Παράγοντες που επηρεάζουν την πρόσληψη του καδμίου από εδάφη καλλιεργούμενα με καπνό

Abstract

Although Cd is not an essential plant nutrient, it is usually taken up from the soil, accumulates in the tissues of higher plants and through the food chain can eventually transferred to humans. In certain cases Cd can be toxic to higher plants. The usual Cd content of Greek soils ranges within normal levels. Nevertheless, there are some cases, even in Greek soils, where Cd content is found in such levels, that could create problems in many crops. Tobacco is a potential Cd accumulator especially under high exposure conditions. On the other hand, tobacco is a basic crop for Greek Economy, especially in poor areas, where it is the main income for the farmers. The scarcity of data, considering to the main soil factors, that affect Cd uptake by oriental tobacco, was the main reason that this research was undertaken. The objectives of this work were to investigate in details the effect of : a) soil pH, b) NH4+ -N addition as tobacco main fertilizer, c) Cl present in soil solution, d) manure addition, and e) soil solution composition, in Cd uptake by oriental tobacco plants. At first, thirteen soils, were selected from fields of North Greece, where difeerent tobacco types and varieties were cultivated. The soil solution from rhizosphere and non-rhizosphere soils from the first 10 of the above soils was extracted, during the period of tobacco flowering (45 days after transplanting). In the same time tobacco leaf samples were taken from the same fields, where the soil solution samples had been taken. The main properties of soil solution, soluble Cd and other existing Cd species were determined in the laboratory. In addition Cd content of tobacco leaves was also determined. In the remaining three soils, designated as M1, M2 and K, that they were selected on the basis of their high soil Cd content, a complete soil analysis was carried out of both the soil solution and the solid phase. These 3 soils were used later in pot experiments, where oriental tobacco plants (variety BX 2a) were grown. More specifically, the soil M1, was used in pot experiment of the year 2002, where the addition of NH4+-N, Cl and manure was studied. The soil M1, M2 and K were used in pot experiment of the year 2003, where the addition of NH4+-N and Cl was studied. At the end of this work, the soil M2, M2limed (the latter being limed soil M2) and K were used in pot experiment of the year 2004, where pH, Cl and manure were studied. Additionaly, the presence of low molecular weigth organic acids (LMWOA) in the soil solution of the treatments was also studied, as well as other soil factors that affected Cd uptake. Cd uptake was also studied in a lab experiment, where tobacco was grown in nutrient solution with various Cd addition.

Το Cd είναι ένα χημικό στοιχείο επιζήμιο για τα φυτά αλλά κυρίως είναι επιζήμιο για τον άνθρωπο, στον οποίο μεταφέρεται δια της τροφικής αλυσίδας. Η συνήθης μέση συγκέντρωση του Cd στα Ελληνικά γεωργικά εδάφη, κυμαίνεται σε φυσιολογικά επίπεδα που δεν είναι τοξικά για τα φυτά. Εν τούτοις υπάρχουν περιπτώσεις Ελληνικών εδαφών, όπου η περιεκτικότητα σε ολικό Cd (4M HNO3) και σε διαθέσιμο Cd (DTPA) είναι σε επίπεδα τέτοια (>3 μg/g και ~0,4 μg/g εδάφους, αντίστοιχα), που θα μπορούσε να δημιουργήσει προβλήματα σε καλλιέργειες όπως ο καπνός, που ως γνωστό βιοσυσσωρεύει το Cd κυρίως στα φύλλα. Ο καπνός από την άλλη είναι μία καλλιέργεια πολύ χρήσιμη και αποδοτική και μάλιστα σε περιοχές μη γόνιμες και ορεινές, όπου σε πολλές περιπτώσεις αποτελεί και τη μοναδική πηγή εισοδήματος για τους αγρότες. Η έλλειψη δεδομένων για τους σημαντικότερους εδαφικούς παράγοντες, που επηρεάζουν την πρόσληψη του Cd από καπνό ανατολικού τύπου ποικιλίας ΒΞ 2α, οδήγησαν στην εκπόνηση της παρούσας διατριβής, σκοποί της οποίας ήταν να διερευνηθεί διεξοδικά, η επίδραση της τιμής του εδαφικού pH, της προσθήκης αμμωνιακού αζώτου, Cl, και κοπριάς και της παρουσίας στο εδαφικό διάλυμα των οργανικών οξέων μικρού ΜΒ, στην πρόσληψη του Cd από καπνό ανατολικού τύπου. Για τη επίτευξη των παραπάνω στόχων της διατριβή επιλέχθηκαν αρχικά 13 εδάφη από αγρούς της Β. Ελλάδος, που καλλιεργούνταν με διάφορους τύπους και ποικιλίες καπνού. Στα πρώτα 10 από τα εδάφη αυτά, έγινε παραλαβή του εδαφικού διαλύματος από της περιοχή της ριζόσφαιρας αλλά και γύρω από αυτή, κατά την περίοδο, που τα φυτά του καπνού ήταν στο στάδιο της ανθήσεως (45 ημέρες από τη μεταφύτευση). Ταυτόχρονα έγινε και δειγματοληψία των φύλλων του καπνού. Στη συνέχεια έγινε ο προσδιορισμός των μορφών του Cd στο εδαφικό διάλυμα, όπως και ο εργαστηριακός προσδιορισμός και των άλλων φυσικοχημικών παραμέτρων των εδαφών. Παράλληλα έγινε ο προσδιορισμός της περιεκτικότητας σε Cd των φύλλων του καπνού. Στα υπόλοιπα 3 από τα παραπάνω εδάφη, τα Μ1, Μ2 και Κ τα οποία είχαν ως κοινό χαρακτηριστικό, την υψηλή για τα Ελληνικά δεδομένα, περιεκτικότητα σε Cd ολικό (εκχύλιση με 4M HNO3) και διαθέσιμο (εκχύλιση με DTPA), έγινε περαιτέρω εδαφολογική μελέτη όσον αφορά τη σύνθεση του διαλύματός τους, και τις μορφές-κλάσματα του Cd στη στερεή τους φάση. Τα εδάφη αυτά χρησιμοποιήθηκαν στη συνέχεια σε πειράματα σε δοχεία, με φυτά καπνού ανατολικού τύπου ποικιλίας ΒΞ 2α. Το έδαφος Μ1 χρησιμοποίηθηκε σε πείραμα του έτους 2002, τα εδάφη Μ1, Μ2 και Κ, σε πείραμα του 2003, ενώ τα εδάφη Μ2, Μ2ασβ (προέκυψε από το έδαφος Μ2 μετά από ασβέστωση) και Κ σε πείραμα του 2004. Στα πειράματα αυτά μελετήθηκε η επίδραση των προαναφερθέντων εδαφικών παραγόντων στην πρόσληψη Cd από τον καπνό. Η πρόσληψη του Cd μελετήθηκε επίσης και σε καλλιέργεια καπνού απουσία εδάφους σε θρεπτικό διάλυμα, που δέχθηκε τεχνητή προσθήκη Cd.