Συστηματικός έλεγχος των υπολειμμάτων νιτρικών ιόντων στα φυλλώδη λαχανικά και το περιβάλλον του Νομού Αιτωλοακαρνανίας: Παράγοντες που μειώνουν τη συσσώρευση νιτρικών ιόντων στα φυλλώδη λαχανικά

Abstract

Nitrates are ubiquitous within environmental systems. Elevated nitrates concentrations can cause methemoglobinemia (blue baby syndrome) and several types of cancer due to the potential toxicity of their compounds (nitrosamines). For this reason European Union has established maximum nitrates levels in order to protect human health. The aim of this PhD thesis was the systematic monitoring of nitrate distribution in Aitoloakamania region (water, plants, soil), as well as the factors which can decrease nitrate accumulation in leafy vegetables. - In all samples, the determined nitrate concentrations were low and with the limits of E.U. This can be attributed to intensive and longtime period of sunshine at the area, as I well as to the great water potential of the region (rainfalls, water resources). Moreover, the factors which were found to decrease nitrate accumulation in leafy vegetables were the type of fertilizer (organic cultivation) and the sun intensity. - Furthermore, Cd²⁺ binding on soil components γ-Αl₂O₃, SiO₂, was studied in the presence of common electrolyte ions Mg²⁺, SO₄²⁻ and ΝΟ₃⁻. The experimental data reveal that Cd²⁺ binding on soil components γ-Αl₂O₃, SiO₂ is modulated by the electrolyte ions in a complex manner. a) At high electrolyte concentration, Cd²⁺ uptake by γ-Αl₂O₃ is inhibited. Theoretical analysis by a Surface Complexation Model shows that this effect can be attributed partially to bulk, ionic strength, effect of the electrolyte while the most significant inhibition is due to direct competition between Mg2+ and Cd²⁺ ions for the ≡SO⁻ surface sites of γ-Αl₂O₃. b) At low concentration of electrolyte ions, Cd²⁺ uptake by γ-Αl₂O₃ can be enhanced due to synergistic co-adsorption of Cd²⁺ and electrolyte anions, particularly SO₄²⁻ and to a lesser extent ΝΟ₃⁻. The theoretical analysis shows that this co-adsorption is due to formation of ternary surface species (≡SOH₂SO₄Cd) and (≡SOH₂NO₃Cd) which enhance Cd-uptake at pH values well below the point of zero charge of the γ-Αl₂O₃. - The above results were obtained for the binary oxide of perlite (80% SiO₂, 20% Al₂O₃), which until now was considered inactive. At this work, the point of zero charge (pHpzc) was determined, while what was observed was that unexpanded perlite shows greater ion adsorption than expanded perlite. This can be attributed to the loss of reactive sites on the perlite surface, due to its thermal treatment (vitrification).

Τα νιτρικά ιόντα (ΝΟ₃⁻) ανιχνεύονται σε όλα τα περιβαλλοντικά συστήματα. Αυξημένες συγκεντρώσεις ΝΟ₃⁻ ιόντων ενδέχεται να προκαλέσουν σοβαρά προβλήματα υγείας (μέσω της παραγωγής των καρκινογενών νιτροζαμίνων), όπως μεθαιμοσφαιριναιμία (blue baby syndrome) στα βρέφη και σε ορισμένες περιπτώσεις καρκίνο του στομάχου και του εντέρου καθώς και πρόκληση υπερθυρεοειδισμού. Για το λόγο αυτό η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει θεσπίσει ανώτατα επιτρεπτά όρια για την προστασία της ανθρώπινης υγείας. Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκε συστηματικός έλεγχος της κατανομής των ΝΟ₃⁻ ιόντων στο περιβάλλον (νερό, φυλλώδη λαχανικά, έδαφος) του νομού Αιτωλοακαρνανίας και μελετήθηκαν οι παράγοντες που μειώνουν τη συσσώρευση ΝΟ₃⁻ ιόντων στα φυλλώδη λαχανικά. - Σε όλα τα δείγματα, οι συγκεντρώσεις ΝΟ₃⁻ ιόντων που ανιχνεύθηκαν ήταν χαμηλές και μέσα στα όρια που έχει θεσπίσει η Ε.Ε. Το γεγονός αυτό αποδίδεται κυρίως στην έντονη και μεγάλης διάρκειας ηλιοφάνεια που παρατηρείται στην περιοχή, καθώς και στο μεγάλο υδάτινο δυναμικό του νομού Αιτωλοακαρνανίας (βροχοπτώσεις, υδάτινοι ταμιευτήρες). Επιπλέον, οι παράγοντες που βρέθηκε ότι μειώνουν τη συσσώρευση στα φυλλώδη λαχανικά ήταν το είδος λιπάσματος και ο τρόπος καλλιέργειας (βιολογική καλλιέργεια) και η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας. - Μελετήθηκε η επίδραση των ΝΟ₃⁻ και άλλων ιόντων ηλεκτρολύτη (Mg²⁺ και SO₄²⁻), στη δέσμευση καδμίου σε συστατικά του εδάφους γ-Αl₂O₃, SiO₂. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η δέσμευση του Cd²⁺ στη γ-Αl₂O₃ ρυθμίζεται από τα ιόντα ηλεκτρολύτη μέσω ενός πολύπλοκου μηχανισμού. α) Σε υψηλές συγκεντρώσεις ηλεκτρολύτη, η πρόσληψη του Cd²⁺ από τη γ-Αl₂O₃ παρεμποδίζεται. Η θεωρητική ανάλυση μέσω των Μοντέλων Επιφανειακής Δέσμευσης έδειξε ότι το φαινόμενο αυτό αποδίδεται μερικώς στα φαινόμενα υψηλής ιοντικής ισχύος, ενώ η μεγαλύτερη παρεμπόδιση οφείλεται στον άμεσο ανταγωνισμό μεταξύ των ιόντων Mg²⁺ και Cd²⁺ για τις επιφανειακές θέσεις ≡SO⁻ της γ-Αl₂O₃. β) Σε χαμηλές συγκεντρώσεις ηλεκτρολύτη, η πρόσληψη του Cd²⁺ από τη γ-Αl₂O₃ ενισχύεται εξαιτίας της συνεργιστικής συμπροσρόφησης του Cd²⁺ και των ιόντων ηλεκτρολύτη, κυρίως για τα SO₄²⁻ και σε μικρότερο βαθμό για τα ΝΟ₃⁻ ιόντα. Η θεωρητική ανάλυση έδειξε ότι η συμπροσρόφηση αυτή αποδίδεται στο σχηματισμό των τριαδικών επιφανειακών χημικών ειδών (=SOH₂SO₄Cd) και (=SOH₂NO₃Cd), τα οποία ενισχύουν την πρόσληψη του Cd²⁺ σε τιμές pH μικρότερες από το σημείο μηδενικού φορτίου της γ-Αl₂O₃. - Τα παραπάνω αποτελέσματα παρατηρήθηκαν και στο δυαδικό οξείδιο [SiO₂, 20% Αl₂O₃] που χρησιμοποιείται ευρέως ως υπόστρωμα καλλιέργειας δηλαδή περλίτης (80% SiO₂, 20% Αl₂O₃). Προσδιορίστηκε το σημείο του μηδενικού του φορτίου (pHpzc) ενώ διαπιστώθηκε πως ο μη-διογκωμένος περλίτης παρουσιάζει μεγαλύτερη προσροφητική ικανότητα από το διογκωμένο-περλίτη. Το φαινόμενο αυτό αποδίδεται στην απώλεια λειτουργικών θέσεων στην επιφάνεια του περλίτη, εξαιτίας της θερμικής επεξεργασίας που έχει υποστεί (υαλοποίηση).