Ecologia Applicata, prof. Galli

Inquinamento chimico del suolo - Antonio Finizio

L'agricoltura bio ha una produttività inferiore all'agricoltura tradizionale. L'uso dei pesticidi serve per uccidere la flora/fauna in competizione con la specie coltivata. In agricoltura bio si usano sostanze naturali al posto dei pesticidi chimici. Tuttavia, senza l'uso di fertilizzanti si perderebbe il 40% del raccolto.

Un ambiente naturale dipende dalla presenza di piante e per questo la deforestazione è uno degli impatti antropici più importanti. Gli agro-ecosistemi sono comunque ambienti artificiali perché senza l'intervento dell'uomo non sono in grado di automantenersi. Il 40% della superficie europea è costituita da agro-ecosistemi.

L'alterazione chimica può dare origine a problematicità sul naturale funzionamento degli ecosistemi. L'utilizzo dei fertilizzanti ricchi di fosforo e azoto implica lo spostamento degli equilibri dei livelli.

Di nutrienti limitanti e ciò può portare all’eutrofizzazione. L’utilizzo di prodotti chimici altera i cicli biogeochimici delle sostanze naturali mentre la combustione dei combustibili fossili aumenta l’effetto serra e il surriscaldamento globale. I cicli biogeochimici sono alterati anche dai processi di deforestazione.

Macroinquinanti: sostanze emesse in grande quantità che alterano i cicli biogeochimici (CO2, N e P)

Microinquinanti: sostanze emesse in piccole quantità che agiscono sugli esseri viventi con effetti tossici.

Inquinamento: azione che modifica aria, acqua o suolo e che minaccia la salute degli esseri viventi. Ci sono inquinanti naturali e xenobiotici.

La biodiversità è un servizio ecosistematico perché essa ci permette la sopravvivenza.

DDT: pesticida a largo spettro d’azione ed estremamente persistente. Questo prodotto uccide gli insetti sia dannosi per l’agricoltura che quelli utili agli ecosistemi.

Le sostanze persistenti sono in grado di spostarsi dal luogo di utilizzo. Il DDT è stato usato circa dal 1960 al 1980. I pesticidi moderni devono essere estremamente selettivi e poco persistenti. Sorgenti puntiformi: sono gli scarichi. Posso identificare precisamente lo sversamento di inquinanti. Sorgenti diffuse: è l'agricoltura. Non si conosce esattamente l'origine di diffusione degli inquinanti. Rischio da immissione diretta: è su scala spazio-temporale ristretta. Il grado di contaminazione è misurato col BOD. La sostanza organica ad esempio si degrada abbastanza velocemente. Rischio locale: sostanze che intaccano bacini idrografici. I pesticidi e i rifiuti solidi sono alcuni esempi. I pesticidi diluiti in acqua sono in grado di diffondersi nell'ambiente. Rischio globale: diossine, DDT e PCB hanno una forte persistenza generando dei rischi su ampia scala. Queste sostanze si trovano anche nei ghiacci dell'Everest e dei poli. Il DDT ha

tossicità cronica sul sistema endocrino.

Persistent Organic Pollutans: i POP sono un gruppo eterogeneo di sostanze lipofile con elevata persistenza e mobilità.

Il DDT ha un’alta capacità di biomagnificazione. Il DDE (metabolita del DDT) interferisce con l’anidrasi carbonica e questo ha portato alla produzione di uova da parte di molti uccelli povere di CaCO₃. Negli ecosistemi freddi la rete trofica è sempre scarsa e quindi una perturbazione può provocare danni all’intera comunità. Il DDT essendo lipofilo è più facilmente biomagnificabile dagli organismi di ambienti freddi perché utilizzano molte scorte di grasso per superare i periodi più duri. Questo vale sia per i mammiferi che per gli uccelli migratori. Il DDT interferisce con gli ormoni sessuali ritardando gli stimoli di accoppiamento di molti uccelli, questo ritardo porta ad una minore frequenza di sopravvivenza della prole.

REACH: normativa europea

Che regolamenta l'utilizzo di sostanze chimiche in prodotti industriali. Il DDT è stato usato in India, Cina e Africa e questo ha portato alla sua diffusione anche in Europa nonostante sia stato bandito nel 1980. Le zone calde fanno evaporare le sostanze tossiche che poi si depositano nelle regioni fredde. Il DDT ha un effetto "cavalletta" perché non è molto volatile. I CFC sono estremamente volatili e persistono costantemente in atmosfera.

Contaminanti emergenti: i più importanti sono i farmaci e i prodotti di igiene personale. Sono sostanze non degradate e scaricate direttamente nei corpi idrici. Solo una piccola parte dei principi attivi dei farmaci è effettivamente metabolizzata. Per queste sostanze non esistono criteri di qualità o programmi di monitoraggio ambientale.

LC50: Lethal Concentration che uccide il 50% della popolazione campione.

Inquinamento Biologico

Specie aliene: specie che non sono originarie di quella data area.

La flora e la fauna del pianeta si sono evolute nel corso di miliardi di anni e gli oceani, i mari, le catene montuose, i deserti e persino i grandi fiumi hanno creato barriere fisiche allo spostamento delle specie, contribuendo in maniera significativa alla grande biodiversità del pianeta e allo sviluppo delle comunità animali e vegetali considerate tipiche di particolari regioni o località.

Specie autoctona: In biologia ed in biogeografia, una specie autoctona di una data regione è una specie che si è originata ed evoluta nel territorio in cui si trova.

Specie endemica: specie animale o vegetale esclusiva di un dato territorio. Anche se, tecnicamente, il termine endemismo si può applicare anche a territori vastissimi, come interi continenti (per esempio gli armadilli sono endemicidell'America), risultano interessanti gli endemismi relativi ad areali molto ristretti come quelli insulari, a volte estesi solo per qualche chilometro quadrato (gli).

Endemismi puntuali come la betulla dell'Etna). Specie para-autoctone: specie che risiedono nel territorio da prima del 1500 (scoperta dell'America). Vanno considerate para-autoctone le specie introdotte e naturalizzate in altri paesi prima del 1500 e successivamente arrivate in Italia attraverso fenomeni naturali di espansione.

Esistono circa 10'000 specie invasive in Europa di cui l'11% ha impatti ecologici e il 13% ha impatti economici. Un esempio è il Punteruolo rosso che uccide le palme (danno ecologico) o l'introduzione del Siluro che è un predatore (danno economico per la pesca).

Alcuni esempi sono:

• Il giacinto d'acqua è una idrofita tropicale in grado di crescere su tutte le acque. Questa pianta ha bloccato le barche dei pescatori del lago Vittoria perché è cresciuta a dismisura su tutta la superficie del lago. Essa è in grado di galleggiare perché presenta un bulbo spugnoso alla base.
• La...

Caulerpa taxifolia è usata negli acquari di acqua salata ed in particolare fu usata nell'acquario di Montecarlo. Da qui si è diffusa in tutto il Mediterraneo in modo incontrollato a causa del suo sbagliato smaltimento nella pulizia delle vasche. In seguito, si è introdotta la Caulerpa racemosa con identici effetti. Queste alghe contengono dei terpeni che le rendono tossiche. Nel Mediterraneo la Posidonia oceanica è stata invasa e uccisa dalla caulerpa. Quest'alga inoltre non è utilizzabile né come habitat né come alimento (a differenza della posidonia). Molti bivalvi in presenza di caulerpa crescono di meno perché impiegano energie e risorse nella disintossicazione.

• Il pesce siluro è autoctono del centro Europa e negli anni '80 è stato introdotto in Italia. La sua introduzione ha travolto gli ecosistemi italiani. Assieme al siluro sono arrivati infatti anche una serie di parassiti.

L'introduzione del gambero rosso americano negli allevamenti ha sterminato la popolazione di gamberi autoctoni. Questo gambero rosso cresce in qualsiasi condizione e ha un tasso di riproduzione elevatissimo. Anche il gambero turco è stato introdotto in Italia ma non si è mai diffuso.

Biorisanamento

La contaminazione dei suoli, delle acque freatiche, dei sedimenti, delle acque superficiali e dell'aria è uno dei maggiori problemi a cui sta andando incontro il mondo industrializzato. La produzione a vasta scala di una varietà di composti chimici sta causando il deterioramento della qualità ambientale. Sebbene molti composti inquinanti siano degradati efficacemente dai microrganismi, altri persistono e costituiscono una grave minaccia ambientale. La necessità di risanare siti contaminati ha portato allo sviluppo di nuove tecnologie volte alla distruzione dei composti inquinanti. Il biorisanamento interessa frequentemente ambienti multifasici.

Ed eterogenei, quali suoli in cui il contaminante è presente in associazione con le particelle di terreno, liquidi disciolti e gas. A causa di questa complessità, l'efficacia del biorisanamento necessita di un approccio multidisciplinare che coinvolge microbiologia, ingegneria, ecologia, geologia e chimica.

Sistemi e processi di biorisanamento: Le tecniche di biorisanamento possono essere classificate come EX SITU o IN SITU

• Ex situ: trattamenti che prevedono la rimozione fisica del materiale contaminato per i processi di trattamento
• Bioreattori: biodegradazione in contenitori o reattori, usata per trattare liquidi o impasti liquidi
• Pompaggio e trattamento: pompaggio di acqua freatica in superficie, trattamento e re-immissione in falda
• In situ: trattamento del materiale contaminato sul posto.
• Bioventilazione: trattamento di suoli contaminati mediante insufflaggio di ossigeno attraverso il suolo per stimolare l'attività microbica

Biomiglioramento: è un modo per aumentare le capacità biodegradative di siti contaminati per mezzo dell'inoculo di batteri con capacità catalitiche desiderate.

Il biorisanamento si contrappone spesso all'inceneritore poiché porta diversi vantaggi:

• Può essere fatto sul sito
• È spesso poco costoso e ha un impatto ambientale minimo, elimina i rifiuti in maniera permanente
• È ben accolto dall'opinione pubblica e può essere applicato insieme a trattamenti fisici o chimici.
• In aggiunta, le tecniche in situ presentano ulteriori vantaggi perché eliminano i costi di trasporto, degradano le sostanze inquinanti in modo definitivo e hanno un impatto minimo sull'ecosistema.

Tecniche Molecolari

Al fine di migliorare le tecniche di biorisanamento in campo e stimare il suo impatto sugli ecosistemi, è necessario analizzare le comunità microbiche che prendono parte al biorisanamento. Per

in situ, PCR, sequenziamento del DNA) • Identificazione e monitoraggio dei virus (PCR, sequenziamento del DNA, ELISA) • Identificazione e monitoraggio dei funghi (PCR, sequenziamento del DNA) • Identificazione e monitoraggio dei parassiti (PCR, sequenziamento del DNA) • Identificazione e monitoraggio delle alghe (PCR, sequenziamento del DNA) • Identificazione e monitoraggio dei protozoi (PCR, sequenziamento del DNA) Queste tecniche consentono di ottenere informazioni precise e dettagliate sulla presenza e sulla distribuzione dei diversi microrganismi in un determinato ambiente. Inoltre, permettono di monitorare l'evoluzione delle popolazioni microbiche nel tempo e di valutare l'efficacia di interventi di controllo e di gestione ambientale. L'identificazione dei microrganismi attraverso marcatori molecolari è diventata uno strumento fondamentale per la ricerca scientifica, l'industria alimentare, l'agricoltura, la medicina e l'ambiente. Grazie a queste tecniche, è possibile individuare e studiare microrganismi patogeni, valutare la qualità degli alimenti, monitorare la presenza di microrganismi in ambienti contaminati e identificare specie di interesse biotecnologico. In conclusione, le tecniche di biologia molecolare per l'identificazione dei microrganismi sono strumenti potenti e versatili che permettono di ottenere informazioni dettagliate sulla presenza e sulla distribuzione dei microrganismi in diversi contesti. Queste tecniche hanno aperto nuove prospettive di ricerca e applicazione nel campo della microbiologia e hanno contribuito in modo significativo alla comprensione e alla gestione dei microrganismi nell'ambiente.