VALUTAZIONI SITO-SPECIFICHE NELL ANALISI DEL RISCHIO ECOLOGICO

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1 VALUTAZIONI SITO-SPECIFICHE NELL ANALISI DEL RISCHIO ECOLOGICO Fenoglio S, Negri A, Oliveri C, Oliveri L, Sforzini S Tiziano Bo, Alessandro Dagnino, Aldo Viarengo DiSAV, Dipartimento di Scienze dell Ambiente e della Vita Università del Piemonte orientale Amedeo Avogadro Aldo Viarengo 1

2 Indice 1. L analisi di rischio ecologico: l approccio Triad 2. I dati chimici 3. I saggi ecotossicologici: test tradizionali 4. I parametri ecologici e le tecniche di campionamento 5. Integrazione dei risultati: calcolo degli indici di rischio 6. Caso studio: il fiume Bormida 7. Sistemi di valutazione per evidenziare la classe di composti chimici che induce la tossicità 8. Nuove frontiere Aldo Viarengo 2

3 Aldo Viarengo Caratterizzazione dei Sedimenti Fluviali e Lacuali Analisi di rischio ambientale: L approccio Triad Chimica Ecotossicologia Ecologia

4 Valutazione degli effetti biologici RISPOSTA BIOLOGICA Ecosistema Comunità Popolazione Individuo LIVELLO DI STRESS TEMPO DI ESPOSIZIONE Aldo Viarengo 4

5 Valutazione degli effetti biologici RISPOSTA BIOLOGICA Ecosistema Comunità Popolazione Individuo Molecolare Cellula Organello LIVELLO DI STRESS TEMPO DI ESPOSIZIONE Spurgeon et al., 2005 Aldo Viarengo 5

6 Aldo Viarengo Caratterizzazione dei Sedimenti Fluviali e Lacuali Analisi di rischio ambientale: L approccio Triad Concentrazione totale Biomarker Concentrazione frazione biodisponibile Saggi biologici Parametri ecologici

7 Interpretazione dei risultati E corretto mischiare questa eterogenea massa di dati per determinare il rischio? Pesi differenti alle differenti LoE Output differenziati: - rischio di declino della biodiversità - vulnerabilità biologica NO SI Aldo Viarengo 7

8 Limiti dell approccio tabellare Concentrazione Concentrazione Limite di legge Limite di legge Aldo Viarengo 8

9 Procedura di integrazione Dagnino et al (2008), Integr Environ Assess Manage, 4(3): Aldo Viarengo 9

10 Procedura di integrazione Dati Triad Calcolo di un indice (0-1) per ciascuna disciplina Chimica conc. totale Ecotox. endpoint subletali Chimica conc. totale/biodisp. Ecotox. endpoint alto livello Ecologia Studi di comunità Calcolo di un indice di Vulnerabilità Biologica (BVI) Differenti fattori di peso Calcolo di un indice di Rischio ambientale (EnvRI) Aldo Viarengo 10

11 Stress e risposta biologica DECLINO BIODIVERSITA Effetti ecologici STRESS Aldo Viarengo 11

12 Stress e risposta biologica DECLINO BIODIVERSITA Effetti ecologici RISCHIO BIODIVERSITA Endpoint ecotox. di alto livello -20% sopravvivenza STRESS Aldo Viarengo 12

13 Stress e risposta biologica DECLINO BIODIVERSITA Effetto ecologici RISCHIO BIODIVERISITA Endpoint ecotox. di alto livello VULNERABILITA BIODIVERSITA -20% sopravvivenza Ecotox. sublethal endpoints Effetti genotossici STRESS Aldo Viarengo 13

14 Fattori di peso DISCIPLINE TRIAD LoE W.F. CHIMICA ECOTOX. Biosponibilità 1.5 Concentrazioni totali 1.0 Endpoint di alto livello 1.5 Endpoint subletali 1.0 ECOLOGIA Funzione e struttura comunità 2.0 Aldo Viarengo 14

15 Integrazione dei dati chimici Sottrazione dei valori di background (contaminanti di derivazione non antropica) Rapporto con livelli di equitossicità (e.g., limiti di legge, ) Sommatoria dei coefficienti (effetto additivo) Confronto con livelli soglia Calcolo di ChemRI (0-1) Aldo Viarengo 15

16 Diagramma per il calcolo di ChemRI CONFRONTO CON EQS SOTTRAZIONE DEL BACKGROUND i.e. concentrazione nel sito di riferimento NO INQUINANTI XENOBIOTICI E COMPOSTI ALTAMENTE TOSSICI? SI CALCOLO DEL CARICO TOSSICO CUMULATO (TPC) DETERMINAZIONE DELL INDICE DI RISCHIO CHIMICO (ChemRI) Aldo Viarengo 16

17 STEP OPERAZIONE SIGNIFICATO Confronto con EQS Selezione dei composti caratteristici dell area Sottrazione del livello di background Calcolo del TPC RI= C s /EQS I parametri chimici sono suddivisi in due categorie RI s RI ref TPC= (RI) La concentrazione rilevata nel campione (C s ) è normalizzata rispetto ad un opportuno EQS. Poiché gli EQS rappresentano livelli equitossici, questa operazione produce, per ciascun inquinante, dei livelli di tossicità normalizzati (RI) I composti xenobiotici hanno generalmente origine antropica, mentre altre classi di inquinanti possono avere concentrazioni di background naturale Per gli inquinanti selezionati, I valori di RI ottenuti nel sito di referimento sono sottratti a quello calcolato nel sito indagato La somma dei differenti RI rappresenta il potenziale effetto additivo della mistura di contaminanti Aldo Viarengo 17

18 If 0.0 < TPC > 0.0 < ChemRI 0.5 by the equation: ChemRI = 0.5 * TPC If 1.0 < TPC Th -----> 0.5 < ChemRI 1.0 by the equation: ChemRI = ( * (TPC 1.0) / (Th. 1.0)) If TPC > Th -----> then ChemRI = 1.0 Livello EQS Aldo Viarengo 18

19 Integrazione dei dati biologici Variazione rispetto al sito di riferimento Confronto con valori soglia Calcolo di EcoRI (effetti a livello di popolazione-comunità) Calcolo di EtoxRI (effetti ecotossicologici di alto livello) Calcolo di BSI (effetti ecotossicologici subletali) Aldo Viarengo 19

20 CARATTERIZZAZIONE DEGLI ENDPOINT SUBLETALI i.e. Descrizione del profilo di risposta allo stress (crescente, decrescente, a campana ) ENDPOINT DI ALTO LIVELLO ENDPOINT SUBLETALI CALCOLO DI UN INDICE DI ALTERAZIONE (0-1) i.e. 0.0= no effetto, 1.0= massimo effetto CONFRONTO CON VALORI DI RIFERIMENTO i.e. risultati dal sito di riferimento DETERMINAZIONE DI UN INDICE DI RISCHIO ECOTOSSICOLOGICO (EtoxRI) DETERMINAZIONE DI UN INDICE DI STRESS BIOLOGICO (BSI) Aldo Viarengo 20

21 ENDPOINT ECOTOSSICOLOGICI If X < AI 1.00 Equazione: AI = X/0.8 If X > 0.80 AI = 1.0 If X 0.20 AI = 0.0 If 0.20 < X < AI 1.00 Equazione: AI = (X-0.20)/0.8 If X > 1.00 AI = 1.0 Aldo Viarengo 21

22 PARAMETRI BASATI SU CLASSI DI QUALITA i.e. Indice Biotico Esteso PARAMETRI CHE MISURANO CARATTERISTICHE DELLA COMUNITA i.e. Ricchezza in specie, indice di Shannon, ecc CONFRONTO CON I RISULTATI DEL SITO DI RIFERIMENTO CALCOLO DI UN INDICE DI ALTERAZIONE i.e. 0.0= no effetto, 1.0= massimo effetto DETERMINAZIONE DI UN INDICE DI RISCHIO DELLE DISCIPLINE ECOLOGICHE (EcoRI) Aldo Viarengo 22

23 Calcolo dell indice EnvRI Indici di rischio calcolati per ogni disciplina Triad In caso non siano disponibili dati di biodisponibilità, sono utilizzate le concentrazioni chimiche totali CHIMICA Frazione biodisp. ECOTOX. Endpoint di alto livello ECOLOGIA Parametri comunitari Considerando la rilevanza di ciascuna disciplina Triad I differenti indici di rischio vengono integrati APPLICAZIONE DI DIFFERENTI FATTORI DI PESO EnvRI rappresenta la media pesata degli indici delle singole discipline Triad CALCOLO DELL INDICE DI RISCHIO AMBIENTALE (EnvRI) Aldo Viarengo 23

24 Interpretazione dei risultati Deviazione (D) EnvRI Accettabile Destinazione d uso Non accettabile D < 0.4 D > 0.4 approfondimento oppure 0.00 < EnvRI < 0.25 N, A, R, I 0.25 < EnvRI < 0.50 A, R, I 0.50 < EnvRI < 0.75 I, (R) 0.75 < EnvRI < 1.00 I 0.00 < EnvRI < 0.25 A, R, I 0.25 < EnvRI < 0.50 I, (R) 0.50 < EnvRI < 1.00 I N, A (with targets of concern) N, A, R (with green functions) N, A, R, I (with green functions) N, A (with targets of concern) N, A, R (with green functions) N, A, R, I (with green functions) Aldo Viarengo 24

25 Calcolo dell indice di Vulnerabilità biologica (BVI) Indici di rischio calcolati considerando le concentrazioni totali di inquinanti (ChemRI) e gli endpoint ecotossicologici subletali (BSI) CHIMICA Concentr. totali ECOTOX. Endpoint subletali BVI rappresenta la media dei due indici CALCOLO DELL INDICE DI VULNERABILITA BIOLOGICA (BVI) Aldo Viarengo 25

26 Studio degli effetti biologici Test ecotossicologici Test Microtox (Vibrio fischeri) Endpoint di alto livello : inibizione della bioluminescenza Test con alghe (Pseudokirchneriella subcapitata) Endpoint di alto livello : tasso di crescita algale Fitotest (semi monocotiledoni/dicotiledoni) Endpoint di alto livello : tasso di germinazione, allungamento degli apici radicali Endpoint subletali: danno genotossico Aldo Viarengo 26

27 Studio degli effetti biologici Test ecotossicologici Test con protozoi (Dictyostelium discoideum) Endpoint di alto livello : tasso di sopravvivenza, tasso di replicazione Endpoint subletali: stabilità delle membrane lisosomiali, tasso di endocitosi, danno genotossico Analisi genomica (microarray, Q-PCR quantitativa) Analisi proteomica Analisi metabolomica Test con nematodi (Caenorhabditis elegans) Endpoint di alto livello : tasso di sopravvivenza Analisi genomica (microarray, Q-PCR quantitativa) Aldo Viarengo 27

28 Studio degli effetti biologici Test ecotossicologici Test con crostacei (Daphnia magna) Endpoint di alto livello : inibizione della motilità Test con ostracodi (Heterocypris incongruens) Endpoint di alto livello : tasso di sopravvivenza Endpoint subletali: tasso di crescita Aldo Viarengo 28

29 Studio degli effetti biologici Test ecotossicologici Test con bivalvi (Unio pictorum) Endpoint di alto livello : tasso di sopravvivenza, stress su stress Endpoint subletali: stabilità delle membrane lisosomiali, stress ossidativo, danno genotossico, biomarker di esposizione Test con pesci (Danio rerio) Endpoint di alto livello : sviluppo embrionale Aldo Viarengo 29

30 Identificazione dei composti tossici Campioni che hanno mostrato un effetto tossico Caratterizzazione tossicologica Manipolazione del campione Resine cationiche AVS Sost. adsorbenti (Amersorb Carb. attivo) Zeolite Metalli Composti organici Ammonia Aldo Viarengo 30

31 Studio degli effetti biologici Test a livello di comunità Macroinvertebrati bentonici Indice Biotico Esteso Comunità di diatomee EPI-D Comunità microbica Biomassa batterica, DGGE Aldo Viarengo 31

32 Caso studio Fiume Bormida Aldo Viarengo 32

33 Data set CHIMICA ECOTOX. ECOLOGIA Biodisponibilità Concentrazioni totali Endpoint di alto livello Endpoint subletali Struttura e funzione delle comunità N.D. Metalli pesanti, IPA, PCB, ecc... Batteria di saggi tossicologici (crostacei, nematodi, vegetali, protozoi e batteri) su sedimento e acqua interst. Biomarker su protozoi e vegetali Biomarker di genotossicità su sedimento e acqua interstiz. Studio comunità bentoniche (IBE) Aldo Viarengo 33

34 Risultati: Indice di rischio ecologico EnvRI Aldo Viarengo 34

35 Risultati: Indice di vulnerabilità biologica BVI Aldo Viarengo 35

36 Risultati: Deviazione D Aldo Viarengo 36

37 Risultati: Indice di genotossicità GTI Aldo Viarengo 37

38 Conclusioni Il Sistema presentato permette di integrare in modo oggettivo dati estremamente eterogenei L output differenziato permette di evidenziare eventuali situazioni che rappresentano un rischio potenziale per l ambiente Considerare la variabilità nei singoli parametri permette di valutare la probabilità di rischio Aldo Viarengo 38

39 Aldo Viarengo 39

40 Aldo Viarengo 40

41 Aldo Viarengo 41

42 Aldo Viarengo 42

43 Aldo Viarengo 43

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48 Aldo Viarengo 48

49 Aldo Viarengo 49

50 GSH Aldo Viarengo 50

51 Aldo Viarengo 51

52 Università del Piemonte Orientale Amedeo Avogadro Dipartimento di Scienze dell Ambiente e della Vita Società Chimica Italiana Divisione di Chimica dell Ambiente e dei Beni Culturali SETAC Italian Branch 5 a SCUOLA NAZIONALE RESIDENZIALE SITI CONTAMINATI Monitoraggio e bonifica dei siti contaminati. Riduciamo l inquinamento ambientale: Applichiamo il REACH Alessandria, Aldo Viarengo 52

53 Università del Piemonte Orientale Amedeo Avogadro Facoltà di Scienze M.F.N. Dipartimento di Scienze dell Ambiente e della Vita PERCORSO DI ALTA FORMAZIONE NEL SETTORE DEL MONITORAGGIO E DELLA VALUTAZIONE DEL RISCHIO AMBIENTALE Aldo Viarengo 53

54 Aldo Viarengo 54

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