Factors affecting Selenium geochemistry, mobility and bioavailability in Greek soils

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκε η γεωχημεία, η κινητικότητα και η βιοδιαθεσιμότητα του σεληνίου σε ελληνικά γεωργικά εδάφη. Η δομή του διδακτορικού χωρίζεται σε δύο μέρη όπου το πρώτο αφορά μελέτες πειραμάτων διαλείποντος χρόνου με εδαφικά δείγματα και μείγματα αυτών με τροποποιημένο ζεόλιθο, ενώ το δεύτερο πειράματα βιο-εμπλουτισμού καλλιεργειών μαρουλιού και ρόκας σε περιβάλλον θερμοκηπίου. Πιο συγκεκριμένα τα πειράματα διαλείποντος χρόνου (batch experiments) πραγματοποιήθηκαν με προσθήκη του σεληνίου στις δύο επικρατέστερες μορφές του στα εδαφικά περιβάλλοντα, δηλαδή ως Se(IV) και Se(VI), και καταγράφηκαν τα δεδομένα προσρόφησης και εκρόφησης του Se πάνω στα εδάφη και στα εδαφικά μείγματα. Σε όλες τις περιπτώσεις όπου υπήρξε προσρόφηση, τα δεδομένα ακολουθούσαν τις ισόθερμες Langmuir και Freundlich, ενώ εδαφικές ιδιότητες όπως το pH και τα οξείδια των μετάλλων είχαν καθοριστικό ρόλο στην διαδικασία προσρόφησης και εκρόφησης. Ο τροποποιημένος ζεόλιθος έπαιξε καθοριστικό ρόλο στις διαδικασίες προσρόφησης και εκρόφησης και των δύο χημικών μορφών του σεληνίου, αυξάνοντας την διαθεσιμότητα του Se(IV) και μειώνοντας την κινητικότητα του Se(VI). Ο μηχανισμός προσρόφησης και των δύο μορφών Se ήταν με σύμπλοκα εξωτερικής επιφάνειας (outer sphere). Στο δεύτερο μέρος της διδακτορικής διατριβής μελετήθηκε ο βιο-εμπλουτισμός, δύο εκ των κυριότερων καλλιεργειών λαχανικών παγκοσμίως, του μαρουλιού και της ρόκας. Η προσθήκη του σεληνίου έγινε ξανά με τις δύο επικρατέστερες μορφές, δηλαδή ως Se(IV) και Se(VI), και σε δύο δόσεις (5 και 10 mg kg-1 εδάφους). Στην περίπτωση της πειραματικής καλλιέργειας μαρουλιού εξετάστηκε και η επίδραση ενός βιοδιεγέρτη εκχυλίσματος φυκιών και ενός βιοεξανθρακώματος (biochar) από προϊόντα λυματολάσπης στην διαδικασία πρόσληψης του σεληνίου από τα φυτά, ενώ στην περίπτωση της ρόκας το σελήνιο προστέθηκε παρουσία και απουσία βιοδιεγέρτη εκχυλίσματος φυκιών. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν αναφορικά με τον βιο-εμπλουτισμό του μαρουλιού έδειξαν ότι η δόση εφαρμογής των 5 mg Se kg-1 εδάφους ανεξαρτήτως χημικού είδους ήταν ικανή να αυξήσει σημαντικά την συγκέντρωση του στοιχείου στους φυτικούς ιστούς, χωρίς να έχει αρνητική επίδραση στα βιομετρικά χαρακτηριστικά και την ευρωστία των φυτών. Η δόση εφαρμογής των 10 mg Se kg-1 εδάφους, σε πολλές περιπτώσεις, οδήγησε στην εμφάνιση συμπτωμάτων τοξικότητας στα φυτά, με τον βιοδιεγέρτη να μειώνει αισθητά τα εν λόγω συμπτώματα στην περίπτωση εφαρμογής του Se(IV), ενώ ο βιοδιεγέρτης να αυξάνει την πρόσληψη σεληνίου από τα φυτά και να κάνει τα συμπτώματα εντονότερα. Τα αποτελέσματα αναφορικά με τον βιο-εμπλουτισμό των φυτών ρόκας, έδειξαν ότι το συγκεκριμένο φυτικό είδος συσσωρεύει σημαντικά μεγαλύτερες ποσότητες σεληνίου στο υπέργειο τμήμα του συγκριτικά με το μαρούλι, ιδίως όταν η προσθήκη του στοιχείου γίνεται ως Se(VI), οδηγώντας στο συμπέρασμα ότι μπορεί να ανήκει στην κατηγορία β-υπερσυσσωρευτή για σελήνιο. Οι υψηλότερες τιμές συγκέντρωσης σεληνίου στους φυτικούς ιστούς με παράλληλη εύρωστη εικόνα των φυτών καταγράφηκαν για την δόση εφαρμογής 5 mg Se kg-1 εδάφους, ενώ στην περίπτωση της εφαρμογής της μεγάλης δόσης σεληνίου τα φυτά εμφάνισαν συμπτώματα τοξικότητας με τον βιοδιεγέρτη να τείνει να μειώσει την έντασή τους.