Ecologia applicata e servizi ecosistemici

Tot µg/m³ = ½tot ppb

L’ozono si depone sugli ecosistemi vegetali. Ma deve superare delle resistenze per

depositarsi dalla alta alla bassa troposfera, quella aerodinamica, il boundary layer

ovvero quello strato limite tra l’aria libera e le chiome, dovuto alla copertura vegetale

che porta ad una variazione nel coefficiente di diffusione dei gas/inquinanti, poi anche

nei pressi della cuticola della pagina superiore delle foglie (strato limite fogliare), poi

resistenza stomatica per poi raggiungere i siti che tende a danneggiare di più, ovvero

le membrane cellulari. E’ un forte ossidante che determina la perossidazione dei

lipidi delle membrane cellulare (alterazione dei processi osmotici, del trasporto di

elettroni). Entra attraverso gli stomi e danneggia cellule a palizzata e del mesofillo.

Nella camera sottostomatica di alcune specie l’ozono può trovare dei composti

organici volatili e reagire al suo interno. Ozono può anche entrare in soluzione nelle

pareti cellulari (che sono permeabili, mentre le membrane sono semipermeabili) e si

innescano reazioni biochimiche.

Ex: reazioni in fase solida (con componenti cuticolari foglia, effetto corrosivo) e

danni ad aghi di P. pinea. Le foglie hanno stomi infossati che hanno anche camera

soprastomatica, al cui interno ci sono cere epicuticolari (anche su superficie ago) che

servono per controllare/ridurre il gradiente di diffusione dell’h2o durante le forti

perdite estive per traspirazione. Le sostanze inquinanti alterano la struttura e la

funzione di queste cere e degli scambi gassosi.

Reazioni in fase gassosa con i composti organici volatili emessi dalle piante, ex:

isoprenoidi hanno funzione stabilizzatrice, interponendosi tra i due strati lipidici delle

membrane plasmatiche, e di protezione da stress ossidativo, impedendo ai radicali

liberi e inquinanti di raggiungere i recettori delle cellule (“scavenger” contro stress

ossidativo). Q. ilex produce composti organici volatili, a seconda del rapporto tra VOC

(piante) e NOx (veicoli) se <4 abbiamo basse concentrazioni di ozono tropo., se >4 e

<15 alte concentrazioni di ozono.

Reazioni in fase liquida (dissoluzione): interazione con citoplasma e si manifestano

effetti anche nelle cellule del mesofillo. Ozono forma i ROS, radicali liberi che

alterano. Ozono fa aumentare respirazione cellulare, quindi aumenta produzione

ATP e infatti aumentano produzione enzimi detossificanti.

Reazioni a livello di cellula: apoplasto (parete cellulare e spazi intercellulari, idrofilo

e permeabile) e simplasto (interno cellula, l'intreccio dei citoplasmi cellulari collegati

dai plasmodesmi). Riduzione glutatione GSH (RED) grazie all’NADP ridotto che passa

nella forma ossidata. GSH ridotto serve per processi redox dell’acido ascorbico

(vitamina C).

Ozono arriva nei pressi della parete cellulare, entrando nella rima stomatica sulla pg

inferiore della foglia, attraverso tessuto lacunoso, giunge sul tessuto a

palizzata/clerenchima per assimilazione fotosintetica dove si manifestano i maggiori

danni e forma i composti reattivi dell’ossigeno (ROS), questi vengono aggrediti da

ascorbato (vitamina C) che viene ossidato ad acido deidroascorbico che ritorna

dentro la cellula e a sua volta viene ridotto da GSH ridotto.

Azioni di detossificazione di alcuni composti ROS. Durante fotosintesi nei cloroplasti

(tilacoidi) arrivano fotoni assorbiti da clorifille e non tutto viene processato, una parte

dissipata sotto forma di calore e fluorescenza. Durante questi fenomeni si producono

naturalmente ROS. Ma se sono troppi danneggiano.

Reazioni a livello di organismo: si prende in considerazione ingresso ozono tramite

conduttanza stomatica. Quanto ne entra nel mesofillo? Danno su rubisco e danni su

allocazione dei fotosintati nei germogli/radici. Bisogna misurare assimilazione di

CO2, tramite analizzatore che misura tramite lampada a infrarosso, ma se si vuole

misurare fotosintesi si può misurare ossigeno prodotto (ossimetro). Tante moli CO2

assorbite, tante moli di O2 prodotte. ETU (o edu) = antiossidante chimico che può

essere somministrato alle piante e traslocato alle foglie.

Esperimento su piante di fagiolo trattate con in camere di crescita a concentrazioni

diverse. Piante di controllo e piante che sono affumicate con ozono. Poi

somministrato concentrazioni diverse a ogni pianta di edu (60,90,120 mg per pianta

in vasi da 3L). Piante con ozono fotosintetizzano circa la metà non protette con l’edu.

Quel con 60mg di edu che in parte protegge, quelle con 90/120 sono protetta

completamente, e presentano valori statisticamente uguali di fotosintesi a quelle di

controllo. Ciò dimostra che ozono inibisce fotosintesi (no edu, no protezione) e nello

stesso tempo che è un forte ossidante e se diamo un protettivo azione ozono ridotta

al minimo.

Alterazione allocazione fotosintati in piante di trifoglio in vaso esposte ad una

centralina biologica di monitoraggio (network europeo). Ogni venti giorni viene

falciato, restano solo radici e poi rigetta. 2 cultivar, una sensibile e una resistente, allo

ozono sviluppate in America.

Nel periodo estivo, 5 raccolti. A maggio ancora poco ozono, no danno. A

giugno/luglio/agosto differenza tra i 2 nella produzione di biomassa (secca), maggiore

in quello resistente. Anche la biomassa radicale. Tutto in relazione alla traslocazione

degli zuccheri. Danni macroscopici. Edu a piante di tabacco, hanno meno danni da

bruciatura/necrosi.

Necrosi e clorosi interessano principalmente la parte superiore della foglia e spesso

sono specifiche della specie, come le necrosi traslucide e argentee sulle foglie di

tabacco, che infatti è utilizzato come bioindicatore. Quantificazione danno (in %)

macroscopico in base a quanto questo si distribuisce sulla superficie della foglia.

Piante rispondo in modo diverso alle stesse condizioni ambientali; ex no alterazione

macroscopiche visibile sul Leccio; nell’Orniello sono visibili lesioni ozon-like (parco

nazionale circeo).

Anche danni invisibili su entrambi rilevabili con analisi strumentali su concentrazioni

enzimi detossificanti (perossidasi, catalasi, superossidoriduttasi) e con misure di

fluoerescenza.

3 piante di Acero americano cresciute nello stesso ambiente, uno tollerante (sano),

un medio (parziale defoliazione) e uno sensibile all’ozono (totale defoliazione). Anche

differenze nel fusto e nel tronco, più contenuto verso quelli sensibili. Crescono anche

di meno in altezza.

Creazione a livello internazionale di manuali e atlanti sul danno macroscopico da

ozono. Ozono non colpisce nervature ma è internervale che a sua volta o interessa

superficie superiore o inferiore. Se quella inferiore solo in tarda estate/inizio autunno

no inizio stagione di crescita, etc.

Sistemi sperimentali per affumicazioni con ozono per osservare le risposte.

Camere di crescita open-top chambers a cielo aperto (parzialmente coperte) che, a

differenza di quelle chiuse in cui hai il max controllo delle condizioni ambientali

ricreabili ma bassa naturalità, permetto un buon controllo di entrambe le condizioni.

Strutture in plexiglass (la luce passa), un ventilatore manda verso l’interno camera

continuamente aria e attraverso un manicotto trasparente alla luce, che passa tutto

intorno alla struttura, si impedisce di far entrare l’aria ambientale dall’esterno. 24/7.

Piante impiantate direttamente nel suolo e crescono in condizioni di irradianza

naturale, anche la pioggia entra, solo atmosfera controllata all’interno. Per studiare

effetti atmosferici esterni, la si fa entrare col ventilatore. Se si vuole studiare il

controllo l’aria sarà filtrata da un filtro a carbonio attivo per la rimozione degli

inquinanti (PM) e altri filtri per inquinanti gassosi. Se invece si deve simulare la

concentrazione di un inquinante, lo si immette nella concentrazione che vogliamo

studiare (nel controllo sarà sempre zero). Ci vogliamo 3 camere per ogni

concentrazione di inquinanti, servono repliche. Richiedono tanta manutenzione, a

seconda del ciclo vitale della specie vegetale. Open air field exposures, in campi

all’aperto. Tubazioni immettono inquinanti gassosi vicino piante messe a cerchio

all’aperto.

ICP (International Cooperative Programmes) VEGETATION istituita nel 1977 dalla

commissione economica delle nazioni unite (UNECE), è un accordo

europeo/programma di ricerca internazionale che studia impatti inquinanti

atmosferici su colture agrarie e vegetazioni seminaturali all’interno dei working

group on effects (che fornisce informazioni sullo sviluppo e l’estensione geografica di

molti inquinanti atmosferici) e in accordo con convenzione sull’inquinamento

transfrontaliero a lunga distanza.

Impatto ozono, oltre che con flusso, si misura con dose fitotossica (moli assorbite per

superficie di area fogliare).

Esperimento stazione di biomonitoraggio dell’ozono troposferico in campo all’orto

botanico della Sapienza: piante cresciute nel periodo estivo, sia sensibili sia resistenti,

in vaso al di sopra di un secchio con acqua e impianto di irrigazione che mantiene

acqua costante nel secchio. Irrigazione avviene per capillarità, poiché nei vasi ci sono

cordoni di lana di vetro percorsi dall’acqua (no stress idrico), così non chiudono gli

stomi. Effettuate misure di fotosintesi, di fluorescenza, di biomassa prodotta. Ogni 20

gg si taglia biomassa aerea, apparato radicale rigetta e ricostituisce il campo di

trifoglio. Esperimento condotto in tutta Europa nell’ambito dell’ICP Vegetation.

Altra centralina a Castel Porziano e Circeo con analizzatore di ozono: bidoncino con

acqua per irrigare trifogli sia resistenti sia sensibili. Anche campionatori passivi ozono.

Poi la centrale di Bangor dell’ICP Veg. ha realizzato le mappe delle concentrazioni di

ozono, con scala di danno (basato anche sul flusso e fitotossicità) da 0 a 4 nei diversi

paesi. Europa mediterranea subisce i maggior danni da ozono (in assenza di stress

idrico). Fitorimedio

Matrici acqua e suolo, importanza dei servizi (cibo, biomassa, materie prime, habitat,

pool genico, patrimonio culturale) e funzioni (immagazzinamento, filtraggio, funzione

tampone/zone umide, trasformazione nutrienti, fissazione del carbonio e cicli

biogeochimici) che offrono. Il loro inquinamento porta alla perdita di biodiversità e di

tutte queste caratteristiche (beni e servizi ecosistemici). Gli inquinanti, e i loro effetti,

sono i principali responsabili.

Rapporto bonifiche Federambiente 2010: Il 5% del territorio nazionale Italiano è

caratterizzato da siti contaminati e inquinati, tra questi ci sono 57 Siti di Interesse

Nazionale (SIN), soprattutto in Lombardia e Abbruzzo. Le principali cause sono le

attività industriali, vendita di carburanti, distribuzione e utilizzo di energia. Idrocarburi

e metalli pesanti sono i principali e più abbondanti inquinanti.

Le direttive europee: 2006/86/