Tracing strontium from soil to plant to body and beyond : aligning measurement, baseline, and applications for provenance
(2026)
- Author
- Amanda Sengelov (UGent)
- Promoter
- Guy De Mulder (UGent) , Martine Vercauteren, Nadine Mattielli and Christophe Snoeck
- Organization
- Abstract
- Strontium isotopes (87Sr/86Sr) are central to provenance studies in archaeology, forensics, ecology and food authentication, yet Belgium has lacked a modern plant-based baseline. This thesis traces the journey from plant to measurement, measurement to baseline, and baseline to applications, asking how plants record bioavailable strontium (BASr) and how those measurements can be turned into national maps that improve interpretation in practice. From plant to measurement, this thesis combines field collections of 734 plants, controlled growing experiments and targeted laboratory tests to characterise how plants record BASr. Urban woodland surveys show within-site variation consistent with mixed soil and atmospheric inputs. A preliminary Unified BARGE Method (UBM) gastrointestinal extraction suggests that whole-plant total digests may include strontium not mobilised during human digestion, indicating that the bioaccessible – and consequently bioavailable – signal in humans can differ from plant BASr, with implications for baselines and provenance assignments. Controlled growing experiments shows that roots generally track local soils, whereas aerial organs (leaves, stems, storage tissues) tend to be more radiogenic due to foliar deposition from dust and other external inputs, with consistent offsets across species. From measurement to baseline, a grid-based strategy with 10×10 km cells assembles an evenly distributed dataset of modern plants. Two Belgian BASr map releases are produced. The first applies Empirical Bayesian Kriging (EBK) to more than six hundred plant measurements. After an expansion of about two hundred samples, a second release is built by comparing different modelling techniques on the same empirical grid. EBK within domains, with unsupported areas left blank, is selected because it avoids the over-smoothing and maintains realistic geological gradients. From baseline to applications, Belgian case studies at Wanzoul, Herstal and Court-Saint-Étienne, re-evaluated against the updated map, show greater local BASr variability that matches the spread in human assemblages and points to a varied use of the surrounding landscape. For ancient Satricum (Italy), an EBK baseline for Lazio and Campania provides a site-specific reference and supports spatial assignment of individuals within their regional context. Within and beyond Belgium, the thesis provides an evidence-led approach to building region-specific plant baselines which supports more consistent spatial assignment across disciplines.
- Les isotopes de strontium (87Sr/86Sr) occupent une place centrale dans la recherche portant sur la provenance dans les domaines de l'archéologie, de la science médico-légale, de l'écologie et de l'authentification alimentaire. Jusqu'à présent, la Belgique ne disposait pas d'un référentiel 87Sr/86Sr basé sur des plantes modernes. Cette thèse retrace le parcours de la plante à la mesure analytique, de la mesure analytique au référentiel, et du référentiel à ses applications. L’objectif est de comprendre comment les plantes capturent le strontium biodisponible (BASr) et comment ces mesures peuvent être converties en un référentiel. De tels référentiels sont nécessaires pour améliorer les interprétations et applications pratiques des méthodes de provenance utilisant les isotopes du strontium. Dans la partie « de la plante à la mesure », des données empiriques provenant de 734 échantillons de plantes, d'expériences de croissance contrôlée et de tests de laboratoire ciblés sont utilisées pour caractériser la manière dont les plantes intègrent le BASr. Les inventaires de plantes dans les zones forestières urbaines montrent une variation au sein des sites qui correspond à un mélange de sources terrestres et atmosphériques. Une extraction gastro-intestinale préliminaire, réalisée d'après la méthode Unified BARGE (UBM), suggère que les solutions végétales totales peuvent contenir du strontium qui n'est pas mobilisé pendant la digestion humaine. Cela indique que le signal bioaccessible, et donc biodisponible, chez l'homme peut différer du BASr chez les plantes. Ceci pourrait avoir des implications pour les attributions de provenance dans de telles analyses. Des expériences de croissance contrôlée montrent que les racines présentent généralement les valeurs du sol local, et ce de manière cohérente dans différentes espèces végétales. À l'inverse, les organes aériens (feuilles, tiges, tissus de stockage) sont souvent plus radiogéniques en raison de dépôts de poussière et d'autres sources externes dans le tissu foliaire. Dans « de la mesure au référentiel », une stratégie de maillage est appliquée à la Belgique avec des cellules de 10 km sur 10 km, afin de constituer un référentiel uniformément réparti de plantes modernes. Deux cartes BASr sont créées. La première applique l'Empirical Bayesian Kriging (EBK) à plus de six cents mesures de plantes. Après l’ajout d'environ deux cents échantillons supplémentaires, une deuxième version est établie en comparant différentes techniques de modélisation sur la même grille empirique. Un EBK dans les domaines géologiques est sélectionné, avec des zones vierges sans observations, afin d'éviter un lissage excessif et de conserver des gradients géologiques réalistes. Dans la section « du référentiel aux applications », les sites archéologiques belges de Wanzoul, Pré-Wigièr et Court-Saint-Étienne sont réévalués à l'aide de la carte mise à jour. Cela permet d'observer une plus grande variation locale du BASr, qui correspond à la dispersion observée dans les populations, ce qui indique une utilisation variée du paysage environnant. Pour l'ancienne ville de Satricum (Italie), une base de référence EBK pour le Latium et la Campanie fournit une référence spécifique au site et soutient l'attribution spatiale des individus dans leur contexte régional. Au sein et au-delà de la Belgique, cette thèse apporte une nouvelle approche pour construire des référentiels de plantes, par région. Cette approche, basée sur des preuves, permet une assignation spatiale plus robuste à travers les disciplines.
- Strontiumisotopen (87Sr/86Sr) staan centraal in herkomstonderzoek binnen de archeologie, forensische wetenschap, ecologie en voedselauthenticatie. België miste tot nu toe een op moderne planten gebaseerde 87Sr/86Sr baseline. Dit proefschrift volgt het traject van plant naar meting, van meting naar baseline en van baseline naar applicaties, om te onderzoeken hoe planten bio-beschikbaar strontium (BASr) vastleggen en hoe die metingen kunnen worden omgezet in een baseline die interpretaties in de praktijk verbeteren voor meerdere onderzoeksgebieden. In van plant naar meting worden empirische data van 734 plantstalen, gecontroleerde groei experimenten en gerichte laboratoriumtests ingezet om te karakteriseren hoe planten BASr registreren. Inventarisaties van planten in stedelijke bosgebieden tonen variatie aan binnen locaties die overeenkomt met een mix van bodem- en atmosferische bronnen. Een preliminair gastro-intestinale extractie volgens de Unified BARGE Method (UBM) suggereert dat totale-plant oplossingen strontium kunnen bevatten dat tijdens de menselijke spijsvertering niet wordt gemobiliseerd. Dit wijst erop dat het bio-toegankelijke en bijgevolg bio-beschikbare signaal in mensen kan verschillen van BASr in planten, wat implicaties zou kunnen hebben voor baselines en herkomsttoewijzingen. Gecontroleerde groei experimenten laten zien dat wortels doorgaans de waarden van de lokale bodem volgen, consistent in verschillende soorten planten, terwijl bovengrondse organen (bladeren, stengels, opslagweefsels) vaker meer radiogeen zijn door depositie van stof en andere externe bronnen in bladweefsel. In van meting naar baseline wordt een grid-strategie toegepast op België met cellen van 10 op 10 km om een gelijkmatig verdeeld databestand van moderne planten op te bouwen. Er worden twee BASr-kaarten gecreëerd. De eerste past Empirical Bayesian Kriging (EBK) toe op meer dan zeshonderd plantmetingen. Na een uitbreiding met circa tweehonderd extra monsters wordt een tweede versie opgesteld door verschillende modelleertechnieken op hetzelfde empirische raster te vergelijken. Een EBK binnen geologische domeinen wordt geselecteerd, met blanco gebieden zonder observaties, zodat overmatige afvlakking vermeden wordt en realistische geologische gradiënten behouden worden. In van baseline naar applicaties worden de Belgische archeologische sites van Wanzoul, Pré-Wigièr en Court-Saint-Étienne opnieuw geëvalueerd met de geüpdatete kaart. Hierdoor is er een grotere lokale BASr-variatie te zien die overeenkomt met de geziene spreiding in de populaties, wat wijst op een gevarieerd gebruik van het omliggende landschap. Voor het antieke Satricum (Italië) biedt een EBK-baseline voor Lazio en Campanië een site-specifieke referentie en ondersteunt die de ruimtelijke toewijzing van individuen binnen hun regionale context. Dit proefschrift levert een ‘evidence-based’ aanpak op voor het opbouwen van regio-specifieke, plant gebaseerde strontium baselines in België en daarbuiten, die meer consistente ruimtelijke toewijzingen voor het gebruik in verschillende disciplines mogelijk maakt.
- Keywords
- Strontium, BASr, UBM, Isoscape, modelling
Citation
Please use this url to cite or link to this publication: http://hdl.handle.net/1854/LU-01KJFGRN705SR7GY0XE1PG7S3M
- MLA
- Sengelov, Amanda. Tracing Strontium from Soil to Plant to Body and beyond : Aligning Measurement, Baseline, and Applications for Provenance. Université Libre de Bruxelles. Faculty of Sciences ; Ghent University. Faculty of Arts and Philosophy, 2026.
- APA
- Sengelov, A. (2026). Tracing strontium from soil to plant to body and beyond : aligning measurement, baseline, and applications for provenance. Université Libre de Bruxelles. Faculty of Sciences ; Ghent University. Faculty of Arts and Philosophy, Brussels, Belgium ; Ghent, Belgium.
- Chicago author-date
- Sengelov, Amanda. 2026. “Tracing Strontium from Soil to Plant to Body and beyond : Aligning Measurement, Baseline, and Applications for Provenance.” Brussels, Belgium ; Ghent, Belgium: Université Libre de Bruxelles. Faculty of Sciences ; Ghent University. Faculty of Arts and Philosophy.
- Chicago author-date (all authors)
- Sengelov, Amanda. 2026. “Tracing Strontium from Soil to Plant to Body and beyond : Aligning Measurement, Baseline, and Applications for Provenance.” Brussels, Belgium ; Ghent, Belgium: Université Libre de Bruxelles. Faculty of Sciences ; Ghent University. Faculty of Arts and Philosophy.
- Vancouver
- 1.Sengelov A. Tracing strontium from soil to plant to body and beyond : aligning measurement, baseline, and applications for provenance. [Brussels, Belgium ; Ghent, Belgium]: Université Libre de Bruxelles. Faculty of Sciences ; Ghent University. Faculty of Arts and Philosophy; 2026.
- IEEE
- [1]A. Sengelov, “Tracing strontium from soil to plant to body and beyond : aligning measurement, baseline, and applications for provenance,” Université Libre de Bruxelles. Faculty of Sciences ; Ghent University. Faculty of Arts and Philosophy, Brussels, Belgium ; Ghent, Belgium, 2026.
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From measurement to baseline, a grid-based strategy with 10×10 km cells assembles an evenly distributed dataset of modern plants. Two Belgian BASr map releases are produced. The first applies Empirical Bayesian Kriging (EBK) to more than six hundred plant measurements. After an expansion of about two hundred samples, a second release is built by comparing different modelling techniques on the same empirical grid. EBK within domains, with unsupported areas left blank, is selected because it avoids the over-smoothing and maintains realistic geological gradients.
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