UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PDOV Diprtimento di gronomi mientle e Produzioni Vegetli Fcoltà di grri DOTTORTO DI RICERC IN GRONOMI MBIENTLE CICLO XIX TTITUDINE DI SPECIE DIVERSE LL FITOESTRZIONE DI METLLI PESNTI: MODIFICZIONI CRICO DELL PPRTO RDICLE Coordintore: Ch.mo Prof. Umerto Ziliotto Supervisore: Prof. Teofilo Vmerli Dottorndo : Dott. Luci Coletto 31 dicemre 26

2 RISSUNTO L ttività dell presente tesi di dottorto di ricerc si inserisce nell mito di un Progetto di Ricerc di Rilevnte Interesse Nzionle (PRIN) svolto in collorzione tr le Università di Pdov, Udine, Firenze, Milno e Pis, che si prefigge come oiettivo l vlutzione dell ttitudine ll fitoestrzione di metlli pesnti di diverse specie vegetli, nche ttrverso lo studio dell morfologi rdicle. Le informzioni ottenute sono servite ll llestimento del primo impinto pilot in Itli per l fitoestrzione di metlli pesnti ll interno di un sito di interesse nzionle denominto Lgun di Grdo e Mrno e corsi d cqu limitrofi (D.M. 468/21), ricdente in terreni di proprietà dell Cffro s.p.. (Torviscos, Udine). L ttività h rigurdto lo studio, dpprim in miente confinto e successivmente in situ, delle cpcità di dttmento e fitoestrttiv di specie di interesse grrio, si ercee (girsole, rfno, er medic, loiess e orzo) che roree (pioppo inco, pioppo nero, pioppo tremulo e slice inco). Le pinte sono stte coltivte in un sustrto nomlo, costituito in prevlenz d scrti di lvorzione industrile (ceneri di pirite) inquinti d diversi metlli pesnti (Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, P e Zn), l qule er stto sovrpposto uno strto di terreno di riporto (,2-,3 m) misto ghii. Sono stte vlutte le modificzioni crico dell morfologi dell pprto rdicle utilizzndo metodi non distruttivi in rffronto metodi distruttivi clssici. tle rigurdo sono stti vlutti due metodi non distruttivi, trcce rdicli su rizoox prete trsprente e misur dell cpcità elettric, utili per monitorre l rispost dell pprto rdicle specifiche condizioni sperimentli o trttmenti correttivi l suolo. In tutte le specie sggite, si in vso che in situ, come er lecito ttendersi sono stte osservte significtive modificzioni dei prmetri morfologici degli pprti rdicli, con un generle contrzione dell densità di lunghezz e 2

3 dell pprofondimento mssimo. In riferimento ll metodologi di studio, l misur dell cpcità elettric h fornito risultti interessnti per il monitorggio in continuo dell ccrescimento rdicle. nlogmente qunto osservto nell sperimentzione in vso, con un mggiore ccrescimento e rimozione complessiv di metlli pesnti in presenz di un orizzonte di ricoprimento non inquinto, in situ è stt ottenut un mggiore efficienz fitoestrttiv pplicndo un ripunttur (mntenimento dell strtigrfi) rispetto ll rtur (rimescolmento degli orizzonti) nche se questo tipo di lvorzione h condotto tendenzilmente d un minore concentrzione degli inquinnti nelle iomsse. Tutte le specie sggite rimngno lontne dlle soglie dell iperccumulo indicte in lettertur per i metlli riscontrti nel sito contminto. Rphnus stivus è stt l specie erce che h presentto il migliore dttmento lle specifiche condizioni sperimentli si in termini di ccrescimento epigeo che rdicle, condizione quest ultim necessri ll ottenimento di elvte concentrzioni di metlli e uoni livelli di sportzione, come indicno le positive correlzioni con l densità di lunghezz rdicle. Per le specie roree i risultti di mesocosmo sono stti przilmente disttesi in situ, indicndo che l elevt efficci rilevt preliminrmente in Slix l, specie spontne molto diffus nel sito inquinto, in situ è in suordine quell di Populus l. Lo studio dell pprto rdicle è sicurmente utile ll comprensione dei meccnismi di dttmento delle specie vegetli d utilizzre nei progrmmi di onific mientle ed è premess indispensile per l individuzione di quei trttmenti che stimolno l ccrescimento di quest struttur per migliorre l efficienz fitoestrttiv. 3

4 BSTRCT This thesis dels with phytoextrction, prticulr process for reclmtion of polluted soils, which uses plnts nd their interction with soil nd microrgnisms to clen up soils from hevy metls. This work is focused on the set up of the first itlin in situ phytoextrction system. The polluted site involved in this study is locted in Torviscos (Udine, Itly), within site of Ntionl Interest clled Lgoon of Grdo nd Mrno nd close rivers. It is chrcterized y deep horizon mde of pyrite cinders (residuted y the extrction of sulphur) mrkedly polluted y vrious hevy metls (Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, P nd Zn), which ws covered y top lyer rich in skeleton. Five herceous crops hve een tested (Helinthus nnuus, Medicgo stiv, Rphnus stivus, Hordeum vulgre nd Lolium multiflorum) together with four woody species (Populus l, Populus nigr, Populus tremul, Slix l). Some preliminry pot nd mesocosm experiments hve een crried out to otin informtion usefull for setting up the pilot system. In prticulr, overlpping thin lyer of un-polluted soil to tht polluted ws oserved to increse iomss production nd removl of hevy metls. Biomss production nd concentrtion in hevy metls were mesured from smples collected in situ from ploughing (soil mixing) nd susoiling tretments (strtigrphy mintennce), the ltter ttempting to mimic s fr s possile the overlp of top un-polluted lyer. Root growth ws lso detected s n importnt key fctor for dptility to prticulr wste mteril, nd different methods of investigtion compred (conservtive nd no-conservtive methods). In generl, ll the species showed mrked chnges in root morphology, with gret reduction of oth root density nd mximum depth. t this regrd, the 4

5 electricl cpcitnce method reveled to e suitle to follow root dynmics in time. ll the species, oth herceous nd woody ones, hd concentrtion of vrious hevy metls much lower thn threshold vlues for hyperccumultion, lthough compenstion in terms of removl cn e expected y greter iomss production. In prticulr, susoiling led to lower concentrtion of hevy metls ut greter iomss thn ploughing nd, for some species, greter removl. From this study, R. stivus ws the most suitle herceous species (gretest shoot iomss nd totl removl of vrious hevy metls). mong woody species, P. l showed higher shoot iomss nd removl, wheres P. tremul hd the lowest iomss ssocited with higher concentrtions of vrious hevy metls. Both root growth nd extension resulted to e fundmentl prmeters ffecting phytoextrction efficiency, s higher root length density were generlly ssocited with higher concentrtion of pollutnts in the shoot iomss. The mjor limit to otin high phytoextrction efficiency ws n insufficient root growth d deepening, the ltter eing 25-3 cm s mximum in the polluted soil. This suggests the need to find out dequte solutions to enhnce root development through different wys, which deserve to e further studied. 5

6 1. INTRODUZIONE L GRICOLTUR E IL TERRITORIO L PROBLEMTIC DELL INQUINMENTO L inquinmento del suolo Inquinmento d metlli pesnti Il ferro I METLLI PESNTI E LE PINTE Fitodisponiilità dei metlli: crtteristiche chimiche, fisiche e iologiche del suolo Le pinte in terreni inquinti: strtegie di dttmento Pinte iperccumultrici Pinte d iomss LE TECNOLOGIE DI BONIFIC Bonific di suoli contminti d metlli pesnti L FITOESTRZIONE Destino delle iomsse Il ruolo degli pprti rdicli nell fitoestrzione METODI DI STUDIO DELL PPRTO RDICLE Metodi distruttivi Metodi conservtivi Metodi indiretti SCOPO ED OBIETTIVI DEL LVORO MTERILI E METODI CRTTERIZZZIONE DEL SITO Rilievo pedologico Rilievo floristico PREMESS SPECIE ERBCEE PROVE PRELIMINRI IN SERR - MICROCOSMO Scelt delle specie Trttmenti Vsi Semin e cure colturli Rilievi effettuti PROVE DI MESOCOSMO Scelt delle specie

7 3.5.2 Trttmenti Vsi Semin e cure colturli Rilievi effettuti RELIZZZIONE IMPINTO IN SITU Scelt delle specie llestimento dell impinto pilot nlisi sull prte epige nlisi sull prte epige PINTE RBOREE PROVE DI MESOCOSMO Scelt delle specie Trttmenti Vsi Trpinto e cure colturli Rilievi effettuti RELIZZZIONE IMPINTO IN SITU Scelt delle specie llestimento dell impinto pilot nlisi sull prte epige nlisi sull prte ipoge RISULTTI E DISCUSSIONI CRTTERIZZZIONE DEL SITO Rilievo pedologico Rilievo floristico SPECIE ERBCEE PROVE PRELIMINRI IN SERR - MICROCOSMO SPD e fluorimetro pprti epigei I metlli pesnti pprti ipogei PROVE DI MESOCOSMO Determinzione dell iomss ere I metlli pesnti Gli pprti ipogei RELIZZZIONE IMPINTO IN SITU

8 4.5.1 nlisi sull prte epige Concentrzione degli elementi ssoriti sportzioni nlisi sull prte ipoge SPECIE RBOREE PROVE DI MESOCOSMO Biomss epige Metlli pesnti pprti rdicli pprto rdicle vs. sportzioni dei metlli RELIZZZIONE IMPINTO IN SITU nlisi sull iomss epige Concentrzione degli elementi ssoriti sportzioni nlisi sull prte ipoge CONCLUSIONI BIBLIOGRFI PPENDICE FOTOGRFIC

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10 1. INTRODUZIONE L prolemtic dell tutel dell miente e dell conservzione delle risorse nturli, non più ritenute ene inesuriile ed uto-rigenernte, è di grnde ttulità. In seguito ll conferenz dell USEP (United Stte Environmentl Protection gency) di Rio del 1992 ed in prticolre in seguito ll pprovzione d prte dell Unione Europe del Protocollo di Kyoto (22/358/CE), l ttenzione per l ricerc di tecnologie produttive sso imptto mientle h ssunto rilevnz mondile. È per questo, e per il diffondersi di nuov ttenzione in mteri di inquinmento, che ssumono prticolre interesse tutte quelle discipline e correnti di studio volte tutelre e preservre l miente, inteso nel senso più mpio del termine, nche perchè, si deve considerre che non è più possiile intervenire sull'miente settorilmente, m l'miente deve essere gurdto come d un sistem complesso, in cui si colloc orgnicmente l'uomo con le sue esigenze e le sue ttività. Ruolo fondmentle in questo cmpo può svolgerlo l gricoltur, che si pone llo stesso tempo come utilizztrice dell risors miente, m nche come possiile fonte di tecnologie tte preservre l miente stesso. Si pensi in ftti ll produzione di iodisel, ll diffusione di centrli termiche ed elettriche iocomustiili o iogs, ll uso sempre più diffuso dell mido di mis in vri settori, d quello degli imllggi (scchetti, riempitivi per imlli, etc.), fino lle tecniche più innovtive di utilizzo delle pinte per l depurzione, si di cque che di terreni. In questo contesto l ricerc punt coltivre pinte di interesse grrio e non, non più scopo limentre, m industrile od mientle. In quest ottic si colloc il mio lvoro di dottorto di ricerc. 1

11 L GRICOLTUR E IL TERRITORIO Lo sfruttmento del territorio soli fini produttivi, che h crtterizzto l uso del suolo dl secondo dopoguerr d oggi, h di ftto condotto ll impoverimento del sistem miente. Un certo contriuto, in questo qudro, è dto dll gricoltur, che si è evolut incidendo profondmente sull ssetto e sullo stto di slute del territorio, sti pensre che l superficie gricol itlin investe circ il 44% dell superficie territorile totle (du et l., 25). Le ree gricole e con esse quelle forestli, oltre sostenere l produzione limentre, tessile, industrile (legno) ed energetic, sono coinvolte in numerose funzioni ecologiche, rppresentndo il legme tr ri-cqu-suolo. Le pinte, inftti, fungono d filtro per le sostnze presenti nei suoli, disciolte in cqu o presenti nell tmosfer, supportno i diversi hitt e, non meno importnte, svolgono funzioni socili e culturli (du et l., 25). L relzione esistente tr gricoltur/selvicoltur ed miente si regge su di un equilirio molto lile e complesso. Se d un lto le superfici gricole e le foreste suiscono l imptto negtivo dell miente e di ltri miti produttivi, dll ltro, le ttività selvicolturli e, soprttutto, quelle gricole (specilmente qundo quest ultime ssumono forme di intensificzione, concentrzione e specilizzzione), sono un delle principli cuse dell inquinmento delle cque, dell perdit di stilità, dell inquinmento e dell cidificzione dei suoli, dell umento dell effetto serr, dell perdit di diversità iologic e dell semplificzione del pesggio. È induio, tuttvi, che l ttività gricol, poss fornire servizi mientli e diverse opzioni nelle strtegie di mitigzione dei fenomeni di inquinmento d ess imputti o imputili, pur mntenendo un uon cpcità di produzione e di competitività, complici le nuove politiche di sviluppo rurle orientte sempre più verso l sosteniilità. Le stesse linee dell Politic gricol Comunitri (PC) emnte negli ultimi decenni hnno induimente dto un impulso essenzile nel processo di integrzione delle prolemtiche mientli nelle politiche rurli. Prime fr tutte le misure di ccompgnmento previste di Regolmenti Comunitri 278/92 e 28/92 11

12 promulgte l fine di ridurre le produzioni gricole ttrverso l contrzione delle superfici coltivte e l riconversione delle stesse siti di ttività per l difes e vlorizzzione mientle (Commissione Comunità Europe, 1992). Ruolo, quest ultimo, prticolrmente enftizzto d gend 2 (Commissione Comunità Europe, 1999) e dl Regolmento Comunitrio 1257/99 (Commissione Comunità Europe, 1999), che prevedono iuti economici gli opertori di settore che pplichino le norme dell uon prtic gricol e che destinno prte del territorio quelle ttività volte l ripristino mientle, l migliormento pesggistico e ll incremento dell iodiversità. In questo pnorm si colloc l ricerc gronomic sempre più rivolt rispondere lle nuove esigenze dell collettività in un qudro di gricoltur di servizio e gricoltur multifunzionle finlizzt lle produzioni nonlimentri e ll slvgurdi o promozione mientle (Borin, 1999). Le colture quindi, pssno d un mero ruolo produttivistico funzioni mientlipesggistiche, fino svolgere un ruolo di recupero mientle quli il consolidmento di superfici, l mitigzione dell imptto pesggistico di infrstrutture, il ripristino e l rinturlizzzione delle cve, delle discriche, di terreni degrdti e l onific di territori inquinti (Borin, 22). Le ultime esternlità elencte sono tutte finlizzte l recupero di ree ltrimenti improduttive, grzie ll osservzione che tlune specie vegetli sono in grdo di svilupprsi nche in condizioni nomle e quindi di ssoggettre ll funzione produttivistic il migliormento mientle. Funzione quest che divent prticolrmente interessnte se si pens che nel solo territorio nzionle itlino sono stti potenzilmente identificti siti inquinti (EE, 2), di cui oltre 2 censiti e d sottoporre procedur di onific. Di questi poi, 56 sono SIT (Siti di Interesse Nzionle) come dichirto d L. 426/1998, L. 388/2, D.M. 468/21, L. 179/22, L. 266/5 e D.Lgs. 152/6) e 2.99 ree minerrie ndonte (PT, 26). 12

13 L PROBLEMTIC DELL INQUINMENTO Si può definire l'inquinmento mientle come un cmimento delle crtteristiche fisiche, chimiche o iologiche dell'ri, dell'cqu o del suolo custo dll'immissione nell'miente di mteri o energi, tle d provocre effetti negtivi misurili immediti o differiti; in prticolre ne possono derivre: dnni ll'uomo e lle specie nimli e vegetli, dnni i mterili, spreco o deteriormento delle risorse nturli e limitzioni lle ttività economiche, culturli, ricretive, sportive, ecc. Esso rppresent quindi un modificzione sfvorevole dell miente dovut, totlmente o przilmente, ll ttività umn. L rticolo 2 del D.M. 471/99 definisce come sito inquinto quel sito che present livelli di contminzione o lterzioni chimiche, fisiche o iologiche del suolo o del sottosuolo o delle cque superficili o delle cque sotterrnee tli d determinre un pericolo per l slute pulic o per l'miente nturle o costruito. [ ] nel qule nche uno solo dei vlori di concentrzione delle sostnze inquinnti [ ] risult superiore i vlori di concentrzione limite ccettili stiliti dl presente regolmento. Per quntificre l presenz d'inquinnti nell'miente si usno, inftti, prmetri diversi second dell tipologi di inquinnte; per semplicità nel seguente lvoro di tesi si prlerà in ogni cso di concentrzione ed in prticolre si frà riferimento, per i limiti di concentrzione di inquinnti nel suolo, i vlori tellri espressi dll llegto 1 del D.M. 471/ L inquinmento del suolo Il suolo costituisce l prte dell iosfer dove l uomo vive e che egli trsform ttrverso le vrie forme di insedimento e le sue ttività. Ess rppresent l prte più superficile dell crost terrestre ed è il risultto dell trsformzione litologic d prte di genti chimici, fisici e iologici (Brgellini, 1998). Il terreno rppresent quindi, per su ntur, un corpo estremmente eterogeneo, in cui l introduzione di sostnze non fcenti prte dell su struttur originri, o già presenti, m in concentrzioni differenti, determin 13

14 modificzioni che generlmente rppresentno un dnno o un peggiormento delle condizioni di vit (Rdelli e Clmi, 21). Il suolo ssicur un serie di funzioni chive dl punto di vist mientle, economico, socile e culturle che sono indispensili per l vit. Esso rppresent l hitt per diverse specie e grntisce l produzione limentre, gricol e selvicolturle: qusi tutt l vegetzione, tr cui i pscoli, le colture rili e gli leri, hnno isogno del suolo per rifornirsi di cqu e sostnze nutritive e per fissre le proprie rdici. Inoltre, il suolo funge d elemento del pesggio e del ptrimonio culturle (Commissione Comunità Europe, 22). In generle le funzioni indicte sono interdipendenti e l misur in cui sono ssicurte dl suolo è molto importnte per l sosteniilità. Qundo il suolo diviene invece fonte di mterie prime o il terreno che occup funge d supporto per le ttività umne, l cpcità del suolo di ssicurre le sue funzioni è ridott o modifict, con un conseguente conflittulità tr le funzioni stesse (Commissione Comunità Europe, 22). L mnipolzione dell struttur del suolo, con l introduzione di contminnti può quindi diventre fonte di lterzione delle funzioni che esso normlmente ricopre, incidendo negtivmente sull cten limentre, sull slute umn e, più in generle, sull equilirio degli ecosistemi (Commissione Comunità Europe, 22), soprttutto se si evidenzi il ftto che l su cpcità tmpone e di ccumulo nei confronti delle sostnze inquinnti può effettivmente impedire l immedit contminzione degli ltri comprti mientli (Sequi, 1989) m, contrrimente come si è lungo ritenuto, può determinre un improvviso rilscio degli inquinnti stessi un volt rggiunto il limite di ritenzione (Stiglini, 1992). Per questo motivo si è recentemente riconosciuto, con l meritt importnz, il prolem dell inquinmento del suolo, rgomento per il qule si dispone però di poche informzioni e di un legislzione ncor giovne e crente per molti spetti (Zccheo e Cripp, 24). Il prolem dell vlutzione dello stto di inquinmento di un suolo è molto dittuto, in qunto non esistono in prtic metodi di lortorio chimici 14

15 o iologici tti misurre l diminuzione di produttività (Zccheo et l., 2). ttulmente l legislzione itlin identific un suolo come sito inquinto qulor in esso veng rilevt l presenz di sostnze in concentrzioni superiori quelle tellri espresse dl D.M. 471/99, senz tener conto di eventuli vlori del fondo litologico. I rifiuti, non solo industrili, che sono ll origine di contminzioni (scorie di fonderi, sli d rifusione dell lluminio, fnghi, morchie oleose, oli esusti, melme cide, ceneri leggere d incenerimento, polveri dell ttimento dei fumi dell siderurgi, pesticidi, solo per citrne lcuni -Cifni et l., 25-) possono vere origine locle (puntiforme) o diffus. In generle l contminzione puntiforme è ssocit ll presenz di miniere, ll industri, lle discriche e d ltre strutture che, si durnte il funzionmento che dopo l chiusur, possono crere rischi per il comprto suolo e cqu. L contminzione diffus è invece ssocit ll deposizione tmosferic, determinte prtiche gricole e d indegute operzioni di riciclo dei rifiuti e trttmento delle cque reflue. L deposizione tmosferic, dovut lle emissioni dell industri, del trffico e dell gricoltur, di sostnze inquinnti rilsci nel suolo contminnti cidificnti (d esempio SO2, NOx), metlli pesnti e diversi ltri composti orgnici (d esempio diossine, ifenili policlorurti, idrocruri policiclici romtici). I contminnti cidificnti riducono progressivmente il potere tmpone del suolo, comportndo in lcuni csi, come precedentemente ccennto, il supermento del crico critico con conseguente rilscio improvviso e mssiccio di inquinnti. L cidificzione fvorisce inoltre, l liscivizione di sostnze nutritive con conseguente perdit di fertilità del terreno e possiili prolemi di eutrofizzzione dell cqu (Rdelli e Clmi, 21). Vrie prtiche gricole possono essere considerte fonte di contminzione diffus del suolo come l concimzione e l difes fitosnitri, cus nche dell presenz di metlli pesnti, come cdmio e rme, composti orgnici scrsmente iodegrdili e microrgnismi potenzilmente ptogeni (Commissione Comunità Europe, 22). 15

16 Secondo Golderg e Zccheo (1998), l inquinmento può essere determinto d sostnze orgniche (scrichi urni, reflui zootecnici, industrie di trsformzione di mterili orgnici nturli, fitofrmci, numerose clssi di sostnze orgniche industrili, tensiottivi nionici); d sostnze minerli e inorgniche (mterili solidi in sospensione, metlli pesnti e sli disciolti); d fttori microiologici (cque reflue di insedimenti urni e zootecnici). Tr tutte le clssi di inquinnti citte, quelle di interesse e considerte nel presente lvoro di tesi fnno riferimento i metlli pesnti e lle ceneri di pirite; quest ultime rppresentno uno scrto dell lvorzione industrile, come srà descritto in modo più pprofondito in seguito (v. sezione Mterili e metodi) Inquinmento d metlli pesnti Gli elementi nturlmente presenti nell iosfer sono stti clssificti, in relzione ll loro importnz per i viventi, in (Cslicchio, 2): Elementi essenzili, loro volt distinti in mcronutrienti e micronutrienti (elementi indispensili ssimilili rispettivmente d lte e sse quntità); Elementi microutili (elementi che svolgono funzioni utili, per vicrinz o per specifiche crtteristiche di stimolo di lcuni processi metolici); Elementi microtossici (elementi non indispensili, e tossici); Elementi microindifferenti (tutti gli elementi ssoriti che non svolgono nessun funzione specific, che non sono né indispensili né tossici). Ciò premesso, i metlli pesnti sono elementi nturlmente presenti nell crost terrestre, che rppresentno, in modo verticle, tutte le ctegorie sopr elencte, rientrndo nell un o nell ltr second dell specie considert. Si crtterizzno per densità mggiori di 7 g cm -3 (5 g cm -3 se si includono nche i metlloidi), comportmento ctionico e diversi stdi di ossidzione in funzione 16

17 del ph (Cslicchio, 2; Rdelli, 21; Zeri e Mrchiol, 24). Essi si trovno generlmente in concentrzioni inferiori,1% (fnno eccezione determinte formzioni e gicimenti minerri Rdelli, 21-), d cui l definizione di elementi trcci che li contrppone i mggiori costituenti delle rocce e dei minerli, ossi silicio, lluminio, ferro, clcio, sodio, potssio e mgnesio (Fure, 1992). Tr i metlli pesnti vengono inclusi rgento, rio, cdmio, colto, cromo, mngnese, mercurio, molideno, nickel, piomo, rme, stgno, tllio, titnio e zinco e lcuni metlloidi che presentno proprietà simili i metlli pesnti, come l rsenico, l ntimonio, il ismuto, il selenio e il vndio (drino, 1986; llowy, 1995; Grielli e Glrdi, 24). Tr questi, in line generle, per le pinte sono micronutrienti il Cu, Mn, Mo e Zn; microutili il Co, V e Se, microtossici g, s, B, Bi, Cd, Cr, Hg, Ni, P, S, Sn, Ti, Tl (il Cr, d es. per gli nimli e l uomo rppresent un micronutriente) (Cslicchio, 2; Brzni et l., 24). Ecco perchè, in determinte situzioni ed in riferimento d ordini differenti, i metlli pesnti possono essere elemento di disturo, inquinnte e/o di sterilità di un suolo. Le fonti di contminzione di metlli pesnti hnno due origini: nturle e ntropic. L fonte nturle è rppresentt dl sustrto geologico stesso mentre, tr le sorgenti di origine ntropic le più rilevnti sono dovute lle ttività civili, industrili ed lle prtiche gricole (Cslicchio, 2). Tr le prtiche gricole, di prticolre interesse e rilevnz è il riutilizzo nell gricoltur di fnghi e compost ricchi in sostnze orgniche e minerli, prodotti dll depurzione delle cque di scrico urne (reflue), l cui principle limitzione d uso dipende di loro contenuti in metlli pesnti (drino, 1986): Co, Cu e Zn sono spesso contenuti nelle diete e di conseguenz nelle deiezioni nimli (ssimilzione molto ss, circ il 5% del metllo somministrto). Inoltre, pporti stgionli di s, Cu, Hg, P, Sn e Zn sono custi dll uso di pesticidi di vri ntur (drino, 1986). Il contenuto totle in metlli nei suoli grri è quindi, il risultto degli input provenienti d sorgenti diverse e può essere rppresentto d (Zccheo e Cripp, 24): Metlli totli = input output, 17

18 ossi il contenuto totle in metlli in un suolo gricolo risult pri ll differenz tr i metlli pportti dll rocci mdre, per deposizione tmosferic, con le fertilizzzioni, con l uso di prodotti chimici di vri ntur, con le cque irrigue, con rifiuti orgnici e di derivzione ccidentle e l quot di metlli ssimilti dlle pinte, persi per voltilizzzione, erosione o liscivizione. Le condizioni mientli ed in prticolre il ph, il potenzile di ossidoriduzione e l presenz di composti orgnici o inorgnici, giocno un ruolo fondmentle nell specizione degli elementi e quindi nell loro iodisponiilità (Kt-Pendis, 1992). In prticolre, le vrizioni di ph e più in generle le lterzioni delle proprietà chimiche del suolo registrte nell rizosfer (Ross, 1994; Kshem e Singh, 22) determinno per questi elementi un decorso differente d quello nell grnde mss di terreno (ulk soil) (Zccheo e Cripp, 24). Le rdici inoltre, stilizzno il suolo legndone meccnicmente le prticelle, producono essudti rdicli, come mucigel e zuccheri, che unitmente ll zione di funghi micorizzici migliorno l struttur del suolo e l su stilità; ne consegue un diminuzione dell erosione ed un minor migrzione dei contminnti di suoli inquinti lle ree dicenti (Zccheo e Cripp, 24). Come già ccennto in precedenz, i metlli pesnti hnno destini differenti nelle pinte, lcuni sono utili o ddirittur indispensili per l vit dei vegetli, ltri sono tossici; il prmetro più semplice per mettere in evidenz gli effetti tossici degli genti stressnti, quindi nche dei metlli, è l vlutzione dell crescit dell pint inter o di un suo orgno. L lterzione del processo dell crescit rppresent molto spesso l prim e l più sensiile rispost condizioni di stress. Nel cso specifico di metlli pesnti, l orgno che risente prim degli effetti dell loro presenz nel suolo l rdice che si trov diretto conttto con le sostnze tossiche (Bker e Wlker, 1989). L rezione delle pinte ll presenz di metlli pesnti nel suolo, non determin solo un effetto di tipo quli-quntittivo, m implic spesso l ttivzione di risposte fisiologiche volte molto diverse tr loro; lcune pinte, inftti, regiscono ll 18

19 presenz di elementi tossici, ttundo meccnismi di esclusione, ltre di ssorimento e neutrlizzzione (Grielli e Glrdi, 24). Quest ultimi consistono nel crere un legme metllo-prete cellulre, oppure nel comprtimentlizzre i metlli nei vcuoli, nel potenzire il meccnismo ttivo di efflusso e/o nell'induzione di mggiori livelli di sostnze chelnti quli complessi proteici (metllotioneine e fitocheltine), complessi orgnici (citrti) e complessi inorgnici (solfuri) (Grielli e Glrdi, 24) Il ferro Il ferro è un elemento che si trov in grndi quntità nell crost terrestre, pprossimtivmente ttorno l 5% (USEP, 23). É presente sotto form di silicti ferro mgnesici, ossidi e cronti, tr i quli l emtite (Fe2O3, principle costituente delle ceneri di pirite) (Zeri et l., 24), inoltre è presente nche in minerli rgillosi ed idrossidi. Solo poche forme del ferro sono disponiili per l pint e l disponiilità vri in funzione del ph (Mrschner, 1995) e del potenzile di ossido-riduzione (Rdelli e Clmi, 21). Tr le forme soluili del ferro, mggiormente presenti nei terreni, il Fe +2 e Fe +3 (forme inorgniche) e il ferro chelto (form orgnic) (Mrschner, 1995). Il ferro viene ssorito qusi esclusivmente come Fe +2, mentre il Fe +3 deve essere ridotto nell memrn cellulre durnte l ssorimento (Mrschner, 1995). Le pinte utilizzno due diverse strtegie per ssorire il ferro; si hnno pinte ferro-efficienti che utilizzno di preferenz l strtegi I (come d esempio le dicotiledoni e le specie roree) e pinte ferro-inefficienti che usno di preferenz l strtegi II (come d esempio le grmincee). Nell strtegi I si verific un flusso di protoni dll rdice verso l rizosfer, questo permette di umentre l cidità dell miente, con un riduzione del ferro e quindi un mggiore disponiilità dello stesso. Sostnze fenoliche prodotte dll rdice chelno il Fe +3 che entr nello spzio liero dell rdice, questo viene ridotto e ftto entrre nell cellul. Nell strtegi II le rdici rilscino minocidi non proteici chimti siderofori, che chelno il ferro dell rizosfer, questo entr nel 19

20 citoplsm ncor legto e viene ridotto Fe +2 (Mrschner, 1995). D osservre inoltre che l ssorimento del ferro è ristretto ll prte picle giovne dell rdice (Mrschner, 1995). Generlmente le concentrzioni che si riscontrno nell sostnz secc delle pinte vrino tr 1 e 1 ppm, ssimilili lle concentrzioni di oro, mngnese e zinco. Il ferro è un microelemento poco moile nell pint e viene generlmente trsportto come ferro-citrto i siti di sintesi proteic per l produzione delle M-proteine (citocromossidsi e gli enzimi ctlsi e perossidsi) e delle Fe-S proteine (ferridossin) (Mrschner, 1995). L crenz di questo elemento si mnifest con clorosi internervle soprttutto sulle foglie più giovni, mentre gli eccessi si mnifestno con ronztur delle foglie (Mrschner, 1995). I METLLI PESNTI E LE PINTE determinre l disponiilità dei metlli pesnti nel suolo intervengono diversi fttori: le crtteristiche chimiche (ph, potenzile ossido-riduttivo), fisiche (grnulometri, struttur, umidità, potere dsorente), iologiche (mcro- e micro-orgnismi, sostnz orgnic, tsso di umificzione) del terreno (Girdini, 1996) e l specie vegetle insedit Fitodisponiilità dei metlli: crtteristiche chimiche, fisiche e iologiche del suolo Le interzioni dei metlli nel suolo vrino in funzione dell ntur del suolo stesso, si per qunto concerne l specizione degli elementi, che per il loro legme temporneo con l superficie delle prticelle terrose (processi di ssorimento desorimento), che per le rezioni di precipitzione e l disponiilità nell soluzione circolnte (Fotovt et l, 1997). 2