Monitoraggio microalghe bentoniche potenzialmente tossiche nel Canale di Porto Venere (estate 2013)

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1 Monitoraggio microalghe bentoniche potenzialmente tossiche nel Canale di Porto Venere (estate 2013) Marinella Abbate (1), Andrea Bordone (1), Gabriella Cerrati(1), Maura Di Liello(1), Serena Strada(2) (1) ENEA-Centro Ricerche Ambiente Marino S.Teresa (2) Parco Naturale Regionale di Portovenere Giugno-Settembre 2013

2 Introduzione Nel 2012 nell ambito della Convenzione tra l ENEA ed il Comune di Portovenere è stata attivata una collaborazione per lo studio della distribuzione delle microalghe bentoniche potenzialmente tossiche nell areale marino compreso tra Portovenere e Isola Palmaria al fine di valutare l esistenza di condizioni preferenziali per il loro sviluppo che può avere ripercussioni sugli organismi afferenti alla catena alimentare della prateria di Posidonia, sulle attività di mitilicoltura e sulla fruizione turistico-balneare del litorale. Il monitoraggio delle microalghe bentoniche potenzialmente tossiche è stato ripetuto anche nell estate 2013 ed è stato oggetto di una tesi svolta da Maura Di Liello seguita dalla Dr.ssa Marinella Abbate (Centro Ricerche Ambiente Marino ENEA-S.Teresa) e dal Dr. Alberto Castelli (Università di Pisa). A tal fine presso gli uffici del Parco Naturale Regionale di Porto Venere è stato attivato da ENEA un laboratorio provvisto di materiale di campionamento e di microscopio rovesciato per l analisi qualitativa e quantitativa in tempo reale delle microalghe bentoniche. Anche quest anno tale attività di ricerca e monitoraggio si è affiancata a quella istituzionale dell ARPAL, permettendo una sorveglianza più capillare ed instensiva dello specchio d acqua compreso fra il litorale di Porto Venere e quello dell Isola Palmaria. Microalghe bentoniche potenzialmente tossiche Fig Ostreopsis ovata (lunghezza μm) 2-Coolia monotis (lunghezza μm) 3-Prorocentrum lima (lunghezza μm) Biotossine algali Le biotossine algali sono sostanze tossiche prodotte da alghe unicellulari (dinoflagellati, diatomee), sia in acqua dolce che salata, anche se non è ancora noto il ruolo di queste molecole nel metabolismo delle alghe. Ostreopsis ovata produce una tossina alla quale è stato dato il nome di ovatossina dal gruppo di ricerca del prof. Fattorusso del Dip. di Chimica delle Sostanze Naturali della Università Federico II di Napoli (Ciminiello et al., 2006, 2008 e 2009). Insieme alle ovatosssine viene prodotta una piccolissima quantità di palitossina (molecola molto simile all ovatossina ma molto più tossica).

3 L accumulo delle tossine e l ipossia che si associa alla proliferazione microalgale, possono generare diversi problemi agli organismi acquatici, come morie di pesci o anomalie anatomiche di stelle marine e ricci. La tossina prodotta da O. ovata può diventare pericolosa per l uomo attraverso il consumo di taluni organismi marini eduli lamellibranchi filtratori che vivono a ridosso dei litorali rocciosi nonché attraverso pesci che si nutrono di alghe o per inalazione dell aerosol marino normalmente prodotto dal moto ondoso o ancora per contatto con l acqua di mare contenente la tossina, condizione che si verifica con la semplice permanenza sulla spiaggia. L intossicazione per ingestione della tossina da consumo di prodotti contaminati è rara e si manifesta con disturbi gastroenterici; più frequente è l intossicazione da inalazione della tossina che si rende responsabile di malesseri di carattere respiratorio, febbre, irritazioni cutanee, cefalea, nausea, vomito, lacrimazione congiuntivale. Finora nessun caso grave di intossicazione umana per consumo di alimenti contaminati si è registrato in Italia, soltanto in alcune aree costiere sono stati segnalati casi di disturbi alle prime vie respiratorie e talvolta stati febbrili nei bagnanti che stazionavano sulla spiaggia. Materiali e metodi Nel periodo dal 18 giugno al 24 settembre del 2013 sono stati effettuati prelievi di microlghe bentoniche con cadenza settimanale in quattro stazioni (Figg. 2-6), ritenute da studi precedenti effettuati dall ENEA (Abbate et al., 2007), le più significative dell area. Ogni qualvolta sia stato effettuato il campionamento di microalghe bentoniche sono stati prelevati campioni d acqua, a circa un metro di distanza e alla stessa profondità del punto di prelievo delle microalghe, per la determinazione di nitriti, nitrati, fosfati e silicati. Fig. 2 - Stazioni di campionamento: 1-Scoglietti, 2-Olivo, 3-C.Alberto, 4-Secco.

4 Fig.3 - Stazione di campionamento Scoglietti Fig.4 - Stazione di campionamento Olivo. Fig. 5 - Stazione di campionamento Carlo Alberto. Fig. 6 - Stazione di campionamento Secco.

5 Con una sonda multiparametrica sono stati misurati: conducibilità, ossigeno disciolto, temperatura dell acqua e dell aria. Per ogni punto di prelievo sono stati annotati: data, ora, stato del mare ed eventuali anomalie (torbidità, presenza di schiume, disturbo da parte dei bagnanti, sofferenza organismi bentonici.). Inoltre è stata misurata la temperatura dell acqua in continuo utilizzando un sensore a bottone. Le misure meteo sono state rilevate dalla stazione meteorologica esistente presso il Centro ENEA di S. Teresa. Misure meteorologiche Le misure meteo (velocità e direzione del vento, temperatura ed umidità dell aria, pressione atmosferica, radiazione solare globale, piovosità) sono state rilevate dalla Stazione meteorologica esistente presso il Centro ENEA di S.Teresa (Fig. 7). Fig. 7 - Stazione meteo posizionata sul tetto del Centro ENEA. La stazione meteo dispone dei seguenti sensori: - Velocità del vento Didcot DWR- 201G - Direzione del vento Didcot DWR Temperatura dell aria Retronic MP101A - Umidità dell aria Retronic MP101A - Pressione atmosferica Vaisala PTB101B - Radiazione solare globale Lastem C110R - Pluviometro Lamstem C100A Il sistema di acquisizione è un data-logger (modello CR10 della Campbell Scientific). Il programma per la gestione della stazione meteo, residente sul datalogger, è stato sviluppato presso il centro di S. Teresa (Bordone e Lisca, 2009) ed esegue le seguenti misure rispettando la normativa del WMO (World Meteorological Organization): - Acquisisce ogni 10 secondi misure di velocità e direzione del vento e calcola la media scalare, la media vettoriale e la deviazione standard della direzione ogni 10 minuti. - Acquisisce ogni 10 secondi misure di temperatura e umidità dell aria, pressione atmosferica, radiazione solare globale e calcola per ogni parametro il valore medio ogni 10 minuti. - Acquisisce ogni 10 secondi la misura di pioggia e calcola il valore cumulativo ogni 10 minuti.

6 Misure idrologiche Le misure di temperatura dell aria e dell acqua, di conducibilità e dell ossigeno sono state effettuate in prossimità del punto di prelievo delle microalghe con sonda multiparametrica RBR XR-420 (a cui è stato aggiunto un sensore OxyGuard (per la misura dell ossigeno) (Fig.8). Fig. 8 - Sonda multiparametrica RBR XR-420 immersa in acqua. Caratteristiche: - Temperatura (range da -5 C a 35 C, accuratezza +/- 0,002 C) - Conducibilità (range da 0mS/cm a 85mS/cm, accuratezza +/-0,003 ms/cm a 35psu 15 C) - Ossigeno (range 0-50 mg/l, % sat., accuratezza +/- 2%) Dato che ricerche precedenti effettuate dall ENEA hanno indicato che la dinamica dei fenomeni di fioritura dell O. ovata sembra essere fortemente influenzata dalle condizioni marine locali in cui essa si trova e in particolare dalla temperatura dell acqua (Abbate et al. 2007, Abbate et al. 2010), in un palo della mitilicoltura all Olivo, alla profondità di un metro è stato collocato un sensore a bottone (DS1922L F5,accuratezza 0.5 C, della Maxim) che ha misurato in continuo la temperatura dell acqua di mare (Fig. 9). Fig.9 Sensore di temperatura racchiuso nell apposito supporto per l installazione su palo a un metro di profondità nella St. Olivo.

7 Analisi dei nutrienti Le analisi sono state effettuate utilizzando un AutoAnalyzer Bran+Luebbe (IIIa Generazione) a 5 canali che ha permesso la determinazione per via colorimetrica, simultanea ed in continuo, di 4 parametri (ortofosfati, azoto nitrico + azoto nitroso, azoto nitroso, silicati) sullo stesso campione. Azoto totale e fosforo totale sono stati determinati in analisi successive (Fig.10). Fig Autoanalizer Bran+Luebbe IIIa generazione (presso Centro ENEA) Substrato macroalgale In ogni stazione il campionamento è stato effettuato sul substrato più rappresentativo dell area. Nelle stazioni Secco e Olivo i prelievi sono stati effettuati essenzialmente su feltro algale e su Corallina elongata mentre nelle stazioni Scoglietti e Carlo Alberto anche su Dictyota dichotoma nel primo periodo estivo e su Halopteris scoparia nel secondo periodo estivo (Fig.11) Fig Foto subacquea di Dictyota dichotoma(1) Halopteris scoparia(2) Corallina elongata(3).

8 Campionamento delle microalghe bentoniche Per il campionamento delle microalghe bentoniche è stato utilizzato il metodo della siringa (Abbate et al., 2010). Il prelievo prevede l utilizzo di una siringa in plastica facilmente reperibile in commercio, modificata in modo da poter aspirare un volume fisso di 20ml per una superficie fissa di 2mm² (Fig.12). Fig.12 Prelievo con siringa modificata. Vengono effettuate tre aspirazioni di 20 ml sullo stesso tipo di substrato in uno spazio di pochi centimetri che andranno a costituire il campione di 60ml Per lo stesso tipo di substrato sono state effettuate tre repliche. Ad ogni campione (di 60 ml) sono stati aggiunti 1,5 ml di formalina. L analisi qualitativa e quantitativa delle microalghe potenzialmente tossiche è stata effettuata al microscopio rovesciato (Fig.13) secondo il metodo Utermöhl (Utermöhl, 1958). Fig Osservazione del campione al microscopio rovesciato nel laboratorio allestito negli uffici del Parco Naturale di Porto Venere.

9 RISULTATI Misure meteorologiche L evoluzione dei parametri meteorologici è evidenziata nei grafici della Fig. 14 che riportano i valori medi giornalieri di: intensità e direzione del vento, precipitazione atmosferica, radiazione solare globale. Fig Grafici dei parametri meteorologici (media giornaliera).

10 Misure in continuo della temperatura del mare La temperatura (media giornaliera) dell acqua di mare si è mantenuta inferiore ai 23 C sino al 24 luglio per poi alzalrsi repentinamente (nell arco di due giorni) di circa due gradi (Fig.15). Le temperature massime (circa 26 C) sono state registrate tra la fine di luglio e i primi giorni di agosto. Durante le prime due settimane di agosto la temperatura si è mantenuta sopra i 24,5 C. Dal 16 agosto al 10 settembre la temperatura ha oscillato tra i 23 C e i 24,5 C per poi decrescere gradualmente sino a circa 22 C. Fig. 15 Andamento della temperatura del mare nella stazione Olivo. Nutrienti I risultati ottenuti evidenziano una maggiore concentrazione di nutrienti nei campioni prelevati nelle stazioni situate nel litorale di Porto Venere ( Scoglietti e Olivo, Figg ) rispetto a quelle dell Isola Palmaria ( Carlo Alberto e Secco, Figg ). Le concentrazioni di nitrati nelle stazioni Scoglietti e Olivo superano in media una micro mole litro (μmole/l), mentre nelle stazioni Secco e Carlo Alberto sono circa la metà. I nitriti presentano valori trascurabili in tutte le stazioni per tutto il periodo di campionamento. Le concentrazioni di fostati sono relativamente basse in tutte le stazioni (< 0,05 μmole/l), unica eccezione la stazione Scoglietti con un valore medio di 0,16 μmole/l. Andamento differente per quanto riguarda i silicati che raggiungono una concentrazione media di 2 μmole/l nella stazione Olivo, mentre nelle altre stazioni la concentrazione media si aggira intorno a 1,5 μmole/l. Da notare che nella stazione Scoglietti nel campione del 17 settembre sono state determinate le concentrazioni di nutrienti più elevate (6,4 μmole/l di nitrati, 3,35 μmole/l di nitriti, 2,52 μmole/l di silicati). I valori misurati rispecchiano quelli ottenuti nel 2012 nelle stesse stazioni e nello stesso periodo.

11 μmoli/l μmoli/l μmoli/l 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 N-NO3 P-PO4 Si-Si(OH)4 N-NO Fig. 16- Istogrammi delle concentrazioni di nutrienti nella St. Scoglietti. 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 N-NO3 P-PO4 Si-Si(OH)4 N-NO2 Fig Istogrammi delle concentrazioni di nutrienti nella St. Olivo. 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 N-NO3 P-PO4 Si-Si(OH)4 N-NO2 Fig Istogrammi delle concentrazioni di nutrienti nella St. Carlo Alberto.

12 μmoli/l 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 N-NO3 P-PO4 Si-Si(OH)4 N-NO2 Fig Istogrammi delle concentrazioni di nutrienti nella St. Secco. Densità microalghe Ostreopsis ovata Durante il periodo di campionamento giugno - luglio il valore medio in abbondanza di Ostreopsis ovata si è mantenuto al di sotto delle 40 cell/ml syr in tutte le stazioni (Fig. 20). In suddetto periodo i primi segni di sviluppo di Ostreopsis ovata sono stati osservati solo nella stazione Scoglietti. Fig Andamento della densità di O.ovata (periodo agosto-settembre).

13 I valori medi di abbondanza sono risultati pressoché irrilevanti in tutte le stazioni sino alla prima decade del mese di agosto (Fig 21). Le densità sono aumentate intorno alla metà di agosto, soprattutto nelle stazioni del litorale dell Isola Palmaria, pur mantenendosi al di sotto delle 2000 cell/ml syr. Il valore massimo di 6880 cell/ml syr è stato riscontrato il 27 agosto nella stazione Secco mentre contemporaneamente nelle altre stazioni si osservava un depauperamento della popolazione microalgale. Valori compresi tra 3000 e 4000 cell/ml syr si ripresentavano la settimana successiva nelle stazioni dell Isola Palmaria. Dopo la metà di settembre in tutte le stazioni si è verificata una graduale diminuzione dell abbondanza di O. ovata fino alla fine del periodo di campionamento. Fig Andamento della densità di O.ovata (periodo agosto-settembre). Coolia monotis Durante il periodo di campionamento giugno-luglio Coolia monotis ha iniziato a proliferare intorno alla fine del mese di giugno per poi proseguire in un crescendo fino al raggiungimento del picco massimo di 750 cell/ml syr nella registrato nella prima decade di luglio stazione Secco. Dopo la metà del mese di luglio la densità di Coolia monotis è calata drasticamente rimanendo sotto la soglia delle 100 cell/ml syr fino alla fine del periodo di campionamento (Figg. 22 e 23).

14 Fig Andamento della densità di C.monotis (periodo giugno-luglio). Fig Andamento della densità di C. monotis (periodo agosto-settembre). Prorocentrum lima La densità di P. lima è rimasta durante tutto il periodo di campionamento in tutte le stazioni al di sotto delle 50 cell/ml syr (Figg.24-25). I valori massimi, compresi fra le 20 e 40 cell/ml syr sono stati riscontrati nella stazione Olivo dai primi di agosto ai primi di settembre.

15 Fig Andamento della densità di C. monotis (periodo agosto-settembre). Fig Andamento della densità di C. monotis (periodo agosto-settembre). Considerazioni conclusive Durante il periodo estivo del 2013, nell area di interesse, si sono verificate condizioni meteo-marine anomale rispetto agli ultimi anni (Bordone et al. 2008, 2009, 2011). La temperatura del mare è rimasta tra i 19 e i 22 C, con un escursione termica tra giorno e notte di circa 3 gradi, per tutto il mese di giugno sino alla metà di luglio. Ciò ha fortemente condizionato lo sviluppo delle macroalghe, le cui fronde sono l habitat preferito per lo sviluppo delle microalghe bentoniche potenzialmente tossiche, in particolar modo di Ostreopsis ovata e di Coolia monotis. In questo periodo, negli anni precedenti, nelle stazioni Scoglietti e Carlo Alberto, era particolarmente rigogliosa Dictyota dichotoma e tra le sue fronde si osservava una fioritura di Coolia monotis che precedeva l inizio dello sviluppo di Ostreopsis ovata. Successivamente Dictyota dichotoma veniva sostituita da

16 Halopteris scoparia e la densità di Ostreopsis ovata raggiungeva il suo massimo mentre Coolia monotis diminuiva drasticamente. Quest anno, il ritardato riscaldamento delle acque ha limitato lo sviluppo delle macroalghe, soprattutto di Dictyota dichotoma ed è venuta a mancare tra giugno e luglio anche la fioritura di Coolia monotis. Per gli stessi motivi anche Ostreopsis ovata ha iniziato a proliferare molto in ritardo, di circa un mese rispetto agli anni precedenti. Nell ultima decade di agosto la densità di O. ovata ha raggiunto infatti circa 2000 cell/ml syr solo nelle stazioni del litorale della Palmaria (Secco e Carlo Alberto). Un altro fattore limitante per lo sviluppo di una fioritura è l azione del moto ondoso che provoca un rimescolamento tumultuoso della acque causando il distacco dal fondo e la dispersione nella colonna d acqua delle microalghe bentoniche. Le stazioni di campionamento sono diversamente esposte o ridossate rispetto al vento e al moto ondoso, in particolare la stazione Carlo Alberto risulta essere la più esposta a maestrale mentre la stazione Secco risulta essere la più riparata. Negli ultimi giorni di agosto si è verificata una breve ma intensa mareggiata che ha interessato in particolar modo il Canale di Porto Venere. Nel campionamento del 27 agosto, dopo un paio di giorni dalla mareggiata, la densità di Ostreopsis ovata infatti si era praticamente azzerata nella stazione Carlo Alberto, esposta al moto ondoso, mentre nella stazione Secco, molto ridossata, raggiungeva il massimo di circa 7000 cell/ml syr. Durante il periodo estivo 2013 Ostreopsis ovata ha avuto comunque una fioritura limitata temporalmente e in termini di abbondanza e ciò non ha comportato sofferenza agli organismi bentonici e tanto meno ha avuto effetti negativi su mitilicoltura e turismo. BIBLIOGRAFIA Abbate, M., Bordone, A., Cerrati, G., Lisca, A., Peirano, A Variabilità della distribuzione e densità di Ostreopsis ovata nel Golfo della Spezia. Biologia Marina Mediterranea, 14 (2), Abbate, M., Bordone, A., Cerrati, G., Peirano. A Nuova metodica per il campionamento della microalga ticoplanctonica Ostreopsis ovata Fukuyo, Abbate, M., Bordone, A., Cerrati, G., Furia, S., Strada, S., Monitoraggio microalghe bentoniche potenzialmente tossiche nel canale di Porto Venere. Bordone, A., Lisca, A., 2011, Dati mereologici acquisiti dalla stazione ENEA di S. Teresa (SP). Rapporto annuale 2010 e comparazione con dati climatologici, Rapporto Tecnico, RT/2011/7/ENEA, ENEA, Roma. Ciminiello, P., Dell Aversano, C., Fattorusso, E., Forino, M., Tartaglione, L., Grillo, C., Melchiorre, N. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2008, 19: 111. Ciminiello, P., Dell Aversano, C., Fattorusso, E., Forino, M. Adv. Mol. Toxicol. 2009, 3: 1.