Taranto 2006 Dott. Francesco Ambrico

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1 Taranto 2006 Dott. Francesco Ambrico 1

2 Ecologia Fluviale L idea della variabilità degli ambienti lotici è quella che considera ogni corso d'acqua come una serie di ecosistemi differenziati in funzione delle zone naturali che esso attraversa e definiti da un insieme di cambiamenti delle condizioni ambientali da un ecosistema al successivo nella direzione della corrente. 2

3 Ecologia Fluviale Dalla sorgente alla foce variano le caratteristiche del substrato, la portata d'acqua, la temperatura, la velocità della corrente, l'ossigenazione, la percentuale di nutrienti disciolti, la durezza dell'acqua e tutta una serie di zonazioni biologiche (Ghetti, 1988). L'ambiente fluviale non è limitato al corpo idrico in sé, anche le sponde e le fasce vegetazionali circostanti 3

4 Ecologia Fluviale In genere fattori determinanti nella distribuzione degli organismi acquatici sono la turbolenza dell'acqua e la velocità della corrente ma fondamentale è anche la natura del substrato; di solito è quest'ultima che definisce la struttura delle comunità animali e vegetali 4

5 Ecologia Fluviale La struttura delle biocenosi fluviali è molto complessa per l'intersecarsi di molti microhabitat e di aree di sovrapposizione di diverse zone oppure per i repentini cambi ambientali dovuti ad azione antropica quali gli sbarramenti dell'asse fluviale. Essenziale per lo studio dell ecologia fluviale è la scienza della BIOINDICAZIONE 5

6 La Bioindicazione La bioindicazione può essere definita come la scienza che studia gli indicatori biologici e valuta la qualità ambientale servendosi del monitoraggio biologico. 6

7 La Bioindicazione Tale monitoraggio utilizza le risposte biologiche per la valutazione dei cambiamenti di origine naturale o antropica nell'ambiente, ed è finalizzato alla misura ed al controllo della qualità ambientale (Matthews et alii, 1982). 7

8 La Bioindicazione Gli organismi viventi costituiscono validi indicatori dello stato di salute ambientale in quanto sono capaci di integrare gli stimoli provenienti sia dalla componente biotica che da quella abiotica e di tradurli in forme di adattamento (Nicolai, 1992). I bioindicatori possono essere considerati come quegli organismi o anche quelle reazioni di organismi utilizzati per fini pratici (Nicolai, 1992). 8

9 La Bioindicazione Principalmente l'indicatore biologico è definito come un taxon che con la sua presenza od assenza indica una determinata situazione dell'ambiente (Ravera, 1984) ma può essere anche rappresentato dalla struttura delle comunità, dalla dinamica demografica di una popolazione, da reazioni biochimiche di cellule o strutture subcellulari. Recentemente la letteratura internazionale include nel termine di bioindicatore tutte le risposte biologiche di una comunità che indicano una variazione della qualità dell'ambiente. 9

10 La Bioindicazione Caratteristiche per essere un bioindicatore essere facilmente identificabili essere facilmente campionabili anche dal punto di vista quantitativo avere una distribuzione geografica ampia e continua (in quanto l'assenza di un taxon in una determinata area potrebbe essere interpretata con la presenza di inquinamento) essere ben conosciuti dal punto di vista ecologico accumulare spontaneamente gli inquinanti (nel caso di bioaccumulatori) possedere una bassa variabilità sia genetica che ecologica 10

11 La Bioindicazione caratteristiche per essere un buon bioindicatore sensibilità conosciuta verso determinati inquinanti ampia distribuzione nell area da esaminare scarsa mobilità ciclo vitale lungo uniformità genetica in tutta l area da esaminare presenza durante tutto l anno 11

12 La Bioindicazione caratteristiche per essere un bioaccumulatore alta tolleranza nei confronti di determinati inquinanti capacità di accumulare indefinitamente gli inquinanti ampia distribuzione nell aria sotto esame scarsa mobilità ciclo vitale lungo nessun assorbimento di sostanze dal substrato (nel caso si intenda monitorare l inquinamento atmosferico) 12

13 TITOLO DELL OGGETTO DIDATTICO: GLI INDICATORI BIOLOGICI AUTORE: STEFANO ALLEGRUCCI DESCRITTORE: AMBIENTE MOTIVAZIONE E CONTESTO DI APPLICAZIONE: l oggetto è stato utilizzato nella prima parte del progetto; l obiettivo principale di questa fase è stato quello di fornire una alfabetizzazione propedeutica alle fase successive della ricerca. La presenazione in questione trattava uno dei contenuti fondamentali: I BIOINDICATORI 13

14 Itas G.Bruno Perugia Indirizzo Biologico Gli indicatori biologici nelle acque dolci 14

15 Il controllo ambientale mediante indicatori biologici (biomonitoraggio) Sebbene le tecniche di rilevamento tradizionali, di tipo chimico e fisico, siano fondamentali per un corretta analisi delle alterazioni dell'ambiente, è ormai opinione diffusa che queste, da sole, non siano in grado di risolvere il problema del controllo ambientale Proprio per questo, si va diffondendo sempre più un nuovo approccio in questo campo di indagine fondato su parametri di tipo biologico Il rilevamento delle alterazioni ambientali mediante parametri biologici prende il nome di biomonitoraggio e si basa essenzialmente sullo studio e l'interpretazione degli effetti prodotti dai cambiamenti ambientali sugli organismi e sulle loro comunità 15

16 Gli indicatori biologici L immissione di sostanze tossiche (fertilizzanti, pesticidi, detersivi, ecc.) e più in generale la variazione dai livelli ottimali dei fattori abiotici e biotici (tenore di ossigeno, salinità, temperatura, ecc.) di un ecosistema si riflette sulle diverse specie di una comunità inducendone dei cambiamenti nella loro struttura Si evidenzia in particolare la progressiva scomparsa delle specie più sensibili e l'aumento di individui delle specie più tolleranti che possono così diventare predominanti 16

17 Un organismo indicatore biologico (A) ha uno stretto range di tolleranza ristretto rispetto ai valori considerati ottimali per la specie. Gli indicatori biologici individui A B Normalmente gli organismi (B) hanno una maggior tolleranza alle variazioni ambientali e non si prestano ad essere usati come indicatori minimo optimum massimo fattore 17

18 Gli indicatori biologici nelle acque dolci Per valutare la qualità dei corsi d'acqua, ad esempio, sono molto utilizzate le comunità di monere protisti e macroinvertebrati, comunemente presenti nelle acque e nei fondali di fiumi e torrenti ma anche di specchi d'acqua stagnante. In tali popolazioni, costituite da varie specie di batteri, alghe azzurre, protozoi, insetti, crostacei molluschi, nematodi, platelminti, anellidi si è evidenziata un'ampia gamma di risposte alla presenza di contaminanti o di alterazioni fisiche nell'ambiente di vita. 18

19 Gli indicatori biologici nelle acque dolci Gli obiettivi che si possono raggiungere con l analisi mediante gli Indicatori Biologici sono molteplici: a) fornire un giudizio sintetico sulla qualità complessiva dell ambiente acquatico b) fornire un giudizio complementare al controllo chimico-fisico e microbiologico c) individuare e quantificare gli effetti di scarichi saltuari o accidentali d) classificare i corsi d'acqua in classi di qualità lungo il profilo longitudinale e) valutare le capacità autodepurative di un corso d acqua f) definire i livelli di riferimento della qualità dell'ambiente su cui commisurare nel tempo l'efficacia degli interventi risanatori g) definire il valore naturale di un determinato ambiente per una politica di protezione e conservazione h) supportare la redazione delle carte ittiche 19

20 Gli indicatori biologici nelle acque dolci Vengono di seguito illustrati due tra i numerosi metodi di analisi ecologica delle acque mediante indicatori biologici: 1. Il Sistema delle Saprobie 2. L Indice Biotico Esteso (IBE o EBI) 20

21 Il sistema delle saprobie Le saprobie sono organismi animali (saprozoi) e vegetali (saprofite) che vivono in ambienti ricchi di sostanza organica in decomposizione. Si tratta di organismi in genere microscopici e planctonici, (raramente di maggiori dimensioni o bentonici) appartenenti perlopiù ai regno delle Monere e dei Protisti Vengono distinti in quattro gruppi ciascuno caratterizzato da adattamenti a gradi diversi di inquinamento organico Ogni organismo di ciascun gruppo si comporta da indicatore biologico in quanto poco adatto a tollerare variazioni dei fattori biotici ed abiotici dell ambiente in cui vive 21

22 Il sistema delle saprobie Il sistema si basa quindi sull analisi della comunità planctonica (batteri, alghe azzurre, ciliati, flagellati, amebe ecc.) che si sviluppa a valle di un effluente organico biodegradabile batteri amebe Attraverso la caratterizzazione microbiologica (data dalla presenza di questi microrganismi indicatori del grado di inquinamento organico) si analizza e valuta la qualità dell acqua ciliati flagellati 22

23 Il sistema delle saprobie Le acque vengono divise in 4 categorie Queste le classi di qualità utilizzate : I. Classe I : zona oligosaprobia inquinamento molto lieve (azzurro) II. Classe II : zona β-mesosaprobia inquinamento moderato (verde) III. Classe III : zona α-mesosaprobia inquinamento grave (giallo) IV. Classe IV : zona polisaprobia inquinamento molto grave (rosso) A lato una schematizzazione riferita ad generico corso d acqua in condizioni di inquinamento organico Un corso d acqua inquinato 23

24 Il sistema delle saprobie E la zona dove è avvenuta la completa mineralizzazione della sostanza organica (il processo di autopurificazione si è concluso). Esempio di organismo appartenente alla classe L acqua è limpida, pura, ricca di O 2, fosfati, nitrati e altri sali. Vi è uno scarso contenuto di individui e di specie. La carica batterica non supera le 1000 UFC/ml. Acanthocystis turfacea 24

25 Il sistema delle saprobie E la zona in cui i processi di demolizione della sostanza organica sono in una fase molto avanzata, prossimi alla totale mineralizzazione. Esempio di organismo appartenente alla classe L acqua è ricca di ammoniaca e composti ammonici, l O 2 è discretamente abbondante, la carica batterica non supera le UFC/ml. Asterionella formosa 25

26 Il sistema delle saprobie E la zona in cui è presente una elevata quantità di sostanza organica e prevalgono i processi di ossidazione. Esempio di organismo appartenente alla classe Non c è acido solfidrico, ne i solfuri ma i prodotti della loro ossidazione. L acqua contiene abbastanza O 2 anche se consumato dalla elevata attività batterica. Batteri fino a UFC/ml Paramecium caudatum 26

27 Il sistema delle saprobie E la zona in cui è presente una grande quantità di sostanza organica, intensi sono i fenomeni di decomposizione; Esempio di organismo appartenente alla classe Vi è assenza di O2, è maleodorante e sul fondo si deposita fango putrido. La carica batterica è maggiore di UFC/ml Euglena viridis 27

28 Il sistema delle saprobie Corrispondenza trofica delle varie classi: Classe I acque pure Classe II acque oligotrofiche Classe III acque eutrofiche Classe II acque politrofiche 28

29 Il sistema delle saprobie L indice si calcola applicando la seguente formula S = 4 (IV) +3 (III) +2 (II) +1 (I) (IV)+ (III)+ (II)+ (I) ( * ) tra parentesi il numero di organismi individuati per ciascuna classe 29

30 Il sistema delle saprobie indice (S) Tabella riassuntiva per la valutazione finale grado di inquinamento zona saprobia colore di riferimento molto lieve oligosaprobia I classe lieve oligo / β -mesosaprobia I/II moderato β -mesosaprobia II discreto α / β -mesosaprobia II/III grave α-mesosaprobia III piuttosto grave α--meso/polisaprobia III/IV molto grave polisaprobia IV 30

31 L Indice Biotico Esteso IBE (o EBI: Extended Biotic Index) Il metodo serve a determinare la qualità biologica di un tratto di un corso d acqua mediante il campionamento dei macroinvertebrati presenti I macroinvertebrati (invertebrati visibili ad occhio nudo) utilizzati appartengono a diverse categorie sistematiche e principalmente: Artropodi Insetti Plecotteri Tricotteri, Efemerotteri, Coleotteri, Odonati, Ditteri, Eterotteri Crostacei Asellidi Gammaridi Anellidi Oligocheti Irudinei Molluschi Bivalvi Gasteropodi Platelminti Turbellari Tricladi 31

32 L Indice Biotico Esteso (gli organismi considerati) Artropodi Insetti Plecotteri Tricotteri Efemerotteri Coleotteri Odonati Ditteri Eterotteri Crostacei Asellidi Gammaridi 32

33 Anellidi Oligocheti Irudinei Nematodi Platelminti Turbellari Molluschi Bivalvi L Indice Biotico Esteso (gli organismi considerati) Tricladi Gasteropodi 33

34 L Indice Biotico Esteso Questi organismi vengono ritenuti, per vari motivi, più adatti per indicare le alterazioni indotte dall'inquinamento in un corso d'acqua Si tratta infatti di organismi bentonici, e quindi generalmente stabili sul fondo, con un ciclo vitale piuttosto lungo Inoltre sono più facilmente campionabili (le dimensioni sono generalmente superiori a 1 mm) e classificabili (in quanto il metodo richiede una determinazione sistematica superiore al livello di specie -di solito genere o famiglia-) Infine presentano un ampio spettro di specie con diverse sensibilità agli agenti inquinanti e più in generale alle alterazioni dell ecosistema 34

35 L Indice Biotico Esteso Dopo l identificazione sistematica definitiva, si passa al calcolo dell EBI utilizzando una tabella a due entrate in ordinata sono riportati alcuni gruppi di macroinvertebrati in ordine di sensibilità crescente dal basso verso l'alto agli inquinanti in ascissa (che appare in alto) sono riportati gli intervalli numerici relativi al numero totale di US ritrovate nella stazione di prelievo Dall intersezione delle due entrate si individua il valore numerico dell EBI e quindi il giudizio di qualità. 35

36 L Indice Biotico Esteso I valori di EBI, per convenzione internazionale, sono stati raggruppati in 5 classi di qualità Ciascuna classe è rappresentabile con un diverso colore che viene utilizzato nella realizzazione di carte di qualità del reticolo idrografico di un determinato territorio Questa mappatura è particolarmente utile per descrivere le condizioni del corso d acqua, per la progettazione di eventuali soluzioni di risanamento e per un successivo giudizio sulla loro efficacia. 36

37 L Indice Biotico Esteso Tabella riassuntiva per la valutazione finale classi di qualità valore IBE giudizio di qualità colore di riferimento Classe I 10,11,12, Ambiente non inquinato o comunque non alterato in modo sensibile Classe II 8,9 Ambiente con moderati sintomi di inquinamento o di alterazione Classe II 6,7 Ambiente inquinato o comunque alterato Classe IV 4,5 Ambiente molto inquinato o comunque molto alterato Classe V 1,2,3 Ambiente eccezionalmente inquinato o alterato 37

38 L Indice Biotico Esteso (Il Tevere e il Chiascio) A destra due istogrammi con i valori dell indice EBI rilevato lungo il corso di Tevere e Chiascio (fonte: Relazione sullo stato dell ambiente in Umbria ) 38

39 L Indice Biotico Esteso (Il Nera) A destra l istogramma con i valori dell indice EBI rilevati sul bacino Nera - Velino (fonte: Relazione sullo stato dell ambiente in Umbria ) 39

40 Gli indicatori biologici Bibliografia: 1. Bentivogli D. Boschi M.P.. Ecoambiente Volume 1 (Natura e Ambiente) Cappelli Begon M. Harper J.L. Townsend C.R. Ecologia Individui Popolazioni Comunità Zanichelli AAVV Microsoft Encarta Enciclopedia Plus Microsoft Corporation. 4. AAVV Relazione sullo stato dell ambiente in Umbria Regione dell Umbria Un applicazione del biomonitoraggio ad opera di studenti ( 40

41 Scheda IFF Bacino Corso d'acqua Codice stazione Località Larghezza alveo di morbida (metri) Flusso Data Scheda n Foto * Laminare * Turbolento 41

42 Scheda IFF 42

43 Scheda IFF 43

44 Scheda IFF 44

45 Scheda IFF 45

46 Scheda IFF 46

47 Scheda IFF 47

48 Scheda IFF 48

49 Scheda IFF 49

50 Scheda IFF 50

51 Ecologia Evoluzionistica come scrisse il grande genetista Theodosius Dobzhansky: "nulla in biologia ha senso se non alla luce dell'evoluzione". 51