Ecologia

BIOMONITORAGGIO INQUINAMENTO

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Insieme di tecniche basate sull’uso di indicatori biologici per il rilevamento indiretto di contaminazioni ambientali

«Un indicatore biologico è un organismo, una specie o una comunità le cui caratteristiche indicano la presenza di

perturbazioni ambientali» OECD, 1997

Studio dell’esposizione o dell’effetto

Perturbazione ambientale che può derivare sia da contaminazione ma anche da eventi naturali

Distinguiamo:

- Bioindicatori : subiscono variazioni direttamente rilevabili del loro stato naturale (es. scomparsa di specie, aumento di

popolazioni meno sensibili, modifica della comunità, etc.)

- Bioaccumulatori : non subiscono variazioni evidenti del loro stato di salute, ma sono in grado di accumulare le

sostanze lipofile e persistenti nei loro tessuti molli, permettendone una valutazione quali quantitativa (es. impiego di

pesci, bivalvi, uccelli, etc.)

Gli indicatori biologici possono essere individuati a tutti i livelli di complessità biologica

tutti gli organismi i possono essere impiegati come indicatori biologici? in teoria SI’, in pratica NO

È meglio utilizzare solo organismi di cui si conoscano bene la fisiologia, l’ecologia la risposta alla maggior parte degli

stress antropici e che posseggano particolari caratteristiche

Caratteristiche indicatori biologici:

- ubiquitari

- facilmente reperibili

- disponibili tutto l’anno -> trend

- taglia adeguata

- longevi

Importante la sensibilità nella risposta

I bioaccumulatori sono meno sensibili rispetto ai bioindicatori

• BIOMONITORAGGIO QUALITA’ ARIA

I licheni sono organismi simbiotici derivanti dall'associazione

di due individui: un organismo autotrofo, un cianobatterio o

un'alga, e un fungo, in genere un ascomicete o un

basidiomicete. Formano talli cosmopoliti sulle superfici

rocciose, sulla corteccia degli alberi e sul terreno

Licheni utilizzati come sentinelle

Due approcci:

- licheni per studiare le variazioni della diversità dei licheni -> bioindicatori

- licheni come bioaccumulatori di una specifica classe di contaminanti

Licheni utili per le loro caratteristiche. Troviamo:

> Licheni fogliosi: aspetto laminare o lobato, lobi paralleli al substrato ma staccabili da esso

> Licheni crostosi: aspetto di patina o crosta strettamente aderente al substrato

> Licheni fruticosi: aspetto di cespuglietti o barbe o squame non aderenti al substrato

Utili sia come bioindicatori che come bioaccumulatori

- sensibili agli inquinanti atmosferici

- ampia diffusione

- scarsa mobilità , permette di avere punti di riferimento precisi

- ciclo vitale lungo

- uniformità genetica

- assorbono sostanze utili solo dall’atmosfera

- non hanno cuticola (nessuna protezione verso l’esterno)

- scarsa capacità di riparare rapidamente i danni subiti

L’inquinamento atmosferico causa ai licheni:

> riduzione capacità fotosintetica e respiratoria

> riduzione del numero totale di specie

> modificazione flora lichenica locale

→ indice di biodiversità lichenica (IBL)

Vantaggi:

> possibilità di ottenere rapidamente, a bassi costi e con una elevata densità di punti di campionamento, una stima degli

effetti biologici indotti su organismi sensibili, dall’interazione di più sostanze nocive;

> individuazione rapida di zone con reale o potenziale superamento dei valori soglia stabiliti dalla legge per alcuni

importanti inquinanti primari;

> valutazione dell’efficacia di misure adottate per la riduzione delle emissioni di inquinanti su lunghi periodi;

> localizzazione di aree potenzialmente a rischio e conseguente ubicazione ottimale delle stazioni automatiche di

rilevamento;

> validazione di modelli di trasporto a lunga distanza e deposizione di inquinanti a diverse scale territoriali

Si possono creare mappe che vengono incrociate con modellazioni fatte con metodi statistici

Svantaggi:

> difficoltà di applicazione dove sia infrequente il substrato di crescita adatto;

> difficoltà a stabilire una relazione univoca tra dati biologici e concentrazioni atmosferiche di specifici inquinanti;

> drastica diminuzione della sensibilità per valori estremi di concentrazione atmosferica di determinati inquinanti;

> incapacità, di rilevare immediatamente fenomeni acuti di alterazione ambientale;

> impossibilità di elaborare un’unica scala d’interpretazione dei dati biologici in termini d’inquinamento valida per tutto

il territorio nazionale

Uso dei licheni nel biomonitoraggio:

Vastissima letteratura da metà ‘800 (Grindon e Nylander osservano la rarefazione dei licheni in aree urbane o

industriali) . Inizio del loro utilizzo come indicatori biologici è iniziato molto tempo fa

I primi studi erano incentrati sulla mappatura dei licheni sul territori per definire le condizioni di background

Prima cartografia a Stoccolma nel 1926, oggi metodo ampiamente utilizzato anche a livello istituzionale.

In Italia il metodo elaborato da Nimis (1989) è stato ampiamente utilizzato (290 studi negli anni ‘80, oltre 600 negli anni

‘90). Intravede nei licheni un potenziale utilizzo come strumento di monitoraggio (sentinelle)

Nel 2001 l’ANPA ha stabilito uno standard per il metodo IBL in Italia

→

Viene standardizzato il protocollo sperimentale IBL per studiare qualità dell’aria

Utilizza licheni epifitici (sui fusti degli alberi)

Studia variazione della comunità in relazione alle variazioni della qualità dell’aria

SI conta la frequenza di specie licheniche in una comunità

All’interno dell’area di studio bisogna individuare dei punti dove calcolare IBL

Serve il substrato idoneo

Vanno individuati 3 alberi con caratteri idonei (robustezza del campione statistico):

•stessa specie (o almeno simile per la corteccia) per avere le stesse caratteristiche

•inclinazione del tronco < 10°

•circonferenza minima del tronco 60 cm

Se la circonferenza non sufficientemente grande non riusciamo a utilizzare lo strumento

A livello biologico un tronco grande ospita comunità lichenica più longeva

•assenza di disturbi (verniciature, malattie…) per evitare bias

•piante isolate o al margine del bosco (effetto margine)

Licheni diversi crescono diversamente in base alla corteccia dell’albero

Per esempio, cortecce esfoliabili non sono idonee per la crescita di licheni

Calcolo:

• su ogni albero viene posizionato, a circa 1 m dal suolo, un reticolo formato da una fila verticale di 5 quadrati 10 x 10 cm

• sono identificate le specie licheniche presenti e contato il numero entro ogni quadrato

• rilevazione ripetuta per i quattro punti cardinali

I reticoli devono essere esposti su tutti i punti cardinali per valutare tutte le esposizioni

Per ogni albero e griglia si calcola l’incidenza delle specie all’interno della comunità lichenica, quindi l’indice di

biodiversità

Si calcolano le frequenze di specie licheniche per ogni griglia

Calcolo della biodiversità totale, si sommano e si fa la media -> IBL (numero)

Cosa significa il valore di IBL? L’IBL è un numero che ci indica la qualità dell’aria

I valori di IBL delle singole stazioni vengono categorizzati in classi di qualità. Ad ogni classe corrisponde un diverso grado

di naturalità/alterazione e un colore che verrà riportato sulla carta tematica

Qualità dell’aria suddivisa in base alla deviazione dal

background

Definizione di sottoclassi che ci permettono di collocare l’indice

risultante dal calcolo

Posso andare a misurare le concentrazioni di inquinanti

aerodispersi in quell’area per capire quale sia il contaminate che

altera la condizione dei licheni

Definizione di mappe della qualità dell’aria basate su IBL

(es mappa)

Ogni punto è un’area di studio, scelti in modo regolare

I punti sono scelti strategicamente in base a potenziali criticità (emissioni puntiformi),

dati storici. Mappa con un gradiente che migliora man mano che ci si allontana dalla

sorgente di emissione

IBL conferma questo trend indipendentemente dalle centraline di monitoraggio

Licheni svolgono ruolo di bioindicatore, ci indicano un segnale di variazione di condizioni sperimentali

Con IBL non calcoliamo la concentrazione di contaminanti nei licheni

Licheni potrebbero essere utilizzati come bioaccumulatori anche

Licheni come bioaccumulatori (esempio comune di milano):

Siti di campionamento su tutto il territorio del comune di Milano

In questo caso non c’è uno schema regolare sulla disposizione dei punti di contaminati, scelti in base alle scopo di

ricerca. Si voleva capire se i licheni potessero accumulare metalli e quali potessero essere sorgenti di emissioni

Sorgenti: ferrovie e strade principali

Punti di controllo dove sicuramente non ci sono sorgenti di metalli -> possibilità di confronto

Calcolo del bioaccumulo come EC (exposed to control)

Non ci sono molti licheni a Milano, come posso fare?

Esiste: - biomonitoraggio attivo

- biomonitoraggio passivo

In questo caso utilizzo di biomonitoraggio attivo, si utilizzano licheni “esterni”

Allevamento di licheni in condizioni di laboratorio

Tutti licheni hanno quindi la stessa possibilità, una volta esposti, di rispondere ugualmente al contaminante

indipendente dalla loro storia di contaminazione (perché cresciuti in laboratorio)

I licheni hanno bisogno di tempi lunghi di esposizione

SI trova un EC > 1 in 50% dei siti, quindi effettivi contaminanti nell’area

Calcolo del CI (Contamination Index), quindi media geometrica di EC dei contaminanti rilevati

Mappa:

il limite inferiore della contaminazione è di 1.36

Il limite massino rillevato è di 4.5

F1 è una variabile costruita integrando dati multivariati con un approccio statistico

SI confronta CI e la distanza con le fonti di contaminazione (strade/ferrovie)

F1 calcolato come contributo a CI dato da Rame e antimonio

Piu ci si allontana da strade e ferrovie, minore è il contributo di rame e antimonio

Conferma che strade e ferrovie sono fonti di contaminazione

Relazione tra contaminazione e sorgenti

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(NB) Non solo licheni, è possibile utilizzare altri organismi

Licheni poco utili per lo studio degli effetti invece sulla salute umane, sono solo sentinelle

Si possono quindi utilizzare organismi più filogeneticamente vicini all’essere umano

Gli uccelli possono essere utilizzati per il monitoraggio

Alcuni sono sinantropici, condividono gli stessi luoghi in cui vive l’uomo e quindi si possono riscontrare effetti simili

Gli uccelli hanno un metabolismo molto più veloce dell’uomo e quindi mettono