IL MONITORAGGIO ARPA PUGLIA: TREND DELLA FIORITURA DI PLANKTOTHRIX RUBESCENS NELL INVASO DI OCCHITO

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1 L EMERGENZA IDRO-POTABILE DEL LAGO DI OCCHITO: ESPERIENZA DI DUE ANNI DI GESTIONE DEL RISCHIO. Conferenza Regionale, Bari 5/12/2011. IL MONITORAGGIO ARPA PUGLIA: TREND DELLA FIORITURA DI PLANKTOTHRIX RUBESCENS NELL INVASO DI OCCHITO Massimo Blonda, Nicola Ungaro ARPA Puglia Direzione Scientifica, Corso Trieste 27, Bari. Biancamaria Cudillo, Giacomo Dalessandro, Antonio Fascia, Giovanni Napolitano, Rosaria Petruzzelli ARPA Puglia DAP Foggia, Via Rosati 139, Foggia.

2 INTRODUZIONE I cianobatteri sono organismi unicellulari, presenti da tempi remoti sulla terra e diffusi in tutte le acque superficiali del pianeta (Whitton e Potts, 2000). Tali organismi colonizzano anche i laghi, sia quelli naturali che quelli artificiali, spesso dando luogo a delle imponenti fioriture, segnalate in tutte le aree del mondo (Messineo et al., 2006). Le fioriture di cianobatteri sono favorite da particolari condizioni ambientali, tipiche per la crescita degli organismi vegetali, quali l alta disponibilità di macronutrienti (i.e. azoto e fosforo) e valori ottimali di irraggiamento e temperatura. Tuttavia i cianobatteri possono in taluni casi svilupparsi anche quando il carico trofico dei corpi idrici è relativamente basso (Lindholm et al., 1992; Legnani et al., 2005). Molte delle specie cianobatteriche sono potenzialmente pericolose, per l ambiente e soprattutto per la salute umana, in quanto produttrici di tossine (cianotossine) (Funari & Testai, 2008).

3 Una delle specie di cianobatteri più comune e diffusa nei laghi europei è Planktothrix rubescens Anagnostidis & Komárek (De Candolle ex Gomont) (Legnani et al., 2005; Messineo et al., 2006), specie spesso riportata anche per molti bacini italiani (ISTISAN, 2008). Planktothrix rubescens ha la particolare caratteristica di formare tricomi, in pratica filamenti (lunghi pochi millimetri) dovuti all unione di più cellule singole. Una singola cellula misura 1-5 μm, per un diametro di 4-10 μm. Tricomi di Planktothrix rubescens I tricomi sono di colore rosso, e danno una caratteristica colorazione alle acque (tonalità dal rosa al rosso scuro) durante i fenomeni di fioritura (ISTISAN, 2008). Planktothrix rubescens vive in acque dolci (massima salinità tollerata = 4.3 PSU), dove preferisce temperature delle acque comprese nell intervallo C, (ISTISAN, 2008). La specie è inoltre adattata a vivere in condizioni di bassa irradianza (Legnani et al., 2005). Il cianobatterio in questione produce microcistine (MCs), epta-peptidi caratterizzati dalla presenza dell amminoacido Adda (Funari & Testai, 2008). Le microcistine sono epatotossine che agiscono come specifici inibitori delle fosfatasi proteiche (Mountfort et al., 2005; Messineo et al., 2006).

4 Durante la stagione invernale 2008/2009 si è verificata una imponente fioritura cianobatterica nel lago artificiale di Occhito, il principale invaso delle provincia di Foggia, utilizzato anche per la produzione di acqua potabile; nel bacino in questione non era mai stata riportata in precedenza una fioritura dello stesso tipo e della stessa magnitudine. Diga Lago di Occhito Il Lago di Occhito è lungo circa 10 km, e copre una superficie di circa 13 km 2. La capacità dell invaso è di m 3 ; la massima profondità e pari a 137 m. La diga (sul fiume Fortore) è posizionata sulla parte più a nord. L invaso è soggetto ad ampie variazioni del livello dell acqua in relazione al regime pluviometrico locale e agli apporti fluviali.

5 Confermata Planktothrix rubescens quale specie responsabile della fioritura massiva, immediatamente era stato attivato un monitoraggio specifico, coordinato tra ARPA Puglia e ASL. Il monitoraggio, svolto sin dall inizio del fenomeno ed ancora attualmente in corso, è mirato alla quantificazione dell abbondanza di P. rubescens e della concentrazione delle microcistine. Lo scopo principale del monitoraggio è quello di controllare l evoluzione del fenomeno dal punto di vista ambientale e nello stesso tempo di prevenire gli eventuali impatti sulla salute umana dovuti al consumo di acqua potabilizzata proveniente dall invaso. Sulla base di questi obiettivi si prelevano (ad intervalli temporali che sono variati tra i pochi giorni ed il mese a seconda del periodo stagionale) campioni di acqua sia nell invaso, in un punto allocato in prossimità delle opere di presa (acqua grezza ), sia nell impianto di potabilizzazione prima che l acqua sia immessa nella rete di distribuzione (acqua trattata ).

6 I campioni prelevati sono analizzati al fine di: 1) Conteggio delle cellule di P. rubescens La presenza ed abbondanza del cianobatterio nelle acque è valutata nel laboratorio del DAP ARPA di Foggia, in accordo al metodo di Uthermol (Zingone et al., 1990); per la lettura del campione al microscopio invertito si utilizzano camere di sedimentazione da 25 ml (campione sedimentato per 48 h). 2) Analisi delle Microcistine L analisi delle microcistine è effettuata presso il laboratorio del DAP ARPA di Foggia, utilizzando il saggio immuno-enzimatico (ELISA) per stimare la concentrazione della microcistina libera (extracellulare) e totale nei campioni di acqua. In particolare, dopo avere preparato i campioni (filtrazione, estrazione, ecc.), la quantificazione delle tossine si ottiene mediante l applicazione di un metodo colorimetrico (spettrofotometro, lettura a 450 nm) previa la stima della retta di calibrazione. L analisi è stata condotta utilizzando kit commerciali ENVIROLOGIX e ENVIROGARD ; il limite di rilevabilità è stato fissato a 0.1 ppb (μg/l). Il metodo utilizzato si dimostra idoneo per la fase di screening quantitativo (Mountfort et al., 2005), anche se non riesce a differenziare tra i congeneri della tossina (più di 70; Funari & Testai, 2008).

7 30/01/ /02/ /03/ /03/ /03/ /04/ /04/ /05/ /05/ /06/ /06/ /07/ /07/ /08/ /08/ /09/ /09/ /10/ /10/ /11/ /11/ /12/ /12/ /01/ /01/ /02/ /02/ /03/ /03/ /04/ /04/ /05/ /05/ /06/ /06/ /07/ /07/ /08/ /08/ /09/ /09/ /10/ /10/ /11/ /11/ /12/ /12/ /01/ /01/ /02/ /02/ /03/ /03/ /04/ /04/ /05/ /05/ /06/ /06/ /07/ /07/ /08/ /08/ /09/ /09/ /10/ /10/ /11/2011 RISULTATI Durante l intero periodo di monitoraggio, dalla fine di gennaio 2009 sino all ultimo dato disponibile aggiornato al 15 novembre 2011, sono stati prelevati ed analizzati circa 400 campioni, tra acqua di invaso ed acqua trattata. Di seguito saranno illustrati gli andamenti temporali delle principali variabili analizzate. cell/l * 10^6 Densità cellulare di Planktothrix rubescens Acqua grezza (invaso) Acqua trattata (potabilizzata)

8 /01/ /02/ /03/ /03/ /03/ /04/ /04/ /05/ /05/ /06/ /06/ /07/ /07/ /08/ /08/ /09/ /09/ /10/ /10/ /11/ /11/ /12/ /12/ /01/ /01/ /02/ /02/ /03/ /03/ /04/ /04/ /05/ /05/ /06/ /06/ /07/ /07/ /08/ /08/ /09/ /09/ /10/ /10/ /11/ /11/ /12/ /12/ /01/ /01/ /02/ /02/ /03/ /03/ /04/ /04/ /05/ /05/ /06/ /06/ /07/ /07/ /08/ /08/ /09/ /09/ /10/ /10/ /11/2011 Acqua grezza (invaso) Acqua trattata (potabilizzata) microgrammi/l Microcistina totale (metodo immuno-enzimatico)

9 /01/ /02/ /02/ /02/ /02/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /04/ /04/ /04/ /04/ /04/ /05/ /05/ /05/ /05/ /06/ /06/ /06/ /07/ /07/ /08/ /09/ /09/ /09/ /10/ /11/ /11/ /12/ /12/ /12/ /01/ /02/ /02/ /03/ /03/ /03/ /04/ /04/ /05/ /05/ /06/ /06/ /07/ /08/ /09/ /09/ /10/ /10/ /11/ /11/ /12/ /01/ /01/ /02/ /02/ /03/ /03/ /04/ /04/ /05/ /05/ /06/ /06/ /07/ /08/ /08/ /09/ /10/ /10/ /11/ Acqua grezza (invaso) microcistina totale "grezza" microgrammi/l Abbondanza microalghe, cell/l * 10^6

10 30/01/09 09/02/09 19/02/09 01/03/09 11/03/09 21/03/09 31/03/09 10/04/09 20/04/09 30/04/09 10/05/09 20/05/09 30/05/09 09/06/09 19/06/09 29/06/09 09/07/09 19/07/09 29/07/09 08/08/09 18/08/09 28/08/09 07/09/09 17/09/09 27/09/09 07/10/09 17/10/09 27/10/09 06/11/09 16/11/09 26/11/09 06/12/09 16/12/09 26/12/09 05/01/10 15/01/10 25/01/10 04/02/10 14/02/10 24/02/10 06/03/10 16/03/10 26/03/10 05/04/10 15/04/10 25/04/10 05/05/10 15/05/10 25/05/10 04/06/10 14/06/10 24/06/10 04/07/10 14/07/10 24/07/10 03/08/10 13/08/10 23/08/10 02/09/10 12/09/10 22/09/10 02/10/10 12/10/10 22/10/10 01/11/10 11/11/10 21/11/10 01/12/10 11/12/10 21/12/10 31/12/10 10/01/11 20/01/11 30/01/11 09/02/11 19/02/11 01/03/11 11/03/11 21/03/11 31/03/11 10/04/11 20/04/11 30/04/11 10/05/11 20/05/11 30/05/11 09/06/11 19/06/11 29/06/11 09/07/11 19/07/11 29/07/11 08/08/11 18/08/11 28/08/11 07/09/11 17/09/11 27/09/11 07/10/11 17/10/11 27/10/11 06/11/11 microgrammi / litro 2 Andamento della concentrazione di microcistine nella rete di distribuzione delle acque potabili Punto di campionamento all'uscita dell'impianto di potabilizzazione di Occhito microcistine limite di rilevabilità analitica* valore limite guida per l'oms** Valore limite guida OMS Limite di rilevabilità analitica data di prelievo campione

11 04/02/ /03/ /04/ /05/ /06/ /07/ /08/ /09/ /10/ /11/ /12/ /01/ /02/ /03/ /04/ /05/ /06/ /07/ /08/ /09/ /10/ /11/ /12/ /01/ /02/ /03/ /04/ /05/ /06/ /07/ /08/ /09/ /10/ /11/2011 Inoltre, al fine di meglio comprendere la dinamica di popolazione della specie, e le eventuali relazioni con i principali parametri chimico-fisici dell invaso, di seguito sono illustrati alcuni andamenti. cell/l * 10^ Densità di Planktothrix rubescens nell'invaso a tre differenti profondità Occhito-Superficie Occhito-Metà colonna d'acqua Occhito-Fondo

12 04/02/ /03/ /04/ /05/ /06/ /07/ /08/ /09/ /10/ /11/ /12/ /01/ /02/ /03/ /04/ /05/ /06/ /07/ /08/ /09/ /10/ /11/ /12/ /01/ /02/ /03/ /04/ /05/ /06/ /07/ /08/ /09/ /10/ /11/2011 microgrammi/l 14 Concentrazione delle microcistine nell'invaso a tre differenti profondità Occhito-Superficie- MC libera Occhito-Superficie- MC totale Occhito-Metà colonna- MC libera Occhito-Metà colonna- MC totale Occhito- Fondo - MC libera Occhito- Fondo - MC totale

13 04/02/ /03/ /04/ /05/ /06/ /07/ /09/ /10/ /11/ /12/ /01/ /02/ /03/ /04/ /06/ /07/ /09/ /10/ /11/ /12/ /01/ /02/ /03/ /05/ /05/ /07/ /07/ /08/ /09/ /10/ /11/2011 microgrammi / litro (P) microgrammi / litro (N) 300 Concentrazione dei macronutrienti (N e P tot.) nell'invaso a tre differenti profondità Occhito-Superficie-P tot. Occhito-Metà colonna-p tot. Occhito-Fondo-P. tot. Occhito-Superficie-N tot. Occhito-Metà colonna-n tot. Occhito-Fondo-N tot.

14 Relazione tra densità di P. rubescens e Temperatura delle acque nell'invaso (a tre differenti profondità) cell/l * 10^6 C /07/ /09/ /10/ /11/ /12/ /01/ /02/ /03/ /04/ /06/ /07/ /09/ /10/ /11/ /12/ /01/ /02/ /03/ /05/ /05/ /07/ /07/ /08/ /09/ /10/ /11/ Occhito-Superficie-P. rubescens Occhito-Metà colonna-p. rubescens Occhito-Fondo-P. rubescens Occhito-Superficie - C Occhito-Metà colonna - C Occhito-Fondo - C

15 CONSIDERAZIONI FINALI La specie P. rubescens è inclusa nella la lista di quelle fredde stenoterme (ISTISAN, 2005; 2008; Legnani et al., 2005), ed infatti in Italia le fioriture più imponenti si registrano negli strati più superficiali dei bacini nei periodi compresi tra il tardo autunno e la primavera (Messineo et al., 2006), come confermato anche nel caso di Occhito. Negli altri periodi stagionali la specie rimane presente, talvolta abbondante, nella colonna d acqua, regolando la sua posizione sulla base dei parametri limnologici (stratificazione termica ed intensità della luce); le migrazioni verticali sono rese possibili grazie alla presenza di vescicole gassose all interno delle cellule (Reynolds et al., 1987). Per quanto riguarda le implicazioni ambientali e sanitarie del fenomeno, la fioritura di P. rubescens nel lago di Occhito (e la relativa concentrazione di microcistine nell invaso), ha comportato, in accordo alle Linee Guida proposte dall Organizzazione Mondiale della Sanità (WHO, 2003), un potenziale rischio per le attività ricreative (pesca sportiva, canottaggio, ecc.) solo durante il mese di marzo Le concentrazioni di microcistine nelle acque trattate destinate all uso potabile non hanno invece mai superato il limite di 1 μg/l proposto dall Organizzazione Mondiale della Sanità (WHO, 2004) nell intero periodo monitorato.

16 Ciò premesso, è rimarchevole il fatto che la prima imponente fioritura di Planktothrix rubescens sia stata registrata nel lago di Occhito solo nella stagione invernale , non essendo mai stata segnalata precedentemente la presenza apparente della specie sebbene l invaso sia stato aperto quaranta anni fa. Le ragioni della fioritura massiva sono da ricercare nell intero sistema ambientale che include il bacino di Occhito, tenendo conto delle variazioni spazio/temporali dei fattori naturali ed antropici che si sono manifestate negli ultimi periodi. Infatti, il bacino drenante ed il lago stesso ricevono contributi da diversi corsi d acqua, da aree urbanizzate (anche attraverso reflui trattati), e dalle aree destinate all agricoltura e all allevamento.

17 Inoltre negli ultimi anni l invaso è stato soggetto a modificazioni geomorfologiche (Lo Curzio & Russo, 2008), e nei mesi immediatamente precedenti al fenomeno massivo (inverno 2008/2009) si era passati da un periodo di basso livello del lago (periodo siccitoso) ad un altro di abbondanti e frequenti piogge.

18 GRAZIE PER L ATTENZIONE! Si ringraziano tutti i dipendenti di ARPA Puglia, ed in particolare quelli del DAP Foggia, che hanno contribuito in maniera diretta ed indiretta alla diverse fasi del monitoraggio.