Τοπική κατανομή και εποχιακή μεταβολή των συγκεντρώσεων Fe, Pb, Zn, Cu, Cd, Na, K, Ca και Mg στη θαλάσσια βλάστηση Cymodocea nodosa (UCRIA) Aschers στον Κόλπο της Αντίκυρας
P. MALEA & S. HARITONIDIS
Ανάλυση
Οι συγκεντρώσεις μετάλλων στο Cymodocea nodosa γενικά μειώθηκαν με την ίδια σειρά όπως οι συγκεντρώσεις που παρατηρήθηκαν στα φύκια Posidonia Oceanica και Halophila stipulacea στον κόλπο της Αντίκυρας (MALEA 1992, 1994, MALEA et al. 1994) και ήταν παρόμοιες με αυτές που καταγράφηκαν για φύκια σε άλλες περιοχές (π.χ. WOLFE et al. 1976, DRIFMEYER et al. 1980, SCHROEDER & THORHAUG 1980, JAGTAP 1983, BRIX & LYNGBY 1984, WAHBEH 1984, LACERDA & RESENDE 1986, WARD 1987, WARD et al. 1986). Αυτή η σειρά προφανώς εξαρτάται από τις συγκεντρώσεις μετάλλων στο θαλάσσιο περιβάλλον (νερό, ίζημα) και τον πιθανό ρόλο ορισμένων μετάλλων σε πολλές φυσιολογικές αναπτύξεις (π.χ. JAGTAP 1983, KABATA-PENDIAS 1985, STAUBER & FLORENCE 1987). Tο νάτριο, ειδικά, παρατηρείται σε υψηλές συγκεντρώσεις στα θαλάσσια φυτά. Διατηρεί την πίεση σπαργής (=turgor pressure) των κυττάρων σε ικανοποιητικά επίπεδα (RAY 1972). Επίσης ο ανταγωνισμός των μετάλλων ώστε να συνδεθούν με τις ανιονικές περιοχές του φυτού πιθανόν να παίζει κάποιο ρόλο σ’αυτή τη σειρά. Σύμφωνα με τους KABATA-PENDIAS & PENDIAS (1985) o ανταγωνισμός συμβαίνει όταν ένα στοιχείο εμποδίζει την απορρόφηση άλλων στοιχείων στο φυτό ή όταν η συνδυασμένη φυσιολογική επίδραση δύο ή περισσότερων στοιχείων είναι μικρότερη από το σύνολο των δικών τους μεμονωμένων επιδράσεων. Τα αγγειόσπερμα του βυθού περιέχουν πρωτεΐνες, λιπίδια, υδρογονάνθρακες, λιγνίνη, πηκτίνη, κυτταρίνη, ημι-κυτταρίνη κ.α. (KLUMPP & VAN DER VALK,1984). Οι ομάδες καρβοξυλίου που βρίσκονται χαρακτηριστικά στην πηκτίνη και οι συνδεδεμένοι πολυσακχαρίτες που είναι φυσιολογικά συστατικά φυτικών κυτταρικών τοιχωμάτων παρέχουν πληθώρα ανιονικών περιοχών (GALE & WIXSON 1979).
Η ομοιόμορφη κατανομή των συγκεντρώσεων μετάλλων στο Cymodocea nodosa στον κόλπο της Αντίκυρας φαίνεται ότι επηρεάζεται από την παρόμοια κατανομή των συγκεντρώσεων στο ίζημα και το θαλασσινό νερό. Αυτό συμβαίνει ιδιαίτερα σε εκείνα τα μέταλλα με σημαντική συσχέτιση ανάμεσα στις περιβαλλοντικές και θαλάσσιες συγκεντρώσεις. Στην περίπτωση του υδρόφυτου Zostera marina (eelgrass), οι συγκεντρώσεις ορισμένων βαρέων μετάλλων απεικόνιζαν επίπεδα ιζήματος ή θαλασσινού νερού (π.χ. LYNGBY & BRIX, 1982, 1983). Η ομοιόμορφη κατανομή στις συγκεντρώσεις αρκετών μετάλλων στο θαλασσινό νερό και στο ίζημα πιθανόν να οφείλεται στο γεγονός ότι τα περισσότερα από αυτά τα μέταλλα είναι συστατικά των αποβλήτων του εργοστασίου και του ιζήματος βωξίτη. Η σύνθεση του ιζήματος δεν διαφέρει ανάμεσα στους σταθμούς. Ο βωξίτης απλώνεται ομοιόμορφα στον κόλπο από τη βροχή ή τον αέρα. Επιπλέον, τα απόβλητα του εργοστασίου αδειάζονται στο κέντρο του κόλπου, όπου διαχέονται ομοιόμορφα.
Ένα εποχιακό σχήμα για το στοιχείο Cd στο φύκι Posidonia Oceanica και σε άλλα θαλάσσια φυτά, χαρακτηρίζεται από υψηλά επίπεδα το καλοκαίρι και το φθινόπωρο και χαμηλά το χειμώνα και την άνοιξη (RAGSDALE & THORHAUG 1980, MALEA & HARITONIDIS 1989b, MALEA et al. 1994). Το ίδιο έχει καταγραφεί για το Na στα θαλάσσια αγγειόσπερμα Zostera marina, Thalassia testudinum και Ruppia maritime (WALSH & GROW 1973, LYNGBY & BRIX 1983) και για το Ca στο Posidonia Oceanica (MALEA 1992, MALEA et al. 1994). Αυτό το εποχιακό σχήμα μπορεί να επηρεάζεται από το σχήμα κατανομής αυτών των μετάλλων που εξαρτάται από την ηλικία (MALEA 1994, MALEA et al. 1994). Η αύξηση της ηλικίας των φύλλων συνοδεύτηκε από μια συνεχή, μη αναστρέψιμη απορρόφηση μετάλλων και από την διαδοχική αύξηση των περιοχών ενώσεων στο φυτό (BRYAN & HUMMERSTONE 1973, BRIX & LYNGBY, 1982). Υπήρξε μια παράλληλη αύξηση στις συγκεντρώσεις Fe, Cd, Na και Ca και στην ηλικία των ιστών στα φύκια (π.χ. Z. marina,P. australis, P. sinuosa, Heterozostera tasmanica) (π.χ. WARD 1982, BRIX & LYNGBY 1983, KLUMPP & VAN DER VALK 1984, LYNGBY & BRIX 1989). Ανεβασμένες συγκεντρώσεις Ca και Na σε γηραιότερα Z. marina αποδόθηκαν σε μια μεγαλύτερη αναλογία αυτών των μετάλλων λόγω δομικών συστατικών των φυτικών ιστών(BRIX & LYNGBY,1983). Στο C. nodosa το μέγιστο μήκος και πλάτος των ενήλικων φύλλων αποκτήθηκε κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. Τέλος φθινοπώρου και αρχές χειμώνα τα φύλλα ήταν στενότερα, μικρότερα και σχεδόν πάντα κομμένα ή σχισμένα (CAYE & MEINESZ 1985, PEDUZZI & VUCOVIČ 1990). Tο χειμώνα τα νεαρά φύλλα φαίνονται πιο πολυπληθή, ενώ το καλοκαίρι, ύστερα από ταχεία ανάπτυξη, τα ενήλικα φύλλα ήταν περισσότερα. Το πρώτο σχήμα της μελέτης μας για τη σημαντική εποχιακή μεταβολή στο C.nodosa φαίνεται από τα Fe, Cd, Na και Ca χαρακτηρίζεται από υψηλά επίπεδα το καλοκαίρι και το φθινόπωρο και χαμηλά το χειμώνα και την άνοιξη. Αυτό το σχήμα μπορεί να επηρεάζεται από το σχήμα κατανομής(που εξαρτάται από την ηλικία τους) αυτών των μετάλλων στα φύλλα των φυκιών.
Σύμφωνα με τον WAHBEH (1984), η φωτοσύνθεση και η αναπνοή γίνονται πιο έντονες κατά το καλοκαίρι κι έτσι οδηγούν σε μεγαλύτερη απορρόφηση Fe από τα φύκια Halophila oualis και H. stipulacea, καθώς ο Fe παίζει σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη αυτών των φυτών(O’KELLEY 1974). Αυτή η εξήγηση συμπίπτει με την άποψή μας για τα υψηλά επίπεδα το καλοκαίρι στο C. nodosa.
Tα θαλάσσια φυτά χρησιμοποιούν νάτριο για να διατηρήσουν την πίεση σπαργής στα κύτταρα. Αυτό πιθανόν να εξηγεί την υψηλότερη μέση τιμή των συγκεντρώσεων Na στο C. nodosa κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού και του φθινοπώρου, γιατί η αλμυρότητα του νερού στον κόλπο της Αντίκυρας είναι επίσης υψηλή κατά τη διάρκεια αυτών των εποχών (MALEA 1992).
Η αυξημένη βιομάζα των φυτών οδηγεί σε μια βαθμιαία μείωση των συγκεντρώσεων μετάλλων ανά μονάδα μάζας (LYNGBY & BRIX 1982). Το C. nodosa αναπτύσσεται ταχύτερα κατά τον Απρίλιο-Μάιο και βραδύτερα από τον Οκτώβριο μέχρι τον Μάρτιο (CAYE & MEINESZ 1985). Η βιομάζα των φύλλων του C. nodosa σταδιακά αυξάνεται από το Μάρτιο μέχρι τον Ιούλιο-Αύγουστο(υψηλότερες τιμές) με τις χαμηλότερες τιμές το χειμώνα (PEREZ & CAMP 1986, PEDUZZI & VUCOVIČ 1990). Στη δική μας μελέτη, οι εποχιακές συγκεντρώσεις των στοιχείων Cu, Pb και Mg στο C. nodosa ήταν υψηλότερες το χειμώνα και χαμηλότερες το καλοκαίρι και το φθινόπωρο. Αυτό το σχήμα πιθανόν να συνδέεται με τη δυναμική ανάπτυξης του C. nodosa. Η υψηλότερη τιμή συγκεντρώσεων Cu και Pb όταν η βιομάζα είναι στο κατώτατο όριό της και μια ευδιάκριτη μείωση κατά τη περίοδο της μέγιστης ανάπτυξης καταγράφηκαν επίσης και για άλλα αγγειόσπερμα του βυθού (LYNGBY & BRIX 1982, WARD 1987, MALEA & HARITONIDIS 1989b, MALEA et al. 1994).
H μέγιστη τιμή συγκέντρωσης χλωροφύλλης α και β σε ένα συγγενές είδος (P. oceanica) καταγράφηκε το Μάρτιο και η ελάχιστη το Σεπτέμβρη-Οκτώβρη (LIBES 1984). Η εποχιακή μεταβολή των συγκεντρώσεων του Mg στο C. nodosa φαίνεται να ακολουθεί αυτή της χλωροφύλλης (BOYD & VICKERS 1971).
Στο Z. marina, οι συγκεντρώσεις Cu μειώθηκαν και ακολούθησε η ανάπτυξη της ηλικίας των ιστών (BRIX & LYNGBY 1982, 1983, LYNGBY & BRIX 1982). O χαλκός ως γνωστόν είναι πιο κινητικός από άλλα μέταλλα (WELSH & DENNY 1980). Η μείωση των συγκεντρώσεων Cu με την ηλικία των φύλλων στο υδρόφυτο Ζostera marina (eelgrass) μπορεί να αποδοθεί στη διαρροή από παλιότερα φύλλα προς το νερό για επανατοποθέτηση του από τα γηραιότερα φύλλα στα νεότερα και επανατοποθέτηση από τα υπόγεια μέρη στα νεότερα φύλλα (BRIX & LYNGBY 1982). Στη μελέτη μας, η εποχιακή μεταβολή των συγκεντρώσεων Cu στο C. nodosa μπορεί να είναι αποτέλεσμα της μείωσης συγκεντρώσεων Cu κατά την ωρίμανση των ιστών.
Οι δύο τύποι εποχιακής μεταβολής μπορεί επίσης να καθορίζονται από αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μετάλλων. Οι συγκεντρώσεις ορισμένων μετάλλων στο C. nodosa επιδεικνύουν μία σημαντική θετική ή αρνητική συσχέτιση, πιθανόν λόγω συνεργατικής ή ανταγωνιστικής αλληλεπίδρασης με τον φυτικό ιστό. Η έρευνά μας απόδειξε την ανταγωνιστική αλληλεπίδραση του Cd με τα Pb και Mg και τουPb με το Ca, καθώς οι συγκεντρώσεις αυτών των μετάλλων έδειξαν αρνητικές συσχετίσεις. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις έχουν επίσης καταγραφεί και από άλλους ερευνητές (KABATA-PENDIAS & PENDIAS 1985, MUNDA & HUDNIK 1986).
Η εξάρτηση των συγκεντρώσεων Cd, Cu και Pb στα θαλάσσια μακρόφυτα του βυθού με εκείνα του ιζήματος έχει συχνά καταγραφεί ( π.χ. PULICH 1980, WELSH & DENNY 1980, WARD 1982, BRIX & LYNGBY 1983, LYNGBY & BRIX 1982, 1987, TILLER et al. 1989). Σύμφωνα με τους LYNGBY & BRIX (1982), αυτές οι σχέσεις υποδηλώνουν ότι, για ορισμένα μέταλλα, οι συγκεντρώσεις στα υπέργεια και υπόγεια μέρη των φυκιών δίνουν μια εκτίμηση της βιοδιαθεσιμότητας (bioavailiability) αυτών των μετάλλων στο περιβάλλον και στο ενδιάμεσο νερό αντίστοιχα. Η μεταφορά ορισμένων μετάλλων μέσα στο ίδιο το φυτό μπορεί να παίξει ρόλο στον καθορισμό αν αυτές οι σχέσεις υπάρχουν ή όχι (BRINKHUIS et al. 1980). Ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει τους δυο τύπους εποχιακής μεταβολής στο C. nodosa στη μελέτη μας είναι μια πιθανή εξάρτηση της συγκέντρωσης στα φύκια με εκείνες στο ίζημα και στο θαλασσινό νερό. Στη μελέτη μας τα στοιχεία Cu, Cd, Pb και Ca στο C. nodosa είναι πιθανότερο να είναι εξαρτημένα από το ίζημα και τα Ca και Μg από το θαλασσινό νερό. Πρέπει να σημειωθεί ότι οι πιο σημαντικές συσχετίσεις μεταξύ των τιμών των φυκιών και του ιζήματος δεν αντικατοπτρίστηκαν σε μια σημαντική συσχέτιση μεταξύ των συγκεντρώσεων φυτού-θαλασσινού νερού. Αυτό δείχνει ότι οι ιστοί του C. nodosa απορροφούν κυρίως Cu, Cd και Pb από το ίζημα ή το ενδιάμεσο νερό, ενώ το Mg απορροφάται από το περιβάλλον θαλασσινό νερό.
Η σύγκριση συγκεντρώσεων μετάλλων σε είδη στην υπο-οικογένεια Cymodoceoideae (οικογένεια Potamogetonaceae) από διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές (πίνακας 7) αποκαλύπτει ότι: α) οι συγκεντρώσεις Cu, Cd και Pb καθώς και η μέγιστη τιμή Fe στο C. nodosa στον κόλπο της Αντίκυρας είναι υψηλές. Οι συγκεντρώσεις Cu, Pb και Cd είναι υψηλότερες από τις μέσες τιμές συγκεντρώσεων που μετρήθηκαν σε φύκια σε εύκρατες, υποτροπικές και τροπικές ‘μη μολυσμένες’ περιοχές (PULICH et al. 1976, BRIX et al. 1983, NIENHUIS 1986). Την ίδια στιγμή, οι συγκεντρώσεις Pb και Cd είναι χαμηλότερες από αυτές που μετρήθηκαν σε ένα φανερόγαμο από μια περιοχή πολύ μολυσμένη από αυτά τα μέταλλα, αλλά υψηλότερες από εκείνες που μετρήθηκαν σε μια περιοχή με μέτρια επίπεδα (WARD 1987). β) Στην περιοχή μελέτης η μέση συγκέντρωση Zn στο C. nodosa είναι κάπως υψηλότερη από εκείνες που καταγράφηκαν για άλλα είδη του ίδιου γένους, ωστόσο είναι στις ίδιες τιμές άλλων ειδών της ίδιας υπο-οικογένειας. γ) Δεν υπάρχουν διαθέσιμες πληροφορίες για τις συγκεντρώσεις Na, K, Ca και Mg στην υπο-οικογένεια Cymodoceoideae από άλλες περιοχές.
Η μεταβλητότητα των συγκεντρώσεων μετάλλων στους φυτικούς ιστούς (Πίνακας 7) μπορεί να οφείλεται στη διαφορετική απορρόφηση μετάλλων από γενετικά διαφορετικούς πληθυσμούς των ειδών και λόγω διαφορών ανάμεσα στα είδη. Επίσης μπορεί να οφείλεται σε διαφορετικούς περιβαλλοντικούς παράγοντες (π.χ. αλμυρότητα, pH, θερμοκρασία, ένταση φωτός) και στις συγκεντρώσεις μετάλλων μέσα στο θαλάσσιο περιβάλλον ( RICE & LAPOINTE 1981, SEELIGER & LACERDA 1986, SPRENGER & MCINTOSH 1989, MALEA 1993). Πρέπει να σημειωθεί η σύγκριση συγκεντρώσεων μετάλλων στο ίζημα και το θαλασσινό νερό στον κόλπο της Αντίκυρας με εκείνες που καταγράφηκαν σε άλλες περιοχές αποκάλυψε τα ίδια πορίσματα όπως η σύγκριση στα είδη Cymodoceoideae (MALEA 1992).
Περίληψη
Οι συγκεντρώσεις Fe, Cu, Pb, Cd, Ca, Na και Mg στο C. nodosa παρουσίασαν σημαντική εποχιακή μεταβολή. Οι μέσες τιμές των συγκεντρώσεων Fe, Cd, Na και Ca ήταν υψηλές το καλοκαίρι και το φθινόπωρο. Αντίθετα, οι συγκεντρώσεις Pb, Cu και Mg ήταν υψηλές το Δεκέμβριο και το Μάρτιο. Οι συγκεντρώσεις Fe, Cu, Zn, Cd, Pb, Na, K, Ca και Mg δεν διέφεραν σημαντικά ανάμεσα στους σταθμούς Α1, Α2, Α3, Β3 και C1 της Αντίκυρας. Σημαντικές συσχετίσεις αποκτήθηκαν ανάμεσα στις συγκεντρώσεις Ca και Mg στα φύκια και στο θαλασσινό νερό και ανάμεσα στις συγκεντρώσεις Cu, Cd, Pb και Ca στο φυτό και το ίζημα. Τα στοιχεία Cd-Ca, Pb-Mg, Fe-Ca, Cu-Pb, Na-K και Na-Ca έδειξαν θετικές συσχετίσεις, ενώ τα Cd-Pb, Cd-Mg και Pb-Ca έδειξαν αρνητικές συσχετίσεις στο φυτό. Τέλος, οι μέσες τιμές των συγκεντρώσεων μετάλλων στο C. nodosa στην περιοχή μελέτης είναι υψηλές, συγκρινόμενες με είδη από άλλες περιοχές που ανήκουν στην υπο-οικογένεια Cymodoceoideae.
Οι συγκεντρώσεις των βαρέων μετάλλων Cu, Cd και Pb στο C. nodosa στην Αντίκυρα είναι υψηλές, συγκρινόμενες με είδη από άλλες περιοχές που ανήκουν στην υπο-οικογένεια Cymodoceoideae.