζες ( Koide and Mosse, 2004; Millard and Grelet, 2010). Υπάρχουν πολύ λίγα πειράματα σε αυτό το σημείο, ωστόσο είναι αρκετά ικανοποιητικά λόγω της δυσκολίας της παροχής επαρκών ελέγχων. Αυτά όλα είναι ~ 32 ~

33 επαρκή για να επιβάλλουν την αποδοχή του γεγονότος ότι οι μυκορριζικοί μύκητες συχνά τονώνουν την ανάπτυξη (MEA, 2011). Η πληρότητα της ζωής των μυκήτων στο περίβλημα, και η οικεία διασύνδεση του με το φλοιό της ρίζας σε πλήρη ανάπτυξη της μυκόρριζας, πρέπει να είναι μια θεμελιώδης άποψη κατά την εκπόνηση των υποθέσεων για να εξηγήσουν τις επιπτώσεις της μόλυνσης στον ξενιστή. Πολλές από τις υπάρχουσες θεωρίες λαμβάνουν υπόψη επαρκώς αυτήν την άποψη, δεδομένου ότι οι διαφορές της μορφολογίας της μυκόρριζας μεταξύ πειραματικών χειρισμών συχνά δεν περιγράφονται επαρκώς ( Keddy, 2012). Οι υπάρχουσες υποθέσεις δεν είναι όλες αμοιβαία αποκλειόμενες, αλλά και περισσότερο συντονισμένες ή να παραταθούν παρά μόνο μέσω των πιο τέλεια ελεγχόμενων πειραμάτων. Επιπλέον, οι δραστηριότητες ή οι οργανισμοί που σχετίζονται με την ενδότροφη και εκτότροφη μυκόρριζα απαιτούν εξέταση (CEMDE, 2011). Ιστορικά Σύμφωνα με τους Wang και Qiu (2006) σε έρευνα τους 659 εργασιών που αναφέρεται σε δεδομένα που δημοσιεύθηκαν ως επί το πλείστον από το 1987 πραγματοποιήθηκε για να καταρτιθεί ένας κατάλογος ελέγχου της μυκόρριζας ως περιστατικό μεταξύ φυτικών ειδών (2 63 οικογένειες) της ξηράς. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε μια φυτική φυλογένεση, για την αντιστοίχηση πληροφοριών για τη μυκόρριζα, για να εξετάσει το εξελικτικό μοντέλο. Πολλά ευρήματα αυτής της έρευνας ενισχύουν την κατανόηση μας για τους ρόλους της μυκόρριζας στην καταγωγή και μετέπειτα στη διαφοροποίηση των φυτών της γης. Πρώτον, το 80% και το 92% των υπό έρευνα φυτικών ειδών των φυτικών οικογενειών της χερσαίας γης είναι θυσσανώδη μυκορριζικά φυτά ( Garg and Chandel, 2010). Δεύτερον, η θυσσανώδης μυκόρριζα (ΑΜ F) είναι η επικρατούσα και ο παλαιότερος τύπος μυκόρριζας στα φυτά της γης. Η παρουσία της στη μεγάλη πλειονότητα των φυτών της γης υποδηλώνει ότι η προέλευση της ΑΜ μυκόρριζας πιθανότατα συνέπεσε με την καταγωγή των φυτών της γης (Eldor, 2007). Τρίτον, η εκτομυκόρριζα (ECM) και τα παράγωγα του τύπου της εξελίχθηκαν ανεξάρτητα από την ΑΜ μυκόρριζα πολλές φορές μέσω της παράλληλης εξέλιξης. Η συνεξέλιξη μεταξύ των φυτών και των μυκήτων στην ECM μυκόρριζα και τα παράγωγα του τύπου της έχουν πιθανότατα συμβάλλει στη διαφοροποίηση των δύο οργανισμών, των ξενιστών φυτών και των συμβιωτικών μυκήτων ( Omon, 2002). Τέταρτον, η μυκοετεροτροφία και η απώλεια της μυκορριζικής κατάστασης επίσης εξελίχθηκε, πολλές φορές ανεξάρτητα στα χερσαία φυτά, μέσω της παράλληλης εξέλιξης (Bellgards and Williams, 2011). ~ 33 ~

34 Ευεργετικές Ιδιότητες Μερικές από τις ευεργετικές ιδιότητες (Miransari et al., 2008; Parniske, 2008), για το φυτό ξενιστή, ιδιότητες των μυκορριζών είναι: η επιβίωση του φυτού σε κατάσταση ξηρασίας η οικονομία στο λίπασμα μερικές εκτότροφες μυκόρριζες παράγουν αντιβιοτικά υλικά που προστατεύουν τον ξενιστή από τα παθογόνα μικρόβια. Με τη χρησιμοποίηση των μυκορριζών, τα φυτά μπορούν να αναπτυχθούν σε συνθήκες χαμηλής υγρασίας του εδάφους, που διαφορετικά δε θα ήταν δυνατόν να ανταπεξέλθουν στην ξηρασία. Η οικονομία σε νερό αρδεύσεως των καλλιεργειών είναι πολύ σημαντική με τη χρησιμοποίηση των μυκορριζών, ιδίως σε χρονιές έντονης ξηρασίας (Eissenstat and Yanai, 1997; Fitter and Hay, 2002). Η ευεργετική επίδραση των μυκορριζών στο δένδρο, οφείλεται στην καλύτερη θρέψη του φυτού κυρίως με θρεπτικά στοιχεία που παρουσιάζουν τη μικρότερη κινητικότητα στο έδαφος, όπως είναι ο φώσφορος, ο ψευδάργυρος και ο χαλκός αλλά και εν μέρει το άζωτο, με αποτέλεσμα να γίνεται οικονομία στη χρησιμοποίηση σε λιπάσματα που φθάνει μέχρι το 40% της ποσότητας που συνήθως χρησιμοποιείται (Gregory, 2007). Φωτογραφία 3. Αριστερά φυτό φράουλας σε συμβίωση με μυκόρριζα, δεξιά χωρίς μυκόρριζα. Είναι εμφανής η διαφορά στο μέγεθος των φυτών αλλά και του ριζικού συστήματος τους (Γάτσιος Κάσσανδρος, 2011). ~ 34 ~

35 Η αποτελεσματικότητα των μυκορριζών οφείλεται κυρίως στο ότι αυξάνεται κατά πολύ η απορροφητική επιφάνεια των ριζών με αποτέλεσμα την εκμετάλλευση πολύ μεγαλύτερου όγκου εδάφους σε σχέση με αυτόν που εκμεταλλεύονται μόνες τους οι ρίζες των φυτών (Leake et al., 2004; Garnett et al., 2009). Η καλύτερη αποτελεσματικότητα του ριζικού συστήματος που έχει εμβολιασθεί με μυκόρριζα, σε σχέση με το ριζικό σύστημα που δεν έχει εμβολιασθεί, οφείλεται επίσης και στην καλύτερη σχέση: ριζών/εναέρια μέρη του φυτού. Έχει παρατηρηθεί ότι σε ένα φυτό, η εγκατάσταση των μυκορριζών στις ρίζες δίνει τη δυνατότητα στο φυτό αυτό να αυξήσει την ξηρά ουσία κατά 3 έως 4 φορές και επομένως να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα του ριζικού συστήματος με συνέπεια τη μεγάλη ευρωστία των φυτών αλλά και τις αυξημένες αποδόσεις τους σε καρπούς (Knapp, 2007). Έχει παρατηρηθεί ότι οι ιστοί των φυτών που συμβιώνουν με το μύκητα, έχουν αυξημένες συγκεντρώσεις σε άζωτο και φώσφορο (Varma, 2008). Στο επίπεδο των μυκορριζών πραγματοποιούνται οι ανταλλαγές των θρεπτικών στοιχείων της συμβίωσης. Το δένδρο αποδίδει στο μύκητα τα σάκχαρα (υδρογονάνθρακες) που προέρχονται από τη φωτοσύνθεση, ενώ ο μύκητας απορροφά από το έδαφος και αποδίδει στο δένδρο τα θρεπτικά στοιχεία (φώσφορο, κάλιο, άζωτο, μαγνή σιο, κλπ.) και το νερό. Επίσης, βοηθά το δένδρο να ανεχθεί τις υψηλές περιεκτικότητες του εδάφους σε ασβέστιο και να διαχειριστεί καλύτερα την κυκλοφορία του νερού εντός του δένδρου (Ike- Izundu, 2007). Η συμβίωση με τις μυκόρριζες παίζει επίσης ένα σημαντικό ρόλο στη σύνθεση σύνθετων ουσιών όπως είναι οι βιταμίνες και οι αυξητικοί παράγοντες (φυτοορμόνες). Ακόμη, οι μύκητες αυτοί ευνοούν τη δημιουργία μεγάλου αριθμού ριζών από το φυτό. Η συμβίωση των ριζών του φυτού με τους μύκητες αποτελεί φυτοπροστατευτικό παράγοντα επειδή προστατεύει τη μικροχλωρίδα του εδάφους από τους παθογόνους μικροοργανισμούς ενώ ταυτόχρονα προσβάλλει τους παθογόνους αυτούς μικροοργανισμούς του εδάφους. Η συμβίωση αυτή αποτελεί ένα βιολογικό τρόπο καταπολέμησης των φυτοπαθογόνων μικροοργανισμών του εδάφους. Επιπλέον, ο συμβιωτικός μύκητας συνθέτει μερικές ουσίες που εμποδίζουν την ανάπτυξη των φυτοπαθογόνων μικροοργανισμών του εδάφους ενώ ευνοεί την ανθεκτικότητα των φυτών στις ασθένειες με διάφορους μηχανισμούς ( Karlovsky, 2008). Πολλοί συμβιωτικοί μύκητες (εκτομυκορριζικοί) παράγουν αντιβιοτικές ουσίες, όπως είναι τα chloromycorrhizin A και mycorrhizin A, που προστατεύουν τα φυτά ξενιστές από πολλά παθογόνα μικρόβια. Σε καλλιέργεια φυτών που καθορίστηκε ο εμβολιασμός με ενδογενή σπόρια παρουσιάστηκε αύξηση του ποσοστού θυσσανώδους μυκορριζοποίησης όταν το υλικό υπόθεμα δεν είχε καθόλου άζωτο (Ν) (Hodge and Fitter, 2010). ~ 35 ~

36 Φυτικά Είδη και Μυκόρριζα Σύμφωνα με τους Vare κ.α. (1992), εξέτασαν ότι οι δομές που μοιάζουν με τους μύκητες της θυσσανώδους μυκόρριζας ( AMF) δε βρέθηκαν στις ρίζες, καθώς και τα δείγματα εδάφους που ελέχθησαν για AMF μύκητες περιείχαν μόνο ένα σπόριο. Ένας αποστειρωμένος ενδοφυτικός σκούρος σηπτικός μύκητας ( DSF), ήταν στο 39,5% των ανθοφορικών-φυτικών ειδών που εξετάστηκαν, ειδικά στις οικογένειες Brassicaceae, Caryophyllaceae, Saxifragaceae και στα Poaceae. Τα DSF κατατάχθηκαν σε τέσσερις ελαφρώς επικαλυπτόμενες ομάδες. Οι στείροι ενδοφυτικοί υαλοειδείς σηπτικοί μύκητες είναι σπάνιοι. Στη βιβλιογραφία προτείνεται ότι τουλάχιστον μερικά από τα είδη DSF ή οι υαλοειδείς σηπτικοί μύκητες είναι λειτουργικά αμοιβαίοι και όχι σαπροφυτικοί ή παθογόνοι. Βαρέα μέταλλα και τοξικότητα Σύμφωνα με τον Βαλαβανίδη (2007) σ το περιβάλλον έχουν ανιχνευθεί πάνω από 40 στοιχεία που ανήκουν στην κατηγορία των μετάλλων. Επικίνδυνα είναι τα αποκαλούμενα βαρέα μέταλλα όπως το βηρύλλιο, το κάδμιο, ο μόλυβδος, ο υδράργυρος, το νικέλιο, ο άργυρος, ο χρυσός, το χρώμιο, ο ψευδάργυρος και ο χαλκός. Τα πολύτιμα μέταλλα (άργυρος, χρυσός) ανακτώνται από τα υγρά απόβλητα λόγω της οικονομικής τιμής τους και έτσι δεν είναι πρακτικά ρύποι. Θεωρούνται τοξικά όσα μέταλλα έχουν δυσμενή επίδραση στους οργανισμούς ακόμη και όταν βρίσκονται σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις. Η κυριότερη πηγή μετάλλων στο περιβάλλον είναι τα ορυκτά όπου βρίσκονται όλα σχεδόν τα μέταλλα και τα οποία με διάφορους γεωχημικούς κύκλους και ανθρωπογενείς επεμβάσεις ανακατανέμονται στα διάφορα περιβαλλοντικά διαμερίσματα. Η βιομηχανική, τεχνολογική και γεωργική δραστηριότητα αποτελούν σημαντικούς παράγοντες ρύπανσης από τα μέταλλα. Επίσης, η απόρριψη βιομηχανικών αποβλήτων, οι μεταλλευτικές εκμεταλλεύσεις, ο εμπλουτισμός και η παραγωγή μεταλλικών αντικειμένων, η χρήση λιπασμάτων, κλπ. αποτελούν πηγές ρύπανσης. Η καύση στερεών καυσίμων είναι μία άλλη πηγή εκπομπής μετάλλων στην ατμόσφαιρα που τελικά εναποτίθενται στο έδαφος και τα ύδατα. Τα μέταλλα δεν αφομοιώνονται, λόγω αδυναμίας των οργανισμών να τα «αναγνωρίσουν», ούτε όμως αποβάλλονται από το σύστημα των οργανισμών, κατά συνέπεια συσσωρεύονται και μάλιστα επιλεκτικά σε ορισμένους ιστούς (συκώτι, νεφρά) εμφανίζοντας έτσι υψηλές συγκεντρώσεις. Οι κυριότερες δράσεις τους είναι καρκινογόνες. Η καρκινογόνος δράση των μετάλλων έχει μελετηθεί με μεγάλο αριθμό τοξικολογικών ερευνών και έχει βρεθεί ότι ο μηχανισμός της άμεσης προσθήκης σε κυτταρικό DNA (που προκαλεί μεταλλάξεις) είναι δευτερεύουσας ~ 36 ~

37 σημασίας, σε σχέση με τη δράση μέσω οξειδωτικών βλαβών στο DNA που προκαλούνται από την παραγωγή ελευθέρων ριζών. Στον πίνακα 3 δίνονται τα όρια τοξικότητας των μετάλλων στη θάλασσα ενώ στον πίνακα 4 οι βιομηχανικές πηγές απόθεσης των μετάλλων στο περιβάλλον. Πίνακας 3. Συγκέντρωση μετάλλων στο θαλασσινό νερό Πηγή: Επιστήμη και Τεχνολογία υδατικών πόρων Πίνακας 4. Βιομηχανικές πηγές απόθεσης των μετάλλων στο περιβάλλον. Πηγή: Επιστήμη και Τεχνολογία υδατικών πόρων. ~ 37 ~

38 Φυτοτοξικότητα των βαρέων μετάλλων Σύμφωνα με τους Fuentes κ.α. (2004), η ιλύ που παράγεται από την επεξεργασία λυμάτων με καθορισμένα ευρωπαϊκά όρια (όπως καθορίζονται από την ευρωπαϊκή νομοθεσία) στις συγκεντρώσεις των βαρέων μετάλλων μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως απόθεμα στήριξης φυτών χωρίς καμία σημαντική αρνητική επίπτωση, όσον αφορά τη σχετική φύτρωση των σπερμάτων. Αντιθέτως, υπάρχουν δυσμενείς επιπτώσεις στην ανάπτυξη των ριζών. Επίσης, οι Samson και Popovic (1988) αναφέρουν ότι η φυτοτοξικότητα των βαρέων μετάλλων μπορεί να μελετηθεί με καλά αποτελέσματα με τη χρήση του συμπληρωματικού χώρου των φυκών φθορισμού, ως μία απλή και ευαίσθητη παράμετρο στην εκτίμηση της φυτοτοξικότητας των βαρέων μετάλλων στα μολυσμένα ύδατα. Σύμφωνα με τους Kumar και άλλους (1995), ένας μικρός αριθμός των άγριων φυτών, που φυτρώνουν σε ρυπασμένα εδάφη με μέταλλα, συσσωρεύουν μεγάλες ποσότητες βαρέων μετάλλων στις ρίζες και στους βλαστούς τους. Αυτή η ιδιότητα μπορεί να αξιοποιηθεί για την αποκατάσταση του εδάφους, αν ένα εύκολα καλλιεργούμενο φυτό υψηλής βιομάζας έχει τη δυνατότητα να συσσωρεύει βαρέα μέταλλα. Για παράδειγμα, είδη του γένους Brassica δοκιμάστηκαν για συσσώρευση του Pb. Μερικές ποικιλίες της Brassica juncea ( L.) Czern έδειξαν μία ισχυρή ικανότητα να συσσωρεύουν Pb στις ρίζες και στους βλαστούς (108,3 mg των Pb/g DW στις ρίζες και 34,5 mg Pb/g DW στους βλαστούς). Μερικές προελεύσεις Brassica juncea έχουν την ικανότητα να συσσωρεύουν στους βλαστούς Cr, Cd, Ni, Zn και Cu. Οι Kumar κ.α. (1995) αναφέρουν ότι οι συγκεντρώσεις των παραπάνω μετάλλων ήταν 58, 52, 31, 17 και 7 φορές υψηλότερο σε σχέση με αυτά που αναπτύχθηκαν σε υπόστρωμα που περιέχει θειικά και φωσφορικά άλατα, όπως τα λιπάσματα. Η υψηλή συγκέντρωση μετάλλων στους ιστούς ορισμένων ποικιλιών της Brassica juncea δείχνει ότι αυτά τα φυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον καθαρισμό τοξικών μετάλλων σε ρυπασμένες τοποθεσίες σε μία διαδικασία που ονομάζεται φυτοεξαγωγή ή φυτοεξυγίανση. Η αντίληψη ότι η χημική σύσταση των φυτικών ιστών είναι πολύ διαφορετική από εκείνη του εδάφους στο οποίο μεγαλώνουν. Οι περισσότερες από αυτές τις διαφορές μπορούν να αποδοθούν στην ικανότητα ενός φυτού στη φωτοσύνθεση και στην πρόσληψη βασικών μακρο- και μικροθρεπτικών συστατικών από το έδαφος. Επίσης, οι Kumar κ.α. (1995) αναφέρουν ότι η μορφολογία της ρίζας των χερσαίων φυτών είναι ένα καλό παράδειγμα για το πώς τα φυτά μπορούν να παράγουν μία μεγάλη επιφάνεια σε σχέση με τον όγκο, ώστε να μεγιστοποιηθεί η αξιοποίηση των διαφόρων στοιχείων και ενώσεων από το έδαφος. Αναφέρεται σαν παράδειγμα το συνολικό μήκος των ριζών (συμπεριλαμβανομένων των τριχιδίων της ρίζας) σε ένα δοχείο με καλλιέργεια φυτών σίκαλης είναι περίπου 387 μίλια. ~ 38 ~

39 Για μεγάλο χρονικό διάστημα, η ικανότητα των φυτών να συσσωρεύουν μέταλλα θεωρήθηκε επιβλαβές χαρακτηριστικό. Όντως στο κάτω μέρος των πολλών τροφικών αλυσίδων, η συσσώρευση με μέταλλα στα φυτά είναι άμεσα ή έμμεσα υπεύθυνη για την πρόσληψη τοξικών βαρέων μετάλλων από τον άνθρωπο και τα ζώα. Σε ορισμένα βαρέα μέταλλα που θεωρούνται απαραίτητα για τη ζωή, η υπερβολική συσσώρευση στους οργανισμούς είναι πάντα τοξική. Ο κίνδυνος των βαρέων μετάλλων επιτείνεται, από σχεδόν επ αόριστον, η παραμονή τους στο περιβάλλον. Για παράδειγμα, ο μόλυβδος ( Pb), ο οποίος είναι ένα από τα πιο σταθερά μέταλλα, εκτιμάται ότι έχει ένα χρόνο κατακράτησης στο έδαφος από έτη. Τα βαρέα μέταλλα βρίσκονται στο έδαφος ως φυσικά στοιχεία που απελευθερώνονται με την αποσάθρωση ή ως αποτέλεσμα της ανθρώπινης δραστηριότητας. Πλούσια σε μέταλλα υπολείμματα ορυχείων, τήξης μετάλλων, ηλεκτρόλυση, απαγωγή αερίων από εργοστάσια παραγωγής ενέργειας και παραγωγής καυσίμων, ξέπλυμα γραμμών μεταφοράς ενέργειας, εντατική γεωργία και απόρριψη ιλύος είναι οι πιο σημαντικές ανθρώπινες δραστηριότητες που ρυπαίνουν το έδαφος με μεγάλες ποσότητες τοξικών μετάλλων. Παρά το διαρκώς αυξανόμενο αριθμό των τοξικών μετάλλων στις ρυπασμένες τοποθεσίες, οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες μέθοδοι για την αντιμετώπιση της ρύπανσης από βαρέα μέταλλα εξακολουθούν να είναι εξαιρετικά δαπανηρές διαδικασίες για απομάκρυνση και ταφή. Εκτός από τις τοποθεσίες που έχουν ρυπανθεί από την ανθρώπινη δραστηριότητα, τα φυσικά κοιτάσματα ορυκτών περιέχουν πολύ μεγάλες ποσότητες βαρέων μετάλλων. Στις περιοχές αυτές αναπτύσσονται είδη φυτών που ευδοκιμούν ή αντέχουν στις υψηλές συγκεντρώσεις μετάλλων ( Saxena and Misra, 2010). Μερικά από τα είδη αυτά μπορούν να συσσωρεύουν ασυνήθιστες υψηλές συγκεντρώσεις τοξικών μετάλλων σε επίπεδα που υπερβαίνουν κατά πολύ τα επίπεδα του εδάφους. Έχουν αναφερθεί συσσωρευτές νικελίου, κοβαλτίου και χαλκού, μαγγανίου, μολύβδου και ψευδαργύρου, καθώς και σελήνιο. Μόνο πρόσφατα, έχει φανεί η αξία της συσσώρευσης των μετάλλων στα φυτά. Η ιδιότητα αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Η νέα τεχνολογία ονομάζεται phytoextraction-φυτοεξαγωγή ή φυτοεξυγίανση. Η διαδικασία της φυτοεξαγωγής εξαρτάται γενικά από τη μετακίνηση των βαρέων μετάλλων από το έδαφος στους εύκολα συγκομιδίσιμους ιστούς (Kumar et al., 1995). Σύμφωνα με τους Pandey και Sharma (2002), έκθεση των φυτών του λάχανου σε υψηλές συγκεντρώσεις (500μm) Co +2, Ni +2 και Cd +2 σε αμμώδεις καλλιέργειες οδήγησε σε αυξημένη συσσώρευση των μετάλλων, σε αναστολή της ανάπτυξης και εμφάνιση ορατών συμπτωμάτων της τοξικότητας των μετάλλων. Εκτός από τη χλώρωση, τα φυτά που εκτίθενται στο Co +2 εμφανίζουν ερυθροϊώδες χρωματισμό κατά μήκος των περιθωρίων των φύλλων, τα φυτά που εκτίθενται στο Ni +2 παρουσιάζουν μαύρες κηλίδες κοντά στα περιθώρια των φύλλων, και τα φυτά που εκτίθενται στο Cd +2 αναπτύσσουν μοβ χρωματισμό κατά μήκος των περιθωρίων των φύλλων. Στην ισομοριακή συγκέντρωση, η αναστολή της ανάπτυξης ήταν η πιο ~ 39 ~

40 σοβαρή με περίσσεια Cd +2 και η εμφάνιση ορατών συμπτωμάτων ήταν η πιο σοβαρή σε περίσσεια Ni +2, όταν τα φυτά αναπτύχθηκαν σε τέτοιο περιβάλλον. Η έκθεση σε υπερβολική συγκέντρωση των βαρέων μετάλλων μειώνει την απορρόφηση του Fe. Η έκθεση σε κάθε Co +2, Ni +2 και Cd +2 μειώνει την περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη (Ni +2 >Cd +2 >Co +2 ). Ο ρυθμός μείωσης της χλωροφύλλης εξαρτάται από το στοιχείο. Μεγαλύτερη μείωση παρατηρείται στο Ni και μικρότερη στο Co, ενώ ενδιάμεση μείωση παρατηρείται στο Cd. Ταυτόχρονα παρατηρείται μείωση των δραστηριοτήτων των ενζύμων που ανάγουν το Fe, η καταλάση και η υπεροξειδάση, γεγονός που υποδηλώνει μειωμένη διαθεσιμότητα Fe για τη βιοσύνθεση της χλωροφύλλης. Τα στοιχεία Co +2, Ni +2 και Cd +2 μειώνουν το υδατικό δυναμικό και το ρυθμό διαπνοής. Αυτό τεκμηριώθηκε περαιτέρω από την αυξημένη συσσώρευση της προλίνης στα φύλλα των φυτών που εκτίθενται στα μέταλλα Co +2, Ni +2 και Cd +2. Οι Clijsters και Assche ( 1985) υποστηρίζουν ότι υψηλές συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων οδηγούν σε μείωση ή ακόμη και σε αναστολή της φωτοσύνθεσης από τα φυτά. Σύμφωνα με τους Clijsters και άλλους (1999), η φυτοτοξικότητα των βαρέων μετάλλων μπορεί να είναι είτε ανασταλτική είτε διεγερτική. Συνήθως αναστέλλεται η δραστηριότητα των διαφόρων ενζύμων που βρίσκονται σε διάφορα μέρη των κυττάρων. Αυτά εμφανίζονται να σχετίζονται με την άμυνα των φυτών κατά του οξειδωτικού στρες που προκαλείται από τη φυτοτοξικότητα του μετάλλου. Ακόμη, σύμφωνα με τους Karataglis κ.a. (1991), η τοξικότητα των μετάλλων του χαλκού, του ψευδαργύρου και του μολύβδου έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της ανάπτυξης των οφθαλμών, αλλά τα πιο προφανή συμπτώματα είναι στις ρίζες. Μείωση της φυτό-τοξικότητας των βαρέων μετάλλων με τη βοήθεια των μυκορριζών Οι μυκόρριζες, παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο στην απορρόφηση, τη μεταφορά ή την αδρανοποίηση διαφόρων στοιχείων του εδάφους. Τα βαρέα μέταλλα, που πολλές φορές είναι σε μεγάλες ποσότητες στα όξινα εδάφη (π.χ. αργίλιο, κάδμιο, ψευδάργυρος) απορροφώνται και δεσμεύονται από τις μυκόρριζες, όπως επίσης και διάφορα ραδιενεργά στοιχεία. Η ιδιότητα τους αυτή, καθιστά τους μύκητες που δημιουργούν τη μυκόρριζα, καλούς απολυμαντές των εδαφών από τα βαρέα μέταλλα και τη ραδιενέργεια (Castro, 2009). ~ 40 ~

41 Πίνακας 5. Επίδραση της μυκόρριζας στην πρόσληψη θρεπτικών στοιχείων από το έδαφος. Απορρόφηση mg/φυτό P K Ca Mg Na Zn Mn Fe Φυτά χωρίς 0,39 10,9 8,7 0,46 0, μυκόρριζα Φυτά με μυκόρριζα 4,42 35,9 25,2 2,49 2, Αύξηση απορρόφησης χημικών στοιχείων (%) Πηγή: Γάτσιος, % 229% 190% 441% 1004% 195% 54% 141% Αρκετές μελέτες έχουν δείξει ότι οι επιδράσεις των κυστοδών-θυσσανωδών (AMF) μυκορριζών μπορούν να βελτιώσουν σημαντικά την πρόσληψη του φωσφόρου και την απόδοση των φυτών που καλλιεργούνται σε εδάφη χαμηλής γονιμότητας ( Mosse, 1973). Τα καλλιεργούμενα φυτά έχουν χρησιμοποιηθεί στις περισσότερες από αυτές τις μελέτες ενώ σχετικά λίγες πληροφορίες έχουν συγκεντρωθεί για τη σημασία της επίδρασης με AMF μυκόρριζα σε φυσικές και ημίφυσικές φυτοκοινότητες. Αυτός ο τύπος της επίδρασης εμφανίζεται σε πολλούς τύπους βλάστησης, συμπεριλαμβανομένων των τροπικών δασών ( Redhead, 1968), των ημίξηρων χορτολιβαδικών εκτάσεων ( Khan, 1974), των θαμνώνων ( Nicolson, 1955) και των εύκρατων φυλλοβόλων δασών ( Mosse και Hayman, 1973). Ο Harley (1969) έχει επισημάνει ότι είναι πιο εύκολο να κατατάξεις σε λίστα λίγα ανθοφόρα φυτά από τα οποία τα ενδόφυτα συνήθως απουσιάζουν από ότι να κατατάξεις σε λίστα τα φυτά με AMF μυκόρριζα. Ενώ η παρουσία των ενδοφύτων έχει αποδειχθεί σε πολλά είδη, η εκτίμηση της βιολογικής σημασίας της επίδρασης εξαρτάται από την ποσοτική μέτρηση της έκτασης της επίδρασης, τόσο εντός της φυτοκοινότητας στο σύνολο της όσο και μέσα σε μεμονωμένα φυτά. Επίσης, σύμφωνα με τους Khan και άλλους (2000), η φυτοεξυγίανση θεωρείται ως μία στρατηγική αποκατάστασης. Στις μεθόδους αυτές χρησιμοποιούνται για να απομακρύνουν διάφορους ρύπους. Η βιώσιμη και φθηνή αυτή διαδικασία θεωρείται ως εναλλακτική λύση στις παραδοσιακές μεθόδους αποκατάστασης ρυπασμένων εδαφών. Η φυτοθεραπεία ως βιώσιμη μέθοδος, απαιτεί γρήγορα αναπτυσσόμενα είδη φυτών με υψηλή ικανότητα απορρόφησης μετάλλων και ταχεία αύξηση της βιομάζας. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στο ρόλο των οργανομεταλλικών ενώσεων (chelates) στην πρόσληψη των βαρέων μετάλλων. ~ 41 ~

42 ΔΙΑΤΑΡΑΓΜΕΝΑ ΕΔΑΦΗ Φωτογραφία 4. Σύμφωνα με τον Αληφραγκή (2002), ως διαταραγμένα εδάφη μπορούν να θεωρηθούν όλα εκείνα τα εδάφη των οποίων έχουν μεταβληθεί ή έχουν υποβαθμιστεί όλες ή ένα μέρος των λειτουργιών τους. Οι αιτίες που οδηγούν στη διατάραξη των εδαφών είναι κυρίως ανθρωπογενούς προέλευσης όπως η κατασκευή τεχνικών έργων, η δημιουργία χώρων αναψυχής, οι εξορυκτικές και μεταλλευτικές δραστηριότητες, η απόθεση υλικών, η διάβρωση του εδάφους, οι ακατάλληλες γεωργικές τεχνικές, η υπερβόσκηση, οι πυρκαγιές, η αλάτωση- αλκαλίωση και οξίνηση, η αλλαγή του φυτικού είδους κ.α. Διακρίνονται ανάλογα με το βαθμό διατάραξης σε τρεις κατηγορίες (Βαλιάντζα κ.α., 2006): Ισχυρώς διαταραγμένα: είναι τα εδάφη στα οποία έχουν διακοπεί ή μεταβληθεί οι φυσικές λειτουργίες τους. Στην κατηγορία αυτή περιλαμβάνονται (1) εκτάσεις στις οποίες έχουν απομακρυνθεί οι επιφανειακοί ορίζοντες και έχει αποκαλυφθεί το μητρικό υλικό ή πέτρωμα, (2) τα εδάφη στα οποία έχουν αναμιχθεί οι επιφανειακοί και οι υποεπιφανειακοί ορίζοντες με μεγάλες ποσότητες σκελετικού υλικού, (3) οι χώροι απόθεσης αδρανών υλικών και (4) τα εδάφη που παρουσιάζουν υψηλά επίπεδα ρύπανσης. Μετρίως διαταραγμένα: στην κατηγορία αυτή περιλαμβάνονται (1) τα εδάφη στα οποία έχουν αναμιχθεί οι επιφανειακοί και υποεπιφανειακοί ορίζοντες με μικρές ποσότητες σκελετικού υλικού, (2) αυτά στα οποία έχει απομακρυνθεί ο επιφανειακός ορίζοντας χωρίς να αποκαλυφθεί το μητρικό πέτρωμα και (3) αυτά που έχουν συμπιεσθεί ισχυρά έως βάθος 50 cm, (αύξηση της φαινομενικής πυκνότητας >20%). ~ 42 ~

43 Ελαφρώς διαταραγμένα: είναι τα εδάφη των οποίων οι φυσικές, χημικές και βιολογικές ιδιότητες έχουν μεταβληθεί σε βαθμό που δεν είναι απαγορευτικός για την εγκατάσταση και την εξέλιξη της βλάστησης. Οι συνθήκες που επικρατούν στα διαταραγμένα εδάφη εξαρτώνται από το βαθμό διατάραξης, τη φύση του γεωλογικού υλικού και τις φυσιογραφικές συνθήκες της περιοχής. Το μικρό βάθος εδάφους και σε ορισμένες περιπτώσεις η ανυπαρξία ενεργού εδαφικού υλικού αποτελούν βασικό πρόβλημα των διαταραγμένων εδαφών, που έχει ως συνέπεια τη μείωση της διαθέσιμης υγρασίας για τα φυτά και την αδυναμία ανάπτυξης ριζικού συστήματος. Χαρακτηριστικό γνώρισμα των διαταραγμένων εδαφών είναι η μικρή ή ακόμη και η μηδενική περιεκτικότητα σε οργανική ουσία, γεγονός που επηρεάζει τις φυσικές, χημικές και βιολογικές ιδιότητες του εδάφους καθώς και η περιορισμένη γονιμότητα του εδάφους. Τέλος, ένα ακόμη σημαντικό χαρακτηριστικό των συνθηκών που επικρατούν στα διαταραγμένα εδάφη είναι η έλλειψη βιολογικής και βιοχημικής δραστηριότητας, που συνδέονται άμεσα με τη μικρή περιεκτικότητα σε οργανική ουσία. Κριτήρια επιλογής φυτικών ειδών για την αποκατάσταση διαταραγμένων εδαφών Η επιλογή κατάλληλων φυτικών ειδών αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους παράγοντες για μια επιτυχή αποκατάσταση των διαταραγμένων εδαφών. Τα είδη που πρέπει να επιλέγονται για περιοχές που βρίσκονται υπό διαδικασία αποκατάστασης πρέπει να είναι αυτόχθονα, έτσι ώστε να αυξάνεται η πιθανότητα επιβίωσης των αρτιφύτρων ή των φυταρίων λόγω της μακροχρόνιας διαδικασίας προσαρμογής τους στο συγκεκριμένο περιβάλλον, να διατηρείται ο οικολογικός χαρακτήρας αλλά και η οικολογική ισορροπία της περιοχής και να διατηρείται η βιοποικιλότητα των οικοσυστημάτων. Συνήθως πρέπει να προτιμώνται πρόσκοπα αυτόχθονα φυτικά είδη που θα αποτελέσουν τη βάση για την ανάπτυξη της φυτοκοινωνίας. Με την εγκατάσταση των πρόσκοπων αυτόχθονων ειδών επιδιώκεται η δημιουργία μιας φυτοκοινωνίας που θα βοηθήσει και θα επιταχύνει την αποίκηση με είδη που επικρατούν στην περιοχή. Στις περιπτώσεις όπου δεν είναι δυνατή η χρήση των πρόσκοπων αυτόχθονων ειδών, επιλέγονται πρόσκοπα είδη των γειτονικών περιοχών ή και μη πρόσκοπα είδη που ανήκουν στη φυτοκοινότητα της υπό αποκατάστασης περιοχής. Βασικά κριτήρια επιλογής φυτικών ειδών για την αποκατάσταση των διαταραγμένων εδαφών είναι (Αλιφραγκής, 2002): η ικανότητα προσαρμογής η ικανότητα αναπαραγωγής η ικανότητα αναβλάστησης η μορφή του ριζικού συστήματος η διάρκεια του φυλλώματος ~ 43 ~

44 η ευφλεκτικότητα η ποσότητα της παραγόμενης βιομάζας και η αισθητική αξία Η επιλογή του φυτικού είδους Nerium oleander Οι ερευνητές Rucandio et al. (2010) χρησιμοποίησαν, μεταξύ άλλων, και το είδος Nerium oleander ως βιολογικό δείκτη της ρύπανσης σε αστικά περιβάλλοντα. Τα αποτελέσματα της έρευνας των παραπάνω συγγραφέων έδειξαν πως διαφορετικά είδη έχουν διαφορετική ικανότητα βιοσυσσώρευσης ορισμένων στοιχείων και συγκεκριμένα το φυτικό είδος Nerium oleander απέδειξε ισχυρή ικανότητα βιοσυσσώρευσης των στοιχείων Ni, Pb, Mo και Se. Οι ερευνητές Orecchio και Amorello (2010) χρησιμοποίησαν το Nerium oleander για τη βιοσυσσώρευση των στοιχείων λευκόχρυσου ( Pt) και ροδίου ( Rh) και συμπέραναν ότι τα φύλλα αυτού του φυτικού είδους μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον εντοπισμό των διαφόρων ρύπων σε μια περιοχή. Σύμφωνα με τον Witting (1993) τα βασικά κριτήρια επιλογής ενός φυτικού είδους ως βιοδείκτη μπορούν να θεωρηθούν η εμφάνιση του σε αφθονία στην υπό μελέτη περιοχή, να παρουσιάζει ευρεία γεωγραφική εξάπλωση, να παρουσιάζει αντοχή σε υψηλές συγκεντρώσεις μετάλλων, να πολλαπλασιάζεται και να παράγεται εύκολα και να μπορεί να διαχωριστεί εύκολα η επίδραση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης από τη ρύπανση του εδάφους. Το Nerium oleander ανήκει σε αυτή την κατηγορία και έχει χρησιμοποιηθεί τα τελευταία 15 χρόνια σε διάφορες μελέτες ως βιοσυσσωρευτής μετάλλων (Aksoy and Ozturk, 1997). Κριτήρια επιλογής μυκορριζικών μυκήτων σε φυτικά είδη για την αποκατάσταση διαταραγμένων εδαφών Στις αναπτυγμένες γεωργικά χώρες κυκλοφορούν εξειδικευμένοι μύκητες για τη δημιουργία μυκόρριζας σε διαφορετικού τύπου καλλιέργειες. Οι μυκόρριζες που κυκλοφορούν κυρίως σε προηγμένες γεωργικά χώρες είναι διαφόρων τύπων και είναι εξειδικευμένες για κάθε τύπο καλλιέργειας, όπως π.χ. η μυκόρριζα για χρησιμοποίηση σε γκαζόν, σε γήπεδα ποδοσφαίρου, γήπεδα γκολφ, σε φυτώρια καλλωπιστικών δένδρων, για εγκατάσταση δασικών δένδρων, καλλιέργειες σιτηρών, για δενδροκομικές καλλιέργειες, κλπ (Γάτσιος, 2011). Γενικά, σύμφωνα με τους Marschner (1995) και Paradis κ.α. (1995), οι μυκόρριζες διευκολύνουν την ανάπτυξη των φυτών με: ~ 44 ~

45 την αύξηση του εδαφικού χώρου από τον οποίο αντλούν τα φυτά θρεπτικά στοιχεία, αυξάνοντας στην ουσία τον όγκο της ριζόσφαιρας, την αύξηση της πρόσληψης ορισμένων στοιχείων από τα φυτά που βρίσκονται σε μορφές μερικώς προσιτές, την προστασία των ριζών από τις τοξικές συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων, την αύξηση της αντοχής των φυτών στην ξηρασία, την αύξηση της αντοχής των φυτών σε αυξημένες τιμές αλκαλικότητας, την αύξηση της αντοχής των φυτών σε χαμηλές θερμοκρασίες και τέλος την αύξηση της αντοχής των φυτών στις ασθένειες. Επιλογή του μυκορριζικού είδους του μύκητα Glomus intraradices Ο Glomus intraradices χρησιμοποιείται συχνά σε επιστημονικές μελέτες πάνω στις επιπτώσεις των θυσσανωδών μυκορριζικών μυκήτων στις εγκαταστάσεις και στη βελτίωση του εδάφους ως κοινό εμπορικό σκεύασμα. Ακόμη, ο Glomus intraradices μπορεί να βρεθεί σχεδόν σε όλα τα εδάφη, ιδίως εκείνων που είναι γεμάτα με κοινές εγκαταστάσεις υποδοχής όπως επίσης και στα δάση και στα λιβάδια. Ο μύκητας Glomus intraradices αυξάνει την απορρόφηση του φωσφόρου και βελτιώνει τη δομή των αμμωδών εδαφών. Τέλος, είναι ο μόνος θυσσανώδης μυκορριζικός μύκητας που είναι σε θέση να ελέγξει την απορρόφηση των ποσοτήτων θρεπτικών στοιχείων από τις επιμέρους υφές ανάλογα με τα διαφορετικά επίπεδα φωσφόρου γύρω από το έδαφος. ~ 45 ~

46 ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ Γενικά Περιοχή έρευνας Φωτογραφία 5. Το πειραματικό μέρος πραγματοποιήθηκε στις εγκαταστάσεις του εργαστηρίου της Δασικής Εδαφολογίας. Για τον σκοπό της έρευνας επιλέχθηκε το είδος Nerium oleander. Φυτά του είδους αυτού αναπτύχθηκαν σε φυτοδοχεία αρχικού όγκου 80 ml και μεταφυτεύτηκαν σε ηλικία 4 μηνών σε φυτοδοχεία όγκου 2 lt. ~ 46 ~

47 Υλικό Πλήρωσης Φυτοδοχείων Φωτογραφία 6. Ως υλικό πλήρωσης χρησιμοποιήθηκαν μίγματα υλικών σε διάφορες αναλογίες. Χρησιμοποιήθηκε μίγμα εδάφους, τύρφης και περλίτη σε αναλογία 7:2:1 καθώς και υλικά που προέρχονται από τα μεταλλεία Κασσάνδρας Χαλκιδικής και εργοστάσιο ηλεκτρολυτικής επεξεργασίας του MnO 2. Το υλικό Tosoh (πλούσιο σε οξείδια Fe και Mn) είναι παραπροϊόν και προέρχεται από το εργοστάσιο ηλεκτρολυτικής επεξεργασίας του MnO 2. Ενώ, τα άλλα δύο υλικά (τέλμα και υλικό φιλτρόπρεσσας) προήλθαν από τα μεταλλεία Κασσάνδρας Χαλκιδικής (παλαιό τέλμα Ολυμπιάδας και εργοστάσιο εμπλουτισμού Στρατωνίου). Όλα τα υλικά ξηράνθηκαν και ακολούθως κοσκινίσθηκαν. Ο σκοπός της διαδικασίας αυτής ήταν η ομογενοποίηση του υποστρώματος και η καλή ανάμειξη των υλικών. Τα φυτά του μάρτυρα αναπτύχθηκαν σε εδαφικό υλικό ιλυοπηλώδους υφής, αλκαλικής αντίδρασης, με περιεκτικότητα σε ανθρακικό ασβέστιο 9-10%. Οι χειρισμοί 7, 8, 9 και 24, 25, 26 εμβολιάστηκαν με το μύκητα Glomus intraradices (εμπορικό σκεύασμα καναδικής προέλευσης, Biosynetera). Το εμβόλιο έγινε με μίξη 10 g μύκητα Glomus intraradices με έδαφος. Πριν την ανάμειξη του μύκητα με το έδαφος, έγινε προετοιμασία του δείγματος του εδάφους (ξήρανση, κοσκίνισμα 2 mm, μέτρηση του ph νερού και ρύθμιση του ph του εδάφους, μέτρηση αγωγιμότητας για διαλυτά άλατα, μέτρηση υφής, κοκκομετρίας- % άμμος, ιλύς και άργιλος). Οι πίνακες 6, 7, 8, 9, 10 και 11 δίνουν τις αναλογίες των μιγμάτων του υποθέματος στους χειρισμούς με τέλμα, αμμώδες τέλμα και συνδυασμός αυτών με οξείδια Fe και Mn υλικό. ~ 47 ~

48 Πίνακας 6. Αναλογίες μιγμάτων του τέλματος των χειρισμών με το είδος Nerium oleander. Χειρισμός Ριζοφλοιός (%) Έδαφος (%) Γνεύσιος (%) Υλικό Τέλματος (%) Εμβόλιο Μύκητα Επαναλήψεις ΝΑΙ ΝΑΙ ΝΑΙ 8 Μάρτυρας Πίνακας 7. Αναλογίες μιγμάτων του τέλματος και του υλικού με οξείδια Mn και Fe των χειρισμών με το είδος Nerium oleander. Χειρισμός Ριζοφλοιός (%) Έδαφος (%) Γνεύσιος (%) Υλικό Τέλματος (%) Υλικό Tosoh (%) Εμβόλιο Μύκητα Επαναλήψεις Μάρτυρας ~ 48 ~

49 Πίνακας 8. Αναλογίες μιγμάτων του αμμώδους τέλματος και του υλικού με οξείδια Fe και Mn των χειρισμών με το είδος Nerium oleander. Χειρισμός Ριζοφλοιός (%) Έδαφος (%) Γνεύσιος (%) Υλικό Αμμώδους Τέλματος (%) Υλικό Tosoh (%) Εμβόλιο Μύκητα Επαναλήψεις Μάρτυρας Ενώ, οι πίνακες 9, 10 δίνουν τις αναλογίες των μιγμάτων του υποθέματος στους χειρισμούς με υλικό φιλτρόπρεσσας και συνδυασμό αυτού με υλικό με οξείδια Fe και Mn. Πίνακας 9. Αναλογίες μιγμάτων του υλικού φιλτρόπρεσσας των χειρισμών με το είδος Nerium oleander. Χειρισμός Ριζοφλοιός (%) Έδαφος (%) Γνεύσιος (%) Υλικό Φιλ/σας (%) Εμβόλιο Μύκητα Επαναλήψεις ΝΑΙ ΝΑΙ ΝΑΙ 7 Μάρτυρας ~ 49 ~

50 Πίνακας 10. Αναλογίες μιγμάτων του υλικού φιλτρόπρεσσας και υλικού με οξείδια Fe και Mn των χειρισμών με το είδος Nerium oleander. Χειρισμός Ριζοφλοιός (%) Έδαφος (%) Γνεύσιος (%) Υλικό Φιλ/σας (%) Υλικό Tosoh (%) Εμβόλιο Μύκητα Επαναλήψεις Μάρτυρας Τέλος, στον πίνακα 11 δίνονται οι αναλογίες των μιγμάτων του υποθέματος στους χειρισμούς με το υλικό με οξείδια Fe και Mn. Όλοι οι πίνακες εμπεριέχουν το χειρισμό μάρτυρα. Πίνακας 11. Αναλογίες μιγμάτων του υλικού με οξείδια Fe και Mn των χειρισμών με το είδος Nerium oleander. Χειρισμός Ριζοφλοιός (%) Έδαφος (%) Γνεύσιος (%) Υλικό Tosoh (%) Εμβόλιο Μύκητα Επαναλήψεις Μάρτυρας ~ 50 ~

51 Λίπανση- Άρδευση Φωτογραφία 7. Κατά το χρονικό διάστημα του πειράματος, πραγματοποιούνταν λίπανση, κάθε δύο εβδομάδες, με το θρεπτικό διάλυμα Hoagland ( Plant Nutrient Solution). Επίσης, γινόταν άρδευση όλων των φυτών ανά δύο ημέρες. Ο συνολικός αριθμός των γλαστρών ήταν 301. Το φυτικό είδος Nerium oleander μεταφυτεύθηκε σε ηλικία 4 μηνών στις γλάστρες αυτές. Για ένα χρόνο αφήσαμε το φυτικό είδος να αναπτυχθεί φροντίζοντας το με λίπανση και πότισμα. Η λίπανση γινόταν κανονικά, κάθε δύο εβδομάδες. Συγκομιδή- επεξεργασία δειγμάτων Η εξαγωγή των φυταρίων από τα φυτοδοχεία έγινε στις αρχές του μήνα Σεπτεμβρίου του έτους Σε πρώτη φάση, μετρήθηκε το ύψος των φυτών. Ακολούθως, έγινε διαχωρισμός κάθε δείγματος σε φύλλα, βλαστό και ρίζα, προκειμένου να γίνουν οι αναλύσεις σε κάθε ένα είδος ιστού από αυτά ξεχωριστά. Για να μετρηθεί το μήκος της ρίζας, ελήφθησαν φωτογραφίες των ριζών. Στη συνέχεια, οι ρίζες αποξηράθηκαν και ακολουθήθηκε η ίδια διαδικασία με τα υπόλοιπα μέρη του φυτού (βλαστός, φύλλα). Το μήκος της ρίζας μετρήθηκε με το υπολογιστικό πρόγραμμα MapInfo με τη χρησιμοποίηση των φωτογραφιών. Στον υπολογισμό του μήκους της ρίζας υπολογίστηκαν συνολικά τα μήκη 1 ης, 2 ης, 3 ης, 4 ης και 5 ης τάξης ριζών. Παράλληλα ελήφθησαν τμήματα ριζών για τον υπολογισμό της αποίκησης των ριζών από τους μύκητες. Χρησιμοποιήθηκαν ριζικά τριχίδια 2 ης, 3 ης, 4 ης και 5 ης τάξης. Συνολικά προέκυψαν 903 δείγματα, στα οποία έγιναν μετρήσεις της βιομάζας και της χημικής σύστασης τους. Τα δείγματα αυτά, μετά από διαχωρισμό, ξήρανση και ζύγισμα, λειοτριβήθησαν σε μύλο που είχε μέγεθος οπών 40 mesh. ~ 51 ~

52 ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΦΥΤΙΚΩΝ ΙΣΤΩΝ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ Το ξηρό βάρος των φύλλων, των βλαστών και των ριζών, όπως επίσης και τα ύψη των υπέργειων τμημάτων των φυτών στους διάφορους χειρισμούς προσδιορίστηκαν μετά από ξήρανση. Για τον προσδιορισμό του ξηρού βάρους, τα δείγματα τοποθετήθηκαν σε φούρνο σε θερμοκρασία 84 ο C, για τουλάχιστον 48 ώρες. Ακολούθησε ζύγιση, κονιορτοποίηση και στη συνέχεια η ομογενοποίηση των δειγμάτων. Η διαδικασία αυτή, έγινε με τη χρησιμοποίηση ειδικού εργαστηριακού μύλου. Τα δείγματα αποθηκεύθηκαν σε ειδικά πλαστικά δοχεία, έως τη χρησιμοποίηση τους στις αναλύσεις στο εργαστήριο. Στα δείγματα των φυτικών ιστών, έγιναν οι ακόλουθες χημικές αναλύσεις: 1. Το άζωτο (Ν), μετρήθηκε με τη μέθοδο Kjeldahl (Bremner and Mulvaney, 1982). 2. Για τη μέτρηση των K +, Na +, Ca +2, Mg +2, Fe, Mn, Cu, Zn και As, το δείγμα αποδιοργανώθηκε με τη μέθοδο της υγρής οξείδωσης (χρήση μείγματος H 2 SO 4, HNO 3, HClO 4 σε αναλογία 10:2:1) ( Miller, 1998). Για τον προσδιορισμό χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της φασματομετρίας ατομικής απορρόφησης ( Atomic Absorption Spectroscopy). Στο ίδιο μείγμα μετρήθηκε και ο P (φώσφορος) με τη μέθοδο της φασματομετρίας ορατού φωτός (μέθοδος του μπλε του σουλφομολυβδαινικού αμμωνίου). ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΠΟΙΚΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΡΙΖΑΣ ΑΠΟ ΤΟΥΣ ΑΜF ΜΥΚΗΤΕΣ Στην έρευνα χρησιμοποιήθηκε ο μύκητας Glomus intraradices. Ο μύκητας Glomus intraradices είναι της Κλάσης Glomermycetes, Τάξης Glomerales, Οικογένεια Glomeraceae, Γένος Glomus. Ως εντόπιος μύκητας θεωρείται γενικότερα ο μύκητας ή η αποικία μυκήτων που υπήρχε από πριν στα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για τις γλάστρες. Παράλληλα χρησιμοποιήθηκαν μύκητες που αναπτύσσουν με φυσικό τρόπο σπόρια ή μυκηλιακές υφές των οποίων υπήρχαν στα χρησιμοποιηθέντα υλικά. Φωτογραφία 8. Η αναγνώριση και εκτίμηση του αποικισμού της ρίζας από ΑΜF μύκητες έγινε με βαφή των ριζών με μαύρη μελάνι (λιγότερο τοξικ ή βαφή) (Trouvelot et al., 1986). Χρησιμοποιήθηκε η μαύρη μελάνι. ~ 52 ~

53 1. Διαδικασία βαφής της ρίζας με μαύρο μελάνι Πλύσιμο των ριζών και καθαρισμός από το έδαφος Καθαρισμός ριζών σε 10% (βάρος/όγκος) ΚΟΗ για 1 ώρα στους 90 ο C. Ξέβγαλμα (ξέπλυμα) των ριζών με νερό. Προσθήκη διαλύματος 5% μαύρου μελανιού σε 8% οξικού οξέος και παραμονή για 5 λεπτά στους 90 ο C. Ξέπλυμα (ξέβγαλμα) με νερό. Παραμονή για 25 λεπτά σε διάλυμα 8% οξικού οξέος. Ξέπλυμα με νερό 2. Εκτίμηση αποικισμού της ρίζας από τους ΑΜF μύκητες. Η εκτίμηση του αποικισμού των μυκορριζών καθορίζεται σύμφωνα με τον Trouvelot et. al. (1986). Τοποθέτηση αντικειμενοφόρου πλάκας και καλυπτρίδας επί 15 ριζικών τεμαχιδίων βρίσκονται μέσα σε γλυκερίνη. Μικροσκόπηση και υπολογισμός σύμφωνα με τη σειρά των τάξεων. Αυτές οι τάξεις δίνουν μία γρήγορη εκτίμηση του επιπέδου του αποικισμού των μυκορριζών σε κάθε ριζικό τεμάχιο και την αφθονία των θυσσανών. ~ 53 ~

54 Φωτογραφία 9. Ριζικά Τεμαχίδια Φωτογραφία 10. Ο ξενικός μύκητας Glomus intraradices ~ 54 ~

55 Φωτογραφία 11. Εντόπιος μύκητας (σαπρομύκητας). ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΑΠΟΙΚΙΣΜΟΥ ΜΥΚΟΡΡΙΖΩΝ ΣΕ ΤΑΞΕΙΣ ΑΠΟ 0 ΕΩΣ 5 Πίνακας % <1% <10% <50% >50% >90% Πίνακας 13. ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΑΦΘΟΝΙΑΣ ΘΥΣΣΑΝΩΝ Κανένας: Α0 Λίγοι: Α1 Συχνά: Α2 Άφθονα: Α3 ~ 55 ~