ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΓΕΩΠΟΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗ ΕΔΑΦΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΓΕΩΠΟΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗ ΕΔΑΦΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ ΕΔΑΦΙΚΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΥΠΟΒΑΘΜΙΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΩΝ ΤΑΓΑΡΑΔΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΠΑΠΑΔΕΛΗΣ ΧΡΗΣΤΟΣ-ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ Πτυχιούχος Γεωπόνος Επιβλέπων: Γεώργιος Ζαλίδης, Καθηγητής ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2009

2 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΓΕΩΠΟΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗ ΕΔΑΦΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ ΕΔΑΦΙΚΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΥΠΟΒΑΘΜΙΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΩΝ ΤΑΓΑΡΑΔΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΠΑΠΑΔΕΛΗΣ ΧΡΗΣΤΟΣ-ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ Πτυχιούχος Γεωπόνος Επιβλέπων: Γεώργιος Ζαλίδης, Καθηγητής ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ Καθηγητής, Γεώργιος Ζαλίδης, Επιβλέπων Καθηγητής, Νικόλαος Μισοπολινός, Μέλος τριμελούς συμβουλευτικής επιτροπής Επίκουρος Καθηγήτρια, Θεοδώρα Ματσή, Μέλος τριμελούς συμβουλευτικής επιτροπής ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ

3 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ Πρόλογος... 5 Περίληψη... 6 Absract ΕΙΣΑΓΩΓΗ Γενικά Εδαφική ποιότητα Εδαφικές λειτουργίες Εδαφική ποιότητα Εδαφικές λειτουργίες Εκτίμηση της εδαφικής ποιότητας Ρύπανση εδαφών Κυριότερες πηγές ρύπανσης Ρύπανση εδαφών από διασταλάζοντα των Χ.Υ.Τ.Α Ποιοτική σύνθεση διασταλαζόντων Ρύπανση εδαφών από οργανικές ενώσεις Συμπεριφορά οργανικών ουσιών στο έδαφος Επιπτώσεις της οργανικής ρύπανσης στις λειτουργίες του εδάφους Ρύπανση εδαφών με βαρέα μέταλλα Πηγές βαρέων μετάλλων Μορφές βαρέων μετάλλων στο έδαφος Συμπεριφορά βαρέων μετάλλων στο έδαφος Ικανότητα του εδάφους να αποικοδομεί ρύπους Αποκατάσταση εδαφών Τεχνολογίες αποκατάστασης υποβαθμισμένων εδαφών Μηχανικές και χημικές τεχνολογίες αποκατάστασης εδαφών Βιολογικές τεχνολογίες αποκατάστασης εδαφών Σύστημα παρακολούθησης ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ Γενικά Γενικό πλαίσιο και στόχοι της στρατηγικής για τα εδάφη Δράσεις και μέσα Νομοθετική πρόταση Σκοπός ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ Περιοχή μελέτης

4 2.2. Εδαφολογικά δεδομένα Τοπική πολυωνυμική παρεμβολή Ποσοτική εκτίμηση της εδαφικής ποιότητας ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Οριοθέτηση ζωνών υποβάθμισης εδαφικού πόρου Ποσοτικοποίηση βαθμού υποβάθμισης εδαφικού πόρου Αξιολόγηση εδαφικών δεικτών Αποτελέσματα μετρήσεων βαρέων μετάλλων Βαθμονόμηση εδαφικών δεικτών και εκτίμηση εδαφικής ποιότητας ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ I Δεδομένα εδάφους

5 Πρόλογος Το έδαφος αποτελεί ένα δυναμικό οικοσύστημα, το οποίο επιτελεί πολλές λειτουργίες και προσφέρει υπηρεσίες ζωτικής σημασίας για τις δραστηριότητες του ανθρώπου και την επιβίωση των οικοσυστημάτων. Το έδαφος δέχεται αυξανόμενες περιβαλλοντικές πιέσεις οι οποίες προκαλούνται από δραστηριότητες του ανθρώπου. Η ρύπανση των εδαφών και ειδικότερα των γεωργικών εδαφών είναι ένα θέμα που χρήζει ιδιαίτερης ευαισθησίας καθώς υποβαθμίζεται η ποιότητα του εδάφους με αντίκτυπο τόσο στο περιβάλλον όσο και στην υγεία των ανθρώπων και των ζώων. Η Ε.Ε. με την Οδηγία πλαίσιο για την προστασία των εδαφών ορίζει ότι τα κράτη μέλη έχουν την υποχρέωση να λάβουν κατάλληλα μέτρα, ώστε να περιοριστεί η ακούσια ή εκούσια είσοδος ρύπων στην επιφάνεια ή στο εσωτερικό του εδάφους, να αποτραπεί η μείωση της λειτουργικότητας του εδάφους να διασφαλιστεί η υγεία του ανθρώπου και να διατηρηθεί η κατάσταση του περιβάλλοντος. Επιπλέον, τα κράτη μέλη πρέπει να εντοπίσουν και να χαρακτηρίσουν στην επικράτειά τους τις ρυπασμένες τοποθεσίες και να χαράξουν μια εθνική στρατηγική αποκατάστασης. Για την εφαρμογή της Οδηγίας είναι απαραίτητη η αξιολόγηση της ποιότητας των εδαφών και η εξειδίκευση των μεθόδων που έχουν αναπτυχθεί για την αξιολόγηση, οι οποίες χρησιμοποιούν μαθηματικές σχέσεις που βασίζονται στις εδαφικές ιδιότητες, προκειμένου να εκτιμήσουν το βαθμό επιτέλεσης των εδαφικών λειτουργιών. Σε αυτό το σημείο θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά όλους εκείνους που συνέβαλαν στην ολοκλήρωση της διατριβής αυτής. Καταρχήν τον επιβλέποντα καθηγητή κ. Γ. Ζαλίδη και τα μέλη της τριμελούς επιτροπής κ. Ν. Μισοπολινό, Καθηγητή και κα Θ. Ματσή, Επ. Καθηγήτρια, για την καθοδήγηση, συμπαράσταση και βοήθειά τους καθόλη την πορεία εκπόνησης της διατριβής. Επίσης τον κ. Μπαρμπαγιάννη, καθηγητή της Γεωπονικής Σχολής για τη βοήθειά του στις μετρήσεις καθώς και τους κ. Γ. Μπίλα, κ. Ν. Καραπέτσα, κ. Β. Τακαβάκογλου, κα. Σ. Στράτη κ. Α. Γλάβα και κ. Γ. Βαβλιάκη. Τέλος, τους γονείς μου Θεόδωρο και Όλγα για την ηθική υποστήριξή τους, και όχι μόνο, σε όλη τη διάρκεια των προπτυχιακών και μεταπτυχιακών μου σπουδών. 5

6 Περίληψη Η αξιολόγηση της ποιότητας του εδάφους αποτελεί σημαντικό εργαλείο για τη σωστή διαχείριση των εδαφικών πόρων με τελικό στόχο την προστασία του περιβάλλοντος και της υγείας του ανθρώπου, των φυτών και των ζώων. Σκοπός της εργασίας ήταν η εφαρμογή ποσοτικοποιημένης μεθόδου αξιολόγησης του βαθμού υποβάθμισης ρυπασμένων περιοχών, στο πλαίσιο της Ευρωπαϊκής Θεματικής Στρατηγικής για τα εδάφη. Το πείραμα έλαβε χώρα στην περιοχή των Ταγαράδων, η οποία επλήγει τον Ιούλιο του 2006, όταν διέρρευσαν διασταλάζοντα λύματα επιβαρυμένα με ρύπους, από λιμνοδεξαμενή της παρακείμενης χωματερής. Έγινε διάνοιξη 20 φρεατίων στην περιοχή που δέχτηκε τον μεγαλύτερο όγκο διασταλάζοντων και λήψη άλλων 20 επιφανειακών δειγμάτων. Ακολούθησαν αναλύσεις στο εργαστήριο για τον έλεγχο της κατάστασης των εδαφικών δεικτών και της παρουσίας βαρέων μετάλλων στο έδαφος. Εφαρμόστηκε μεθοδολογία για την ποσοτική εκτίμηση της εδαφικής ποιότητας και με τη χρήση των Γ.Σ.Π. έγινε χωρική κατανομή της υποβάθμισης της περιοχής με βάση την τιμή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας. Η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε, ανταποκρίνεται στα κριτήρια που έχει ορίσει η Θεματική Στρατηγική για τα εδάφη και συντελεί στην πρόληψη, την αποκατάσταση και τον έλεγχο της υποβάθμισης. Λέξεις κλειδιά: εδαφική ποιότητα, εδαφικές λειτουργίες, υποβάθμιση εδαφών, βαρέα μέταλλα 6

7 Absract Soil quality assessment for remediation of contaminated soils in Tagarades Soil quality assessment constitutes an important tool for the appropriate management of soil resources aiming at the protection of the environment and health of human, plants and animals. The objective of this work was to implement a quantitative method for assessing the degree of degradation of polluted areas under the framework of Soil Thematic Strategy. The experiment took place in a part of the agricultural area of Tagarades, Greece, which was affected by waste water spilling from the nearby sanitary landfill in July A total of 20 auger holes were opened for soil sampling and another 20 surface soil samples were taken. Soil samples were analyzed for heavy metals and basic soil properties. A method was proposed and implemented for soil quality quantitative assessment and soil degradation was mapped and zoned using GIS based on electrical conductivity. The proposed method fulfills the criteria posed by the Soil Thematic Strategy of EU and contributes to prevention, restoration and control of soil degradation. Key words: soil quality, soil functions, soil degradation, heavy metals 7

8 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1. Γενικά Το έδαφος αποτελεί ένα δυναμικό οικοσύστημα, το οποίο επιτελεί πολλές λειτουργίες και προσφέρει υπηρεσίες ζωτικής σημασίας για τις δραστηριότητες του ανθρώπου και την επιβίωση των οικοσυστημάτων. Το έδαφος δέχεται αυξανόμενες περιβαλλοντικές πιέσεις οι οποίες προκαλούνται από δραστηριότητες του ανθρώπου. Παραδείγματα ανθρώπινων δραστηριοτήτων αποτελούν οι ακατάλληλες γεωργικές και δασοκομικές πρακτικές, η βιομηχανική δραστηριότητα, ο τουρισμός και η αστική ανάπτυξη. Οι δραστηριότητες αυτές μειώνουν την ικανότητα του εδάφους να επιτελεί ανεμπόδιστα τις καίριας σημασίας λειτουργίες του. Το έδαφος αποτελεί ουσιαστικά μη ανανεώσιμο πόρο, υπό την έννοια ότι οι ρυθμοί υποβάθμισης μπορεί να είναι ταχείς, ενώ οι διεργασίες σχηματισμού και ανανέωσης είναι εξαιρετικά αργές. Η υποβάθμιση του εδάφους προκαλεί δυσμενείς επιπτώσεις και σε άλλους ευαίσθητους τομείς, όπως η προστασία των επιφανειακών και των υπόγειων υδάτων, η υγεία του ανθρώπου, η κλιματική αλλαγή, η προστασία του περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας και η ασφάλεια των τροφίμων. Για τους παραπάνω λόγους και εξαιτίας της απουσίας ειδικής νομοθεσίας για την προστασία των εδαφικών πόρων, η Ευρωπαϊκή Επιτροπή στο πλαίσιο του 6 ου Κοινοτικού Προγράμματος Δράσης για το περιβάλλον προχώρησε στη χάραξη Θεματικής Στρατηγικής για τα εδάφη. Σκοπός της Στρατηγικής είναι η αειφόρος χρήση του εδάφους και η ανάσχεση και η αντιστροφή της υποβάθμισης του. Κάθε κράτος μέλος έχει τη δυνατότητα της ελεύθερης επιλογής της μεθοδολογίας που θα εφαρμόσει για την εκτίμηση του βαθμού υποβάθμισης και τη λήψη μέτρων αποκατάστασης, με βασική προϋπόθεση να ανταποκρίνονται στους σκοπούς και τα κριτήρια της Θεματικής Στρατηγικής. Για την εκτίμηση του βαθμού υποβάθμισης των εδαφών και την αποκατάσταση τους, χρησιμοποιούνται από τον επιστημονικό κόσμο σύγχρονα εργαλεία που αφορούν εξελιγμένα όργανα μέτρησης στο πεδίο και στο εργαστήριο και τηλεπισκόπιση για τη συλλογή της πληροφορίας, γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών για τη διαχείριση και επεξεργασία της πληροφορίας και συστήματα υποστήριξης λήψης αποφάσεων για την επιλογή των μέτρων αποκατάστασης. 8

9 Μία από τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση του βαθμού υποβάθμισης είναι η ποσοτική εκτίμηση της εδαφικής ποιότητας. Σύμφωνα με αυτή τη μεθοδολογία η εδαφική ποιότητα αξιολογείται ποσοτικά, μέσω της αξιολόγησης της κατάστασης των εδαφικών δεικτών και εν συνεχεία μέσω της επιτέλεσης των βασικών λειτουργιών του εδάφους. Η επιλογή και η χρήση κάποιας μεθόδου πρέπει να γίνεται με βάση τα χαρακτηριστικά του εδάφους στην υπό έρευνα περιοχή, τις χρήσεις γης, τις τοπικές κλιματολογικές συνθήκες και κοινωνικοοικονομικές πτυχές Εδαφική ποιότητα Εδαφικές λειτουργίες Εδαφική ποιότητα Κατά την προηγούμενη δεκαετία, το ενδιαφέρον της κοινωνίας για την εδαφική ποιότητα καθώς και τη σημασία της για τη διατήρηση και την προστασία του περιβάλλοντος, αποτέλεσε πρώτη προτεραιότητα. Για παράδειγμα το κόστος για τη διατήρηση και βελτίωση της εδαφικής ποιότητας ανερχόταν σε πάνω από 25 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως στις Η.Π.Α. (Wallace & Terry, 1998). Οι όροι ποιότητα εδάφους, υποβάθμιση εδάφους, εδαφική υγεία και ικανότητα ανάκαμψης του εδάφους χρησιμοποιούνται συχνότερα σε συνδυασμό με την ανάπτυξη της ορθολογικής στρατηγικής, με βασικό σκοπό την επιτακτική ανάγκη για τη διατήρηση του περιβάλλοντος. Η ανάγκη για βελτίωση της ποιότητας ζωής και διατήρησης των φυσικών πόρων συντέλεσε στο να αναγνωριστεί η αξία των εδαφικών πόρων. Συνήθως, η εδαφική ποιότητα παραβλέπεται, επειδή οι υδατικοί πόροι και η ατμόσφαιρα θεωρούνται περισσότερο βασικοί για την υγεία του ανθρώπου. Ωστόσο, οι εδαφικοί πόροι επηρεάζουν άμεσα την ποιότητα της ατμόσφαιρας και της υδρόσφαιρας και εν συνεχεία της υγείας του ανθρώπου (Doran and Parkin, 1994; Kennedy and Papendick, 1995). Το έδαφος αποτελεί ζωτικό πόρο παραγωγής τροφίμων και άλλων αγαθών για τη στήριξη της αύξησης του πληθυσμού (Pappendick and Parr,1992). Παρόλα αυτά η εδαφική ποιότητα καθίσταται δύσκολο να προσδιοριστεί και να εκτιμηθεί (Karlen et al., 1997). Πολλοί θεωρούν, πως είναι δύσκολο να προσδιοριστεί η ποιότητα για ένα δυναμικό και σύνθετο σύστημα όπως είναι το έδαφος. Άλλοι επίσης πιστεύουν, πως οι όροι έδαφος και εδαφική ποιότητα έχουν άπειρες και απροσδιόριστες έννοιες. (Sojka and Upchurch, 1999). Γενικότερα, η δυσκολία στον προσδιορισμό της εδαφικής ποιότητας, οφείλεται στην ποικιλία των χρήσεων 9

10 γης, των τοποθεσιών, των περιβαλλόντων, των διαφορετικών εδαφικών τύπων και στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των διάφορων διεργασιών μέσα στο έδαφος (Kennedy και Papendick, 1995). Συνεπώς ο προσδιορισμός της ποιότητας γίνεται με τη χρήση πολυάριθμων μεταβλητών. Επιπλέον για τον προσδιορισμό της εδαφικής ποιότητας πρέπει πρώτα να γίνει διάκριση μεταξύ της εδαφικής ποιότητας και της εδαφικής υγείας, έννοιες οι οποίες σύμφωνα με τον Chen (Chen, 1999) έχουν σχεδόν την ίδια σημασία. Ο όρος εδαφική υγεία αναφέρεται στην ικανότητα του εδάφους να υποστηρίζει την παραγωγικότητα και την υγεία του ανθρώπου και των ζώων και κατά συνέπεια χρησιμοποιείται συνήθως από τους γεωργούς, ενώ αντίθετα οι επιστήμονες συσχετίζουν την εδαφική υγεία με τις βιολογικές ιδιότητες του εδάφους (Haberem, 1992; Romig et al, 1995; Harris et al., 1996). Ένας αξιόπιστος προσδιορισμός της εδαφικής ποιότητας βρίσκει εφαρμογή σε διάφορες περιπτώσεις. Αρχικά ο προσδιορισμός βασίστηκε στη γεωργική χρήση. Με βάση αυτή τη λογική κάποιοι προσδιόρισαν την εδαφική ποιότητα ως την ικανότητα του εδάφους να στηρίζει θρεπτικά, ως φυσικό μέσο, την ανάπτυξη των φυτών καθώς και τη διατήρηση της ζωής του ανθρώπου και των ζώων (Karlen et al., 1992; Jazen et al., 1992). Ο Parr (1992) χαρακτήρισε την εδαφική ποιότητα ως την ικανότητα του εδάφους να παράγει θρεπτικά και ασφαλή προϊόντα με ορθολογικό τρόπο, καθώς και να προστατεύει την υγεία του ανθρώπου και των ζώων χωρίς να βλάπτει τους φυσικούς πόρους και το περιβάλλον. Παρά το γεγονός ότι η γεωργία αποτελεί βασικό σχεδιασμό χρήσης των εδαφικών πόρων, ωστόσο πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι περιβαλλοντικές και οι κοινωνικές λειτουργίες των εδαφικών πόρων. Το έδαφος με τους βιογεωχημικούς κύκλους, συντελεί στον κύκλο των θρεπτικών στοιχείων και της ενέργειας. Επίσης συντελεί στον καθαρισμό, στην αποτοξίνωση και στην αποσύνθεση αποβλήτων και άλλων επικίνδυνων ουσιών (Jazen et al., 1992). Οι Doran και Parkin (1994) όρισαν την ποιότητα του εδάφους ως την ικανότητα του εδάφους να λειτουργεί μέσα στα πλαίσια του οικοσυστήματος και των διαφορετικών χρήσεων γης, έτσι ώστε να διατηρεί τη βιοποικιλότητα και την ποιότητα του περιβάλλοντος καθώς και να προστατεύει την υγεία των φυτών, ζώων και ανθρώπων. Τέλος η ποιότητα του εδάφους έχει περιγραφεί ως «η ενδιάμεση κατάσταση μεταξύ της υποβάθμισης του εδάφους και της ικανότητας ανάκαμψης» (Kennedy & Papendick, 1992; Lal, 1998). Η ικανότητα ανάκαμψης ορίζεται ως η ικανότητα του εδάφους να επανέρχεται στο αρχικό ή περίπου στο αρχικό καθεστώς, από την άποψη των λειτουργικών και δομικών χαρακτηριστικών, στα οποία βρισκόταν πριν από τη δράση των 10

11 δυνάμεων που το απομάκρυναν από αυτό (Eswaran 1994). Η υποβάθμιση του εδάφους είναι η μείωση της ικανότητάς του να επιτελέσει τις βασικές του λειτουργίες και οφείλεται στη χρήση γης, στη μη ορθολογική διαχείριση των εδαφικών πόρων και στην ευαισθησία του εδάφους στις διάφορες διεργασίες που λαμβάνουν χώρα σε αυτό και οι οποίες οδηγούν στη μείωση της λειτουργικότητας του (Blum, 1998; Lal, 1998). Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των παραγόντων που επιδρούν στο σχηματισμό του εδάφους, όπως το μητρικό υλικό, το κλίμα, οι οργανισμοί, η τοπογραφία, ο χρόνος και οι ανθρώπινες δραστηριότητες, επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό την εδαφική ποιότητα. (Karlen et al., 1992; Gregorich et al., 1994). Μέσα από την εκτίμηση των ποικίλων βιολογικών, φυσικών και χημικών δεικτών και την συμβολή τους στη διατήρηση της εδαφικής ποιότητας, μπορεί να προκύψει ο προσδιορισμός και η εκτίμηση της εδαφικής ποιότητας. Ο αριθμός και το είδος των προτεινόμενων δεικτών είναι αυτός που θα καθορίσει τελικά και τους τρόπους με τους οποίους θα επιτευχθεί η αποκατάσταση των υποβαθμισμένων εδαφών. Η αξιολόγηση της εδαφικής ποιότητας γεννά ορισμένα ερωτήματα. Πώς διαχειρίζεται η εδαφική ποιότητα; Ποια κριτήρια και ποιοι εδαφικοί δείκτες πρέπει να χρησιμοποιηθούν; Πόσοι δείκτες απαιτούνται για την αξιολόγηση της ποιότητας; Ποιες είναι οι ιδανικές συνθήκες ή τα επιθυμητά όρια για κάθε δείκτη; Όλα αυτά τα ερωτήματα απεικονίζουν τη δυσκολία αξιολόγησης της εδαφικής ποιότητας σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Για παράδειγμα υψηλά ποσοστά αργίλου είναι κατάλληλα για εδάφη σε ημίξηρες περιοχές καθώς αυξάνουν την εδαφική υγρασία, ενώ δημιουργούν προβλήματα κακής στράγγισης και μικρής ανάπτυξης των φυτών σε υγρές περιοχές. Παγκοσμίως δεν έχει αναπτυχθεί ένας συγκεκριμένος τρόπος για την αξιολόγηση της ποιότητας του εδάφους. Οδηγούμαστε λοιπόν το συμπέρασμα πως χρειάζεται να γίνει έρευνα σε μικρότερη και τοπική κλίμακα για τον εντοπισμό των κατάλληλων παραμέτρων που θα συμβάλλουν στην καλύτερη αξιολόγηση της εδαφικής ποιότητας Εδαφικές λειτουργίες Ως εδαφικές λειτουργίες, ονομάζονται οι λειτουργίες εκείνες του εδαφικού οικοσυστήματος που είναι ιδιαίτερα σημαντικές για τη γεωργία, το περιβάλλον, την προστασία της φύσης, την αρχιτεκτονική τοπίου και για αστικές χρήσεις. Οι βασικές λειτουργίες του εδαφικού οικοσυστήματος (εικόνα 1) είναι: 11

12 Παραγωγή αγαθών και βιομάζας Αποθηκευτική, διηθητική και ικανότητα μετασχηματισμού ουσιών Προστασία και διατήρηση βιοποικιλότητας Πηγή πρώτων υλών (στήριξη τροφικής αλυσίδας) Φυσική και πολιτιστική κληρονομιά Κατάλληλο υπόστρωμα για διάνοιξη και κατασκευή δρόμων και κτιρίων Εικόνα 1.1. Εδαφικές λειτουργίες Πηγή: Ευρωπαϊκός Οργανισμός Περιβάλλοντος, Θεματική Στρατηγική για τα εδάφη Εκτίμηση της εδαφικής ποιότητας Λίγες πληροφορίες είναι διαθέσιμες για τα πρότυπα που χρησιμοποιούνται για την αξιολόγηση της ποιότητας εδαφών που βρίσκονται κάτω από διαφορετικές συνθήκες. Η έρευνα για την ποιότητα του περιβάλλοντος είναι μια συνεχής διαδικασία (Snakin et al., 1996). Σύμφωνα με τον Thien (1998) η διαχείριση της ποιότητας του εδάφους πραγματοποιείται σε έξι στάδια: 1. Ταυτοποίηση χαρακτηριστικών λειτουργιών Η αναγνώριση των εδαφικών λειτουργιών και των χρήσεων γης είναι το πρώτο βήμα για την αξιολόγηση της εδαφικής ποιότητας. Η ταυτοποίηση των εδαφικών λειτουργιών επιτρέπει και την ταυτοποίηση των εδαφικών δεικτών που αντικατοπτρίζουν την εδαφική ποιότητα. 12

13 2. Επιλογή των δεικτών Η αναγνώριση των εδαφικών λειτουργιών οδηγεί στην επιλογή των κατάλληλων δεικτών. Σύμφωνα με τους Doran και Parkin (1996) οι δείκτες που θα χρησιμοποιηθούν θα πρέπει να ανταποκρίνονται στα ακόλουθα κριτήρια: Να καλύπτουν και να συσχετίζουν όλο το φάσμα όλων των φυσικών διεργασιών που εξελίσσονται στο περιβάλλον, να ενσωματώνουν τις βιολογικές, φυσικές και χημικές διεργασίες και τα χαρακτηριστικά τους, να είναι εύχρηστοι και εύκολα υπολογίσιμοι, να είναι ευαίσθητοι στις αλλαγές της διαχείρισης και της κατάστασης του περιβάλλοντος, Χρησιμοποιώντας μερικά από τα κριτήρια που εμφανίζονται οι Larson and Pierce (1991) παρουσίασαν ένα σύνολο δεδομένων για την αξιολόγηση της ποιότητας των εδαφών. Οι δείκτες αυτοί απεικονίζονται στον πίνακα 1.1 και διακρίνονται σε βιολογικούς, φυσικούς και χημικούς εδαφικούς δείκτες. Στον πίνακα 1.2 παρουσιάζεται η σχέση των εδαφικών δεικτών με τις αντίστοιχες λειτουργίες του εδάφους. Πίνακας 1.1. Βασικοί βιολογικοί, φυσικοί και χημικοί δείκτες για την εκτίμηση της εδαφικής ποιότητας (Larson and Pierce, 1991) Εδαφικοί Δείκτες Βιολογικοί Φυσικοί Χημικοί Μικροβιακή μάζα C & N Μηχανική σύσταση Ολικό οργανικό C&N Δυνητικά ανοργανοποιήσιμο Ν Βάθος εδάφους & ριζών ph Αναπνοή εδάφους Φ.Ε.Β. και διηθητικότητα Ηλεκτρική αγωγιμότητα Υδατοϊκανότητα Αφομοιώσιμο Ν, Ρ και Κ Θερμοκρασία 13

14 Πίνακας 1.2. Φυσικοί, χημικοί και βιολογικοί δείκτες για την εκτίμηση της ποιότητας και η σχέση τους με τις εδαφικές λειτουργίες (Sikora, 1996) Δείκτες εδαφικής ποιότητας Σχέση δεικτών με εδαφικές λειτουργίες Φυσικοί δείκτες Μηχανική σύσταση Βάθος επιφανειακού εδάφους & ριζοστρώματος Διήθηση και Φ.Ε.Β. Υδατοϊκανότητα Θερμοκρασία Κατακράτηση και μεταφορά νερού & χημικών ουσιών Εκτίμηση του δυναμικού παραγωγής και της διάβρωσης Δείκτες συμπίεσης και εκτίμησης δυναμικού παραγωγικότητας και διάβρωσης Συνδέεται με τη συγκράτηση και τη μεταφορά νερού και τη διάβρωση Καθορισμός της παραγωγικότητας, της μικροβιακής δραστηριότητας και του ποσοστού οργανικής ουσίας Χημικοί δείκτες Ολικό οργανικό C και N (οργανική ουσία) Ηλεκτρική αγωγιμότητα ph Αφομοιώσιμο N, P και K Καθορίζει τη γονιμότητα, τη σταθερότητα και το εύρος διάβρωσης Καθορίζει τα όρια της φυτικής και μικροβιακής δραστηριότητας Καθορίζει τα όρια βιολογικών και χημικών δραστηριοτήτων Διαθέσιμα θρεπτικά στοιχεία και δυναμικό απώλειας Ν. Δείκτες παραγωγικότητας Βιολογικοί δείκτες Μικροβιακή βιομάζα C & N Δυνητικά ανοργανοποιήσιμο Ν Αναπνοή εδάφους Μικροβιακό καταλυτικό δυναμικό και απόθεμα C και Ν Παραγωγικότητα εδάφους και δυναμικό εφοδιασμού Ν Μέτρηση μικροβιακής δραστηριότητας 3. Ανάλυση και αξιολόγηση των κρίσιμων τιμών των δεικτών για την εδαφική ποιότητα Ο ποσοτικός προσδιορισμός των εδαφικών δεικτών συμβάλλει στον εντοπισμό του προβλήματος και τη χάραξη στρατηγικής για τη διαχείριση του περιβάλλοντος. Παρόλα αυτά είναι δύσκολος ο καθορισμός συγκεκριμένων ορίων εξαιτίας των πολλών λειτουργιών του εδάφους (Larson & Pierce, 1994). Η προσέγγιση για τον καθορισμό ορίων για την εδαφική 14

15 ποιότητα μπορεί να γίνει με δύο τρόπους. Ο πρώτος τρόπος είναι ως ιδανική κατάσταση να θεωρηθεί η αρχική κατάσταση του εδάφους και ο δεύτερος τρόπος είναι ως ιδανική κατάσταση να θεωρηθεί η κατάσταση κάτω από την οποία παρατηρείται αύξηση της παραγωγής, διατήρηση του περιβάλλοντος ή εμφάνιση άλλης λειτουργίας του εδάφους (Granatstein & Bezdicek, 1992). Τα αρχικά όρια μπορούν να προέλθουν από διάφορες πηγές όπως κρατικές υπηρεσίες, ανασκόπηση βιβλιογραφίας, εμπειρία διαχείρισης περιβάλλοντος, προβλέψεις, συμβούλους ή από άλλες πηγές. Έπειτα η έρευνα μπορεί να καθορίσει τα κρίσιμα όρια ελέγχου σε κάθε περίπτωση όπου εντοπίζεται κάποιο πρόβλημα. Οι Pierce και Larson (1993) πρότειναν τη χρήση στατιστικών διαγραμμάτων ελέγχου, ώστε να επιτευχθεί ο καθορισμός κρίσιμων ορίων και ο έλεγχος των μεταβολών της ποιότητας του εδάφους. Τα κρίσιμα όρια παριστάνουν τα επιθυμητά ανώτερα και τα κατώτερα όρια μιας συγκεκριμένης εδαφικής λειτουργίας για τη διατήρηση και τη βελτίωση της εδαφικής ποιότητας. Η επιλογή αυτών των ορίων βασίζεται σε προηγούμενες μετρήσεις και στον υπολογισμό του μέσου όρου αυτών, στην προσωπική εμπειρία των αναλυτών καθώς και σε γνωστά κρίσιμα όρια εδαφικών παραμέτρων ( Larson and Pierce, 1994). Γενικά αν οι τιμές των διάφορων δεικτών βρίσκονται μέσα στην περιοχή που ορίζουν τα όρια τότε θεωρείται πως βρίσκεται υπό έλεγχο η εδαφική ποιότητα, ενώ αν βρίσκονται έξω από αυτά, τότε μπορεί να θεωρηθεί πως επικρατούν συνθήκες υποβάθμισης. Οι τάσεις μέσα στα διαγράμματα απεικονίζουν επίσης και τον πιθανό κίνδυνο εμφάνισης διάφορων μεταβολών στην ποιότητα του εδάφους. Ακόμα και αν οι τιμές των διάφορων δεικτών βρίσκονται εντός των ορίων αλλά εμφανίζουν μια τάση να πάρουν τιμές έξω από αυτά, πρέπει να ληφθούν αποφάσεις για αντιμετώπιση πιθανών προβλημάτων. Η χρήση των διαγραμμάτων αποτελεί μία αξιόπιστη μέθοδο αξιολόγησης της εδαφικής ποιότητας, αρκεί όμως ο αριθμός των δεικτών που χρησιμοποιούνται να είναι μικρός. 4. Ανάπτυξη και χρήση των εδαφικών δεικτών Η πολυπλοκότητα της αξιολόγησης όλων των εδαφικών δεικτών (βιολογικών, χημικών, φυσικών), οδήγησε τους ερευνητές να ενσωματώσουν πολλαπλούς δείκτες σε ένα δείκτη εδαφικής ποιότητας (Smith et al., 1993). Η χρήση ενός ολοκληρωμένου δείκτη εκτιμάται ότι θα συμβάλει στην ορθολογική διαχείριση του περιβάλλοντος και στη λήψη αποφάσεων (Granatstein 15

16 & Bezdicek, 1992;Papendick et al., 1994). Όπως επισημάνθηκε και προηγουμένως η εδαφική ποιότητα σχετίζεται με τέσσερις βασικές λειτουργίες, τη σταθερότητα και την παραγωγικότητα του εδάφους, τη διατήρηση της ποιότητας του περιβάλλοντος, τη διατήρηση της βιοποικιλότητας και την υγεία του ανθρώπου, των φυτών και των ζώων (Parr et al., 1992; Granatstein & Bezdicek, 1992; Doran and Parkin, 1994; Lal, 1998). Καταλήγουμε λοιπόν στο συμπέρασμα πως οποιοσδήποτε δείκτης εδαφικής ποιότητας χρησιμοποιείται, θα πρέπει να συνδέεται με αυτές τις τέσσερις βασικές λειτουργίες και να παρέχει τη δυνατότητα ποσοτικής αξιολόγησης και σαφούς ερμηνείας των αποτελεσμάτων (Doran & Parkin, 1994). Οι Doran και Parkin (1994) πρότειναν μια νέα προσέγγιση βασιζόμενη σε όλους εκείνους τους παράγοντες που βελτιώνουν την παραγωγικότητα αλλά και την ποιότητα του περιβάλλοντος. Το σύστημα το οποίο προτείνουν, περιλαμβάνει τρεις από τις τέσσερις εδαφικές λειτουργίες, τη βιώσιμη ανάπτυξη, την ποιότητα του περιβάλλοντος και την υγεία του ανθρώπου, φυτών και ζώων. Η βιώσιμη ανάπτυξη καθορίστηκε σε σχέση με την παραγωγικότητα και την αντίσταση στη διάβρωση. Η ποιότητα του περιβάλλοντος σε σχέση με την ποιότητα των υπόγειων και των επιφανειακών υδάτων καθώς και με την ποιότητα της ατμόσφαιρας. Τέλος η υγεία του ανθρώπου καθορίστηκε με βάση την ποιότητα των αγαθών, την ασφάλεια και τη σύσταση των θρεπτικών. Με βάση τις τρεις εδαφικές λειτουργίες προέκυψε η ακόλουθη συνάρτηση: SQ= f (SQΕ1, SQΕ2, SQΕ3, SQΕ4, SQΕ5, SQΕ6) Όπου: SQ = εδαφική ποιότητα SQE1= παραγωγικότητα αγαθών SQE2= διαβρωσιμότητα SQE3= ποιότητα υπόγειων νερών SQE4= ποιότητα επιφανειακών νερών SQE5= ποιότητα ατμοσφαιρικού αέρα SQE6= ποιότητα αγαθών Το πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι το ότι οι εδαφικές λειτουργίες μπορούν να αξιολογηθούν με βάση συγκεκριμένα εδαφικά κριτήρια, για κάθε στοιχείο σε κάθε εδαφικό οικοσύστημα. Εντούτοις ένα σημαντικό μειονέκτημα αποτελεί το γεγονός ότι όλα τα στοιχεία 16

17 λαμβάνονται υπόψη με την ίδια βαρύτητα. Ένας τρόπος για τη διόρθωση αυτού του σφάλματος είναι η προσθήκη ενός συντελεστή σε κάθε μεταβλητή, δημιουργώντας μια νέα συνάρτηση: SQ= f (K1SQΕ1, K2SQΕ2, K3SQΕ3, K4SQΕ4, K5SQΕ5, K6SQΕ6) Όπου Kn είναι ο συντελεστής βαρύτητας της κάθε μεταβλητής Οι συντελεστές βαρύτητας ορίζονται με βάση τα γεωμορφολογικά, τα κοινωνικά και τα οικονομικά χαρακτηριστικά που επικρατούν. Ένα άλλο πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου, είναι πως οι μεταβλητές αυτού του δείκτη μπορούν να ομαδοποιηθούν και να αξιολογηθούν με γνώμονα τις εδαφικές λειτουργίες. Ωστόσο αυτή η προσέγγιση γίνεται περίπλοκη εξαιτίας του διπλού ρόλου των δεικτών. Για παράδειγμα ενώ η παρουσία αδιαπέρατου στρώματος αργίλου μπορεί να επιβραδύνει την προς τα κάτω κίνηση του νερού και την ανοδική κίνηση ουσιών από τη ζώνη του ριζοστρώματος επιφέροντας θετικές επιδράσεις στο έδαφος από περιβαλλοντική σκοπιά, από την άλλη πλευρά όμως είναι πιθανό να μειώσει την ανάπτυξη του ριζοστρώματος με συνέπεια και τη μείωση της παραγωγικότητας των φυτών. Επίσης αυτή η μέθοδος απαιτεί τη μαθηματική έκφραση των εδαφικών λειτουργιών, κι ενώ είναι δυνατό να εκτιμήσει την ποιότητα του εδάφους είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθεί από μη ειδικούς. Τέλος η ερμηνεία των αποτελεσμάτων είναι υποκειμενική και βασίζεται περισσότερο στην εμπειρία του εκάστοτε χρήστη. Οι Larson και Pierce (1994) εξήγαγαν ένα παρόμοιο ομοίωμα το οποίο αξιολογεί την ποιότητα του εδάφους με βάση την παραγωγικότητα. Πρότειναν τη χρήση ενός δείκτη παραγωγικότητας (PI) ο οποίος περιγράφεται με την ακόλουθη συνάρτηση: PI = (Ai x Ci x Di x WF), i= 1,r Όπου: A= περιεχόμενο νερό C= φαινόμενο ειδικό βάρος D= ph του εδάφους WF = συντελεστής βαρύτητας και r είναι το πλήθος των οριζόντων που επικρατούν στο βάθος των ριζών 17

18 Καθώς η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται για την ποιότητα καλλιεργήσιμων εδαφών είναι προφανές πως άλλες περιβαλλοντικές λειτουργίες όπως η διατήρηση του περιβάλλοντος, και η διασφάλιση της υγείας του ανθρώπου δε λαμβάνονται υπόψη. Ο Smith (1993) ανέπτυξε μια διαδικασία ( multiple- variable- indicator kriging) η οποία έχει τη δυνατότητα ομαδοποίησης πολλών ανεξάρτητων δεικτών σε ένα. Αυτός ο δείκτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία χαρτών, οι οποίοι βασίζονται στην τοπογραφία της περιοχής. Αυτή η μέθοδος κάνει χρήση της γεωστατιστικής. Η ανάλυση διάφορων απλών και πολλαπλών μεταβλητών συμβάλλει στη σύγκριση μεταξύ εδαφικών δειγμάτων, τα οποία απέχουν μεταξύ τους κάποια απόσταση. Η διαδικασία αυτή μπορεί να προσομοιωθεί στις λειτουργίες του εδάφους και να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση των μεταβλητών σε εδάφη, στα οποία δεν έχουν γίνει δειγματοληψίες (Warrick et al., 1986). Όλα αυτά τα στοιχεία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία χάρτη εδαφικής ποιότητας. Η χρήση χαρτών με ισοβαρείς καμπύλες χρησιμοποιείται για την εμφάνιση των τιμών, στις οποίες μια συγκεκριμένη περιοχή ανταποκρίνεται στα κρίσιμα όρια καλής εδαφικής ποιότητας. Η μείωση ή η αύξηση των επιθυμητών ορίων οδηγεί στη βελτίωση του χάρτη. Ένα άλλο σημαντικό βήμα πριν την αξιολόγηση της εδαφικής ποιότητας, είναι ο καθορισμός του αριθμού των δεικτών οι οποίοι θα πρέπει να ανταποκρίνονται στα κριτήρια αξιολόγησης (Smith,1993). Όσο περισσότεροι δείκτες χρησιμοποιούνται τόσο πιο πολύπλοκα είναι και τα αποτελέσματα που εξάγονται και τόσο λιγότερο οι παράμετροι θα προσεγγίζουν τα εδαφολογικά κριτήρια που ορίστηκαν στην αρχή. Η δημιουργία ενός χάρτη με βάση όλα τα παραπάνω συντελεί στην ταξινόμηση των εδαφών με βάση την ποιότητα τους και το βαθμό ή τον κίνδυνο υποβάθμισης. Η προηγούμενη διαδικασία ακολουθεί τις ίδιες αρχές με τον καθορισμό της εδαφικής ποιότητας και των κρίσιμων ορίων. Έτσι απαιτούνται δύο βήματα τα οποία θα πρέπει να προστεθούν στη διαδικασία της προσομοίωσης. Το πρώτο είναι ο καθορισμός των κρίσιμων ορίων για κάθε παράμετρο και ο λόγος για τον οποίο επιλέχθηκαν συγκεκριμένες τιμές ως ανώτερο ή κατώτερο όριο (Harris et al., 1996). Το δεύτερο είναι η ποσοτική εκτίμηση της εδαφικής ποιότητας και της διαδικασίας προσομοίωσης. Πολλές φορές η προσθήκη παραμέτρων ή διαδικασιών να τείνει οδηγήσει σε πολύπλοκα και ασαφή αποτελέσματα. 18

19 5. Επιλογή της κατάλληλης μεθόδου αποκατάστασης με βάση τους εδαφικούς δείκτες Ανάλογα με το ποιοι εδαφικοί δείκτες βρίσκονται σε κατάσταση υποβάθμισης, απαιτούνται και διαφορετικές αλλαγές στον τρόπο με τον οποίο γίνεται η διαχείριση του περιβάλλοντος. Για παράδειγμα μπορεί να κριθούν αναγκαίες αλλαγές στο είδος και στον τρόπο εφαρμογής λιπασμάτων, στο σύστημα άρδευσης, για τη βελτίωση των δεικτών και την επαναφορά του εδάφους στην αρχική ή σε άλλη επιθυμητή κατάσταση. Ως επιτυχημένη αποκατάσταση, μπορεί να θεωρηθεί αυτή, η οποία θα παρέχει τη δυνατότητα συνεχούς ελέγχου των εδαφικών δεικτών. Ο συνεχής έλεγχος των εδαφικών δεικτών αναμένεται να συμβάλλει στην ορθότερη διαχειριστική πρακτική του εδάφους Ρύπανση εδαφών Ο όρος «ρύπανση» του εδάφους αναφέρεται στη μείωση της ικανότητας του εδαφικού οικοσυστήματος να επιτελέσει τις βασικές του λειτουργίες, ως αποτέλεσμα της εναπόθεσης σ αυτό οργανικών ή ανόργανων ουσιών. Η ρύπανση του εδάφους είναι μια ειδική περίπτωση της ευρύτερης έννοιας του όρου υποβάθμιση του εδάφους και αναφέρεται στην χημική του υποβάθμιση. Οι διάφορες χημικές ουσίες που προκαλούν τη ρύπανση του εδάφους μπορεί να προέρχονται είτε από διάφορες φυσικές διεργασίες (φυσικοί ρύποι), είτε να είναι αποτέλεσμα ανθρωπογενών δραστηριοτήτων (ανθρωπογενείς ρύποι). Η είσοδος ρύπων στο έδαφος έχει ως αποτέλεσμα να πληγούν ή να απολεστούν πολλές από τις λειτουργίες των εδαφών και πιθανόν έμμεσα να προκληθεί ρύπανση του ύδατος. Η ύπαρξη των διάφορων χημικών ουσιών στο έδαφος δεν συνιστά από μόνη της ρύπανση. Οι χημικές αυτές οργανικές και ανόργανες ουσίες για να χαρακτηρισθούν ως ρύποι και να προκαλέσουν ρύπανση στο εδαφικό οικοσύστημα, πρέπει να παρεμποδίζουν μία ή περισσότερες εδαφικές λειτουργίες Κυριότερες πηγές ρύπανσης Το έδαφος, μαζί με τα υδάτινα συστήματα, είναι ο κυριότερος αποδέκτης της ανθρωπογενούς ρύπανσης. Οι βιομηχανικές, βιοτεχνικές και εμπορικές δραστηριότητες ρυπαίνουν σε μεγάλο βαθμό το έδαφος. Τα υγρά και στερεά απόβλητα αρχικά εναποτίθενται και στη συνέχεια 19

20 επεξεργάζονται σε χερσαίες εγκαταστάσεις. Γεωργικά και κτηνοτροφικά απόβλητα, λιπάσματα και φυτοφάρμακα ρυπαίνουν καλλιεργημένες εκτάσεις. Ατυχήματα και διαρροές πετρελαίου, απόβλητα ορυχείων και λατομείων είναι μερικές άλλες αιτίες ρύπανσης εδαφών. Επίσης το έδαφος γίνεται αποδέκτης και των ατμοσφαιρικών ρύπων που κατακρημνίζονται με αργούς ρυθμούς ανάλογα με τις συνθήκες και τη γεωμορφολογία των περιοχών. Ορισμένες από τις βασικές αιτίες ρύπανσης των εδαφών είναι: τα λιπάσματα και φυτοφάρμακα των γεωργικών εκμεταλλεύσεων τα υγρά και στερεά απόβλητα των κτηνοτροφικών εκμεταλλεύσεων τα υγρά και στερεά απόβλητα των χημικών βιομηχανιών τα αστικά και νοσοκομειακά απόβλητα που διατίθενται σε χώρους υγειονομικής ταφής και αποτέφρωσης σε υψηλές θερμοκρασίες η ρύπανση από την εκμετάλλευση του πετρελαίου, λιπαντικών υλών και ελαστικών τροχοφόρων η ρύπανση από απόβλητα μεταλλευτικών και λατομικών βιομηχανιών η ρύπανση από βαρέα μέταλλα που προέρχονται από χημικές βιομηχανίες, καύση στερεών και υγρών ορυκτών καυσίμων και από χώρους υγειονομικής ταφής Το έδαφος δέχεται όλες αυτές τις τοξικές και επικίνδυνες χημικές ουσίες και παρασκευάσματα ή απόβλητα, τα οποία ανάλογα με τη γεωμορφολογία του εδάφους και άλλες εξωγενείς συνθήκες ρυπαίνουν τοπικά το έδαφος ή διασκορπίζονται σε άλλα περιβαλλοντικά διαμερίσματα (π.χ. υπόγεια νερά) ή εκπλύνονται στα διάφορα υδάτινα συστήματα Ρύπανση εδαφών από διασταλάζοντα των Χ.Υ.Τ.Α. Οι βασικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα σε χώρους υγειονομικής ταφής είναι η γήρανση, η αποικοδόμηση και η δημιουργία διασταλαζόντων (Καββαδάς, 2005). Η γήρανση είναι το σύνολο των φαινομένων που λαμβάνουν χώρα στο εναποτιθέμενο υλικό και σε κανονικές συνθήκες υγρασίας δεν επηρεάζονται από παράγοντες προερχόμενους από την επιφάνεια. Πρόκειται κυρίως για αναερόβια διεργασία κατά την οποία η οργανική ύλη μετατρέπεται με βιολογική αποικοδόμηση σε χούμο. Παράλληλα συμβαίνει και ισχυρή ανοργανοποίηση με μετατροπή των υδροξειδίων των μετάλλων σε σουλφίδια, ανθρακικά, πυριτικά και φωσφορικά άλατα. Η αποικοδόμηση δρα αντίστροφα. Διαβρώνει το υλικό και σχηματίζει πολλές ευδιάλυτες ουσίες. 20

21 Υπάρχει αλληλεπίδραση μεταξύ αποσάθρωσης και γήρανσης. Η φυσική αποικοδόμηση που οφείλεται κυρίως στην παρουσία οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα, επιδρά με μείωση του ph, στη διάλυση στερεών λόγω σχηματισμού ανθρακικού οξέος. Επίσης η βιολογική αποικοδόμηση οδηγεί σε οξείδωση των οργανικών ουσιών προς CΟ2, CΗ4, ΝΗ3 και Η2S. Τα διασταλάζοντα δημιουργούνται όταν οι ευδιάλυτες ουσίες που σχηματίζονται κατά τη γήρανση καθώς και τα διαλυτά προϊόντα της γήρανσης και αποικοδόμησης περνούν στο νερό που διέρχεται μέσα από τα διαδοχικά στρώματα των απορριμμάτων. Τα παραγόμενα διασταλάζοντα είναι επιβαρυμένα με ρύπους και τυχόν διαρροή τους καθίσταται επικίνδυνη τόσο για τα εδάφη, όσο και για τα υπόγεια και επιφανειακά ύδατα. Ο ρυθμός μεταφοράς και η κατανομή των εκπλυνόμενων τοξικών ουσιών καθορίζεται από πολλούς παράγοντες οι κυριότεροι των οποίων είναι η διαλυτότητά τους, τα χαρακτηριστικά του εδάφους, η τοπογραφία του υδροφόρου ορίζοντα και οι κλιματικές συνθήκες Ποιοτική σύνθεση διασταλαζόντων Οι πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις μεταξύ υδατικού ισοζυγίου και βιολογικής αποικοδόμησης στα απορρίμματα έχουν σαν συνέπεια τις μεγάλες διακυμάνσεις στην ποσοτική και ποιοτική σύνθεση των διασταλαζόντων. Παρόλα αυτά είναι δυνατή η συγκέντρωση στοιχείων που επιτρέπουν μια εκτίμηση της ποιοτικής και ποσοτικής σύστασης των διασταλαζόντων σε μια εγκατάσταση υγειονομικής ταφής. Η παραγωγή των διασταλαζόντων επηρεάζεται κυρίως από τις κλιματολογικές συνθήκες, τη μορφολογία της περιοχής και τον τρόπο λειτουργίας του χώρου διάθεσής των. Τα κύρια συστατικά των διασταλαζόντων μπορούν να ταξινομηθούν σε 4 ομάδες (Σκορδίλης 1993): α) οργανικές ενώσεις που συνήθως μετριούνται ως COD, TOC, φαινόλες, κ.λπ., β) Fe, Ca, Mg, Na, NH3, ανθρακικά, θειικά, χλωριούχα άλατα, γ) ίχνη μετάλλων Pb, Ni, Mn, Cd, Cr, δ) μικροοργανισμοί (π.χ. κολοβακτηρίδια, σαλμονέλες κ.α.) Οι οργανικοί ρύποι αποτελούν την κυριότερη επιβάρυνση των διασταλαζόντων στο έδαφος και είναι το βασικότερο κριτήριο για την εκτίμηση της ποιότητάς τους. Άλλες σπουδαίες παράμετροι 21

22 για την εκτίμηση των διασταλαζόντων είναι το BOD5, COD, TOC και εξαρτώνται από την ηλικία της εγκατάστασης, το είδος της εφαρμοσμένης συμπίεσης, και την σύνθεση των απορριμμάτων. Η ρύπανση του εδάφους με οργανικές ενώσεις έχει ως αποτέλεσμα τη δυσλειτουργία του εδαφικού οικοσυστήματος. Οι λειτουργίες του εδάφους επηρεάζονται κυρίως από την επίδραση των οργανικών ρύπων στους μικροοργανισμούς του εδάφους, οι οποίοι είναι υπεύθυνοι για πληθώρα διεργασιών στο έδαφος. 1.4.Ρύπανση εδαφών από οργανικές ενώσεις Όπως κάθε οργανική ένωση έτσι και οι οργανικοί ρύποι από τη στιγμή που εναποτίθενται στο έδαφος υφίστανται μια σειρά από φυσικοχημικές και βιολογικές διεργασίες, οι οποίες καθορίζουν τη δυναμική συμπεριφορά και την κατανομή τους στο χώρο. Οι διεργασίες αυτές εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά του εδάφους και από τις φυσικοχημικές ιδιότητες των υπό εξέταση οργανικών ενώσεων Συμπεριφορά οργανικών ουσιών στο έδαφος Οι διεργασίες που καθορίζουν την τύχη των οργανικών ουσιών είναι η προσρόφησή τους στη στερεή φάση του εδάφους, η αποικοδόμηση και η μετακίνησή τους (Ζαλίδης, 2002). Προσρόφηση οργανικών ουσιών Η προσρόφηση αναφέρεται ως η ικανότητα του εδάφους να συγκρατεί μια οργανική ουσία και να εμποδίζει την περαιτέρω κίνησή της μέσω του εδαφικού διαλύματος. Οι διεργασίες που υπεισέρχονται στη συγκράτηση είναι πολύπλοκες και αυτό οφείλεται κυρίως στην ετερογένεια του εδάφους και στη γειτνίασή του με το νερό και την ατμόσφαιρα, καθώς και τη φύση των οργανικών ρύπων. Το έδαφος αποτελείται από τρεις φάσεις, τη στερεή, την υγρή και την αέρια. Η υγρή και η αέρια φάση είναι οι κύριοι οδοί κίνησης των οργανικών ουσιών στο έδαφος. Τα οργανικά και τα ανόργανα στερεά συστατικά αποτελούν τις θέσεις προσρόφησης. Στο έδαφος υπάρχουν οι ακόλουθες επιφάνειες προσρόφησης: Ανόργανες επιφάνειες, οι οποίες αποτελούνται από κρυσταλλικά και άμορφα υλικά. Οι κύριες ενεργοί ομάδες είναι φυλλοπυριτικά ορυκτά της αργίλου και ανόργανες ΟΗ ομάδες κυρίως ενωμένες με μέταλλα και οξείδια. Οργανικές επιφάνειες, οι οποίες αποτελούνται από οργανικά πολυμερή, οργανισμούς και αποικοδομημένα υπολείμματα φυτών και ζώων. Οι ενεργοί ομάδες είναι κυρίως καρβοξύλια, καρβονύλια, φαινολικά υδροξύλια και σουλφονικές ομάδες. 22

23 Σπουδαίο ρόλο στην προσρόφηση παίζουν και οι ιδιότητες των οργανικών ουσιών: Ουσίες σε ιονική μορφή: Οι ουσίες με θετικό φορτίο προσροφώνται στα κολλοειδή της αργίλου, η οποία έχει αρνητικό φορτίο, ενώ οι ουσίες με αρνητικό φορτίο κατά κανόνα δεν προσροφώνται και έχουν μεγαλύτερη πιθανότητα να εκπλυθούν. Ουσίες σε μη ιονική μορφή: Η προσρόφησή τους εξαρτάται από τη λιποφιλικότητά τους και κατά κανόνα προσροφώνται στη μη πολική οργανική ουσία του εδάφους. Φυσικά, ανά πάσα στιγμή υπάρχει ισορροπία μεταξύ της προσροφημένης ουσίας και αυτής που υπάρχει στο εδαφικό διάλυμα. Αποικοδόμηση των οργανικών ουσιών στο έδαφος Η αποικοδόμηση των οργανικών ουσιών στο έδαφος εξαρτάται από ορισμένες διεργασίες, οι οποίες διαχωρίζονται σε φυσικές, χημικές και βιολογικές. Η συνδυασμένη δράση τους έχει ως αποτέλεσμα την αποικοδόμηση των οργανικών μορίων σε χρονικό διάστημα που μπορεί να κυμαίνεται από λίγες ώρες, μήνες ή έτη. Όσο αφορά τις φυσικές διεργασίες οι σημαντικότεροι παράγοντες που επιδρούν είναι το φως και η θερμοκρασία. Η σημασία της φωτόλυσης είναι πολύ μεγάλη όταν ακόμα η οργανική ουσία βρίσκεται στην επιφάνεια του εδάφους ή, προκειμένου για τα γεωργικά φάρμακα, κατά την εφαρμογή τους. Η θερμική αποικοδόμηση συμβαίνει ταυτόχρονα με τη φωτόλυση, σε πολλές περιπτώσεις μάλιστα η υψηλή θερμοκρασία επιταχύνει τη φωτόλυση. Η χημική αποικοδόμηση εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, οι σπουδαιότεροι των οποίων είναι το εδαφικό διάλυμα, το ph του εδάφους, οι φυσικοχημικές ιδιότητες της ουσίας που διασπάται, η παρουσία μετάλλων που δρουν ως καταλύτες, η παρουσία οξειδωτικών ουσιών κ.ά. Η βιολογική αποικοδόμηση, αφορά την αποικοδόμηση των οργανικών μορίων από διάφορους μικροοργανισμούς του εδάφους (μύκητες, βακτήρια, ακτινομύκητες) και για αυτό ονομάζεται μικροβιακή αποικοδόμηση. Οι μικροοργανισμοί αυτοί μπορεί να χρησιμοποιούν τις οργανικές ενώσεις ως αποκλειστική πηγή άνθρακα C, δηλαδή ενέργειας, οπότε διαθέτουν εξειδικευμένα ένζυμα για τη γρηγορότερη αποικοδόμησή τους. Το είδος και οι πληθυσμοί των μικροοργανισμών παίζουν σπουδαίο ρόλο στη μικροβιακή αποικοδόμηση. Στα ανώτερα εδαφικά στρώματα η αποικοδόμηση γίνεται κυρίως από μύκητες 23

24 και είναι αερόβια, σε μεγαλύτερα όμως βάθη όπου οι συνθήκες είναι αναερόβιες, ο σοβαρότερος ρόλος ανήκει στα βακτήρια. Πολλές φορές κατά την εφαρμογή μιας οργανικής ένωσης στο έδαφος, παρατηρείται μία περίοδος μη αποικοδόμησής της, η οποία ακολουθείται από μια άλλη εντατικής αποικοδόμησης. Το γεγονός αυτό οφείλεται στη σύνθεση ενζύμων από τους μικροοργανισμούς. Ακόμη παρατηρείται ταχεία αποικοδόμηση συγκεκριμένων οργανικών ουσιών μετά από επαναλαμβανόμενες εφαρμογές τους στο ίδιο έδαφος. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται επιταχυνόμενη βιοαποικοδόμηση και οφείλεται κυρίως στην προσαρμογή των μικροοργανισμών του εδάφους στο να χρησιμοποιούν τη συγκεκριμένη ένωση ως πηγή άνθρακα και αζώτου. Άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν τη μικροβιακή αποικοδόμηση είναι η θερμοκρασία, η ύπαρξη άλλων πηγών ενέργειας, το ποσοστό της οργανικής ουσίας, που μπορεί κάποιες φορές να είναι τοξικό για τους μικροοργανισμούς, η ύπαρξη άλλων ουσιών που αναστέλλουν τη μικροβιακή δράση και το ποσοστό της ένωσης που προσροφάται. Επίσης η ηλεκτρική αγωγιμότητα του εδάφους επηρεάζει τη μικροβιακή δραστηριότητα, με τους μύκητες και τους ακτινομύκητες να κυριαρχούν σε υψηλές τιμές ηλεκτρικής αγωγιμότητας ενώ αντίθετα τα περισσότερα είδη βακτηρίων είναι ευαίσθητα σε υψηλές τιμές ηλεκτρικής αγωγιμότητας. Μετακίνηση οργανικών ενώσεων Η μετακίνηση των οργανικών ενώσεων στο έδαφος μπορεί να συμβεί μέσω των ακολούθων διεργασιών: Επιφανειακή απορροή. Κατά την επιφανειακή μετακίνηση, η ουσία είτε είναι προσροφημένη στα εδαφικά σωματίδια και μετακινείται μαζί με αυτά, είτε βρίσκεται στην υδατική φάση και μετακινείται με την επιφανειακή απορροή του νερού. Η μετακίνηση στην επιφάνεια του εδάφους των οργανικών ενώσεων είναι δύσκολο να προβλεφθεί με ομοιώματα, επειδή δεν έχει στενή συσχέτιση με τις φυσικοχημικές ιδιότητες. Όταν η οργανική ουσία δεν είναι ενσωματωμένη στο επιφανειακό εδαφικό στρώμα (1cm), τότε παρατηρείται επιφανειακή απορροή ακόμη και αν η κλίση είναι πολύ μικρή. Η επιφανειακή απορροή αποτελεί σημαντική περίπτωση μετακίνησης, διότι εμπεριέχει τον κίνδυνο ρύπανσης και άλλων εδαφών καθώς και των επιφανειακών υδάτων. 24

25 Εξάτμιση H εξάτμιση αποτελεί για ορισμένες οργανικές ουσίες σπουδαίο τρόπο διαφυγής από το έδαφος. Οι κυριότεροι παράγοντες που επηρεάζουν το ρυθμό εξάτμισης είναι η τάση των ατμών της κάθε ουσίας (πτητικότητα), η προσρόφησή της στις ενεργές θέσεις του εδάφους, η περιεκτικότητα του εδάφους σε υγρασία και η θερμοκρασία του εδάφους. Η προσρόφηση μειώνει σοβαρά τον βαθμό εξάτμισης, ενώ αντίθετα η ύπαρξη υγρασίας επιταχύνει την εξάτμιση. Κατακόρυφη έκπλυση Εάν μια οργανική ένωση κατά την καθοδική της κίνηση κατορθώσει να περάσει από την ακόρεστη στην κορεσμένη ζώνη του εδάφους, χωρίς να προσροφηθεί, ούτε να αποικοδομηθεί, τότε υπάρχει πολύ μεγάλη πιθανότητα ρύπανσης των υπόγειων νερών. Το βάθος στο οποίο βρίσκεται η κορεσμένη ζώνη αποτελεί σπουδαία παράμετρο. Ένας μηχανισμός που δεν έχει διερευνηθεί επαρκώς, αλλά παίζει σπουδαίο ρόλο στην κατακόρυφη έκπλυση είναι η μετακίνηση των προσροφημένων ρύπων στα κολλοειδή του εδάφους, με την μετακίνηση των κολλοειδών δια μέσου του εδαφικού διαλύματος Επιπτώσεις της οργανικής ρύπανσης στις λειτουργίες του εδάφους Η ρύπανση του εδάφους με οργανικές ενώσεις έχει ως αποτέλεσμα τη δυσλειτουργία του εδαφικού οικοσυστήματος και τη μείωση της ικανότητάς του να επιτελεί κάποιες από τις λειτουργίες του. Οι λειτουργίες του εδάφους επηρεάζονται κυρίως από τις επιδράσεις των οργανικών ρύπων στους μικροοργανισμούς του εδάφους, οι οποίοι είναι υπεύθυνοι για πληθώρα διεργασιών στο έδαφος. Η λειτουργία του εδάφους να μετασχηματίζει θρεπτικές ουσίες, επηρεάζεται από τις οργανικές ενώσεις μέσω της επίδρασής τους στους μικροοργανισμούς που είναι υπεύθυνοι για τη μετατροπή ανόργανων και οργανικών ουσιών. Η ικανότητα του εδάφους να στηρίζει την τροφική αλυσίδα είναι δυνατό να επηρεαστεί από τις επιπτώσεις ορισμένων οργανικών ρύπων στη χλωρίδα και στην πανίδα του εδάφους. Η ικανότητα του εδάφους να αποικοδομεί ρύπους επηρεάζεται από την κατάληψη ενεργών θέσεων του εδάφους από τους οργανικούς ρύπους. Κατά αυτόν τον τρόπο μειώνονται οι διαθέσιμες θέσεις και συνεπώς η ικανότητα του εδάφους να συγκρατεί και να αποικοδομεί ρύπους. 25

26 1.5.Ρύπανση εδαφών με βαρέα μέταλλα Τα ιχνοστοιχεία που μελετήθηκαν περισσότερο στα εδάφη είναι εκείνα που είναι στοιχειώδη για τη διατροφή ανώτερων φυτών: B, Cu, Co, Fe, Mn, Mo και Zn. Ομοίως, εκείνα που μελετήθηκαν ιδιαίτερα σε φυτά και είδη διατροφής λόγω της σημασίας τους για τη ζωική διατροφή είναι: Cu, Co, Fe, Mn, Mo, Zn, Cr, F, Ni, Se, Sn και V. Ο όρος «ιχνοστοιχείο» έχει διαφορετική σημασία στη βιβλιογραφία. Συχνά υποδηλώνει ένα σύνολο στοιχείων που υπάρχουν στα φυσικά οικοσυστήματα σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις. Οι εδαφολόγοι γενικά θεωρούν «ιχνοστοιχεία» όλα εκείνα εκτός από τα 8 που υπάρχουν σε αφθονία στη βιόσφαιρα (O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K και Μg). Είναι γενικά αποδεκτό ότι ένα στοιχείο θεωρείται «ιχνοστοιχείο» όταν απαντάται σε συγκέντρωση μικρότερη από 0.1%. Στη βιοχημική και βιοϊατρική έρευνα, ιχνοστοιχεία θεωρούνται εκείνα που βρίσκονται φυσιολογικά σε φυτικούς ή ζωικούς οργανισμούς σε συγκεντρώσεις μικρότερες από 0.01%. Στη διατροφή, το «ιχνοστοιχείο» μπορεί να οριστεί ως ένα στοιχείο που απαντάται συχνά, αλλά που η συγκέντρωσή σπάνια υπερβαίνει τα 20 ppm στα είδη διατροφής. Πρέπει να σημειωθεί ότι κάποια από τα θρεπτικά ιχνοστοιχεία (π.χ. Mn και Zn) μπορεί συχνά να ξεπεράσουν αυτή τη συγκέντρωση. Άλλος όρος που έχει χρησιμοποιηθεί και θεωρείται συνώνυμος είναι ο όρος βαρέα μέταλλα. Ο όρος βαρέα μέταλλα συχνά αναφέρεται σε στοιχεία που έχουν πυκνότητα μεγαλύτερη από 5.0g/cm 3. Στην παρούσα εργασία, τα ιχνοστοιχεία που μελετήθηκαν ήταν: Fe, Zn, Cd, Cu, Mn, Ni και Pb. Οι οριακές τιμές συγκέντρωσης των βαρέων μετάλλων για τα εδάφη παρουσιάζονται στον πίνακα

27 Πίνακας 1.3. Οριακές τιμές συγκέντρωσης βαρέων μετάλλων στο έδαφος (Οδηγία 278/1986/ ΕΕC, ΚΥΑ 80568/4225/91) Στοιχείο Οριακές τιμές βαρέων μετάλλων (mg/kg) στο έδαφος Οδηγία 86/278/EEC 6<pH<7 5 ph<6 6 ph<7 ph 7 Cd Cu Ni Pb Zn Στο φυτικό βασίλειο, ειδικά στα ανώτερα φυτά, ένα στοιχείο θεωρείται απαραίτητο αν πληροί τα ακόλουθα κριτήρια: 1. Απομάκρυνση του στοιχείου πρέπει άμεσα να προκαλέσει μη κανονική αύξηση και αποτυχία ολοκλήρωσης του κύκλου ζωής ή πρόωρη γήρανση και θάνατο 2. Το αποτέλεσμα πρέπει να είναι συγκεκριμένο και το στοιχείο δεν μπορεί να αντικατασταθεί από άλλο στοιχείο 3. Το αποτέλεσμα πρέπει να είναι άμεσο είτε στην αύξηση είτε στο μεταβολισμό. Έμμεσα ή δευτερεύοντα θετικά αποτελέσματα ενός στοιχείου δεν το καθιστούν απαραίτητο. Στη ζωική διατροφή, τα κριτήρια για να θεωρηθεί κάποιο στοιχείο απαραίτητο είναι παρόμοια (Underwood,1977): 1. Συνεπής σημαντική αύξηση μετά από κατανάλωση τροφών με μεγάλη περιεκτικότητα σε αυτό το στοιχείο 2. Αντιμετώπιση προβλημάτων επάρκειας 3. Συσχέτιση της έλλειψης κάποιου στοιχείου στα ζώα, με επίπεδα του στοιχείου κάτω του κανονικού στο αίμα ή τους ιστούς που εκδηλώνουν την αντίδραση. 27

28 Η σπουδαιότητα, τα οφέλη και η πιθανή τοξικότητα των ιχνοστοιχείων φαίνονται στον πίνακα 1.4. Πίνακας 1.4. Απαραίτητα και μη απαραίτητα ιχνοστοιχεία στα φυτά και τα ζώα στο οικοσύστημα. Πηγή: Adriano (1986) Απαραίτητο για Πιθανώς τοξικό για Σχόλια Στοιχείο Φυτά Zώα Φυτά Zώα Cd Όχι Όχι Ναι Ναι Cu Ναι Ναι Ναι Ναι Mn Ναι Ναι <ph 5 Στενά όρια, συσσώρευση στην τροφική αλυσίδα, καρκινογόνο, ασθένεια Itai-itai Εύκολη ακινητοποίηση με μορφή συμπλόκων Ευρέα όρια, τοξικό στα όξινα εδάφη, ανάμεσα στα λιγότερο τοξικά Νι Όχι Ναι Ναι Ναι Ευκίνητο στα φυτά, καρκινογόνο Pb Όχι Όχι Ναι Ναι Zn Ναι Ναι Ισχυρά τοξικό όταν συσσωρεύεται στην επιφάνεια εδάφους Εύκολα ακινητοποιήσιμο στα φυτά, συχνά παρουσιάζεται έλλειψη, σχεδόν μη τοξικό Για τα ανώτερα φυτά, Cu, Mn και Zn είναι στοιχειώδη. Στα ζώα, στοιχειώδη είναι Cu, Zn, Mn και Ni Πηγές βαρέων μετάλλων Υπάρχουν διάφορες πηγές βαρέων μετάλλων στο περιβάλλον, οι οποίες μπορεί να είναι είτε φυσικές είτε τεχνητές. Οι σημαντικότερες πηγές βαρέων μετάλλων είναι: 1. Μητρικό υλικό 2. Βιομηχανικά λιπάσματα 3. Φυτοφάρμακα και υλικά ασβέστωσης 4. Απόβλητα υπονόμων 5. Ζωικά απόβλητα 28

29 6. Υπολείμματα ορυκτού άνθρακα (coal residues) 7. Αστικά απορρίμματα 8. Υγρά απόβλητα 9. Βιομηχανίες μετάλλων 10. Εκπομπές καυσαερίων Όλες οι πηγές, εκτός από το μητρικό οφείλονται σε ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Τα πρώτα 7 είναι οι κύριες πηγές στα εδαφικά οικοσυστήματα. Τα υπόλοιπα μπορεί να έχουν αντίκτυπο σε φυσικά οικοσυστήματα, καθώς επίσης και σε αστικές και αγροτικές περιοχές Μορφές βαρέων μετάλλων στο έδαφος Τα βαρέα μέταλλα στο έδαφος είναι δυνατό να απαντούν σε μία η σε περισσότερες από τις παρακάτω μορφές: 1. ως διαλυτά στο εδαφικό διάλυμα 2. ως ανταλλάξιμα σε οργανικά και ανόργανα συστατικά 3. ως δομικά συστατικά πυριτικών ορυκτών 4. ως ιζήματα 5. ενσωματωμένα σε βιολογικά υλικά Οι δύο πρώτες μορφές είναι διαθέσιμες στα φυτά ενώ οι υπόλοιπες είναι δυνατό να καταστούν διαθέσιμες αργότερα. Η δραστηριότητα των βαρέων μετάλλων στο έδαφος, θεωρείται ότι εξαρτάται από την ισορροπία ανάμεσα στο ποσοστό αργίλου, την οργανική ουσία, τα υδροξείδια Fe και Al, με το ph να επηρεάζει ισχυρά την ισορροπία αυτή (Lindsay, 1979) Συμπεριφορά βαρέων μετάλλων στο έδαφος Εξαιτίας της ετερογένειας του εδάφους, αλλά και των μη σταθερών φυσικών, χημικών και βιολογικών ιδιοτήτων του, είναι πολύ δύσκολο να εκτιμηθεί η συμπεριφορά των βαρέων μετάλλων. Για αυτό το λόγο παρακάτω περιγράφονται οι παράγοντες του εδάφους που επηρεάζουν τη συμπεριφορά των βαρέων μετάλλων (Adriano,1986). 29

30 ph Γενικά η ικανότητα του εδάφους να ακινητοποιεί τα βαρέα μέταλλα αυξάνεται με την αύξηση του ph, με το μέγιστο να εμφανίζεται κάτω από ουδέτερες ή ελαφρώς αλκαλικές συνθήκες. Από αυτόν τον γενικό κανόνα εξαιρούνται, το αρσενικό (As), το μολυβδαίνιο (Mo), το σελήνιο (Se) και κάποιες μορφές του χρωμίου (Cr), τα οποία είναι πιο ευκίνητα σε ουδέτερες ή ελαφρώς αλκαλικές συνθήκες. Σύμφωνα με τον Fuller(1977) η ευκινησία των βαρέων μετάλλων ανάλογα με την τιμή του ph παρουσιάζεται στον πίνακα 1.5. Πίνακας 1.5. Ευκινησία βαρέων μετάλλων ανάλογα με την τιμή ph Τιμές ph ευκίνητα Μετρίως ευκίνητα Ακίνητα Cd, Nι, Zn As, Be, Cr Cu, Pb, Se As, Cr Be, Cd, Hg, Zn Cu, Pb, Ni Εναλλακτική Ικανότητα (CEC.) Η εναλλακτική ικανότητα του εδάφους εξαρτάται από το είδος των ορυκτών της αργίλου, την οργανική ουσία και τα όξυ-υδροξείδια σιδήρου, μαγνησίου και αργιλίου. Γενικά με την αύξηση της CEC. μειώνονται και οι αρνητικές επιπτώσεις της παρουσίας των βαρέων μετάλλων στο έδαφος. Πολλές έρευνες έδειξαν πως η CEC. μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένας γενικός δείκτης των συστατικών του εδάφους (άργιλος, οργανική ουσία, όξυ υδροξείδια σιδήρου, μαγνησίου και αργιλίου) τα οποία περιορίζουν την κινητικότητα των βαρέων μετάλλων. Οργανική Ουσία Ορισμένα βαρέα μέταλλα (Co, Cu,Mn, Ni, Pb, Zn κ.α.) έχουν την τάση να σχηματίζουν σύμπλοκες ενώσεις, διαλυτές ή αδιάλυτες, με την οργανική ουσία (χούμος). Ο σχηματισμός των σύμπλοκων ενώσεων οφείλεται στην ένωση των βαρέων μετάλλων με καρβοξυλικές ή φαινολικές ομάδες της οργανικής ουσίας. Η παρουσία αυτών των σύμπλοκων στο έδαφος επηρεάζει τη διαθεσιμότητα των βαρέων μετάλλων. Ο σχηματισμός σύμπλοκων ενώσεων με Cu, Zn και Fe έχει σα συνέπεια την προστασία τους από τις αντιδράσεις υδρόλυσης και ιζηματοποίησης, αυξάνοντας έτσι τη διαθεσιμότητά τους στο έδαφος. Αντίθετα, με τον ίδιο μηχανισμό η οργανική ουσία εξουδετερώνει τοξικά στοιχεία όπως το Cd και ο Hg και μειώνει τη διαθεσιμότητά τους. 30