ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΒΟΡΔΟΓΛΟΥ ΜΑΡΙΑ. Δασολόγος - Περιβαλλοντολόγος

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΓΕΩΠΟΝΙΑΣ, ΔΑΣΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΜΗΜΑ ΔΑΣΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΟΜΕΑΣ ΔΑΣΙΚΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΔΑΣΩΝ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΔΑΣΟΚΟΜΙΑΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΒΟΡΔΟΓΛΟΥ ΜΑΡΙΑ Δασολόγος - Περιβαλλοντολόγος Δασοκομική έρευνα της ικανότητας της κόμης δασοπονικών ειδών του αστικού χώρου να συγκρατεί βαρέα μέταλλα. Η περίπτωση του πολεοδομικού συγκροτήματος Θεσσαλονίκης. Επιβλέπουσα καθηγήτρια: Θέκλα Κ. Τσιτσώνη Θεσσαλονίκη, Ιούνιος 2017

2 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Με το πέρας της παρούσας διατριβής θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους εκείνους που συνέβαλαν καθοριστικά στην ολοκλήρωσή της. Θερμές ευχαριστίες θα ήθελα να εκφράσω στην επιβλέπουσα της μεταπτυχιακής μου διατριβής, Καθηγήτρια κ. Θέκλα Τσιτσώνη, για την ανάθεση αυτού του θέματος, για την επιστημονική της καθοδήγηση, το χρόνο που μου διέθεσε, την εμπιστοσύνη και την ενθάρρυνσή της ώστε να περατωθεί η παρούσα διατριβή. Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω τα μέλη της συμβουλευτικής επιτροπής μου, συγκεκριμένα τον Καθηγητή κ. Θεοχάρη Ζάγκα και τον Αναπληρωτή Καθηγητή κ. Πέτρο Γκανάτσα για την πολύτιμη βοήθειά τους κατά την ολοκλήρωση της εργασίας. Θερμές ευχαριστίες θα ήθελα να απευθύνω στην Δρ. Θεανώ Σαμαρά, ερευνήτρια του Ινστιτούτου Δασικών ερευνών για τις εποικοδομητικές συζητήσεις μας, την πολύτιμη καθοδήγησή της αλλά και την συνεχή εμψύχωσή της κατά τη διάρκεια της συγγραφής της διατριβής. Ευχαριστώ ιδιαίτερα τον κ. Ηλία Πιπινή Δρ. Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος για τις χρήσιμες συμβουλές και τη βοήθειά του κατά τη διάρκεια των αναλύσεων στο Εργαστήριο Δασοκομίας. Τις ευχαριστίες μου οφείλω επίσης στην κ. Ψωμά Τζένη χημικό στο Ινστιτούτο Εδαφοϋδατικών Πόρων Θεσσαλονίκης για την άψογη συνεργασία μας αλλά και τις πολύτιμες συμβουλές της σε θέματα επιστημονικής φύσεως. Η ολοκλήρωση της διατριβής αυτής θα ήταν αδύνατη χωρίς τη βοήθεια συναδέλφων και φίλων, της Βιτωράτου Μαρίας κατά τη συλλογή των φύλλων και την αρχική τους επεξεργασία, της Σγουροπούλου Κωνσταντίνας και Βεκίλογλου Ευφημίας, για τη συνεχή εμψύχωσή τους όλο αυτό το διάστημα. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω ολόθερμα την οικογένειά μου και τον σύντροφό μου Σταμάτη για την αμέριστη συμπαράστασή τους, την ηθική στήριξη και εμψύχωση κατά τη διάρκεια συγγραφής της παρούσας διατριβής. 2

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΣΥΜΒΟΛΑ ΚΑΙ ΣΥΝΤΟΜΕΥΣΕΙΣ... 5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ... 6 ABSTRACT ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ Βοτανικά στοιχεία για τα υπό μελέτη είδη Ailanthus altissima (P. Mill) Swingle Catalpa bignonioides Walt ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ Αστικό πράσινο Αστικό πράσινο στη Θεσσαλονίκη Ρύπανση Γενικά Μορφές ατμοσφαιρικών ρύπων Μέταλλα ως ρύποι του περιβάλλοντος Ρύπανση με βαρέα μέταλλα και βλάστηση ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ Γενικά Έδαφος Κλίμα ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ Δειγματοληψία και μετρήσεις Χημικές αναλύσεις Στατιστικές αναλύσεις AΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Δασοκομικά χαρακτηριστικά των ειδών των δενδροστοιχιών Δασοπονικά είδη και συγκράτηση βαρέων μετάλλων Σίδηρος Ψευδάργυρος Μαγγάνιο Χαλκός Κάδμιο

4 6.2.6 Κοβάλτιο Χρώμιο Νικέλιο Μόλυβδος ΣΥΖΗΤΗΣΗ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

5 ΣΥΜΒΟΛΑ ΚΑΙ ΣΥΝΤΟΜΕΥΣΕΙΣ A. alt: Αείλανθος (Ailanthus altissima) C. big: Κατάλπη (Catalpa bignonioides) Cd: κάδμιο (cadmium) Co: κοβάλτιο (cobalt) Cr: χρώμιο (chromium) Cu: χαλκός (copper) DW: Ξηρό βάρος (dry weight) Fe: σίδηρος (iron) ICP: φασματόμετρο πλάσματος επαγωγικής σύζευξης (Optical Emission Spectrometer) Mn: μαγγάνιο (manganese) Ni: νικέλιο (nickel) Pb: μόλυβδος (lead) PM 10 : σωματιδιακή ύλη με διάμετρο <10μm (particulate matter with diameter <10 μm) Zn: ψευδάργυρος (zinc) ΜΟ: Μέσος όρος ΤΣ: Τυπικό σφάλμα (standard error) 5

6 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα έρευνα σχεδιάστηκε με σκοπό να διερευνηθεί η ικανότητα των δασοπονικών ειδών αστικού πρασίνου να συγκρατούν βαρέα μέταλλα στην επιφάνεια του φυλλώματός τους. Τρεις δρόμοι υψηλού κυκλοφοριακού φόρτου επιλέχθηκαν: (1) οδός Βούλγαρη (2) λεωφόρος Εθνικής Αντιστάσεως και (3) οδός Ανδριανουπόλεως. Δύο δασικά είδη μελετήθηκαν: Ailanthus altissima και Catalpa bignonioides. Τα είδη επιλέχθηκαν σύμφωνα με τη μορφολογία του φύλλου τους. Τα δείγματα των φύλλων (360 συνολικά) ελήφθησαν τον Αύγουστο του Επιπρόσθετα, για κάθε δένδρο μετρήθηκαν τα ακόλουθα δασοκομικά χαρακτηριστικά: στηθιαία διάμετρος, ύψος δένδρου, ύψος έναρξης κόμης, διάμετρος κόμης και στη συνέχεια υπολογίστηκε ο όγκος της κόμης. Δύο χειρισμοί εφαρμόστηκαν στα φύλλα που συλλέχθηκαν, πλύση με αποσταγμένο νερό και μη πλύση. Τα βαρέα μέταλλα που μετρήθηκαν ήταν: σίδηρος (Fe), ψευδάργυρος (Zn), μαγγάνιο (Mn), χαλκός (Cu), κάδμιο (Cd), κοβάλτιο (Co), χρώμιο (Cr), νικέλιο (Ni), μόλυβδος (Pb). Οι συγκεντρώσεις των βαρέων μετάλλων προσδιορίστηκαν με τη χρήση του φασματόμετρου πλάσματος επαγωγικής σύζευξης (ICP). Η συγκέντρωση των μετάλλων στην επιφάνεια των φύλλων σε φθίνουσα σειρά ήταν: σίδηρος (Fe) > μαγγάνιο (Mn) > ψευδάργυρος (Zn) > χαλκός (Cu) > νικέλιο (Ni) > χρώμιο (Cr) > κάδμιο (Cd) > μόλυβδος (Pb)> κοβάλτιο (Co). Οι μέσες συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων ήταν στατιστικά σημαντικές μεταξύ των δύο ειδών για τα μέταλλα: σίδηρος (Fe), μαγγάνιο (Mn), κοβάλτιο (Co), χρώμιο (Cr), νικέλιο (Ni) και μόλυβδος (Pb). Οι μέσες μέγιστες συγκεντρώσεις για τα μέταλλα αυτά μετρήθηκαν στο είδος Catalpa bignonioides εξαιτίας της παρουσίας τριχιδίων στα φύλλα του. Όσον αφορά την πλύση των δειγμάτων με αποσταγμένο νερό, παρατηρήθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές σε έξι από τα εννιά μέταλλα που μελετήθηκαν. Συγκεκριμένα διαφορές μεταξύ πλυμένου δείγματος και μη πλυμένου ανιχνεύτηκαν στο σίδηρο (Fe), χαλκό (Cu), κοβάλτιο (Co), χρώμιο (Cr), νικέλιο (Ni), μόλυβδο (Pb), ενώ μόνο για τον σίδηρο (Fe) σημειώθηκε μεγάλη μείωση της συγκέντρωσής του στο πλυμένο δείγμα. Τέλος, διαπιστώθηκε ότι τα μορφολογικά χαρακτηριστικά των φύλλων (απλά ή σύνθετα, πιληματώδη ή λεία) και όχι τα δασοκομικά χαρακτηριστικά των ειδών (ύψος κόμης και όγκος κόμης) αποτελούν παράγοντες που επηρεάζουν περισσότερο την ικανότητά τους να συγκρατούν βαρέα μέταλλα. 6

7 Λέξεις κλειδιά: αστικό πράσινο, ρύπανση αστικού περιβάλλοντος, βαρέα μέταλλα, δασοκομικά χαρακτηριστικά, οδοί υψηλού κυκλοφοριακού φόρτου. ABSTRACT The present study was conducted to study the ability of street trees leaves to capture heavy metals. Three heavy traffic streets of Thessaloniki were chosen: (1) Voulgari Street, (2) Ethnikis Antistaseos Avenue and (3) Andrianoupoleos Street. Two tree species were studied: Ailanthus altissima and Catalpa bignonioides. The species were selected according to their leaf morphology. Leaf samples were collected from ten trees of each species (360 samples), in August Additionally, silvicultural characteristics of each tree were measured: breast diameter, tree height, crown beginning height, crown s diameter and then crown volume was calculated. Two treatments were applied (washed and unwashed leaves). The following heavy metals were measured: iron (Fe), zinc (Zn), manganese (Mn), copper (Cu), cadmium (Cd), cobalt (Co), chromium (Cr), nickel (Ni) and lead (Pb). The determination of heavy metals concentration was carried out with the use of ICP-OES inductively coupled plasma optical emission spectrometry. In the present research, metals mean concentration in leaves was the following, in declining order: iron (Fe)> manganese (Mn)> zinc (Zn)> copper (Cu)> nickel (Ni)> chromium (Cr)> cadmium (Cd)> lead (Pb)> cobalt (Co). The concentrations of the heavy metals were significantly related to the species from which leaves were collected, in the following heavy metals: iron (Fe), manganese (Mn), cobalt (Co), chromium (Cr), nickel (Ni), lead (Pb). Higher mean concentrations were measured at Catalpa bignonioides (pilled leaves). In the case of iron (Fe), copper (Cu), cobalt (Co), chromium (Cr), nickel (Ni), lead (Pb), the concentration of heavy metals was statistically significant for the leaves that were washed and the leaves that remained unwashed. Finally, the morphological characteristics of leaves (simple or compound, pilled leaves or not) and not the silvicultural characteristics of species (crown length and crown volume) are the factors that influence their ability to capture heavy metals. Keywords: urban trees, urban pollution, heavy metals, silvicultural characteristics, heavy traffic roads. 7

8 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ Τα περιβαλλοντικά προβλήματα έχουν αυξηθεί παγκοσμίως με την αύξηση της αστικοποίησης. Όσο το ποσοστό των κατοίκων στις πόλεις αυξάνει, τόσο οι άνθρωποι αποσυνδέονται ολοένα και περισσότερο από τη φύση. Τα υψηλά επίπεδα ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην όλο και περισσότερο, αστικοποιημένη κοινωνία μας αποτελούν πλέον γεγονός, θέτοντας ως επιτακτική ανάγκη την καταγραφή στοιχείων ποιότητας του αέρα, με σκοπό την περαιτέρω ανάλυση των επιπέδων ρύπανσης και τους τρόπους αντιμετώπισής της. Επιπρόσθετα, υπάρχει αυξημένο ενδιαφέρον για την ενσωμάτωση πράσινων περιοχών στο αστικό τοπίο, καθώς αποδεδειγμένα προσφέρουν ένα πλήθος από οφέλη στη ζωή του ανθρώπου (Samara et al., 2016, Tsitsoni et al., 2017). Παρότι τα δένδρα έχουν αποτελέσει σπουδαίο μέρος της ζωής των ανθρώπων ανά τους αιώνες, πρόσφατα έχει αναδειχθεί η σημασία τους για τους κατοίκους των πόλεων και η συμβολή τους στην αναβάθμιση της ποιότητας ζωής τους (FAO, 1989; Kulchemeister & Braatz, 1993; Chiesura, 2004). Τα δένδρα συμβάλλουν στην ανανέωση του αέρα της πόλης και στην αναβάθμιση της ζωής των κατοίκων της, προσφέροντάς τους αισθητικά, ψυχολογικά, κοινωνικά και οικολογικά οφέλη. Τα δένδρα που φυτεύονται κατά μήκος κύριων οδικών αξόνων της πόλης δημιουργούν ένα επιθυμητό υπόβαθρο για αρχιτεκτονικές δομές στην πόλη, καλύπτοντας ανεπιθύμητες εικόνες, μειώνοντας το θόρυβο, δημιουργώντας ενδιαιτήματα για την άγρια ζωή, ενώ παρουσιάζουν το δικό τους μικροκλίμα (Aslanboğa, 1997; Samara et al., 2016). Γίνεται επομένως αντιληπτή η ανάγκη φύτευσης δένδρων, καθώς η δημιουργία ενός υγιούς οικοσυστήματος χωρίς την παρουσία αστικής βλάστησης είναι ανέφικτη (Whiston Spirn, 1984; Kuchelmeister 1998, Kontogianni et al. 2013; Samara & Tsitsoni, 2014). Ιδιαίτερα σε ένα αστικό περιβάλλον, όπως αυτό της Θεσσαλονίκης, με υψηλά επίπεδα ρύπανσης και μικρή αναλογία πρασίνου ανά κάτοικο (μόνο 2,19 τετραγωνικά μέτρα ενώ τα ελάχιστα αποδεκτά όρια σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας (WHO) είναι τα 8-10 τετραγωνικά μέτρα), η ανάγκη ανάπτυξης υγιών οικοσυστημάτων επείγει όσο ποτέ (WHO, 2006). Τα δένδρα παρουσιάζουν αξιόλογη αποτελεσματικότητα όσον αφορά την συγκράτηση αέριων ρύπων που βρίσκονται στην ατμόσφαιρα, μέσω της επιφάνειας των φύλλων, των κλαδίσκων και του κορμού τους (Sawidis et al., 1995; Samara & Tsitsoni, 2014). Τα 8

9 τελευταία χρόνια λειχήνες, άλγη, φύλλα ανώτερων φυτών, και φλοιός δένδρων έχουν χρησιμοποιηθεί ως βιοδείκτες για τον προσδιορισμό της ρύπανσης που σχετίζεται με τον κυκλοφοριακό φόρτο. Η χρήση αυτή, των φυτικών μερών και φυτών του αστικού χώρου ως βιοδεικτών για τη μελέτη της ατμοσφαιρικής ρύπανσης αποτελεί συνήθη τακτική. Τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του κάθε είδους (σχήμα φύλλου, χνούδι στην επιφάνειά του, ρυτιδωμένος κορμός) και η ανάλυση των φυτικών ιστών των οργανισμών όπως η επιφάνεια των φύλλων τους, των κλαδίσκων και του κορμού παρέχουν μια εκτίμηση των συγκεντρώσεων των ρύπων στην ατμόσφαιρα (Market et al., 1997). Τα δένδρα του αστικoύ χώρου εκτός του ότι συνεισφέρουν σημαντικά στη ρύθμιση του μικροκλίματος και στην ανανέωση του αέρα της πόλης (Yang et al., 2005; McDonald et al., 2007), ταυτόχρονα μειώνουν τον κίνδυνο εμφάνισης νοσημάτων που σχετίζονται με την έκθεση σε βαρέα μέταλλα, όπως η άνοια (Matés et al., 2010). Αξιοσημείωτη είναι η συνεισφορά των δένδρων στη μείωση του στρες των κατοίκων, παρέχοντάς τους αίσθηση ευφορίας, ηρεμίας και ασφάλειας (McPherson et al., 1994; Berg et al., 1998; Conway, 2000; Chiesura, 2004). Κρίνεται λοιπόν αναγκαία η φύτευση των κατάλληλων δασοπονικών ειδών στον αστικό χώρο. Τα είδη αυτά πρέπει να επιλέγονται ανάλογα με τον σκοπό χρήσης, όπως για την ικανότητά τους να συγκρατούν αέριους ρύπους και να ρυθμίζουν το μικροκλίμα, αλλά και για ένα άλλο πλήθος χαρακτηριστικών όπως η ανθεκτικότητά τους σε ασθένειες, στις ιδιαίτερες οικολογικές συνθήκες του αστικού χώρου (υψηλή εδαφική συμπίεση, κακός εδαφικός αερισμός, χαμηλός εφοδιασμός με θρεπτικά στοιχεία). Επίσης, σημασία πρέπει να δίνεται στον εγκλιματισμό τους στις τοπικές συνθήκες αλλά και τη μακροζωία τους (Τσιτσώνη & Σαμαρά, 2002; Σαμαρά & Τσιτσώνη, 2003; Τσιτσώνη κ.ά., 2005; Yang et al., 2005; Kontogianni et al., 2013). Όσον αφορά τους αέριους ρύπους, σημαντικός παράγοντας για την επίδραση της αέριας ρύπανσης στα δασοπονικά είδη, αποτελεί η απόσταση από την πηγή του ρύπου. Σε έρευνα που εκπονήθηκε για τη Θεσσαλονίκη, βρέθηκε ότι η ρύπανση από τον κυκλοφοριακό φόρτο επηρεάζει την ποιότητα σπόρων του είδους Pinus brutia. Συγκεκριμένα, οι σπόροι του είδους που συλλέχθηκαν κοντά στην περιφερειακή οδό της Θεσσαλονίκης με αυξημένο κυκλοφοριακό φόρτο, στάθηκε αδύνατο να φυτρώσουν, ενώ γενικότερα επηρεάστηκε και σε μεγάλο βαθμό, η ζωτικότητα των σπόρων (Ganatsas et al., 9

10 2011). Τα βαρέα μέταλλα αποτελούν μια σημαντική ομάδα ρύπων του περιβάλλοντος που βρίσκονται στην ατμόσφαιρα συνήθως με τη μορφή των αιωρούμενων σωματιδίων. Στη χημεία, ο όρος αυτός αναφέρεται σε μία μεγάλη ομάδα στοιχείων με αρνητικές επιδράσεις στα οικοσυστήματα αλλά και την ανθρώπινη υγεία. Οι κύριες απειλές για την ανθρώπινη υγεία από τα βαρέα μέταλλα συνδέονται με την έκθεση σε μόλυβδο, κάδμιο, υδράργυρο και αρσενικό (Järup, 2003). Τα μέταλλα, σε αντίθεση με τις περισσότερες οργανικές ενώσεις δεν αποικοδομούνται και γι αυτό συσσωρεύονται στο περιβάλλον. Η τοξικότητα κάποιων βαρέων μετάλλων, μπορεί να προκαλέσει ένα ευρύ φάσμα προβλημάτων υγείας και να επιφέρει μέχρι και θάνατο στον άνθρωπο, καθώς ένα μέρος των μετάλλων καταλήγει σε αυτόν μέσω της βιολογικής τροφικής αλυσίδας (Hu, 2002; Φυτιανός & Σαμαρά- Κωνσταντίνου, 2009). Δημιουργήθηκε λοιπόν, η ανάγκη να διερευνηθούν δασοπονικά είδη του αστικού χώρου με ικανότητα συγκράτησης βαρέων μετάλλων μέσω της κόμης τους. Η διεθνής βιβλιογραφία περιλαμβάνει πλήθος ερευνών σχετικά με τη συγκράτηση αιωρούμενων σωματιδίων για διάφορα δασοπονικά είδη όπως για είδη του γένους Pinus τα οποία συγκρατούν περισσότερα σωματίδια από είδη του γένους Cupressus (Beckett et al., 2000). Το είδος Aesculus hippocastanum L. και είδη του γένους Tilia χρησιμοποιήθηκαν για τις μετρήσεις των συγκεντρώσεων βαρέων μετάλλων στην αστική περιοχή του Βελιγραδίου (Tomasevic et al., 2004). Σε δενδροστοιχίες της Θεσσαλονίκης, ερευνήθηκε η ικανότητα πέντε δασοπονικών ειδών Cupressus arizonica, Albizia julibrissin, Platanus orientalis, Celtis australis και Ligustrum japonicum, ως προς τη συγκράτηση βαρέων μετάλλων και διερευνήθηκε για πρώτη φορά ο παράγοντας του ύψους της κόμης σε σχέση με τη συγκράτηση βαρέων μετάλλων (Samara & Tsitsoni, 2014). Σε συγκριτική μελέτη τριών ευρωπαϊκών πόλεων (Σάλτσμπουργκ, Βελιγράδι, Θεσσαλονίκη) μελετήθηκαν οι συγκεντρώσεις τεσσάρων βαρέων μετάλλων σε φύλλα δένδρων από ρυπασμένες και μη περιοχές, των ειδών Platanus orientalis L. και Pinus nigra Arn. (Sawidis et al., 2011). Το δασοπονικό είδoς Populus nigra L. μελετήθηκε επίσης όσον αφορά την ικανότητά του να συγκρατεί βαρέα μέταλλα από τα φύλλα και το φλοιό του σε ρυπασμένες περιοχές της Ρουμανίας (Barbes et al., 2014). Συγκεκριμένα για την περιοχή της Θεσσαλονίκης σε έρευνα που πραγματοποιήθηκε 10

11 από το Εργαστήριο Δασοκομίας, της Σχολής Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος ΑΠΘ, στo πλαίσιο εκπόνησης διδακτορικής διατριβής από τη Σαμαρά (2011), μελετήθηκε η συμπεριφορά κύριων δασοπονικών ειδών αστικού πρασίνου (Cupressus arizonica, Albizia julibrissin, Celtis australis, Platanus orientalis και Ligustrum japonicum) σε σχέση με τη συμπεριφορά τους προς τα βαρέα μέταλλα. Η έρευνα πραγματοποιήθηκε στις δενδροστοιχίες τριών κεντρικών δρόμων της Θεσσαλονίκης (Μεγάλου Αλεξάνδρου, Εγνατία, Καραμανλή) ενώ τα βαρέα μέταλλα που μελετήθηκαν ήταν ο χαλκός (Cu), ο μόλυβδος (Pb), το χρώμιο (Cr), το νικέλιο (Ni), το κάδμιο (Cd), το μαγγάνιο (Mn) και ο ψευδάργυρος (Zn). Σε συνέχεια της παραπάνω έρευνας, με την παρούσα μελέτη, επιλέχθηκαν τα είδη Ailanthus altissima και Catalpa bignonioides. Η επιλογή των ειδών έγινε με βάση τη μορφολογία και το μέγεθος του φύλλου τους με σκοπό τη διερεύνηση της ικανότητάς τους για απορρύπανση του βεβαρυμμένου αστικού περιβάλλοντος της Θεσσαλονίκης. Όσον αφορά τον αείλανθο, αποτελεί είδος που δεν επιλέγεται προς φύτευση, καθώς είναι εισβλητικό με έντονη παραβλαστική ικανότητα, εξαιρετική προσαρμοστικότητα έτσι ώστε να απαντάται ευρέως σε αστικά περιβάλλοντα, γεωργικές εκτάσεις, θαμνοτόπους, αλλά και πρανή δρόμων. Επιλέχθηκε ωστόσο στην παρούσα έρευνα λόγω της πολύ συχνής εμφάνισής του μέσα στον αστικό χώρο, με σκοπό να διαπιστωθεί αν το εισβλητικό αυτό είδος παρουσιάζει έστω και κάποια, σε μικρό βαθμό ωφέλεια, ως προς την αντιμετώπιση της αστικής ρύπανσης. Αντίστοιχα, η κατάλπη αποτελεί είδος ιδιαίτερης καλλωπιστικής αξίας, και έχει προτιμηθεί αρκετά στην Ανατολική Θεσσαλονίκη, συγκεκριμένα στην οδό Βούλγαρη. Το εν λόγω είδος επιλέχθηκε ώστε να διερευνηθεί η ικανότητα του να συγκρατεί βαρέα μέταλλα, σε σχέση με το μέγεθος, τη φυσιολογία του φύλλου του αλλά και την παρουσία τριχιδίων σε αυτό. 11

12 1.1 Βοτανικά στοιχεία για τα υπό μελέτη είδη Ailanthus altissima (P. Mill) Swingle O αείλανθος, αποτελεί είδος της οικογένειας Simaroubaceae. Μπορεί να φτάσει σε ύψος 9-18 μέτρα, έχει φύλλα σύνθετα κατ εναλλαγή και χαρακτηριστική δυσάρεστη οσμή. Είναι ιθαγενές φυλλοβόλλο είδος της Κίνας και του Βόρειου Βιετνάμ (Hegi, 1961) και έχει εισαχθεί σε Ευρώπη, Αυστραλία και Αμερική. Το είδος έχει εισαχθεί από το Πεκίνο στην Ευρώπη περίπου στα 1740, από τη συλλογή ενός ιερέα που το μπέρδεψε για τα είδος Toxicodendron vernicifluum. Το 1751, οι καρποί στάλθηκαν στον Philip Miller στην Αγγλία και σε αρκετές χώρες της Ευρώπης. Στην Ελλάδα φαίνεται πως μεταφέρθηκε για πρώτη φορά από τον Όθωνα στον τότε βασιλικό και σήμερα εθνικό κήπο και είναι κοινά γνωστό ως βρωμούσα και βρωμοκαρυδιά (Krigkas and Kokkini, 2004). Έχει φύλλα μεγάλα, σύνθετα πτερωτά και περιττόληκτα. Τα φυλλάρια είναι ωοειδή έως λογχοειδή συνήθως λεία. Είναι φυτό δίοικο (Troll, 1964; Bossard et al., 2000). Ο αείλανθος έχει εξεταστεί για τις χρήσεις του σαν αισθητικό-διακοσμητικό είδος, είδος προς αναδάσωση για διαταραγμένες περιοχές, για την παραγωγή καύσιμης ύλης, για τη δυνατότητα χρήσης του ως ζωοτροφή για κατοικίδια ζώα αλλά και ως θεραπεία για τη δυσεντερία (Hu, 1979). Έχει την τάση να αναπτύσσεται με δυναμικό τρόπο και να επιβιώνει σε αντίξοο περιβάλλον εξαιτίας της ιδιαίτερης φυσιολογίας του και των φυτοτοξικών (αλληλοπαθητικών) ουσιών που παράγει στα φύλλα και στις ρίζες του (Tsao et al., 2002). Περιέχει χημικές ουσίες, συμπεριλαμβανομένης της αϊλανθίνης, για την οποία έχει βρεθεί να έχει ισχυρή αλληλοπαθητική επίδραση στην ανάπτυξη άλλων φυτών (Swearingen et al., 2010). Αποτελεί πολύ κοινό δένδρο αστικών περιοχών, στις οποίες μπορεί να προκαλέσει προβλήματα ιδιαίτερα στη γεωργία και στα φυσικά οικοσυστήματα. Βρίσκεται κατά μήκος των δρόμων, σε πάρκα, σοκάκια, ακόμα και μέσα σε ραγισμένους τοίχους και οροφές. Είναι ικανό να εισβάλλει στη φυσική βλάστηση, όπως σε παραποτάμια δάση, σε θαμνότοπους, καθώς και σε δασικές εκτάσεις (Kowarik & Saumel, 2007). Σήμερα, ο αείλανθος από κάποιους θεωρείται "ζιζάνιο" δέντρο λόγω της ταχείας ανάπτυξής του (Delgado et al., 2009). Εξαιτίας της ευκολίας εγκατάστασης και της 12

13 επιθετικότητας του ριζικού συστήματος που προκαλεί ζημιές σε θεμέλια κατοικιών και αρχαιολογικούς χώρους κλπ., θεωρείται από πολλούς ανεπιθύμητο είδος στις κατοικημένες περιοχές (Krigkas and Kokkini, 2004). Τέλος, παρουσιάζει μεγάλη αντοχή στη ρύπανση και την ξηρασία (Miller, 1990) Catalpa bignonioides Walt. Η κατάλπη (Catalpa bignonioides Walt.) είναι ένα εισαγόμενο είδος της οικογένειας Βignoniaceae που έχει φυτευτεί στις δενδροστοιχίες της Θεσσαλονίκης κυρίως για την ταχυαύξια και την καλλωπιστική της αξία. Είναι γνωστή για το χονδροειδές φύλλωμα και τα ευδιάκριτα λουλούδια με το γλυκό άρωμα (Καϊλίδης, 2000; Πατλής, 2003). Αποτελεί αυτόχθονο είδος της Αμερικής (Geyer, 2000) συγκεκριμένα των πολιτειών της Φλόριντα, Τζώρτζια, Αλαμπάμα και Μισισιπή και Λουιζιάνα είχε καλλιεργηθεί για πρώτη φορά το Έκτοτε εξαπλώθηκε σε πολλές πολιτείες (USDA, 1948). Στην ώριμη ηλικία το ύψος μπορεί να ποικίλει από 25 σε 40 πόδια ενώ η ηλικία του να φτάσει τα 40 με 50 χρόνια. Έχει φύλλα απλά, αντίθετα ή και σε σπειροειδή διάταξη, μήκους 5-6 ίντσες και πλάτους 4-6 ίντσες, με καρδιόσχημη βάση και μεγάλο μίσχο, λειόχειλες παρυφές και μαλακές τρίχες στην κάτω πλευρά του φύλλου, που είναι ελαφρώς ανοιχτότερου χρώματος απ ότι στην πάνω πλευρά (Ηarlow, 1979). Έχει τέλεια άνθη. Η ανθοφορία για το είδος συντελείται από το Μάιο μέχρι τον Ιούλιο. Τα άνθη βρίσκονται σε καλοσχηματισμένη πεντάλοβη στεφάνη. Το κάθε άνθος αποτελείται από 5 πέταλα ανόμοιου μεγέθους λευκά με μωβ στίγματα. Προτιμά εδάφη υγρά, βαθιά, καλά αποστραγγιζόμενα ωστόσο προσαρμόζεται σε ξηρά ή υγρά εδάφη, με ph από 5,5 μέχρι 7,0. Επιθυμεί φως ή και μερική σκίαση. 13

14 2 ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Σκοπός της παρούσας έρευνας είναι η μελέτη της ικανότητας των ειδών Catalpa bignonioides και Ailanthus altissima ως προς τη συγκράτηση βαρέων μετάλλων, μέσω της κόμης τους, σε οδικούς άξονες της Θεσσαλονίκης με αυξημένο κυκλοφοριακό φόρτο. Απώτερος στόχος είναι η επιλογή των κατάλληλων δασοπονικών ειδών για αστική και περιαστική χρήση, τα οποία θα συμβάλλουν στη μείωση της συγκέντρωσης βαρέων μετάλλων της ατμόσφαιρας και τελικά στην εξυγίανσή της προσφέροντας ποιότητα ζωής στους κατοίκους της πόλης. Ειδικότερα τα ερευνητικά ερωτήματα που πρέπει να απαντηθούν και αποτελούν τους επιμέρους στόχους της έρευνας συνοψίζονται παρακάτω: Συσχέτιση των δασοκομικών χαρακτηριστικών των ειδών (στηθιαία διάμετρος, συνολικό ύψος του δένδρου, ύψος έναρξης κόμης, διάμετροι κόμης/προβολή κόμης, όγκος κόμης) με τη συγκέντρωση των βαρέων μετάλλων στα φύλλα. Υπολογισμός της συγκέντρωσης βαρέων μετάλλων στην επιφάνεια των φύλλων σε σχέση με το είδος και τον χειρισμό που εφαρμόστηκε στα φύλλα (πλύση με αποσταγμένο νερό και μη πλύση). Επίδραση των μορφολογικών χαρακτηριστικών των φύλλων (απλά - σύνθετα, λεία - τραχιά) στη συγκέντρωση βαρέων μετάλλων που κατακρατήθηκαν από την επιφάνεια των φύλλων. 14

15 3 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 3.1 Αστικό πράσινο Το αστικό πράσινο αποτελεί ανεκτίμητο πλούτο για τους κατοίκους των πόλεων, συμβάλλοντας στη βελτίωση της ποιότητας ζωής τους. Οι πράσινοι χώροι αποτελούν δείγμα πολιτισμού. Δυστυχώς το φυσικό περιβάλλον καταναλώνεται προκειμένου να υποστηριχθεί η οικονομική ανάπτυξη (Konijnendijk, 2000). Ο σύγχρονος άνθρωπος της αστικοποιημένης κοινωνίας μας ζει μακριά από τη φύση, σε ένα αστικό περιβάλλον ιδιαίτερα υποβαθμισμένο, το οποίο επηρεάζει την ψυχική και τη σωματική του ισορροπία με θορύβους, ρύπους, βεβαρυμμένες κλιματικές συνθήκες, μονοτονία και γκρίζες εικόνες. Έτσι οι πόλεις έχουν γίνει, αν όχι επικίνδυνες, εχθρικές για τους κατοίκους της (Ντάφης, 2001). Ειδικότερα τα τελευταία χρόνια το ενδιαφέρον για το αστικό πράσινο της πόλης έχει αυξηθεί αρκετά καθώς ο βαθμός της αστικοποίησης έχει επιφέρει αξιόλογες επιπτώσεις στο φυσικό τοπίο. Πριν από 4000 χρόνια οι Αιγύπτιοι χρησιμοποιούσαν δένδρα για καλλωπιστικούς σκοπούς, συγκεκριμένα δένδρα με ριζόχωμα τα οποία είχαν μεταφυτευτεί και μεταφέρονταν με πλοίο πάνω από 2400 Km. Στην Ελλάδα επίσης από πολύ νωρίς δόθηκε ιδιαίτερη αξία στα καλλωπιστικά δένδρα με χαρακτηριστικό παράδειγμα τις οδηγίες φύτευσης και περιποίησης από τον Θεόφραστο. Σήμερα, η χρήση δενδροστοιχιών και πάρκων στις πόλεις, για τον εξωραϊσμό τους και τη βελτίωση των συνθηκών ζωής των κατοίκων τους, έχει καταστεί πρωταρχικό μέλημα διαφόρων ειδικοτήτων επιστημόνων (πολεοδόμων, αρχιτεκτόνων, δασολόγων κ.ά.). Ιδιαίτερα στην Δασολογική επιστήμη, έχει αναπτυχθεί ένας ξεχωριστός κλάδος η Δασοκομία πόλεων (Grey and Deneke 1986, Ντάφης 2001). Ο όρος αυτός αφορά έναν ειδικό κλάδο της δασοκομίας που έχει ως αντικείμενο την καλλιέργεια και τη διαχείριση των δένδρων για την παρούσα και πιθανή συμβολή τους στη φυσιολογική, κοινωνιολογική και οικονομική ευημερία της αστικής κοινωνίας (Grey & Deneke, 1986; Kuchelmeister & Braatz, 1993; Ottitsch et al., 1999; Stratu et al., 2016). Τα δένδρα στις πόλεις αρχικά επιλέγονταν με βάση την αισθητική τους αξία, όμως πλέον είναι ευρέως γνωστά για την εκπλήρωση του πολυλειτουργικού τους ρόλου. Η αξία τους αυτή είναι δύσκολο να αποτιμηθεί με οικονομικούς όρους, ωστόσο μερικά από τα 15

16 πλεονεκτήματα που προσφέρουν τα δένδρα είναι (Ντάφης, 2001): ποικιλία χρωμάτων, μορφών και υφής, απαλύνουν τις τραχιές αρχιτεκτονικές γραμμές, σχηματίζουν τον ορίζοντα, πλαισιώνουν θέες και ορίζουν τους χώρους, δροσίζουν τον περιβάλλοντα χώρο, προσφέρουν σκιά και ευχάριστες μορφές, παράγουν ήχους με το θρόισμα των φύλλων τους. Οι οικολογικές ιδιαιτερότητες του αστικού και περιαστικού περιβάλλοντος δημιουργούν συνθήκες δυσμενείς για τα δένδρα που μεγαλώνουν μέσα σε αυτό. Αυτές δημιουργούνται κυρίως από τη ρύπανση, τις μεταβολές των κλιματικών παραγόντων, την έλλειψη κατάλληλου αυξητικού χώρου και τις ανθρώπινες επεμβάσεις (Kozlowski, 1986; Ντάφης, 2001; Τσιτσώνη και Σαμαρά, 2002). Για το λόγο αυτό η σωστή εκλογή της θέσης φύτευσης αποτελεί σημείο κλειδί για την επιτυχημένη εγκατάσταση και διατήρηση του αστικού πρασίνου παρά τους περιορισμούς από το οικιστικό περιβάλλον και τις ανθρώπινες ενέργειες. Η λεπτομερής αποτίμηση των περιβαλλοντικών συνθηκών που επικρατούν, η ικανοποιητική προετοιμασία, στις κατάλληλες τεχνικές φύτευσης με την σωστή επιλογή των ειδών και τη συντήρησή τους συμπληρώνουν τι απαραίτητες ενέργειες (Σαμαρά & Τσιτσώνη, 2003). Η επιλογή δασοπονικών ειδών για χρήση σε αστικά περιβάλλοντα απαιτεί ειδικές γνώσεις και κριτική σκέψη. Σε κάθε φυσικό ή τεχνητό οικοσύστημα είναι προτιμότερο να επιλέγονται, όσο αυτό είναι δυνατόν, αυτοφυή είδη που ανήκουν στο χώρο φυσικής εξάπλωσης της περιοχής, καθώς αυτά έχουν ήδη επιδείξει ότι προσαρμόζονται επιτυχώς στις οικολογικές συνθήκες (Θανάσης κ.ά., 2007). Επομένως, για την εκλογή των κατάλληλων ειδών για χρήση μέσα στην πόλη της Θεσσαλονίκης πρέπει να χρησιμοποιηθούν τόσο οικολογικά κριτήρια όσο και κριτήρια με βάση το σκοπό χρήσης (Τσιτσώνη κ. ά., 2005). Η αισθητική συμβολή των δένδρων είναι ιδιαίτερης αξίας. Η μορφή των δένδρων, το σχήμα της κόμης τους αλλά και το φύλλωμά τους (χρώμα) συμβάλουν στην αισθητική αναβάθμιση του μονότονου αστικού τοπίου. Γι αυτό το λόγο η κόμη είναι ιδιαίτερα αξιόλογη στα αστικά δάση λόγω της αισθητικής της αξίας (Waguchi, 2004). Tα άνθη επίσης 16

17 και οι καρποί παρουσιάζουν μεγάλο αισθητικό ενδιαφέρον, για το σχήμα, το άρωμα και το χρώμα τους στα άνθη καθώς και οι καρποί και οι ταξικαρπίες. Τέλος, αξιόλογη αισθητική αξία παρουσιάζουν η κατασκευή, η υφή και το χρώμα του φλοιού του κορμού κάποιων ειδών (είδη του γένους Eucalyptus, Betula κλπ.). Το χαρακτηριστικό αυτό ενισχύεται ιδιαίτερα στα φυλλοβόλα ξυλώδη είδη κατά τη χειμερινή περίοδο (Γερασιμίδης, 2001). Πέρα από την αναμφισβήτητη συμβολή των δένδρων στην αισθητική αναμόρφωση του αστικού τοπίου, τα είδη του αστικού πρασίνου αποδεδειγμένα συμβάλλουν θετικά στην ψυχολογία των κατοίκων της. Μέσα στην έντονη καθημερινότητα και το στρες που ταλανίζει τους ανθρώπους της αστικοποιημένης κοινωνίας, τα δασοπονικά είδη ανυψώνουν ψυχικά και παράσχουν αίσθημα ηρεμίας και ασφάλειας. Τα αστικά πάρκα και οι χώροι αστικού πρασίνου, σύμφωνα με μελέτες, μπορεί να μειώνουν τον άγχος στους κατοίκους (Ulrich, 1981), τους αναζωογονεί και τους προσφέρει αίσθηση γαλήνης και ηρεμίας (Kaplan, 1983). Μελέτη των Kuo & Sullivan (2001) αποδεικνύει ότι οι κάτοικοι που ζούνε σε περισσότερο «πράσινο» περιβάλλον παρουσιάζουν μικρότερα επίπεδα φόβου, μικρότερη επιθετικότητα και μειωμένη βίαιη συμπεριφορά. Σε μελέτη από τον Ulrich (1984) σε ασθενείς ενός νοσοκομείου βρέθηκε ότι αυτοί που είχαν θέα από το παράθυρο τους σε δένδρα και φυσικό περιβάλλον ανάρρωσαν γρηγορότερα από αυτούς που η θέα στα δένδρα περιορίζονταν από κτίρια. Επιπρόσθετες έρευνες (Hartig et al., 1991; Conway, 2000; Nutsford et al., 2013; Alcock et al., 2014) επίσης επιβεβαιώνουν τα προαναφερθέντα ευρήματα σχετικά με τα οφέλη του αστικού πρασίνου στη μείωση του στρες και τη διανοητική υγεία. Το αστικό πράσινο προσφέρει πλήθος ωφελειών και στον κοινωνικό τομέα, ενθαρρύνοντας τη χρήση εξωτερικών χώρων, αυξάνοντας την αλληλεπίδραση μεταξύ των γειτόνων, ενθαρρύνοντας του κατοίκους να χρησιμοποιήσουν τους εξωτερικούς χώρους (Coley at al., 1997). Πέρα από τη συμβολή των δένδρων της πόλης σε κοινωνικά και ψυχολογικά οφέλη, αξιοσημείωτη είναι και η συμβολή τους στον οικονομικό τομέα του δήμου και των κατοίκων της. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η εξυγίανση της ατμόσφαιρας από τα δένδρα, που μπορεί να οδηγήσει σε μειωμένο κόστος για ενέργειες μείωσης της ρύπανσης αλλά και των προληπτικών μέτρων. Επιπρόσθετα, η αισθητική, ιστορική και η αξία αναψυχής των αστικών πάρκων αυξάνουν την ελκυστικότητα της πόλης και την προωθούν σαν τουριστικό προορισμό (Chiesura, 2004). Επιπρόσθετο οικονομικό πλεονέκτημα η εξοικονόμηση ενέργειας που προσφέρουν, καθώς το καλοκαίρι προσφέρουν σημαντική 17

18 αίσθηση δροσιάς μειώνοντας τη χρήση κλιματισμού τους καλοκαιρινούς μήνες και το χειμώνα συμβάλλουν στην μείωση της κεντρικής θέρμανσης με τη χρήση τους ως ανεμοφράκτες (Ciesla, 1995; Nowak et al., 2014). Καθοριστική είναι η συμβολή των δένδρων στη μείωση των αέριων ρύπων. Η ανάλυση των ιστών τους, η επιφάνεια των φύλλων τους, των κλαδίσκων και του φλοιού παρέχει μια εκτίμηση των περιβαλλοντικών συγκεντρώσεων των ρύπων στην ατμόσφαιρα (Market et al., 1997; Nowak et al., 2014). Πλήθος μελετών έχουν διεξαχθεί για το αστικό πράσινο που αποδεικνύουν την παραπάνω παραδοχή. Ο Nowak (1994), βρήκε ότι τα δένδρα που φύονται στο Σικάγο απομακρύνουν σε ετήσια βάση 602t αερίων ρύπων, έχοντας ως αποτέλεσμα την εξυγίανση της ατμόσφαιρας σε ποσοστό 0,3%. Αντίστοιχα, λίγα χρόνια αργότερα οι Nowak et al., (2006) υπολόγισαν ότι τα δένδρα στη Φιλαδέλφεια απομακρύνουν 1.084t αέριων ρύπων και 418 τόνους αιωρούμενων σωματιδίων, με αποτέλεσμα τη μείωση των επιπέδων ρύπανσης κατά 0,72% ετησίως. Τελευταία, οι Nowak et al., (2014) βρήκαν 17,4 εκατομμύρια τόνους να απομακρύνονται χάρη στα δένδρα και τα δάση των ΗΠΑ για το έτος Η απομάκρυνση αυτή των ρύπων αντιστοιχεί σε μείωση των επιπέδων ρύπανσης κατά 1%. Αντίστοιχα η απορρύπανση αυτή αντιστοιχεί σε αποφυγή περισσοτέρων από 850 περιστατικών ανθρώπινης θνησιμότητας και περιστατικών με αναπνευστικά προβλήματα. Οι McDonald et al., (2007) σε μελέτη στο Ηνωμένο Βασίλειο, διαπίστωσαν ότι τα δένδρα απομακρύνουν περίπου 4% των αιωρoύμενων σωματιδίων με διάμετρo μικρότερη από 10μm στα West Midlands και 3% στη Γλασκόβη. Σε αντίστοιχη μελέτη οι Yang et al., (2005) υπολόγισαν ότι τα δένδρα απομακρύνουν συνολικά 1.261t ρύπων από τον αέρα, με μείωση κατά 722t των PM 10 κατά τη διάρκεια ενός έτους. Ακόμα ένα παράδειγμα θετικής επίδρασης των δένδρων της πόλης στο πρόβλημα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης αποτελεί η έρευνα του Cavanagh (2008), σύμφωνα με την οποία τα δένδρα απομακρύνουν περίπου 300 τόνους αέριων ρύπων ετησίως στην πόλη Kράιστσερτς, στη Νέα Ζηλανδία. Φυσικά όλα τα είδη δεν συγκρατούν τις ίδιες ποσότητες αέριων σωματιδίων, όπως αποδεικνύεται κι από μεγάλο πλήθος βιβλιογραφίας που αφορά το φλέγον ζήτημα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στις πόλεις. Σύμφωνα με μελέτες, το κύριο πλεονέκτημα που προσφέρουν τα δένδρα και οι θάμνοι ως βιοκαταγραφείς της ρύπανσης είναι η ευρεία περιοχή εξάπλωσή τους που μας προσφέρει μεγάλη πυκνότητα σημείων δεγματοληψίας (Moreno et al., 2003; Gratian et al., 2008). Tα κωνοφόρα είδη συγκρατούν περισσότερο 18

19 από τα πλατύφυλλα, ταυτόχρονα αντικατοπτρίζουν τα επίπεδα της ρύπανσης για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, ενώ γενικότερα τα αειθαλή είδη έχουν μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα στην απομάκρυνση αέριων ρύπων, λόγω της μεγαλύτερης διάρκειας ζωής των φύλλων/βελονών τους (Βeckett et al., 2000a). Σε επόμενη έρευνά τους η ίδια ερευνητική ομάδα προσθέτει τη διαπίστωση ότι η επιφάνεια της κόμης του δένδρου αναχαιτίζει και συγκρατεί μέσω της φυλλικής επιφάνειας τους αέριους ρύπους (Βeckett et al., 2000b). Η ευαισθησία επίσης ενός είδους σε ένα συγκεκριμένο αέριο ρύπο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κριτήριο για τη μη τοποθέτησή του κοντά στην πηγή του συγκεκριμένου ρύπου, γλιτώνοντας έτσι χρόνο και χρήμα (Yang et al., 2005). Σε ένα μεγάλο πλήθος ερευνών επίσης σημαντικά κριτήρια για την επιλογή των ειδών ως προς την ικανότητά τους να συγκρατούν ρύπους τα χαρακτηριστικά της φυλλικής επιφάνειας. Τα τραχιά φύλλα, με τρίχες, λεπιοειδή, ρητινώδη παρουσιάζουν μεγαλύτερη ικανότητα συγκράτησης των αέριων ρύπων από τα φύλλα ειδών με λεία επιφάνεια (Sawidis et al., 1995; Chronopoulos et al., 1997; Beckett et al., 2000a, Mitchell et al. 2010, Saebo et al. 2011; Samara & Tsitsoni, 2014; Samara et al., 2016). Επιπλέον, η επίδραση του ύψους στην συγκράτηση βαρέων μετάλλων από τα φύλλα δασοπονικών ειδών που μελετήθηκε για πρώτη φορά στη διδακτορική διατριβή της Σαμαρά (2011), αποτελεί έναν σημαντικό παράγοντα που διαφοροποιείται για τα δύο του επίπεδα στα οποία μελετήθηκε (άνω και κάτω μέρος της κόμης). 19

20 3.2 Αστικό πράσινο στη Θεσσαλονίκη Η πόλη της Θεσσαλονίκης μπορεί να διακριθεί στις εξής περιοχές: Κέντρο: Αποτελεί μια ιδιαιτέρως πυκνοκατοικημένη περιοχή, με υψηλό συντελεστή δόμησης, άναρχη δόμηση και υψηλό φόρτο οχημάτων. Ανατολικό τμήμα: Οι συντελεστές δόμησης στις ανατολικές συνοικίες της πόλης βρίσκονται σε ανεκτό επίπεδο και είναι εξασφαλισμένοι οι απαραίτητοι κοινωφελείς χώροι με την ανάλογη ποιότητα ζωής για τους κατοίκους της περιοχής. Δυτικό τμήμα: Παρουσιάζει έντονη αστική υποβάθμιση που προέκυψε από πολλές αιτίες. Η περιοχή ήταν και είναι αποδέκτης της άναρχης και βίαιης αστικοποίησης στις δεκαετίες 50, 60, 70 και της εγκατάστασης εμπορικών και βιομηχανικών ρυπογόνων δραστηριοτήτων (Γκανάτσας κ.ά., 2002). Σύμφωνα με το Δίκτυο Σταθμών Ελέγχου Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης (Σταθμοί Βενιζέλου, Επταπυργίου, Μαρτίου, Λαγκαδά και Τούμπας) οι υψηλότερες τιμές ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην περιοχή της Θεσσαλονίκης εμφανίζονται κυρίως στο κέντρο και τις δυτικές συνοικίες (Σταθμοί Βενιζέλου και Λαγκαδά) λόγω της αμιγούς αστικής ρύπανσης και της βιομηχανίας (Γκανάτσας κ.ά., 2002). Η παλινδρομική κίνηση των αερίων μαζών, η οποία δημιουργείται από την ανάπτυξη του συστήματος της θαλάσσιας-απόγειας αύρας αποτελεί τον κυρίαρχο μηχανισμό μεταφοράς αερίων ρύπων (SO 2, αιωρούμενων σωματιδίων, CO, NO, NO 2 και O 3 ) στην πόλη της Θεσσαλονίκης. Επίσης καθοριστική είναι η συμβολή της ηλιακής ακτινοβολίας σε συνδυασμό με τη διεύθυνση του ανέμου (Πετρακάκης κ.ά., 2001; Tsitsoni and Zagas, 2001). Στην περιοχή της Θεσσαλονίκης οι περιοχές χρήσεων γης που απαντάται το πράσινο κατανέμονται ως εξής: α) Ιδιωτικοί χώροι (κατοικήσιμοι χώροι όπως προκήπια, όψεις, ταράτσες, ακάλυπτοι χώροι μεταξύ πολυκατοικιών), εμπορικοί χώροι και βιομηχανικές εγκαταστάσεις β) Χώροι με ειδικό καθεστώς διαχείρισης (Πανεπιστημιούπολη, αρχαιολογικοί χώροι, χώροι στρατοπέδων, αυλές εκκλησιών, αθλητικές εγκαταστάσεις, περιβάλλοντες χώροι νοσοκομείων. γ) Δημόσιοι χώροι (πάρκα αναψυχής, πεζόδρομοι, πεζοδρόμια, νησίδες δρόμων, παρτέρια, περιβάλλοντες χώροι σχολείων, δημόσιων υπηρεσιών και κέντρων πολιτισμού, ρέματα και φυτώρια. 20

21 Οι χώροι πρασίνου στο πολεοδομικό συγκρότημα της Θεσσαλονίκης χαρακτηρίζονται από την περιορισμένη έκτασή τους η οποία οφείλεται στην αλόγιστη οικοδομική δραστηριότητα. Πολλοί από τους χώρους πρασίνου είναι πρόχειρα φυτεμένοι αλλά και κακώς σχεδιασμένοι και οργανωμένοι έτσι ώστε να προσφέρουν αναψυχή και καταφύγιο στους πολίτες (Ανανιάδου-Τζημοπούλου, 1998), οι οποίοι καταπιέζονται καθημερινά από το επιβαρυμένο με κάθε μορφής ρύπανση σύγχρονο αστικό περιβάλλον. Το σύστημα της ολοκληρωμένης διαχείρισης (οικολογική, λειτουργική και αισθητική) των ελεύθερων αστικών χώρων (Grey and Deneke, 1992), αγνοήθηκε ολοκληρωτικά. Επίσης διαπιστώθηκε ότι η συντήρηση των έργων πρασίνου δε γίνεται με ορθολογικό και επιστημονικά μελετημένο τρόπο (Γκανάτσας κ.ά., 2002). Ο μεγαλύτερος χώρος πρασίνου του Δήμου Θεσσαλονίκης είναι ο χώρος του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Η συνολική του έκταση φτάνει τα 429 στρέμματα εκ των οποίων τα 257,5 στρέμματα αποτελούν πράσινη περιοχή. Ακολουθεί το πάρκο της ΧΑΝΘ με συνολική έκταση 40 στρέμματα εκ των οπίων τα 11,9 αποτελούν την πράσινη έκταση. Τέλος, το πάρκο της Νέας Ελβετίας με έκταση 30 στρέμματα έχει μεγαλύτερο ποσοστό πρασίνου, 24 στρέμματα (Γκανάτσας κ.ά., 2002). 3.3 Ρύπανση Γενικά H σημασία των χημικών στοιχείων και των ενώσεων στη διαμόρφωση των οικοσυστημάτων είναι μεγάλη. Οι ουσίες αυτές κυκλοφορούν και ανακυκλώνονται στη βιόσφαιρα μέσα από τους λεγόμενους βιογαιοχημικούς κύκλους. Η ισορροπία που έχει αποκατασταθεί στους βιογαιοχημικούς κύκλους και στα οικοσυστήματα είναι δυνατό να διαταραχθεί από την εισαγωγή ανεπιθύμητων στοιχείων. Η ανεξέλεγκτη εισαγωγή τέτοιων στοιχείων σ ένα οικοσύστημα μπορεί να φτάσει και στην καταστροφή της αρμονίας ανάμεσα στη ζωή και το περιβάλλον. Παρότι ένας αριθμός φυσικών διεργασιών (ηφαίστεια, πυρκαγιές κλπ.) μπορούν να απελευθερώσουν διαφορετικούς ρυπαντές στο περιβάλλον οι ανθρωπογενείς δραστηριότητες αποτελούν την κύρια αιτία της περιβαλλοντικής αέριας ρύπανσης. Επικίνδυνα χημικά μπορούν να δραπετεύσουν στο περιβάλλον κατά λάθος αλλά ένας 21

22 αριθμός αέριων ρύπων απελευθερώνονται από τι βιομηχανικές εγκαταστάσεις και άλλες δραστηριότητες και μπορούν να προκαλέσουν δυσμενή αποτελέσματα στην ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον (Κampa & Castanas 2008; Φυτιανός- Σαμαρά Κωνσταντίνου, 2009). Εξ ορισμού αέριος ρύπος είναι κάθε στοιχείο που μπορεί να βλάψει ανθρώπους, ζώα, βλάστηση. Όσον αφορά τον άνθρωπο ένας αέριος ρύπος μπορεί να αποτελέσει εν δυνάμει κίνδυνο στην ανθρώπινη υγεία. Ο καθορισμός του εάν ή όχι μια ουσία θέτει σε κίνδυνο την ανθρώπινη υγεία βασίζεται σε κλινική, επιδημιολογική και/ή μελέτη σε ζώα που αποδεικνύει ότι η έκθεση στο συστατικό συσχετίζεται με επιπτώσεις στην υγεία. Oι κυριότερες κατηγορίες των ανθρωπογενών πηγών χημικής ρύπανσης του περιβάλλοντος είναι οι παρακάτω: Βιομηχανίες Αστικές δραστηριότητες Συγκοινωνία κεντρική θέρμανση Γεωργικές δραστηριότητες Τυχαία περιστατικά Οι βλαπτικές συνέπειες από τη ρύπανση του περιβάλλοντος παίρνουν διάφορες διαστάσεις ανάλογα με το είδος, την ποσότητα και τη διάρκεια παραμονής των ρύπων στο περιβάλλον. Έτσι οι συνέπειες από τη εκπομπή ρύπων που καταστρέφουν το στρατοσφαιρικό όζον έχουν παγκόσμιες διαστάσεις. Τέσσερεις βασικές κατηγορίες ρύπων είναι οι ακόλουθες: 1. Αέριοι ρύποι 2. Έμμονοι οργανικοί ρύποι 3. Βαρέα μέταλλα 4. Αιωρούμενα σωματίδια (PM) O άνθρωπος έρχεται σε επαφή με διαφορετικούς αέριους ρύπους μέσω της εισπνοής και της έγχυσης στο στομάχι, ενώ η δερματική επαφή αντιπροσωπεύει ένα μικρό τρόπο έκθεσης. Η αέρια ρύπανση συνεισφέρει σε μεγάλο βαθμό στη μόλυνση των τροφίμων και του νερού μέσω του γαστρεντερικού και αναπνευστικού συστήματος, καθώς μπορεί να συμβεί απορρόφηση ρύπων, ενώ ένας αριθμός τοξικών συστατικών μπορεί να βρεθεί στο γενικό κυκλοφορικό σύστημα και να κατατεθεί σε διαφορετικούς ιστούς (Madden and Fowler, 2000). H εκπομπή ρύπων στην ατμόσφαιρα οφείλεται τόσο σε φυσικές διεργασίες 22

23 (βιολογικές δραστηριότητες, ηφαίστεια, πυρκαγιές κ.ά.) όσο και σε ανθρωπογενείς δραστηριότητες (βιομηχανία, παραγωγή ενέργειας, θέρμανση, μεταφορά κ. ά.) Μορφές ατμοσφαιρικών ρύπων Ο ρύποι βρίσκονται στην ατμόσφαιρα είτε στην αέρια κατάσταση με τη μορφή αερίων ή ατμών και ονομάζονται αέριοι ρύποι είτε στη στερεή φυσική κατάσταση με τη μορφή αιωρούμενων στερεών σωματιδίων ή σταγονιδίων και ονομάζονται σωματιδιακοί ρύποι Η ατμόσφαιρα είναι ένα δυναμικό σύστημα στο οποίο κάθε ρύπος έχει ορισμένο χρόνο παραμονής. Εκτός από τις διεργασίες που οδηγούν σε εκπομπή ή δευτερογενή σχηματισμό ρύπων, στην ατμόσφαιρα λαμβάνουν χώρα και διεργασίες απομάκρυνσης. Οι κυριότερες διεργασίες απομάκρυνσης των αέριων ρύπων από την ατμόσφαιρα είναι: Χημικές αντιδράσεις των ατμοσφαιρικών ρύπων με άλλα συστατικά της ατμόσφαιρας. Οι αντιδράσεις αυτές μπορεί να είναι ομογενείς (στην αέρια φάση) ή ετερογενείς (στην επιφάνεια αιωρούμενων σωματιδίων ή σταγονιδίων). Οι ομογενείς αντιδράσεις διακρίνονται σε θερμικές, φωτοχημικές και αντιδράσεις ελεύθερων ριζών (Φυτιανός και Σαμαρά Κωνσταντίνου, 2009). Ξηρή απόθεση δηλαδή απευθείας μεταφορά ενός αερίου ρύπου στο έδαφος ή στους ωκεανούς. Η ξηρή απόθεση των αέριων ρύπων οφείλεται σε μηχανισμούς προσρόφησης ή απορρόφησης σε μία στερεή ή υγρή φάση, αντίστοιχα. Η ξηρή απόθεση είναι ταχύτερη για τους αέριους ρύπους που είναι ευδιάλυτοι. Ξηρή απόθεση υφίστανται τα μικρά σωματίδια και οι αέριες ενώσεις τα οποία ακολουθούν αδρανώς τις κινήσεις του αέρα και τα οποία κατακρατούνται, όταν έρθουν σε επαφή, από την υποκείμενη επιφάνεια. H ευστάθεια ορίζεται από τη θερμοβαθμίδα (μεταβολή θερμοκρασίας με το ύψος). Η ξηρή απόθεση των σωματιδίων περιέχει συστατικά όπως θειικά, νιτρικά και αμμωνιακά που συνεισφέρουν στον ευτροφισμό και στην οξύνιση των οικοσυστημάτων. Περιέχει επίσης ραδιενεργά στοιχεία, κατιόντα όπως Na +, K +, C 2+ και Mg 2+ και τοξικά βαρέα μέταλλα όπως Pb, Cd και Zn (Petroff et al., 2008). Oι φυσικές επιφάνειες όπως επιφάνειες με βλάστηση, ευνοούν την ξηρή απόθεση (Seinfeld and Pandis, 1998). 23

24 Πολλές επιφάνειες όπως πχ. οι τοίχοι των κτηρίων επηρεάζονται από αυτό το είδος της απόθεσης, με αποτέλεσμα να είναι μαυρισμένα και σκονισμένα (Jonsson et al. 2007). Τέλος, η ξηρή απόθεση πραγματοποιείται για αιωρούμενα σωματίδια με διάμετρο > 10 μm ενώ τα σωματίδια με διάμετρο < 10 μm έχουν πολύ μικρή ταχύτητα πτώσης με αποτέλεσμα να παραμένουν εν αιωρήσει στην ατμόσφαιρα για μεγάλο χρονικό διάστημα. Υγρή απόθεση, δηλαδή μεταφορά αέριων ρύπων στο έδαφος ή τους ωκεανούς με τη βροχή, καθώς πολλά αέρια διαλύονται στα αιωρούμενα σταγονίδια της ατμόσφαιρας (ατμοσφαιρική υγρασία). Αποτελεί μια φυσική διαδικασία κατά την οποία ύλη αφαιρείται με τον υετό (βροχή, χιόνι, σταγόνες ομίχλης) από την ατμόσφαιρα και μεταφέρεται στην επιφάνεια της γης. Για αυτή τη διαδικασία είναι απαραίτητα τρία στάδια. Πρώτον, τα σωματίδια πρέπει να βρεθούν σε κατάσταση που να υπάρχει συμπυκνωμένο νερό, έπειτα πρέπει να απομακρυνθούν με τον υετό και τέλος πρέπει να μεταφερθούν στην επιφάνεια της γης. Τα σωματίδια μπορεί να υποστούν χημικές μετατροπές σε κάθε ένα από αυτά τα στάδια. Βέβαια, όλες οι παραπάνω διαδικασίες είναι αναστρέψιμες, δηλαδή η βροχή ναι μεν απομακρύνει σωματίδια κάτω από τα νέφη αλλά οι σταγόνες της βροχής που εξατμίζονται δημιουργούν νέα αεροζόλ (Seinfeld and Pandis, 1998). Σε κάθε περίπτωση, οι διεργασίες απομάκρυνσης των σωματιδιακών ρύπων εξαρτώνται σημαντικά από το μέγεθος των σωματιδίων (Φυτιανός & Σαμαρά- Κωνσταντίνου, 2009). Είναι πολύ σημαντικό όταν μελετάμε τους αέριους ρύπους και τις επιπτώσεις τους να ξεχωρίσουμε από την μία την αέρια ρύπανση και τις επιπτώσεις της και από την άλλη την αποτιθέμενη ρύπανση με τις αντίστοιχες επιπτώσεις. Ο λόγος για τον οποίο είναι τόσο σημαντικός αυτός ο διαχωρισμός είναι ότι η κλίμακα των δύο φαινομένων είναι πολύ διαφορετική. Οι απευθείας επιπτώσεις της αέριας ρύπανσης είναι περισσότερο τοπικό πρόβλημα και οι επιδράσεις είναι συνήθως μεγαλύτερες στις περιοχές κοντά στην πηγή της ρύπανσης. Από την άλλη πλευρά, η επίδραση της απόθεσης εξαπλώνεται σε πολλές εκατοντάδες ή χιλιάδες χιλιόμετρα (Seinfeld and Pandis, 1998). 24

25 3.3.3 Μέταλλα ως ρύποι του περιβάλλοντος Με τον όρο βαρέα μέταλλα χαρακτηρίζεται μια μεγάλη ομάδα στοιχείων μεγάλης σπουδαιότητας από βιομηχανική και βιολογική άποψη, με ατομική πυκνότητα μεγαλύτερη από 6 g/cm 3 (Alloway, 1995). Mε την παραδοχή ότι η βαρύτητα και η τοξικότητα συσχετίζονται, τα βαρέα μέταλλα περιλαμβάνουν τα μεταλλοειδή, όπως το αρσενικό, που είναι ικανά να προκαλούν τοξικότητα σε χαμηλά επίπεδα έκθεσης (Duffus, 2002). Τα τελευταία έτη υπάρχει αυξανόμενο ενδιαφέρον όσον αφορά την δημόσια υγεία που συσχετίζεται με την περιβαλλοντική μόλυνση από βαρέα μέταλλα. Επίσης, η έκθεση του ανθρώπου στα βαρέα μέταλλα έχει αυξηθεί δραματικά ως αποτέλεσμα της εκθετικής αύξησης της χρήσης τους σε βιομηχανικές, οικιστικές και τεχνολογικές εφαρμογές (Bradl, 2002). Πηγές βαρέων μετάλλων που έχουν αναφερθεί περιλαμβάνουν γεωλογικές, βιομηχανικές, γεωργικές, φαρμακευτικές πηγές αλλά και οικιακά απόβλητα. Η ρύπανση του περιβάλλοντος είναι πολύ σημαντική σε σημειακές πηγές με χυτήρια και εξορύξεις καθώς και σε άλλες βιομηχανικές μεταλλευτικές δραστηριότητες (Fergusson, 1990; Bradl, 2002; Ηe et al., 2005). Σίδηρος (Fe) Ο σίδηρος αποτελεί το δεύτερο πιο άφθονο μέταλλο στον φλοιό της γης (EPA, 1993). Αποτελεί το πιο κρίσιμο στοιχείο για την ανάπτυξη και την επιβίωση σχεδόν όλων των ζωντανών οργανισμών (Valko et al., 2005). Είναι ένα από τα πιο ζωτικής σημασίας στοιχεία των οργανισμών, όπως τα άλγη και τα ένζυμα (κυτόχρωμα και καταλάση), καθώς επίσης και των πρωτεϊνών που μεταφέρουν οξυγόνο, όπως είναι η αιμοσφαιρίνη και η μυοσφαιρίνη (Vuori, 1995). H πηγή του σιδήρου στο επιφανειακό νερό είναι ανθρωπογενής και συσχετίζεται με διαδικασίες εξόρυξης. Η συγκέντρωση του διαλυμένου σιδήρου στα βάθη των ωκεανών είναι κανονικά 0.6 nm ή 33.5 x 10-9 mg/l. Στα γλυκά ύδατα η συγκέντρωση είναι πολύ χαμηλή με μια ανίχνευση επιπέδου 5 μg/l, ενώ στα υπόγεια νερά η συγκέντρωση του διαλυμένου σιδήρου είναι πολύ υψηλή 20 mg/l (EPA, 1993a). Σε χώρες όπως η Λιθουανία, πολλοί άνθρωποι έχουν εκτεθεί σε ανεβασμένα επίπεδα σιδήρου μέσω του πόσιμου νερού, καθώς το συλλεγόμενο υπόγειο νερό υπερέβη το επιτρεπτό όριο που τέθηκε από την οδηγία της Ευρωπαϊκής ένωσης όσον αφορά την ποιότητα του πόσιμου νερού (Grazuleviciene et al., 2009). Βενθικά ασπόνδυλα και μια ποικιλία ψαριών 25

26 επηρεάζονται ισχυρά από άμεσα και έμμεσα αποτελέσματα της μόλυνσης με σίδηρο (Vuori, 1995). H τοξικότητα σιδήρου οδηγεί σε ένα ευρύ φάσμα από επιβλαβείς ελεύθερες ρίζες, που σχηματίζονται όταν ο απορροφούμενος σίδηρος, αποτυγχάνει να συνδεθεί με την πρωτεΐνη, η οποία με τη σειρά της επηρεάζει σοβαρά τη συγκέντρωση σιδήρου σε κύτταρα θηλαστικών, αλλά και στα βιολογικά υγρά. Τα ελεύθερα ιόντα διαπερνούν τα κύτταρα της καρδιάς, διεισδύουν στο ήπαρ και τον εγκέφαλο, ενώ μπορούν να προκαλέσουν και υπεροξείδωση των λιπιδίων με σοβαρά αποτελέσματα στα μιτοχόνδρια, τα μικροσωμάτια και άλλα κυτταρικά οργανίδια (Albretsen, 2006). Ψευδάργυρος (Zn) Ο Ψευδάργυρος αποτελεί απαραίτητο στοιχείο εξαιρετικής βιολογικής σημασίας και μεγάλης σημασίας για τη δημόσια υγεία. Χάρη στις μοναδικές του ιδιότητες χρησιμοποιείται σε ένα μεγάλο εύρος καταναλωτικών, γεωργικών και βιομηχανικών προϊόντων. Ο ψευδάργυρος είναι απαραίτητος για τη ζωή, διαδραματίζοντας σπουδαίο ρόλο στις βιολογικές διεργασίες όλων των ζωντανών οργανισμών (ανθρώπων, ζώων, φυτών). Είναι χρήσιμος για την κυτταροδιαίρεση, την πρωτεϊνοσύνθεση, το ανοσοποιητικό σύστημα και την ανάπτυξη. Παράγεται σε πολλά μέρη του κόσμου, Καναδά, Αυστραλία, Περού, ΗΠΑ, Μεξικό, Ιρλανδία, Ρωσία, Πολωνία, Σουηδία, Κορέα, Κίνα και Ιαπωνία. Συνήθης διαδικασία αποτελεί η επικάλυψη σιδήρου ή χάλυβα με ψευδάργυρο, χάρη στις αντιδιαβρωτικές ιδιότητες του μετάλλου. Για περισσότερα από 100 έτη ο ψευδάργυρος αποτελεί γνωστή πηγή ενέργειας. Συγκεκριμένα χρησιμοποιείται ως υλικό ανόδων για τις μπαταρίες Οι μπαταρίες ψευδαργύρου έχουν χρησιμοποιηθεί για πολλές δεκαετίες (Wiaux & Waefler, 1995). Παρότι ο ψευδάργυρος είναι απαραίτητος για την καλή υγεία, η υπερβολική ποσότητα μπορεί να βλάψει. Υπερβολική απορρόφηση ψευδαργύρου καταστέλλει την απορρόφηση χαλκού και σιδήρου (Fosmire, 1990). Το ελεύθερο ιόν ψευδαργύρου σε διάλυμα είναι εξαιρετικά τοξικό για τα φυτά, ασπόνδυλα αλλά και για τα σπονδυλωτά ψάρια (Eisler, 1993). Τα εδάφη που έχουν μολυνθεί με ψευδάργυρο από την εξόρυξη, διύλιση ή λίπανση με ψευδάργυρο περιέχουν κάποια γραμμάρια ψευδαργύρου ανά κιλό ξηρού εδάφους. Τα 26

27 επίπεδα ψευδαργύρου σε συγκέντρωση άνω των 500 ppm στο έδαφος παρεμποδίζουν την ικανότητα των φυτών να απορροφούν άλλα βασικά μέταλλα, όπως ο σίδηρος και το μαγγάνιο. Αντίστοιχα, ο ψευδάργυρος που καταλήγει στα ποτάμια μέσω βιομηχανικών και περιοχών εξόρυξης φτάνει τα 20 ppm. Σαφώς, η αποτελεσματική επεξεργασία των λυμάτων μπορεί να μειώσει σε μεγάλο βαθμό αυτές τις συγκεντρώσεις (Εmsley, 2001). Μαγγάνιο (Mn) Το μαγγάνιο είναι ένα φυσικώς απαντώμενο στοιχείο που βρίσκεται σε πετρώματα, έδαφος, νερό και στα τρόφιμα. Στους ανθρώπους και τα ζώα το μαγγάνιο είναι ένα απαραίτητο στοιχείο που διαδραματίζει σοβαρό ρόλο στην ανοργανοποίηση των οστών, στις πρωτεΐνες και τον μεταβολισμό της ενέργειας αλλά και την κυτταρική προστασία (Wedler, 1994). Αν και το μαγγάνιο είναι ένα απαραίτητο θρεπτικό συστατικό, η έκθεση σε υψηλά επίπεδα μέσω εισπνοής ή κατάποσης μπορεί να προκαλέσει κάποιες αρνητικές επιπτώσεις στην υγεία. Ήπιες ή δυσδιάκριτες επιδράσεις μπορούν να προκληθούν από χαμηλά αντίστοιχα αλλά φυσιολογικώς υπερβολικές, ποσότητες μαγγανίου και αυτές οι επιπτώσεις εμφανίζονται να αυξάνουν σε σοβαρότητα όσο το επίπεδο έκθεσης ή η διάρκεια έκθεσης μεγαλώνει. Είναι σαφώς ξεκάθαρο ότι η χρόνια έκθεση σε μαγγάνιο σε πολύ υψηλά επίπεδα επιδρά σε μόνιμη νευρολογική βλάβη (χυτήρια, ανθρακωρύχοι). Χρόνια έκθεση σε πολύ χαμηλότερα επίπεδα μαγγανίου (περιστασιακές εκθέσεις) συνδέεται με ελλείψεις στην ικανότητα να εκτελέσουν οι εκτιθέμενοι, ταχεία κίνηση των χεριών. Επίσης εντοπίζεται απώλεια προσανατολισμού και ισορροπίας, ίσως και συμπτώματα απώλειας μνήμης, άγχος, αϋπνία (Williams et al., 2012). Το μαγγάνιο στο νερό μπορεί να βιοσυγκεντρωθεί σημαντικά σε χαμηλά τροφικά επίπεδα. Βιβλιογραφικά δεδομένα δείχνουν ότι οι κατώτεροι οργανισμοί όπως τα άλγη έχουν μεγαλύτερο βαθμό βιοσυσσώρευσης από τους ανώτερους οργανισμούς. Για τα θαλάσσια ύδατα το κριτήριο που έχει τεθεί είναι 0,1 mg/l (EPA, 1993b). Πολύ μικρή πληροφορία είναι αντίστοιχα διαθέσιμη για τις ατμοσφαιρικές αντιδράσεις του μαγγανίου (ΕPA, 1984). H κύρια πηγή μαγγανίου στις πόλεις είναι το ΜΜΤ (η συντομογραφία της ένωσης με το σύνθετο όνομα μεθυλοκυκλοπενταδιενυλο-τρικαρβονυλικό μαγγάνιο) (Κουϊμτζής κ.ά., 1998). Το ΜΜΤ υποβάλλεται σε φωτόλυση από το φως του ήλιου στην 27

28 ατμόσφαιρα ή σε υδατικά διαλύματα με μια πολύ σύντομη ημιζωή (Ter Haar et al., 1975; Garrison et al., 1995). Οι φασματοσκοπικές μελέτες των σωλήνων των εκπομπών MMT που περιέχουν βενζίνη έδειξαν ότι το μαγγάνιο στην ένωση ΜΜΤ μετατρέπεται σε ένα μίγμα στερεών οξειδίων του μαγγανίου, θειικών και φωσφορικών (Ressler et al. 2000, Mölders et al., 2001). Η ίδια η ένωση ΜΜΤ, είναι ιδιαιτέρως τοξική, ωστόσο το ποσό του επιπλέον Mn 3 O 4 που παράγεται κατά την καύση της δεν αυξάνει το συνολικό ποσό του μαγγανίου που λαμβάνουμε στο σώμα μας, μέσω της τροφής, νερού και αέρα. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η μελέτη χρήσης της ένωσης στον Καναδά για μια δεκαπενταετία, κατά την οποία δεν παρατηρήθηκαν δυσμενείς επιδράσεις στην υγεία ούτε αύξηση των επιπέδων του μαγγανίου στα αστικά εδάφη (Κουϊμτζής κ.ά., 1998). Χαλκός (Cu) Ο χαλκός (Cu) ανευρίσκεται αυτοφυής στη φύση, ωστόσο είναι γεγονός πως τα σημερινά κοιτάσματα αυτοφυούς χαλκού έχουν είτε περιοριστεί αρκετά είτε δεν μπορούν να γίνουν οικονομικά εκμεταλλεύσιμα. Συνηθέστερα απαντάται στο φλοιό της γης με τη μορφή θειούχου ορυκτού όπως για παράδειγμα ο χαλκοπυρίτης (Schesinger et al., 2011). Το μέταλλο εμφανίζει δύο αριθμούς οξείδωσης (+1 και +2). Δεν είναι ιδιαίτερα δραστικό μέταλλο γι' αυτό και δεν αντιδρά εύκολα με άλλα στοιχεία και δε χρησιμοποιείται ευρέως ως αναγωγικό. Στον ατμοσφαιρικό αέρα καλύπτεται αρχικά από τα οξείδιό του, το οποίο, με το διοξείδιο του άνθρακα μετατρέπεται σε ανθρακικό χαλκό. Αντιδρά με οξυγόνο, θείο και αλογόνα προς τις αντίστοιχες ενώσεις. Δεν προσβάλλεται από αραιά οξέα ούτε από πυκνό θειικό οξύ, προσβάλλεται από το νιτρικό οξύ (HNO 3 ). Η βιομηχανία ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών ειδών κάνει ευρεία χρήση χαλκού (Cu), από τον οποίο κατασκευάζει πάσης φύσεως αγωγούς (καλώδια), ηλεκτρονικά εξαρτήματα, όπως πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων, πηνία, ηλεκτρομαγνήτες πάσης φύσεως για ηλεκτροκινητήρες και γεννήτριες κτλ. Χρησιμοποιείται, επίσης, στις κατασκευές κυματαγωγών. Οι υγροί συσσωρευτές θειικού οξέος (π.χ. οι μπαταρίες αυτοκινήτων) χρησιμοποιούν χαλκό σε κάθε ηλεκτροχημικό στοιχείο. Στην κατασκευή κτηρίων χρησιμοποιείται για στέγες και σωληνώσεις. Στις εφαρμογές του σε σωληνώσεις στα κτίρια περιλαμβάνονται εκτός από αυτές μεταφοράς θερμού ή ψυχρού νερού οικιακής χρήσης υπό πίεση, επίσης οι σωληνώσεις κεντρικής θέρμανσης με θερμαντικά σώματα με ακτινοβολία, οι σωληνώσεις 28

29 θέρμανσης δαπέδων, καθώς και οι σωληνώσεις φυσικού αερίου ή φωταερίου (William, 2003). Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί χρειάζονται το ιχνοστοιχείο του χαλκού (Cu) για την ανάπτυξη και την επιβίωσή τους καθώς εμπλέκεται σε μυριάδες λειτουργίες στο σώμα θεμελιώδους σημασίας όπως την αναπνοή, την εξάλειψη των ελεύθερων ριζών, την παραγωγή ενέργειας. Ο χαλκός βρίσκεται σε μια ποικιλία τροφών και είναι επίσης διαθέσιμο ως συμπλήρωμα (Pena et al. 1999; Patel et al. 2000). Κάδμιο (Cd) Το μεγαλύτερο μέρος του καδμίου παράγεται ως παραπροϊόν της χύτευσης του ψευδαργύρου, αφού τα δύο αυτά μέταλλα τις περισσότερες φορές απαντώνται μαζί. Η συνήθης ρύπανση του περιβάλλοντος από κάδμιο παρουσιάζεται σε περιοχές με χυτήρια μετάλλων ψευδαργύρου, μολύβδου και χαλκού. Η καύση του άνθρακα έχει σαν αποτέλεσμα να καταλήξει το κάδμιο στο περιβάλλον, όπως και η διαδικασία αποτέφρωσης των απορριμμάτων που περιέχουν κάδμιο αποτελεί ακόμα μία σημαντική πηγή ρύπανσης του περιβάλλοντος από κάδμιο. Ακόμα μια χρήση του καδμίου απαντάται στα PVC, ως σταθεροποιητής, ως ηλεκτρόδιο στις επαναφορτιζόμενες μπαταρίες, ως χρωστική για τη βαφή των πλαστικών (στην ιονική του μορφή). Παρουσιάζει μεγάλη ομοιότητα με τον ψευδάργυρο και γι αυτό το λόγο τα φυτά απορροφούν κάδμιο από το νερό της άρδευσης. Τα φωσφορικά λιπάσματα που περιέχουν το ιονικό κάδμιο σαν φυσικό ρυπαντή αυξάνουν τα επίπεδα καδμίου στο έδαφος. Επιπρόσθετα, επειδή η πρόσληψη καδμίου στα φυτά αυξάνεται με τη μείωση του ph του εδάφους, μία από τις συνέπειες της όξινης βροχής αποτελεί η αύξηση της περιεκτικότητας καδμίου στην τροφή. Το κάδμιο είναι ιδιαιτέρως τοξικό για τον άνθρωπο, με θανατηφόρα δόση περίπου 1 gr. Συσσωρεύεται στο ήπαρ, στη σπλήνα και στο θυροειδή αδένα όπου και προκαλεί σοβαρές παθήσεις. Αν και το κάδμιο δε βιομεγεθύνεται, αποτελεί σοβαρό συσσωρευτικό δηλητήριο καθώς, αν δεν αποβληθεί γρήγορα, η παραμονή του στο σώμα διαρκεί μερικές δεκαετίες (Φυτιανός & Σαμαρά - Κωνσταντίνου, 2009). 29

30 Κοβάλτιο (Co) Το κοβάλτιο κατατάσσεται ως ένα στρατηγικό μέταλλο, εξαιτίας των εφαρμογών του στη βιομηχανία και την εξάρτηση βιομηχανικών χωρών από τις εισαγωγές κοβαλτίου. Οι χρήσεις του κοβαλτίου περιλαμβάνουν τις μεταλλουργικές και τις μη μεταλλουργικές. Οι μεταλλουργικές χρήσεις περιλαμβάνουν την αντοχή στη διάβρωση, αντοχή σε θερμότητα, τη χρήση του κοβαλτίου σε κράματα νικελίου, κράματα σιδήρου, επικαλύψεις κοβαλτίου, χάλυβα. Οι μη μεταλλουργικές χρήσεις περιλαμβάνουν τη χρήση ενώσεων χάλυβα στα χημικά (καταλύτες, στεγνωτήρια, χρωστικές) και ηλεκτρονικές εφαρμογές (μέσα μαγνητικής εγγραφής, μπαταρίες). Υπερβολικά επίπεδα κοβαλτίου στο ανθρώπινο σώμα προκαλούν δηλητηρίαση. Το κοβάλτιο είναι ένα ουσιώδες μέταλλο σε μικρές ποσότητες ως ένα συστατικό της βιταμίνης Β 12. Η ανεπάρκεια του κοβαλτίου που είναι πολύ σπάνια, είναι δυνητικά θανατηφόρα, οδηγώντας σε κακοήθη αναιμία (Donaldson & Beyersmann, 2005). Για τον συνήθη πληθυσμό, φαγητό και ποτό παρουσιάζουν την κύρια πηγή κοβαλτίου. Ίχνη κοβαλτίου είναι επίσης παρόντα σε τσιμέντο και διάφορα προϊόντα οικιακής χρήσης. Στη βιομηχανία, η δυνητική έκθεση στο κοβάλτιο είναι ιδιαιτέρως σημαντική κατά την παραγωγή σκόνης κοβαλτίου, την παραγωγή σκληρών μετάλλων, το γυάλισμα διαμαντιών. Η κύρια απορρόφηση στον ανθρώπινο οργανισμό συντελείται μέσω των πνευμόνων και του γαστρεντερικού συστήματος. Η απορρόφηση διαμέσου της επιδερμίδας μπορεί να συμβεί αλλά πιο σπάνια (Lauwerys & Lison, 1994). Η τοξικότητα στα φυτά έχει ως αποτέλεσμα την πτώση των φύλλων, μείωση πρασινίσματος, αποχρωματισμένα νεύρα στο φύλλο, πρόωρο κλείσιμο των φύλλων και μειωμένο βάρος βλαστών. Τα οφέλη περιλαμβάνουν αύξηση στην αντοχή σε ξηρασία, ρύθμιση της συσσώρευσης των αλκαλοειδών σε φαρμακευτικά φυτά και η αναστολή της βιοσύνθεσης του αιθυλενίου (Palit et al., 1994). 30

31 Χρώμιο (Cr) Το χρώμιο (Cr) είναι ένα φυσικώς απαντώμενο στοιχείο, ευρέως διαδεδομένο στη φύση, με αφθονία στο φλοιό της Γης, με καταστάσεις οξείδωσης από το δισθενές χρώμιο μέχρι το εξασθενές χρώμιο (Jacobs & Testa, 2005). Το στοιχειακό χρώμιο δεν απαντάται σε φυσική μορφή. Οι ενώσεις του χρωμίου εμφανίζουν σταθερότητα στην τρισθενή του μορφή και βρίσκονται στη φύση σε αυτή τη μορφή συνήθως σε μεταλλεύματα. Η εξασθενής του μορφή είναι η δεύτερη πιο σταθερή κατάσταση του χρωμίου (Patlolla et al., 2009). Το χρώμιο εισέρχεται σε αέρα, νερό και έδαφος από μια μεγάλη ποικιλία από φυσικές και ανθρωπογενείς πηγές με τη μεγαλύτερη απελευθέρωση να συντελείται από βιομηχανικές δραστηριότητες. Οι βιομηχανίες με τη μέγιστη απελευθέρωση περιλαμβάνουν επεξεργασία μετάλλων, βυρσοδεψία. Σε ανθρώπους και ζώα, το τρισθενές χρώμιο αποτελεί απαραίτητο συστατικό που διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη γλυκόζη και στο μεταβολισμό λίπους και πρωτεΐνης ενισχύοντας τη δράση της ινσουλίνης (Goyer, 2001). Το εξασθενές χρώμιο είναι ένας τοξικός βιομηχανικός ρύπος που κατατάσσεται στα ανθρώπινα καρκινογόνα από κάποιες νομοθετικές υπηρεσίες (IARC, 1990; U.S. EPA, 1992; ATSDR, 2000). Ο κίνδυνος στην υγεία που συσχετίζεται με την έκθεση σε χρώμιο εξαρτάται από την οξειδωτική του κατάσταση, από τη χαμηλή τοξικότητα της κατάστασης του μετάλλου μέχρι την υψηλή τοξικότητα του εξασθενούς χρωμίου. Καθώς το χρώμιο είναι ευρέως διαδεδομένο σε πλήθος βιομηχανικών δραστηριοτήτων αποτελεί συστατικό στοιχείο πολλών περιβαλλοντικών συστημάτων (Cohen et al., 1993). Νικέλιο (Ni) Τα νικέλιο αποτελεί ένα από τα πιο ευέλικτα και σημαντικά μέταλλα που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία. Είναι ευρέως διαδεδομένο και απαντάται σε αέρα, νερό και έδαφος. Φυσικές πηγές ατμοσφαιρικού νικελίου περιλαμβάνουν σκόνη από ηφαιστειακές εκπομπές και από την αποσάθρωση πετρωμάτων και εδαφών. Μια σημαντική βιομηχανική χρήση του νικελίου είναι αυτή σε κράματα σιδήρου, χάλυβα για την επαύξηση της σκληρότητας και της ανθεκτικότητάς τους. Άλλη σημαντική χρήση είναι η επινικέλωση διαφόρων υλικών για προστασία από τη διάβρωση αλλά και η ανθεκτικότητα στη θερμότητα που προσδίδει με την επικάλυψη, καθώς και η σκόνη νικελίου στη μεταλλουργία. Άλλες χρήσεις του είναι στην κατασκευή διάφορων εργαλείων, 31

32 αντικειμένων πολυτελείας, χημικών οργάνων εξαρτημάτων ραδιοφώνων και ηλεκτρικών συσκευών αλλά και στην παραγωγή ειδικών κραμάτων νικελίου, στα ηλεκτρόδια μπαταριών και στα νομίσματα. Ο ρόλος του νικελίου ως καταλύτη στις χημικές διαδικασίες, είναι ίσως ο λιγότερο γνωστός απ όλες τις χρήσεις. Καταλύτες με βάση το νικέλιο αποτελούν το κλειδί για αρκετά σημαντικές αντιδράσεις, όπως η υδρογόνωση των φυτικών ελαίων η αναμόρφωση των υδρογονανθράκων η παραγωγή λιπασμάτων, φυτοφαρμάκων και μυκητοκτόνων. Ωστόσο, παρουσιάζει και δυσμενείς επιπτώσεις για τους ανθρώπους, όπως για παράδειγμα στους εργάτες παγκοσμίως, που εκτίθενται σε αερομεταφερόμενες αναθυμιάσεις αλλά και σκόνη που περιέχει νικέλιο και επομένως η εισπνοή είναι η κύρια οδός πρόσληψης. Για τον γενικότερο πληθυσμό, το πόσιμο νερό και η τροφή αποτελούν τα κύρια σημεία έκθεσης σε νικέλιο, ενώ συνήθη είναι και τα φαινόμενα εμφάνισης αλλεργιών. To νικέλιο μπορεί να δεσμεύσει το ασβέστιο ακόμα και να εμποδίσει την απορρόφηση σιδήρου ενώ η εισπνοή του νικελίου μπορεί να φτάσει σε σημείο να προκαλέσει καρκίνο στους πνεύμονες, τη μύτη και τα ιγμόρεια, ενώ μπορεί να δεσμεύσει το ασβέστιο ακόμα και την απορρόφηση σιδήρου (IARC, 1997; Duda-Chodak & Blaszczyk, 2008). Τέλος, η πληθώρα των βιομηχανικών και εμπορικών χρήσεων του νικελίου αλλά και των ενώσεων αυτού, έχει οδηγήσει σε αύξηση των εκπομπών των ρυπογόνων ουσιών στα οικοσυστήματα. Παρότι, λοιπόν, το νικέλιο είναι ζωτικής σημασίας για τη λειτουργία πολλών οργανισμών, τα επίπεδα συγκέντρωσης σε ορισμένες περιοχές από ανθρωπογενείς απελευθερώσεις μπορεί να αποβούν ιδιαιτέρως τοξικά για τους ζωντανούς οργανισμούς (Diagomanolin et al., 2004; Cempel & Nikel, 2006). Μόλυβδος (Pb) Ο μόλυβδος (Pb) είναι μέταλλο με μεγάλη περιβαλλοντική σημασία. Είναι το πιο άφθονο και χρησιμοποιείται ευρύτατα και για το λόγο αυτό είναι ευρέως διασκορπισμένο στο περιβάλλον. Αν και η συγκέντρωσή του εξακολουθεί να αυξάνεται σε ορισμένα μέρη του κόσμου, οι χρήσεις εκείνες που προκαλούν ανεξέλεγκτη διασπορά έχουν μειωθεί πολύ τις τελευταίες δύο δεκαετίες στα κράτη της Ασίας και συνεπώς η συγκέντρωσή τους εκεί έχει μειωθεί. Ο μόλυβδος γενικά δε δημιουργεί περιβαλλοντικά προβλήματα μέχρι τη στιγμή που διαλύεται και προκύπτει η ιονική μορφή (Φυτιανός & Σαμαρά-Κωνσταντίνου, 2009). Ο μόλυβδος αν και δεν αποτελεί απαραίτητο στοιχείο για την ανάπτυξη των φυτών, 32

33 εντούτοις η παρουσία του στο έδαφος και την ατμόσφαιρα είναι δυνατό να οδηγήσει στην ύπαρξη τοξικών συγκεντρώσεων στους φυτικούς ιστούς (Kabata-Pendias and Pendias 1992; Davies, 1995). Στη φύση ελάχιστη ή καθόλου μεθυλίωση συντελείται στη φύση. Έτσι όλος σχεδόν ο τετραλκυλιούχος μόλυβδος στο περιβάλλον προέρχεται από τη βενζίνη. Ένα μεγάλο ποσοστό του περιβαλλοντικού μολύβδου σε πολλά μέρη του κόσμου προέρχεται από τις εκπομπές των οχημάτων και απαντάται κυρίως στην ανόργανη μορφή. Η χρήση αμόλυβδης βενζίνης με τη λειτουργία των καταλυτών στα αυτοκίνητα σε Αμερική και Ευρώπη είχε σαν αποτέλεσμα τη μείωση του ποσού που προσλαμβάνεται από τους κατοίκους τούτων των περιοχών. Τμήμα του μολύβδου της βενζίνης εισέρχεται στο σώμα κατευθείαν από τον εισπνεόμενο αέρα κι ένα άλλο τμήμα εισέρχεται έμμεσα από την τροφή στην οποία έχει ενσωματωθεί. Το αερομεταφερόμενο οξείδιο του μολύβδου τελικά καθιζάνει στο έδαφος, νερό, φρούτα ή φυλλώδη λαχανικά και μπορεί συνεπώς να εισέλθει στην τροφική αλυσίδα, καθώς και ο διαλυτός μόλυβδος απορροφάται από τα φυτά. Οι μικροοργανισμοί βιοσυγκεντρώνουν το μόλυβδο, αν και ο μόλυβδος δεν υφίσταται βιομεγέθυνση στην τροφική αλυσίδα Ρύπανση με βαρέα μέταλλα και βλάστηση Ένα μεγάλο πλήθος ερευνητών στον κόσμο, έχουν μελετήσει διεξοδικά το φλέγον ζήτημα της αέριας ρύπανσης με βαρέα μέταλλα και τη συμπεριφορά των δασοπονικών ειδών του αστικού πρασίνου ως προς την συγκράτησή τους. Οι Fatoki & Ayodele (1991) διερεύνησαν τη συγκέντρωση Ζn και Cu στο φλοιό δένδρων σε 34 δειγματοληπτικά σημεία με διαφορετικά επίπεδα ρύπανσης στην πόλη Ιle-Ife της Νιγηρίας. Ο ψευδάργυρος (Ζn) συσχετίστηκε με την ατμοσφαιρική πυκνότητα και τα χαρακτηριστικά του φλοιού. Οι συγγραφείς κατέληξαν ότι το μέταλλο προέρχεται από ανθρωπογενείς πηγές, κυρίως από τον κυκλοφοριακό φόρτο οχημάτων. Παρόμοιες αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν για τον χαλκό (Cu), σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις, δεν παρουσίασαν κάποια συσχέτιση με τον κυκλοφοριακό φόρτο ή τα χαρακτηριστικά του φλοιού. Τέλος, διαπιστώθηκε και στην εν λόγω εργασία ότι οι τραχείς φλοιοί συσσωρεύουν περισσότερα σωματίδια βαρέων μετάλλων. 33

34 Oι Sawidis et al. (1995), μελέτησαν την αέρια ρύπανση της Θεσσαλονίκης με τη χρήση δένδρων ως βιοδεικτών. Τα είδη που χρησιμοποιήθηκαν ήταν τα Ligustrum japonicum, Nerium oleander, Olea europea, Pinus brutia, Platanus orientalis, Populus alba, Populus nigra, και Robinia pseudoacacia. Για τον προσδιορισμό των μετάλλων (χαλκός (Cu), ψευδάγυρος (Zn), μόλυβδος (Pb)) πραγματοποιήθηκε διαλυτοποίηση των δειγμάτων με χρήση ισχυρών οξέων στους φυτικούς ιστούς και φασματόμετρο ατομικής απορρόφησης. Οι μέσες συγκεντρώσεις χαλκού (Cu) είχαν εύρος από 5 μέχρι 10 mg kg 1 ξηρού βάρους, ο ψευδάργυρος (Zn) μεταξύ 19 και 85 mg kg 1 DW και ο μόλυβδος (Pb) μεταξύ <1,5 και 4,5 mg kg 1 DW. Τέλος, παρατηρήθηκε διαφοροποίηση μεταξύ των δασοπονικών ειδών. Τα παλαιότερα φύλλα που είχαν συλλεχθεί το φθινόπωρο είχαν μεγαλύτερη συγκέντρωση βαρέων μετάλλων από τα νεαρά φύλλα της άνοιξης ενώ η τραχύτητα της εξωτερικής επιφάνειας των φύλλων εμφανώς συνεισέφερε στην παγίδευση αέριων σωματιδίων. Οι Alfani et al., (1996) μελέτησαν τις περιεκτικότητες σε χαλκό (Cu), μόλυβδο (Pb), μαγγάνιο (Μn) και σίδηρο (Fe) στις επιφάνειες των φύλλων του είδους Quercus ilex από διαφορετικά σημεία του αστικού κέντρου στη Νάπολη της Ιταλίας, που διέφεραν στο βαθμό της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Επιπρόσθετα, συλλέχθηκε έδαφος από τη βάση του κορμού του των ατόμων που μελετήθηκαν, για την εύρεση της περιεκτικότητας σε μέταλλα. Μια θετική συσχέτιση μεταξύ των φύλλων και περιεκτικότητα του εδάφους σε μέταλλα βρέθηκε μόνο για το μόλυβδο (Pb), γεγονός που υποδηλώνει ότι τα ίχνη του μετάλλου στο περιεχόμενο των φύλλων εξαρτάται άμεσα από τις ατμοσφαιρικές εναποθέσεις. Eπιπρόσθετα, εποχιακές διακυμάνσεις των Pb, Cu και Fe ήταν σαφείς στη μολυσμένη περιοχή, ενώ καμία ουσιαστική εποχιακή διακύμανση δεν παρατηρήθηκε σε περιοχή ελέγχου. Επιπλέον, η συσσώρευση μετάλλων ήταν υψηλή στη ρυπασμένη περιοχή. Η περιεκτικότητα σε μαγγάνιο (Mn) και η εποχιακή δυναμική ήταν συγκρίσιμες και στις περιοχές έλεγχου και στις μολυσμένες περιοχές. Οι συγκεντρώσεις των μετάλλων ήταν σημαντικά υψηλότερες σε φύλλα δένδρων στην άκρη του δρόμου, από ότι στα φύλλα που συλλέχθηκαν από τα πολεοδομικά τετράγωνα, οι οποίες ήταν στη συνέχεια σημαντικά υψηλότερες από τις συγκεντρώσεις που μετρήθηκαν στα δένδρα των πάρκων. Οι Chronopoulos et al., (1997) μελέτησαν τις συγκεντρώσεις μολύβδου (Pb) και καδμίου (Cd) στα είδη Pittosporum sinensis και Nerium oleander καθώς και στο έδαφος δύο κύριων πάρκων στην Αθήνα (Πεδίο του Άρεως και Εθνικός Κήπος). Οι συγκεντρώσεις των 34

35 δύο μετάλλων ήταν αισθητά υψηλότερες στις περιφερειακές ζώνες και μειώνονταν με κατεύθυνση το εσωτερικό του πάρκου. Ο βαθμός συγκέντρωσης των μετάλλων στα φυτά και στο έδαφος συσχετίστηκε με την πυκνότητα και τη δομή της βλάστησης, τον κυκλοφοριακό φόρτο, την επιφάνεια του φύλλου των δύο ειδών (το είδος Νerium oleander έχει πιο τραχιά φύλλα και κατακρατεί περισσότερο τους αέριους ρύπους συγκριτικά με το Pittosporum sinensis). Oι Chronopoulos et al., (1997) βρήκαν ότι οι συντελεστές συσχέτισης, μεταξύ των συγκεντρώσεων τoυ μολύβδου (Pb) και καδμίου (Cd) στις διαφορετικές θέσεις δειγματοληψίας, ήταν 0,91 για το Πεδίο του Άρεως και 0,96 για τον Εθνικό Κήπο (Αθήνα) (p<0,001) και αυτό αποτελεί ένδειξη ότι οι συγκεκριμένοι ρύποι προέρχονται από την ίδια πηγή, που είναι οι εκπομπές των εξατμίσεων των οχημάτων και τα ελαστικά τους. Oι Freer-Smith et al., (1997) μελέτησαν το δάσος Rough Wood στην Αγγλία, όσον αφορά τη μελέτη της ποσότητας του υλικού που συσσωρεύεται στο φύλλωμα των δένδρων εξαιτίας της τοποθεσίας του σε μια πυκνοκατοικημένη αστική περιοχή και την εγγύτητά του σε αυτοκινητόδρομο υψηλής κυκλοφορίας. Η ανάλυση των στοιχείων έδειξε μια μεγάλη ποσότητα σωματιδίων οργανικής προέλευσης στα φύλλα του είδους Quercus robur. Από τα ανόργανα στοιχεία, η πλειονότητά τους, συμπεριελάμβανε αλουμίνιο (Al) και πυρίτιο (Si) σε ποικίλες ποσότητες, δηλαδή είχαν εδαφική προέλευση. Μερικά στοιχεία ταυτοπoιήθηκαν ως προϊόντα καύσης, ενώ αλάτι πιθανότατα από τη θάλασσα ήταν παρόν στην επιφάνεια των φύλλων. Μερικά σωματίδια περιείχαν χαλκό, κασσίτερο και τιτάνιο γεγονός που αντανακλά την εγγύτητα του δάσους σε τοπικά μεταλλεία. Οι συγγραφείς συμπέραναν ότι τα αιωρούμενα σωματίδια συσσωρεύονται καθ όλη τη διάρκεια της αυξητικής περιόδου. Τέλος, περισσότερα σωματίδια βρέθηκαν στα δένδρα που ήταν κοντά σε αυτοκινητόδρομο. Oι Samecka-Cymerman A. & A.J. Kempers (1999) μελέτησαν μακροστοιχεία και βαρέα μέταλλα (νικέλιο (Ni), χρώμιο (Cr), κοβάλτιο (Co), βανάδιο (V), ψευδάργυρο (Zn), μαγγάνιο (Mn), μόλυβδο (Pb), κάδμιο (Cd), χαλκό (Cu), υδράργυρο (Hg), βάριο (Ba) και στρόντιο (Sr) στο έδαφος και σε τρία είδη αειθαλών ειδών Ilex aquifolium, Mahonia aquifolium και Rhododendron catawbiense. Tα είδη συλλέχτηκαν στο Βοτανικό κήπο της πόλης Wroclaw της Πολωνίας, η οποία είναι ιδιαιτέρως εκτεθειμένη σε εξατμίσεις στην ατμόσφαιρα λόγω κυκλοφοριακού φόρτου, χημικών εργοστασίων, χυτηρίων μετάλλων. Οι αναλύσεις εδαφικού δείγματος αλλά και φύλλων οδήγησαν στο συμπέρασμα ότι ο Βοτανικός κήπος 35

36 παρουσιάζει αυξημένα επίπεδα συγκέντρωσης των ρύπων νικελίου (Ni), χρωμίου (Cr), κοβαλτίου (Co), καδμίου (Cd) μέσω της ατμόσφαιρας και ψευδαργύρου (Zn), μολύβδου (Pb), υδραργύρου (Hg) πιθανότατα μέσω της ατμόσφαιρας, αλλά και του εδάφους. Oι Beckett et al., (2000a) με την έρευνά τους είχαν ως στόχο την ταυτοποίηση πέντε ειδών (Sorbus aria, Acer campestre, Populus deltoides x trichocarpa Beaupre, Pinus nigra var. maritima, Cupressocyparis leylandii), που μεγιστοποιούν τα οφέλη στην ποιότητα του τοπικού αέρα, στην πόλη Brighton του Ηνωμένου Βασιλείου. Διαπιστώθηκε ότι τα δέντρα κοντά σε δρόμους συγκρατούν σημαντικά μεγαλύτερες συγκεντρώσεις ρύπων από αυτά της υπαίθρου. Επίσης, τα κωνοφόρα είδη συγκρατούν μεγαλύτερες συγκεντρώσεις αιωρούμενων σωματιδίων από τα πλατύφυλλα. Τέλος, μεταξύ των πλατύφυλλων που μελετήθηκαν αυτά με την τραχιά επιφάνεια φύλλου είναι πιο αποτελεσματικά στην συγκράτηση σωματιδίων. Oι Pourkhabbaz et al., (2010) μελέτησαν στην πόλη Mashhad του Ιράν, τον βαθμό με τον οποίο βλάπτει η ρύπανση προερχόμενη από τον κυκλοφοριακό φόρτο, τα φύλλα του είδους Platanus orientalis L., στο αστικό κέντρο και σε μια αγροτική περιοχή. Έδαφος και αέρας από το αστικό κέντρο, κατέδειξαν εμπλουτισμό από διάφορα τοξικά στοιχεία, ωστόσο μόνο ο μόλυβδος (Pb) εντοπίστηκε στα φύλλα. Το μέγεθος του φύλλου και η πυκνότητα των στομάτων ήταν μικρότερα στην αστική τοποθεσία. Στο αστικό κέντρο η επιφάνεια των φύλλων ήταν καλυμμένη πλήρως από αέρια σωματίδια σκόνης, αλλά τα στόματα δεν είχαν φράξει, η επιδερμίδα ήταν λεπτότερη και τα υπόλοιπα ανατομικά χαρακτηριστικά έμειναν ανεπηρέαστα. Η παρατήρηση ότι τα φύλλα στα αστικά περιβάλλοντα ήταν καλυμμένα από αέρια σωματίδια σκόνης οδήγησε τους συγγραφείς στο συμπέρασμα ότι το πλατάνι μπορεί να συνεισφέρει σημαντικά στην βελτίωση της ποιότητας του αέρα, με την πιληματώδη επιφάνεια των φύλλων του και τη δικτυωτή μορφή των φλεβών του που προεξέχουν. Οι Petrova et al., (2014), συνέλεξαν φύλλα από τα είδη Acer platanoides L., Aesculus hippocastanum και Betula pendula Roth. από αστικές τοποθεσίες με διαφορετικό ανθρώπινο αντίκτυπο στην πόλη Plovdiv της Βουλγαρίας. Συγκεντρώσεις από Cd, Cr, Cu, Fe, Pb και Zn στο φύλλωμα των δένδρων αναλύθηκαν με το ICP-MS. Τα τρία μελετημένα φυλλοβόλα είδη κατέδειξαν διακυμάνσεις στις συγκεντρώσεις στοιχείων ανάλογα με το 36

37 σημείο δειγματοληψίας (τα βαρέα μέταλλα μόλυβδος, σίδηρο, χρώμιο) και το φυτικό είδος (το μέταλλο ψευδάργυρος). Καλύτερος βιοσυσσωρευτής των στοιχείων χρώμιο (Cr), κάδμιο (Cd) και ειδικά για τον ψευδάργυρο (Zn) αποτέλεσε το είδος Betula pendula. Tα αποτελέσματα για το κάδμιο (Cd) και τον χαλκό (Cu) δεν έδειξαν καθαρή σχέση με τα φυτικά είδη ή τις μελετημένες περιοχές. Οι συγγραφείς προτείνουν την προσέγγισή τους ως εφαρμόσιμη στη βιοπαρακολούθηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης από ιχνοστοιχεία στις αστικές περιοχές, ανεξάρτητα από το μέγεθος και την τοπογραφία τους. Οι Öztürk & Bozdoğan (2015), μελέτησαν τη συγκέντρωση μετάλλων των δένδρων που βρίσκονται στις δενδροστοιχίες της πόλης Kastamonu στην Τουρκία. Η συσσώρευση μετάλλων μετρήθηκε σε 80 φύλλα που ανήκαν σε 18 είδη, τα οποία βρίσκονταν σ έναν αστικό δρόμο μήκους 10,5km στην πόλη Kastamonu. Aποτελέσματα έδειξαν ότι μεταξύ των μετρημένων μετάλλων, ο ψευδάργυρος (Zn), αφομοιώθηκε σε μεγαλύτερα επίπεδα, ενώ ακολούθησαν με τη σειρά ο χαλκός (Cu), ο μόλυβδος (Pb), το νικέλιο (Ni) και το κάδμιο (Cd). Τα υψηλότερα επίπεδα ψευδαργύρου (Ζn), καδμίου (Cd), χαλκού (Cd) ανιχνεύθηκαν στα είδη Betula pendula, Elaeagnus angustifolia, Catalpa bignonioides και αντίστοιχα τα υψηλότερα επίπεδα νικελίου (Ni) και μολύβδου (Pb) βρέθηκαν στο είδος Acer campestre. Οι συγγραφείς προτείνουν τα είδη που μελετήθηκαν για βιοπαρακολούθηση της αστικής ρύπανσης. Στη μελέτη των Deljanin et al., (2015), μελετήθηκαν αερομεταφερόμενα σωματίδια (PM 10 ) σε φύλλα ιπποκαστανιάς που συλλέχθηκαν σε επιλεγμένα σημεία στο Βελιγράδι της Σερβίας, τα έτη 2006, 2009 και Όλα τα δείγματα αναλύθηκαν για την εύρεση των συγκεντρώσεων αρσενικού (As), καδμίου (Cd), χρωμίου (Cr), νικελίου (Ni) και μολύβδου (Pb). Βρέθηκε ότι κατά τη διάρκεια της μελέτης οι διαφορές μεταξύ των συγκεντρώσεων PΜ 10 δεν ήταν σημαντικές και ότι οι μετρημένες συγκεντρώσεις ήταν κάτω από τα όρια της νομοθεσίας της Σερβίας και της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Οι υψηλότερες τιμές των συγκεντρώσεων των ιχνοστοιχείων στα φύλλα παρατηρήθηκαν το 2012, με εξαίρεση τον μόλυβδο (Pb). H συγκέντρωση μολύβδου (Pb) είχε πτωτική τάση κατά τη διάρκεια ολόκληρης της περιόδου που μελετήθηκε, στα PM 10 και στα φύλλα των δένδρων αντίστοιχα. Παρότι τα ιχνοστοιχεία στην ιπποκαστανιά αφομοιώθηκαν μόνο κατά την θερινή περίοδο, τα φύλλα της ιπποκαστανιάς έδειξαν καλή ανταπόκριση σε αλλαγές στις ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις των ιχνοστοιχείων. Ωστόσο, οι εποχιακές διακυμάνσεις 37

38 ήταν εμφανείς στον καταμερισμό των πηγών των ιχνοστοχείων εξαιτίας της έλλειψης σταθερής επιρροής από τα συστήματα θέρμανσης. Μέσω της στατιστικής ανάλυσης σε κύριες συνιστώσες (ΑΚΣ) διαπιστώθηκε ότι μία από τις κύριες πηγές των μετρημένων στοιχείων ήταν η καύση ορυκτών καυσίμων. Οι Štrbac et al., (2016), μελέτησαν την αφομοίωση μετάλλων στα φύλλα των δένδρων της πόλης Νόβι Σαντ, στη Σερβία, στην αρχή και το τέλος της αυξητικής περιόδου, τον Μάιο και τον Σεπτέμβριο. Η διερεύνηση πραγματοποιήθηκε σε τρεις τοποθεσίες της αστικής περιοχής του Νόβι Σαντ, στα είδη Celtis australis, Juglans regia, Tilia platyphyllos, Platanus hybrida και Aesculus hippocastanum. Ο καθορισμός της συγκέντρωσης των μετάλλων αργίλιο (Al), αρσενικό (As), χρώμιο (Cr), μαγγάνιο (Mn), σίδηρος (Fe), κοβάλτιο (Co), νικέλιο (Ni), χαλκός (Cu), ψευδάργυρος (Zn), κάδμιο (Cd), και μόλυβδος (Pb) πραγματοποιήθηκε με το φασματόμετρο πλάσματος επαγωγικής σύζευξης (inductively coupled plasma optical emission spectrometry ICP/OES). Στα φύλλα των δένδρων που εξετάσθηκαν οι υψηλότερες συγκεντρώσεις παρατηρήθηκαν για: το αργίλιο (Al), σίδηρο (Fe), μαγγάνιο (Mn) και ψευδάργυρο (Zn). Παράλληλα εφαρμόστηκαν δύο χειρισμοί πλύση με αποσταγμένο νερό και μη πλύση. Oι υψηλότερες μέσες συγκεντρώσεις των μετάλλων παρατηρήθηκαν στα φύλλα του είδους Aesculus hippocastanum τον Σεπτέμβριο. Δένδρα από το Liman και το πάρκο Danube παρουσίασαν μεγαλύτερες συγκεντρώσεις μετάλλων στα φύλλα. Στο είδος Α. hippocastanum και Platanus hybrida παρατηρήθηκε αύξηση των μετάλλων αργιλίου (Al), χρωμίου (Cr), σιδήρου (Fe), και μολύβδου (Pb) από το Μάιο μέχρι τον Σεπτέμβριο με υψηλότερες συγκεντρώσεις αργιλίου και σιδήρου το Μάιο. Ωστόσο, στα είδη Celtis australis, Juglans regia, και Tilia platypyllos παρατηρήθηκε μείωση στα μέταλλα μαγγάνιο (Mn), σίδηρο (Fe), και ψευδάργυρο (Zn) από το Μάιο μέχρι τον Σεπτέμβριο. Η βάση των ευρημάτων αυτών σύμφωνα με τους συγγραφείς απαιτεί περαιτέρω διερεύνηση, ωστόσο οι διαφορετικές διαδικασίες πλύσης που εφαρμόστηκαν μπορεί να ευθύνονται εν μέρει για αυτές τις παρατηρήσεις. Οι Kosiorek et al., 2016 διερεύνησαν τη συγκέντρωση επιλεγμένων στοχείων στις βελόνες και στον φλοιό του είδους Pinus sylvestris L. και στα φύλλα του είδους Acer platanoides L. όπως και στο έδαφος στο οποίο τα δένδρα αναπτύσσονται, στην πόλη Οlsztyn της Βορειοανατολικής Πολωνίας. Τα μέταλλα σίδηρος (Fe), μαγγάνιο (Mn) και ψευδάργυρος (Zn) στις βελόνες, στα φύλλα και στο φλοιό των δένδρων που εξετάστηκαν ήταν υψηλότερα (στατιστικά σημαντικά) από τα υπόλοιπα στοιχεία. Η υψηλότερη 38

39 συγκέντρωση σιδήρου (Fe) και μαγγανίου (Mn) ανιχνεύτηκε στα φύλλα του είδους Acer platanoides L. ενώ η υψηλότερη μέση συγκέντρωση ψευδαργύρου (Zn) βρέθηκε στο είδος Betula pendula L. 4 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ 4.1 Γενικά Η παρούσα έρευνα πραγματοποιήθηκε στην πόλη της Θεσσαλονίκης και συγκεκριμένα στις περιοχές Καλαμαριάς και Φοίνικα που βρίσκονται στο ανατολικό της τμήμα. H Θεσσαλονίκη, αποτελεί τη δεύτερη μεγαλύτερη πόλη της Ελλάδας και σήμερα συνιστά ένα μεγάλο οικονομικό κέντρο με πληθυσμό που συνεχώς αυξάνεται με ταχύτατο ρυθμό. Η πόλη, στο δυτικό της τμήμα περιλαμβάνει βιομηχανική ζώνη ενώ στα ανατολικά της βρίσκονται οι περιοχές της Θέρμης, Πανοράματος και αεροδρομίου. Το κέντρο της πόλης αποτελεί ιδιαίτερα πυκνοκατοικημένη περιοχή με άναρχη δόμηση και υψηλό κυκλοφοριακό φόρτο. Αντίστοιχα, το ανατολικό τμήμα της πόλης παρουσιάζει καλύτερο συντελεστή δόμησης και περισσότερους κοινωφελείς χώρους για τους κατοίκους της. Το δυτικό της τμήμα παρουσιάζει χαρακτηριστικά αστικής υποβάθμισης εξαιτίας της έντονης αστικοποίησης των προηγούμενων δεκαετιών και της εγκατάστασης βιομηχανικών δραστηριοτήτων αρκετά ρυπογόνων (Samara & Tsitsoni, 2014). 4.2 Έδαφος Τα αστικά εδάφη λειτουργούν σαν πηγές και σαν συσσωρευτές ρύπων. Το φορτίο ρύπων σε αυτά είναι μεγαλύτερο από αυτό των περιοχών εκτός των αστικών κέντρων αν αναλογιστεί κανείς την επιβάρυνση των αστικών εδαφών από τις ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Σε αστικές περιοχές οι ρύποι στα εδάφη αποτελούν μεγάλη απειλή επειδή εισχωρούν εύκολα στην τροφική αλυσίδα με την εισπνεόμενη σκόνη, την επαφή με το δέρμα ή την αναπνοή (Αbrahams, 2002). Το έδαφος της πόλης και ειδικότερα των δενδροστοιχιών είναι αποτέλεσμα τεχνητών διαδικασιών (επιχωματώσεις) και μπορεί να χαρακτηριστεί ως ανώριμο χωρίς πεδογενετική εξέλιξη. Χαρακτηριστική είναι η έλλειψη της εδαφικής μικροπανίδας και της οριακής επίδρασης της υπάρχουσας βλάστησης στον εμπλουτισμό του εδάφους με οργανική ουσία (Ματζίρης, 2011). Τα εδάφη όσον αφορά τη 39

40 μηχανική τους σύσταση είναι βαριά προς μέτρια. Η εδαφική συμπίεση αποτελεί παράγοντα που μπορεί να επηρεάσει την ανάπτυξη των δασικών δένδρων του αστικού πρασίνου με αποτέλεσμα να παρεμποδίζεται η ανάπτυξη του ριζικού τους συστήματος, να εκμεταλλεύονται μικρότερο όγκο εδάφους. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα φυτά να έχουν στη διάθεσή τους μικρότερες ποσότητες νερού οξυγόνου και θρεπτικών στοιχείων. Το έδαφος των δενδροστοιχιών απαντάται σε στενές λωρίδες εφαπτόμενες σε δρόμους ή στο μέσο λεωφόρων διπλής κατεύθυνσης. Συνήθως εκεί υφίσταται χώρος μόνο για μια σειρά δένδρων εκτός κι αν πρόκειται για νησίδες οι οποίες πολλές φορές είναι ευρείες ώστε να υπάρχει ο απαραίτητος χώρος για δένδρα, θάμνους και λοιπά στοιχεία σχεδίασης τοπίου (Τσιτσώνη κ.ά., 2005; Batala & Tsitsoni, 2007, 2009). Τα περισσότερα προβλήματα στα εδάφη της πόλης εστιάζονται κυρίως στα φυσικά χαρακτηριστικά τους όπως είναι η δομή και η υφή αλλά και οι παράγοντας που επιδρούν στα χαρακτηριστικά αυτά όπως είναι η οργανική ουσία, η συμπίεση και η παρουσία μικροπανίδας (Ματζίρης, 2011). 4.3 Κλίμα Το κλίμα της Θεσσαλονίκης θεωρείται μεσογειακό με εμφανή ηπειρωτική επίδραση κατά τις διάφορες εποχές. Το πολεοδομικό συγκρότημα εκτείνεται σε υψόμετρο που κυμαίνεται από 0 έως 350 μέτρα. Οι μεγαλύτερες τιμές θερμοκρασίες παρατηρούνται τον Ιούλιο και οι μικρότερες τον Ιανουάριο. Σύμφωνα με τα στοιχεία του Μετεωρολογικού Σταθμού του Ινστιτούτου Δασικών Ερευνών στα Λουτρά Θέρμης (Σχήμα 1) που βρίσκεται σε απόσταση περίπου 10km σε ευθεία γραμμή από την περιοχή έρευνας και σε υψόμετρο 30m, η μέση ετήσια βροχόπτωση για τα έτη είναι 469mm, η μέση ετήσια θερμοκρασία αέρος 15,5 ο C, ο θερμότερος μήνας είναι ο Ιούλιος και ο ψυχρότερος ο Ιανουάριος. Η απόλυτη μέγιστη θερμοκρασία αέρος είναι 45 ο C ενώ η απόλυτα ελάχιστη 12 ο C. Η μέση σχετική υγρασία αέρος για τα έτη είναι 70%. 40

41 Σχήμα 1. Ομβροθερμικό διάγραμμα Δασικού μετεωρολογικού σταθμού Λουτρών Θέρμης για την χρονική περίοδο (ΙΔΕ) Οι αιολικές συνθήκες ποικίλουν μέσα στο έτος. Το χειμώνα επικρατούν βόρειοι άνεμοι με προέλευση τη πεδιάδα του Αξιού. Την άνοιξη πνέουν Ν, ΝΔ άνεμοι (Θαλάσσιες αύρες) ενώ το καλοκαίρι επικρατούν Β, Δ και ΝΔ άνεμοι (Tsitsoni and Zagas, 2001; Γκανάτσας κ.ά. 2002). Οι χιονοπτώσεις μέσα στην πόλη δεν αποτελούν σπάνιο φαινόμενο (Stathis & Mavromatis, 2009). Εκτός φυσικά από τα γενικά κλιματικά στοιχεία της περιοχής από οικολογικής άποψης μεγάλη σημασία έχουν οι ιδιαίτερες κλιματολογικές συνθήκες του κέντρου της πόλης που περιλαμβάνουν την αστική θερμονησίδα αλλά και την κίνηση του ανέμου μέσα στην πόλη. Η αστική θερμονησίδα αποτελεί ένα θερμικό φαινόμενο κατά το οποίο η θερμότητα εμποδίζεται στο να εξαπλωθεί και εγκλωβίζεται στην πόλη εξαιτίας της πυκνής δόμησης των κτηρίων (Santamouris, 2001). Οι αέριες μάζες χαρακτηρίζονται από παλινδρομική κίνηση η οποία αποτελεί τον κύριο μηχανισμό μεταφοράς αερίων ρύπων στην Θεσσαλονίκη. Οι υψηλότερες τιμές ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην περιοχή της Θεσσαλονίκης εμφανίζονται κυρίως στο κέντρο της πόλης, αλλά και στο δυτικό της τμήμα εξαιτίας της αστικής ρύπανσης και της βιομηχανικής δραστηριότητας (Γκανάτσας κ.ά. 2002). 41

42 5 ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ 5.1 Δειγματοληψία και μετρήσεις Η έρευνα πραγματοποιήθηκε στη Θεσσαλονίκη. Το πολεοδομικό συγκρότημα της Θεσσαλονίκης εκτείνεται σε περιοχή που το υψόμετρο κυμαίνεται από 0 έως 350 μ. (Πανόραμα). Το κέντρο της πόλης της Θεσσαλονίκης βρίσκεται σε υψόμετρο 20 μ. Σύμφωνα με τη βιβλιογραφία (Sawidis et al., 1995; Samara et al., 2016) οι κύριες πηγές βαρέων μετάλλων στη Θεσσαλονίκη είναι η κεντρική θέρμανση, ο κυκλοφοριακός φόρτος και οι οδικοί κόμβοι. Σημαντικός παράγοντας στη συγκέντρωση βαρέων μετάλλων είναι η κατεύθυνση των τοπικών ανέμων, κυρίως του Βαρδάρη, από βορειοδυτικά προς νοτιοδυτικά (Samara & Tsitsoni, 2014). Συγκεκριμένα, η έρευνα εκπονήθηκε στην Ανατολική Θεσσαλονίκη σε δενδροστοιχίες των παρακάτω κεντρικών οδικών αξόνων: Βούλγαρη (Εικ. 1) Εθνικής Αντιστάσεως (Εικ. 2) Ανδριανουπόλεως (Εικ. 3, 4, 5) Η συλλογή των φύλλων πραγματοποιήθηκε από δέκα άτομα του είδους Catalpa bignonioides και δέκα άτομα αντίστοιχα του είδους Ailanthus altissima (Pourkhabbaz et al., 2010). Η επιλογή των ειδών πραγματοποιήθηκε με βάση το μέγεθος αλλά και τη διαφορετική μορφολογία των φύλλων τους (απλά-σύνθετα, λεία-τραχειά) (Sawidis et al., 1995; Beckett et al., 2000; Pal et al., 2002; Pourkhabbaz et al., 2010). Από την επιλογή αυτή, προέκυψαν συνολικά στη συνέχεια 360 δείγματα. 42

43 Εικόνα 1. Βούλγαρη. Το τμήμα της δενδροστοιχίας Catalpa bignonioides που μελετήθηκε, επί της οδού Εικόνα 2. Το τμήμα της δενδροστοιχίας Ailanthus altissima που μελετήθηκε επί της λεωφόρου Εθνικής Αντιστάσεως. 43

44 Εικόνα 3. Το τμήμα της δενδροστοιχίας Ailanthus altissima που μελετήθηκε επί της οδού Ανδριανουπόλεως με Περικλέους. Εικόνα 4. Άτομο του είδους Ailanthus altissima που μελετήθηκε στη συμβολή των οδών Αίαντος και Ελευθέριου Βενιζέλου (προέκταση Ανδριανουπόλεως). 44

45 Εικόνα 5. Άτομο του είδους Ailanthus altissima που μελετήθηκε στη συμβολή των οδών Μεγάλου Αλεξάνδρου και Ελευθέριου Βενιζέλου (προέκταση Ανδριανουπόλεως). Επιλέχτηκαν είκοσι άτομα με παρόμοια ηλικία (δέκα από κάθε είδος), που βρίσκονται σε φάση ωριμότητας, χωρίς προσβολές και συλλέχθηκαν τα φύλλα (περίπου 200 gr). Τα φύλλα συλλέχθηκαν το πρωί μεταξύ 09:00 π.μ. και 12:00 μ.μ. και τοποθετήθηκαν σε χάρτινες σακούλες. Σύμφωνα με τη βιβλιογραφία (Taylor et al., 1990) η περιεκτικότητα σε βαρέα μέταλλα ποικίλει ανάλογα με το τμήμα των φυτών, επομένως η συλλογή δειγμάτων πρέπει να γίνεται από το ίδιο μέρος για όλα τα άτομα. Τα φύλλα ελήφθησαν από το κάτω και εξωτερικό τμήμα της κόμης που βρίσκεται σε αλληλεπίδραση με τα αέρια της ατμόσφαιρας. Ήταν πλήρως ανεπτυγμένα και υγιή, άθικτα από έντομα ή μύκητες και χωρίς χρωματικές διαφοροποιήσεις (Samara & Tsitsoni, 2014). Τα βαρέα μέταλλα των λειοτριβημένων φύλλων που μετρήθηκαν είναι τα εξής: σίδηρος (Fe), ψευδάργυρος (Zn), μαγγάνιο (Mn), χαλκός (Cu), κάδμιο (Cd), κοβάλτιο (Co) 45

46 χρώμιο (Cr) νικέλιο (Ni) μόλυβδος (Pb) Τα παραπάνω βαρέα μέταλλα που επιλέχθηκαν για την έρευνα είναι εκείνα που αναφέρονται στη διεθνή βιβλιογραφία ότι συνδέονται με τη ρύπανση από τον κυκλοφοριακό φόρτο στις πόλεις (Ndiokwere 1984; Hewitt & Rashed 1992; Hares & Ward 1999; Legret & Pagotto, 1999; Gnecco et al. 2005; Polkowska et al. 2007). Σύμφωνα με τη βιβλιογραφία (Kovács, 1992a,b), προτείνεται η δειγματοληψία των φύλλων για την έρευνα της συγκράτησης βαρέων μετάλλων να διεξάγεται τον Αύγουστο, καθώς για τα περισσότερα φυλλοβόλα είδη, τον μήνα αυτό η περιεκτικότητα των φύλλων σε βαρέα μέταλλα είναι η μέγιστη. Επιπλέον, τα φύλλα συλλέχθηκαν από την εξωτερική πλευρά της κόμης και το χαμηλότερο σημείο, καθώς σύμφωνα με την βιβλιογραφία (Martin and Coughtrey, 1982) η εξωτερική πλευρά της κόμης παρουσιάζει αυξημένη ικανότητα συγκράτησης στοιχείων της ατμόσφαιρας. Παράλληλα με τη λήψη φύλλων, για κάθε δένδρο μετρήθηκαν τα παρακάτω δασοκομικά χαρακτηριστικά: Η στηθιαία διάμετρος, με παχυμετρική ταινία. Το συνολικό ύψος του δένδρου, σε μέτρα, με υψόμετρο Haga. Το ύψος έναρξης κόμης, σε μέτρα, επίσης με υψόμετρο Haga. Η προβολή της κόμης (διάμετροι σε μέτρα, κατά τις διευθύνσεις Β-Ν και Α-Δ). Πέρα από τις παραπάνω μετρήσεις, υπολογίστηκε στη συνέχεια ο όγκος της κόμης για κάθε δένδρο. Οι ανωτέρω διαστάσεις συνδυάστηκαν στη συνέχεια με ένα στερεό γεωμετρικό σχήμα για τον υπολογισμό του όγκου της κόμης ο οποίος υπολογίστηκε σύμφωνα με τον ακόλουθο τύπο (Troxel et al., 2013): Όγκος κόμης= διάμετρος κόμης x ύψος κόμης x συντελεστής κόμης (1) Τα στερεά γεωμετρικά σχήματα με τα οποία προσομοιώθηκαν τα δύο είδη που μελετήθηκαν ήταν: επιμηκυμένο σφαιροειδές για τον αείλανθο και σφαιροειδές για την κατάλπη. Για την κάθε μορφή κόμης, δόθηκε ο αντίστοιχος συντελεστής κόμης σύμφωνα με 46

47 τους Troxel et al., (2013). Τέλος, τα δασοκομικά χαρακτηριστικά συσχετίστηκαν με τη συγκράτηση των βαρέων μετάλλων. 5.2 Χημικές αναλύσεις Οι χημικές αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο Δασοκομίας του τμήματος Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος και στο Ινστιτούτο Εδαφοϋδατικών Πόρων Θεσσαλονίκης. Επειδή τα φύλλα συγκρατούν τα βαρέα μέταλλα τόσο στην επιφάνειά τους όσο και τους ιστούς τους, για να προσδιοριστεί η διαφορά αυτή εφαρμόστηκαν δύο χειρισμοί: μη πλυμένα και πλυμένα φύλλα με αποσταγμένο νερό (Aksoy & Ozturk, 1997; Σαμαρά, 2011). Έχει αποδειχθεί ότι ακόμα και μια σύντομη πλύση με δισαποσταγένο νερό, που εφαρμόζεται δύο φορές πριν τις χημικές αναλύσεις μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική μείωση κάποιων συγκεντρώσεων στοιχείων (Tomasevic et al., 2011). Τα δείγματα αρχικά τοποθετήθηκαν σε φούρνο στους 75 ο C για 48 ώρες και μετά την εξαγωγή τους ακολούθησε λειοτρίβηση σε ηλεκτρικό μύλο (POLYMIX PX MFC 90D). Πραγματοποιήθηκε ξηρή καύση του φυτικού ιστού και ζύγιση 2 gr ξηραμένου και λειοτριβημένου δείγματος σε κάψα πορσελάνης. Η κάψα τοποθετήθηκε σε φούρνο πυράκτωσης στους 560 ο C για 4 ώρες. Μετά το πέρας των τεσσάρων ωρών, πραγματοποιήθηκε επαναφορά του δείγματος σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Κατόπιν, ακολούθησε προσθήκη 5ml HCl 6N. Έπειτα, το δείγμα διηθήθηκε μέσω ηθμού. Πραγματοποιήθηκε ποσοτική μεταφορά του δείγματος σε ογκομετρική φιάλη (50 ml) και συμπλήρωση του όγκου με αποσταγμένο νερό. Τέλος, για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης των μετάλλων στο διήθημα (αραιωμένη τέφρα) (Εικ. 6) χρησιμοποιήθηκε φασματόμετρο πλάσματος επαγωγικής σύζευξης (ICP, Optical Emission Spectrometer 2100 DV, Perkin Elmer)(Εικ. 7) (Donohue & Aho, 1992). 47

48 Εικόνα 6. Δείγματα (διήθημα, αραιωμένη τέφρα). Εικόνα 7. Φασματόμετρο πλάσματος επαγωγικής σύζευξης (ICP, Optical Emission Spectrometer 2100 DV, Perkin Elmer). Τα αντίστοιχα μήκη κύματος που χρησιμοποιήθηκαν και η χαμηλότερη ανιχνεύσιμη τιμή μετάλλου αντίστοιχα, σύμφωνα με τις προδιαγραφές του οργάνου ήταν: 1. για τον σίδηρο (Fe) 238,204nm και 0,0046ppm, 2. για το μαγγάνιο (Mn) 257,610nm και 0,0014ppm, 48

49 3. για τον ψευδάργυρο (Zn) 206,200nm και 0,0059ppm, 4. γα τον χαλκό (Cu) 327,393nm και 0,0097ppm, 5. για τo κάδμιο (Cd) 228,802nm και 0,0027 ppm, 6. για το κοβάλτιο (Cο) 228,616nm και 0,0070ppm, 7. για το χρώμιο (Cr) 267,716nm και 0,0071ppm, 8. για το νικέλιο (Ni) 231,604nm και 0,015ppm και 9. για τον μόλυβδο (Pb) 220,353nm και 0,042ppm αντίστοιχα. Το πρόγραμμα του υπολογιστή που χρησιμοποιήθηκε για τις αναλύσεις είναι το Winlab 32 ICP Continuous (Εικ. 8). Eικόνα 8. Λογισμικό πρόγραμμα Winlab 32 ICP. 49