Μελέτη Επίδρασης Ατμοσφαιρικών Ρύπων Χοιροτροφικής Μονάδας στα Φύλλα Ελιάς με Οπτικό Μικροσκόπιο, με Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο και με Περίθλαση Ακτίνων Χ

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η επίδραση ή μη ατμοσφαιρικών ρύπων που εκλύονται από βιομηχανικό χοιροτροφείο στην Κρήτη στα φύλλα της ευρωπαϊκής ελιάς (Olea Εuropaea). Η μελέτη της επιμόλυνσης των φύλλων της ελιάς παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον καθότι συνιστά ένα είδος που συναντάται σε αφθονία στην Ελλάδα και πληρεί όλες τις προδιαγραφές ώστε να χρησιμοποιείται ως μέρος ζωνών προστασίας φυτικής σύστασης (VEBs) για τον περιορισμό των εκλυόμενων ρύπων από κτηνοτροφικές μονάδες. Η έρευνα στηρίχτηκε στη χρήση τριών Φυσικών Μεθόδων Ανάλυσης δηλαδή, στην μορφολογική εξωτερική εξέταση με οπτικό μικροσκόπιο, στη μορφολογική εξέταση με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο (SEM), και στον προσδιορισμό των κυριότερων χημικών ενώσεων με περίθλαση ακτίνων Χ (XRD). Με το οπτικό μικροσκόπιο μελετήθηκαν δείγματα φύλλων ελιάς, στις πάνω και κάτω επιφάνειες και στην τομή, σε διάφορες μεγεθύνσεις, από δέντρα που απείχαν διαφορετικές αποστάσεις από τους ανεμιστήρες εξαέρωσης της μονάδας. Στα δείγματα αυτά παρατηρήθηκαν μαύρα στίγματα, που υποδεικνύουν πιθανή συσσώρευση σωματιδιακών ρύπων, αλλά και τραυματισμοί. Ωστόσο, λόγω της μάλλον χαμηλής ποιότητας των εικόνων του οπτικού μικροσκοπίου η μέθοδος δεν κρίθηκε επαρκής για την εξαγωγή σαφών συμπερασμάτων. Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο χρησιμοποιήθηκε για την μελέτη της επιμόλυνσης φύλλων ελιάς από δέντρα σε διαφορετικές αποστάσεις από τους ανεμιστήρες του χοιροτροφείου σε τρεις εποχές (χειμώνα, άνοιξη, καλοκαίρι) και την εκτίμηση του βαθμού εξάρτησης της ρύπανσης των φυτών από την απόσταση από τη βιομηχανική εγκατάσταση μέσω μίας μεθόδου μέτρησης των ασπιδοειδών τριχών ανά mm2 του φύλλου σε συνάρτηση με την απόσταση από τους ανεμιστήρες εξαέρωσης του χοιροτροφείου. Λήφθηκαν φωτογραφίες πάνω και κάτω επιφανειών των φύλλων σε μεγεθύνσεις από 100x έως και 1200x. Αναμενόταν μία ενδεχόμενη αύξηση του αριθμού των τριχών και στις τρεις εποχές, καθώς απομακρυνόμαστε από το βιομηχανικό χοιροτροφείο, όπου και η ρύπανση των φυτών είναι μικρότερη, ωστόσο οι μετρήσεις μας για τα δείγματα που μας προσκομίστηκαν για εξέταση δεν μαρτυρούν κάτι τέτοιο. Είναι εμφανής η αναγκαιότητα διερεύνησης περισσοτέρων δειγμάτων από αυτά που προσκομίστηκαν προς μελέτη σε αυτή την εργασία, αλλά και η δειγματοληψία σε φυτά που απέχουν μικρότερες αποστάσεις από τη μονάδα π.χ. 20 μ, καθώς και σε δείγματα αναφοράς σε πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις από την πηγή των ρύπων, π.χ. 2 χλμ, για την εξαγωγή κάποιων σαφέστερων συμπερασμάτων. Ακόμα, πρέπει να λαμβάνονται σοβαρά υπ’ όψη οι μετεωρολογικές συνθήκες και κυρίως η κυρίαρχη φορά των ανέμων. Σχετικά με την μελέτη της πιθανής συσσώρευσης ρύπων στα φύλλα παρατηρήθηκαν σωματίδια με ακανόνιστο σχήμα, τα οποία φάνηκαν να είναι σκόνες και σωματιδιακοί ρύποι, μύκητες και κονιδιοφόροι μυκητών, καθώς και φαινόμενα που οφείλονται στη ρύπανση αυτή, όπως κατεστραμμένες ασπιδοειδείς τρίχες, επικαλλυμένα στόματα φύλλων και ρύποι που έχουν εισχωρήσει στην εφυμενίδα των φύλλων. Η ρύπανση αυτή πιθανόν να οφείλεται σε άλλες πηγέw ρύπανσης, πλην του χοιροτροφείου, καθώς στην περιοχή υφίστανται βιομηχανικές μονάδες παραγωγής αδρανών υλικών (λατομεία). Αναφορικά με το XRD, δείγματα φύλλων ελιάς υπέστησαν ξηρή τεφροποίηση ώστε να προσδιοριστούν με περίθλαση ακτίνων Χ οι κυριότερες χημικές ενώσεις που περιέχονται σε αυτά. Στόχος αυτής της σειράς πειραμάτων ήταν να αναλυθούν τα φύλλα, ως προς τη χημική τους σύσταση για την διερεύνηση της μεταβλητότητας ορισμένων περιεχόμενων ενώσεων (αζωτούχων, θειούχων, φωσφορικών, κ.α.), που πιθανώς να προέρχονται από αέριους ρύπους που εκλύονται από τo βιομηχανικό χοιροτροφείο, σε συνάρτηση με την απόσταση από την κτηνοτροφική μονάδα, αλλά και την εποχή. Η διερεύνηση αυτή πραγματοποιήθηκε μέσω της σύγκρισης των αντίστοιχων ταυτοποιημένων διαγραμμάτων των ενώσεων. Από τη σύγκριση των διαγραμμάτων των δειγμάτων που απείχαν διαφορετικές αποστάσεις από το βιομηχανικό χοιροτροφείο την ίδια εποχή προέκυψαν μερικές παρατηρήσεις σχετικά με την ποιοτική διαφοροποίηση των δειγμάτων στις περιεχόμενες ενώσεις, αλλά και με ποσοτικές διαφοροποιήσεις συγκεκριμένων τύπων ενώσεων. Από τη σύγκριση των διαγραμμάτων των δειγμάτων που απείχαν ίδιες αποστάσεις από το βιομηχανικό χοιροτροφείο και είχαν συλλεχθεί σε διαφορετικές εποχές παρατηρήθηκαν ποσοτικές διαφοροποιήσεις συγκεκριμένων τύπων ενώσεων. Η αναγκαιότητα διερεύνησης περισσοτέρων δειγμάτων από αυτά που προσκομίστηκαν προς μελέτη σε αυτή την εργασία, αλλά και η δειγματοληψία σε φυτά που απέχουν μικρότερες αποστάσεις από τη μονάδα, καθώς και σε δείγματα αναφοράς σε πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις από την πηγή των ρύπων, είναι και εδώ εμφανής.

In this thesis we studied the effect or not of air pollutants emitted from an industrial pig farm in Crete on the leaves of the European Olive (Olea Europaea). The study of contamination of olive leaves is of particular interest since it is a species that is found in abundance in Greece and meets all standards to be used as part of vegetative environmental buffers (VEBs) to reduce the release of pollutants from industrial farms. The research was based on the use of three Natural Analytical Methods i.e. the external morphological examination by optical microscopy, the morphological examination by electron microscopy (SEM), and the identification of the main compounds using X-ray diffraction (XRD). With the optical microscope we studied samples of olive leaves, on both adaxial and abaxial surfaces and the intersection, at various magnifications, from trees that abstained different distances from the industrial hog farm’s exhaust fans. Black spots were observed on the samples, indicating possible accumulation of particulate pollutants. In various samples this possibly led to injuries. However, due to the rather low quality of the images of the optical microscope, this method was not deemed sufficient to extract clear conclusions. The electron microscope was used to study the contamination of olive leaves from trees at different distances from the industrial hog farm’s exhaust fans in three seasons (winter, spring, summer) and to assess the degree of dependence of the plant pollution from the distance from the industrial unit through a measurement method of peltate hairs per mm2 of leaves in relation to the distance from the exhaust fans. Photographs of both adaxial and abaxial surfaces were taken at magnifications from 100x to 1200x. We expected a possible increase in the number of hairs in all three seasons, as we move away from the industrial pig farm, where plant pollution is smaller, but our measurements on the samples submitted for our examination did not reveal something like that. The necessity of investigating more samples than those submitted for consideration in this work and the sampling in plants, from the same area, spaced shorter distances from the unit e.g. 20 m as well as reference samples at much greater distances from the source of pollutants e.g. 2 km, is evident in order to export some clearer conclusions. Still, the meteorological conditions, and especially the dominant direction of the wind, must be taken seriously into account. Regarding the study of the possible accumulation of pollutants in the leaves, there were observed irregularly shaped particles, which appeared to be dust and particulate matter, fungus and fungal conidiophores, as well as phenomena, due to the pollution, like damaged peltate hair, coated stomata of the leaves and pollutants that have penetrated the cuticle of the leaves. This pollution may be due to other sources, other than the industrial hog farm, as quarries exist at the area. Referring to XRD, olive leaf samples were dry ashed in order to study the main chemical compounds contained in them by X-ray diffraction. The aim of this series of experiments was to analyze the leaves chemical composition in order to investigate the variability of certain compounds contained (nitrogen, sulfur, phosphates, etc.), which probably originate from gaseous pollutants emitted from the industrial pig farm, depending on the distance from the unit and the season. The investigation was conducted by comparing the corresponding diagrams of the identified compounds. From the comparison of the diagrams of samples that abstained different distances from the industrial pig farm the same season a few comments on both the qualitative differentiation of the samples contained compounds and the quantitative differences of specific types of compounds emerged. From the comparison of the diagrams of samples that abstained same distances from the industrial pig farm and were collected at different seasons quantitative variations of specific types of compounds were observed. The need to investigate more samples than those submitted for consideration in this work and the sampling in plants, from the same area, spaced shorter distances from the unit, as well as reference samples at much greater distances from the source of pollutants, is evident here.