Διερεύνηση του είδους Silybum marianum (l.) Gaertn. για αποκατάσταση ρυπασμένων εδαφών με βαρέα μέταλλα
Creators: name: Παπαδήμου, Σωτηρία Γ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2025
Subjects: Φυτοαποκατάσταση
Σιλυμαρίνη
Αστικό έδαφος
Αγροτικό έδαφος
Phytoremediation
Silymarin
Urban soil
Agricultural soil

description: Η ρύπανση των εδαφών από Βαρέα Μέταλλα (ΒΜ) αποτελεί παγκόσμιο ζήτημα κυρίως λόγω της εντατικοποίησης ανθρωπογενών δραστηριοτήτων. Έχουν χρησιμοποιηθεί διάφορες τεχνικές απορρύπανσης των εδαφών αυτών, όπως η φυτοαποκατάσταση. Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν να μελετηθεί η απόκριση του φυτικού είδους Silybum marianum L. Gaertn. (γαϊδουράγκαθο) σε διαφορετικά είδη εδαφών και συγκεντρώσεων ΒΜ, όπως χαλκού (Cu), ψευδαργύρου (Zn) και καδμίου (Cd) σε δύο επίπεδα επιμόλυνσης. Επίσης, να μελετηθεί η ικανότητα που διαθέτει το γαϊδουράγκαθο για την απορρύπανση εδαφών. Διενεργήθηκε πειραματική διαδικασία διάρκειας δύο ετών σε φυτοδοχεία. Το γαϊδουράγκαθο ανήκει στην οικογένεια Asteraceae. Επιμολύνθηκαν αγροτικά και αστικά εδάφη με μονοστοιχειακά και πολυστοιχειακά υδατικά διαλύματα. Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκαν ρυπασμένα εδάφη που προήλθαν από αγροτικές και αστικές περιοχές, που δεν πραγματοποιήθηκε επιμόλυνση. Στόχοι της μελέτης ήταν να διερευνηθεί η δυνατότητα μετακίνησης των ΒΜ στα φυτικά μέρη του γαϊδουράγκαθου, το ποσοστό αποικισμού των ριζών του από θυσανοειδείς μυκορριζικούς μύκητες, το ποσό της παραγόμενης ενέργειας που εκλύθηκε από την καύση των φυτών, να εκτιμηθεί το παραγόμενο έλαιο των σπόρων, η περιεκτικότητα του ελαίου σε λιπαρά οξέα και η ποσότητα της σιλυμαρίνης. Σε όλη τη διάρκεια του πειράματος διεξάχθηκαν μετρήσεις πεδίου, όπως: διάμετρο της ροζέτας, ύψος των φυτών και περιεκτικότητα των φύλλων σε χλωροφύλλη. Ακόμη, πραγματοποιήθηκε ο προσδιορισμός του αποικισμού των ριζών από θυσανοειδείς μυκορριζικούς μύκητες. Με το πέρας του κύκλου ζωής πραγματοποιήθηκαν εργαστηριακές αναλύσεις για προσδιορισμό ολικών, ψευδο-ολικών, διαθέσιμων και υδατοδιαλυτών συγκεντρώσεων των ΒΜ στα εδάφη και προσδιορισμό της εδαφικής κλασμάτωσης BCR των μετάλλων. Επιπλέον, εκτιμήθηκε το ξηρό βάρος του υπέργειου τμήματος, η ενεργειακή απόδοση των φυτών μετά την καύση και το ποσό των ΒΜ που μετακινήθηκαν στα φυτικά τμήματα. Με βάση τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων των ΒΜ στην υπόγεια και υπέργεια βιομάζα πραγματοποιήθηκε ο υπολογισμός των δεικτών μεταφοράς των μετάλλων. Οι υψηλότερες ολικές, ψευδο-ολικές, διαθέσιμες και υδατοδιαλυτές συγκεντρώσεις Cu και Zn εντοπίστηκαν στα προσφάτως επιμολυσμένα αγροτικά και αστικά εδάφη σε σύγκριση με τα αντίστοιχα γερασμένα-ρυπασμένα. Κατά τη μελέτη της κλασμάτωσης των μετάλλων, παρατηρήθηκε ότι στα αστικά εδάφη το μεγαλύτερο ποσοστό των μετάλλων βρέθηκε σε κλάσματα από τα οποία δεν ήταν εύκολο να προσληφθούν από τα φυτά. Στα αγροτικά εδάφη, μεγάλα ποσοστά της συγκέντρωσης των μετάλλων εντοπίστηκαν δεσμευμένα στην οργανική ουσία του εδάφους. Η παρουσία χαμηλών συγκεντρώσεων των μετάλλων στο έδαφος συνέβαλε στην αύξηση του ποσοστού αποικισμού των ριζών του γαϊδουράγκαθου από θυσανοειδείς μυκορριζικούς μύκητες. Ο Zn επέδρασε θετικά στην ανάπτυξη του γαϊδουράγκαθου. Το Cd προκάλεσε μείωση στη διάμετρο της ροζέτας και στη συγκέντρωση της χλωροφύλλης. Το ξηρό βάρος δεν επηρεάστηκε από την παρουσία των ΒΜ. Αποδείχθηκε ότι το γαϊδουράγκαθο αποτελεί ένα ανθεκτικό φυτό, που μπορεί να ευδοκιμήσει σε ρυπασμένα από ΒΜ εδάφη. Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις και των τριών μετάλλων συγκρατήθηκαν κυρίως στο ανώτερο τμήμα της ρίζας. Ο μηχανισμός φυτοαποκατάστασης του γαϊδουράγκαθου είναι η φυτοσταθεροποίηση και στα τρία μέταλλα της μελέτης. Επίσης, μπορεί χρησιμοποιηθεί για παραγωγή βιοενέργειας. Οι σπόροι του βρέθηκαν απαλλαγμένοι από Cd, ενώ περιείχαν μικρές ποσότητες Cu και Zn. Στα υψηλότερα επίπεδα επιμόλυνσης των ΒΜ επηρεάστηκαν αρνητικά η απόδοση σε σπόρο, τη περιεκτικότητά του σε έλαιο, αλλά αυξήθηκε η παραγωγή σιλυμαρίνης.
description: Heavy metal (HM) pollution of soil is a global issue mainly due to the intensification of anthropogenic activities. Various techniques have been used to decontaminate these soils, such as phytoremediation. The aim of this study was to investigate the response of the plant species Silybum marianum L. Gaertn. (milk thistle) to different soil types and HMs concentrations such as copper (Cu), zinc (Zn) and cadmium (Cd) at two levels of contamination. A two-year experimental procedure was carried out in plant pots. Milk thistle belongs to the family Asteraceae. Agricultural and urban soils were contaminated with single- and multi-element aqueous solutions. In addition, contaminated soils from rural and urban areas were used, which were not contaminated. The objectives of the study were to investigate the mobility of HMs in the plant parts of milk thistle, the rate of colonization of its roots by mycorrhizal fungi, the amount of energy released by combustion of the plants, to estimate the oil produced from the seeds, the fatty acid content of the oil and the amount of silymarin. Field measurements were taken throughout the experiment, including rosette diameter, plant height and chlorophyll content. Furthermore, the determination of the colonization of the roots by mycorrhizal fungi was carried out. At the end of the life cycle, laboratory analyses were carried out to determine total, pseudo-total, available and water-soluble concentrations of HMs in the soils and determination of soil BCR fractionation of metals. In addition, the dry weight of the aboveground part of the plant, the energy yield of the plants after combustion and the amount of HMs moved to the plant parts were estimated. Based on the results of HMs concentrations in the underground and aboveground biomass, the calculation of metal transport indices was performed. The highest total, pseudo-total, available and water-soluble concentrations of Cu and Zn were found in the recently contaminated agricultural and urban soils compared to aged, polluted soils. During the study of metal fractionation, it was observed that in urban soils, most of the metals were found in fractions from which they were not easily up taken by plants. In agricultural soils, large percentages of the metal concentration were found bound to soil organic matter. The presence of low concentrations of metals in the soil contributed to an increase in the rate of colonization of thistle roots by mycorrhizal fungi. Zn had a positive effect on plant growth. Cd caused a decrease in rosette diameter and chlorophyll content. Dry weight was not affected by the presence of HMs. It was shown that milk thistle is a resistant plant that can thrive in HM-contaminated soils. The highest concentrations of all three metals were mainly retained in the upper part of the root. The phytoremediation mechanism of milk thistle is phytostabilization. It can also be used for bioenergy production. Its seeds were found free from Cd, while containing small amounts of Cu and Zn. At higher levels of HM contamination, seed yield, oil content was negatively affected but silymarin production increased.