Il verde, fonte di nutrimento per il benessere dell uomo

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1 Bologna Il verde, fonte di nutrimento per il benessere dell uomo Risultati della ricerca scientifica e prospettive applicative RITA BARALDI Convegno Expo Assofloro Lombardia, Milano, 29/09/2015

2 IBIMET: RICERCA AMBIENTALE Ecofisiologia Analisi strutturale Fisica dell atmosfera Analisi fisiologicabiochimica Micrometeorologia- Meteorologia

3 Obiettivo generale: sostenere ed incentivare lo sviluppo e la competitività del settore florovivaistico fornendo elementi innovativi e all avanguardia per una maggiore valorizzazione del marchio di qualità delle piante provenienti da un territorio di eccellenza Obiettivo finale: costruire una banca dati con schede innovative che offrano, assieme alle comuni indicazioni delle caratteristiche botaniche, agronomiche e colturali, informazioni aggiuntive inedite e specifiche sull impatto ambientale che diverse specie in uso nelle città possono causare o subire in funzione delle loro caratteristiche fisiologiche e morfologiche

4 L energia che le piante spendono per i loro processi fisiologici ci può aiutare nella mitigazione ambientale e di conseguenza nel benessere dell uomo: vediamo come Riduzione dell isola di calore Temperatura del tardo pomeriggio Rurale Commerciale Residenziale urbano Residenziale sub-urbano Residenziale sub-urbano Città-centro Parco Rurale coltivato Assorbimento Emissione di Composti Organici Volatili VOC CO 2 atmosferico POF: Potenziale di formazione dell ozono

5 July 2015: Italy's warmest July on record Luglio 2015 è stato, per l'italia, un mese estremamente caldo, facendo segnare un'anomalia di circa +3.6 C sopra la media del periodo di riferimento ( ) e risultando pertanto il luglio più caldo dal 1800 ad oggi, ovvero da quando si eseguono osservazioni strumentali nel nostro Paese. L'anomalia ha addirittura superato di circa un grado quella del luglio 2003, che si fermò a +2.6 C. Le precipitazioni di luglio 2015 per l'italia, infine, sono state piuttosto contenute, con anomalie negative sulla maggior parte del territorio.

6 Riduzione dell isola di calore Le piante: nutrimento per il benessere Temperatura del tardo pomeriggio Rurale Commerciale Residenziale Residenziale urbano sub-urbano Residenziale Città-centro Parco Rurale sub-urbano coltivato

7 Riduzione della temperatura Sistema verde come mitigazione del clima un albero può traspirare fino a 450 litri di acqua al giorno (1000 MJ) Per ogni g di H 2 0 evaporata occorrono 633 cal. diretta Fotosintes i (2%) Riflessa (20%) Calore sensibile (20%) Trasmess a (10%) Calore latente (48%) Betula pendula Fagus Quercus L energia solare incidente viene in gran parte utilizzata dalla vegetazione per la traspirazione e la fotosintesi, favorendo l abbassamento della temperatura dell aria.

8 In un parco di grandi dimensioni la temperatura può essere più bassa rispetto al centro di 1-3 c. L'impressionante vastità del centro urbano Central Park

9 La concentrazione della CO 2 atmosferica è aumentata del 30% dall inizio della rivoluzione industriale e sta ancora aumentando Le piante rappresentano il migliore organismo capace di limitare l aumento della CO 2

10 Assorbimento CO 2 atmosferico

11 quantità di CO 2 rimossa ANNUALMENTE 20 Kg di CO 2 /anno 1 ettaro: 5-6 ton/anno CO 2 immagazzinata COME BIOMASSA sotto forma di carbonio ton durante il suo ciclo vitale

12 Alto Basso Salix fragilis (salice) Salix caprea Larix deciduous (larice) Chamaeciparis lowsoniana (cipresso) Populus (pioppi) Betula pendula (betulla) Salix alba Sequestro di CO 2 Malus domestica Fraxinus Prunus laurocerasus Alnus glutinosa Tilia europea Sambucus niger Alnus incana Acer pseudoplatanis Alnus cordata Acer platanoides Quercus rubra Pinus sylvestris Prunus avium Ulmus campestris (olmo) Quercus robur Acer campestris Corynus avellana (nocciolo) Rex acquifolium (agrifoglio) Quercus petrea

13 INQUINAMENTO ATMOSFERICO SO 2 e SO 3 O 3 NO e NO 2 NH 3 e NH 4 Fe, Pb, Zn, Cd, Cu, Inquinanti gassosi Particolato

14 Le polveri sottili sono un insieme eterogeneo di particelle, sia solide sia liquide, che restano sospese nell aria ( compreso il fumo e l aereosol) di differente origine, composizione chimica e dimensione che prende il nome di particolato (PM) Particolarmente importanti le particelle molto piccole (0.1 µm) Sorgenti antropiche di particolato Sorgenti naturali di particolato Quelle emesse da combustione contengono la quantità più elevata di composti organici cancerogeni e mutageni e penetrano all interno degli alveoli polmonari. In un' area urbana si riscontra una prevalenza di sintomi respiratorii tre volte superiore rispetto ad una zona rurale (asma, bronchiti, enfisema, allergie )

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16 Nord Italia coperta da smog

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19 Concentrazione annuale di PM 10 Air Quality Guidelines, World Health Organization 2006, 39

20 Gli alberi: non solo un polmone ma anche un fegato verde Le piante hanno un fegato verde capace di inattivare i contaminanti organici effettiva rimozione del particolato e degli inquinanti gassosi attraverso le foglie per BENZENE, TOLUENE OSSIDI DI AZOTO, OZONO ASSORBIMENTO ADSORBIMENTO DIOSSINA, FURANI ANIDRIDE SOLFOROSA STOMI CUTICOLA ACCUMULO E DISATTIVAZIONE OSSIDAZIONE METABOLICA Assorbimento Metabolismo Sequestro La capacità metabolica dipende dal sistema enzimatico che è specifico per ogni specie Riducendo l inquinamento da particolato (PM 10 ) da 70 a 20 microgrammi per metro cubo, le morti correlate alla qualità dell aria possono essere ridotte di circa il 15%.

21 POTENZIALITA DI ASSORBIMENTO DEGLI INQUINANTI ATMOSFERICI STUDI ISTOLOGICI STIMA STUDI MICRO-MORFOLOGICI QUANTIFICAZIONE OSSERVAZIONE AL MICROSCOPIO OTTICO OSSERVAZIONE AL MICROSCOPIO A SCANSIONE ELETTRONICA STUDIO DELL ANATOMIA FOGLIARE

22 Gli alberi sono più efficienti nella rimozione degli inquinanti rispetto agli arbusti Stewart et al., 2003 Percentuale di aree con piante Riduzione del particolato Reduction of 140 deaths/year caused by Raddoppiando airborne particle il numero PM 10 degli doubling alberi tree si number può raggiungere una riduzione di 140 morti/anno

23 PARTICOLATO DENSITA DEI PELI FOGLIARI Liquidambar styraciflua Quercus cerris Parrotia persica Malus domestica Evereste

24 Superficie liscia MICRO-RUGOSITA DELLE FOGLIE PARTICOLATO Liriodendron tulipifera Crataegus monogyna Parrotia persica Scabrosità cuticolari Quercus cerris

25 Quantità di PM depositate sulla superficie fogliare di 22 specie HSD 0,05 for species = 2,97 HSD 0,05 for filter = 0,71 0,2-2,5 µm 2,5-10 µm µm µg cm Species By the courtesy of Gawronski Stanislaw

26 Emissione di Composti Organici Volatili VOC L albero dei VOC POF: Potenziale di formazione dell ozono I VOC emessi dai diversi organi vegetali delle piante sono circa 1700 L emissione biogenica stimata attorno a Tg (10 12 g)/anno è maggiore di quella antropogenica L 80% dei BVOC sono estremamente reattivi in atmosfera

27 -pinene β-pinene Le piante producono e rilasciano nell aria sostanze organiche volatili (VOC) limonene Le sostanze odorose vengono percepite dall uomo...ed anche dagli insetti

28 VOC come MESSAGGERI CHIMICI ATTRATTIVO percepito dagli INSETTI IMPOLLINATORI ma anche repellente e deterrente per INSETTI che sono DANNOSI alle stesse piante

29 Perché i VOC sono importanti per l ambiente? I VOC modificano le proprietà chimiche e fisiche dell atmosfera In ambiente naturale In ambiente urbano I VOC possono rimuovere O 3 e altri inquinanti per assorbimento all interno delle foglie e/o per reazioni chimiche nella canopy. Ma cosa succede quando i VOC sono rilasciati nella troposfera? BVOC puliscono l atmosfera dall ozono In presenza di alte concentrazioni di NOx i VOC iniziano delle reazioni che portano ad aumentare l ozono troposferico Scambi gassosi tra Atmosfera Città Foresta Urbana: Gli inquinanti prodotti in ambiente urbano e la CO 2 presente in atmosfera possono essere assorbiti dalla Foresta urbana, la quale può d'altro canto immettere VOCs in grado di interagire con gli inquinanti presenti incrementando la concentrazione degli inquinanti stessi

30 INDICE OFP: POTENZIALE DI FORMAZIONE DELL OZONO OFPspecie: B*[(E iso *R iso ) + (E mono *R mono )] B=BIOMASSA FOGLIARE E=TASSO DI EMISSIONE R=REATTIVITA composti emessi In ambiente urbano è importante usare specie con basso OFP per la mitigazione dell aria Tratto da: Le piante e l inquinamento dell aria. G. Lorenzini e C. Nali. Springer

31 VOC LAB

32 Caratterizzazione dell impatto ambientale di specie vegetali di utilizzo in ambito urbano mediante la stima dell emissione di composti organici volatili (VOC) e dell assorbimento di CO 2 e inquinanti atmosferici Quercus cerris Tilia cordata Prunus avium Malus everest Liquidambar styraciflua Liriodendrum tulipifera Acer platanoides Fraxinus ornus Fraxinus excelsior Carpinus betulus Acer campestre Crataegus monogina Cercis siliquastrum Catalpa bungei Betula pendula Youngii Koelreuteria paniculata Parrotia persica Robinia pseudoacacia Morus alba Pendula Sophora japonica Ginkgo biloba Tilia platyphyllos Ulmus campestris Celtis australis Prunus cerasifera pissardii Sambucus nigra Alnus glutinosa Ligustrum japonica Photinia red robin Viburnum tinus Laurus nobilis

33 Indice di POF: potenziale di formazione dell ozono (g O 3 pianta -1 giorno -1 ) Basso Medio Alto < > 10 Fraxinus ornus Quercus cerris Crataegus monogyna Fraxinus excelsior Acer campestre Acer platanoides Prunus avium Malus everest Carpinus betulus Tilia cordata Cercis siliquastrum Catalpa bungei Morus alba Pendula Parrotia persica Betula pendula Youngii Koelreuteria paniculata Liriodendron tulipifera Sophora japonica Liquidambar styraciflua Robinia pseudoacacia

34 Caratteristiche botaniche-agronomiche-colturali

35 Olmo comune Famiglia: Ulmaceae Specie: Ulmus minor Piante di 10 anni al momento dell impianto Ottima capacità di mitigazione ambientale Assorbimento di CO 2 Alta (2,8t/20a) capacità di accumulare CO 2 atmosferica nella biomassa (103Kg/a per i primi 5 anni, 155Kg/a per i successivi 15 anni) Formazione potenziale di O 3 Assorbimento potenziale di inquinanti gassosi Bassa emissione di VOC e un basso potenziale di formazione di Ozono (< 1g O 3 /p/g) Alta capacità potenziale di assorbire gli inquinanti gassosi Potenziale di cattura delle polveri Medio potenziale di cattura delle polveri sottili Ricerca effettuata dall istituto di Biometeorologia (IBIMET) del CNR di Bologna t: tonellata a: anno p: pianta g:giorno

36 Storace Famiglia: Hamamelidaceae Specie: Liquidambar styraciflua Piante di 10 anni al momento dell impianto Media capacità di mitigazione ambientale Limitare l uso su larga scala in aree con inquinamento atmosferico Assorbimento di CO 2 Alta (2,8t/20a) capacità di accumulare CO 2 atmosferica nella biomassa (103Kg/a per i primi 5 anni, 155Kg/a per i successivi 15 anni) Formazione potenziale di O 3 Assorbimento potenziale di inquinanti gassosi Alta emissione di VOC e un Alto potenziale di formazione di Ozono (>10g O 3 /p/g) Alta capacità potenziale di assorbire gli inquinanti gassosi Potenziale di cattura delle polveri Basso potenziale di cattura delle polveri sottili Ricerca effettuata dall istituto di Biometeorologia (IBIMET) del CNR di Bologna t: tonellata a: anno p: pianta g:giorno

37 ASSORBIMEN TO DI CO 2 * Elevato >2 t Medio 1-2 t Effetto di mitigazione sull ambiente* * OTTIMO BUONO MEDIO OTTIMO BUONO MEDIO Bagolaro, Olmo, Frassino comune, Tiglio selvatico, Ontano nero, Acero riccio, Cerro, Betulla verrucosa, Ginkgo, Tiglio nostrano Carpino bianco, Liriodendro, Robinia, Sofora Storace SPECIE ARBOREE o ARBUSTIVE Acero campestre, Mirabolano, Orniello, Ciliegio, Parrozia Koeleuteria Basso < 1 t * Calcolato per 20 anni per piante con 10 anni al momento dell impianto OTTIMO BUONO MEDIO Melo da fiore, Biancospino nostrano, Alloro, Viburno tino, Fotinia red robin, Ligustro del giappone Sambuco, Gelso piangente, Catalpa nana, Albero di giuda **Considerando la potenzialità di mitigare inquinanti atmosferici e di formare ozono evidenziate in rosso le specie con medio/alto potenziale di formare ozono Ricerca effettuata dall istituto di Biometeorologia (IBIMET) del CNR di Bologna

38 UN BOSCO PER KYOTO, premio internazionale conferito ogni anno a personalità scientifiche e politiche che più di altre si sono distinte nella difesa dell ambiente e della qualità dell aria nel loro Paese, per il 2010 è stato assegnato all IBIMET-BO

39 Soluzioni applicative dei risultati della ricerca scientifica Il progetto prevedeva di piantare 3000 alberi I benefici dell intervento sono quindi rivolti al miglioramento della qualità della vita della comunità locale.

40 Specie selezionate Abacus Specie CO 2 (t in 30 anni) CO 2 (t in 50 anni) Sambucus nigra 0,58 0,80 Malus domestica «Evereste» 0,58 0,80 Acer campestre 2,49 3,40 Fraxinus ornus 2,16 2,99 Prunus avium 2,16 2,99 Prunus cerasifera «Pissardii» 2,16 2,99 Morus alba 2,16 2,99 Celtis australis 3,66 5,07 Fraxinus excelsior 3,66 5,07 Tilia cordata 3,66 5,07 Ulmus minor 3,66 5,07 Acer platanoides 4,81 6,60

41 Specie selezionate Abacus Specie CO 2 (t in 30 anni) CO 2 (t in 50 anni) Catalpa bungei 0,58 0,80 Cercis siliquastrum 0,58 0,80 Koelreuteria paniculata 2,16 2,99 Quercus cerris 4,00 5,50 Zelkova serrata 3,66 5,07 Sophora japonica 3,66 5,07 Tilia platyphyllos 3,66 5,07 Ginko biloba 3,66 5,07 Viburnum tinus 0,58 0,80 Photinia x Frasei red robin 0,58 0,80 Laurus nobilis 0,58 0,80 Ligustrum japonicum 0,58 0,80

42 Un giardino pubblico per ridurre le PM 10 : IBIMET ai Giardini Margherita 26 ha di Tigli, Querce,Tassi,Cedri, Platani, Pini, Ippocastani, Magnolie

43 EFFETTO DI UN GIARDINO PUBBLICO SUI PM10 µg m

44 MODELLISTICA ECOFISIOLOGICA UFORE. "Urban Forest Effects" STRATUM (Street Tree Resource Analysis Tool for Urban-Forest Managers) dai dati di un censimento, la struttura del popolamento in esame (disposizione, composizione, copertura), consentono di QUANTIFICARE i benefici ambientali ed economici derivanti dalla mitigazione da parte delle piante. Forest Service dell USDA-USA

45 Parco Ducale (22 ha) Tree number (4975) Species Diameter Tilia spp Acer campestris Ulmus minor Aesculus hippocastanum cm cm

46 COMPENSAZIONE ANNUALE DEL PARCO DUCALE + uso auto giornaliero (= 1,10 t CO 2 ) emette in totale 1,1 t CO 2 1 auto emette 110g CO 2 / km uso giornaliero = km / anno CO 2 sequestrata: 160 t/anno 145 NO 2 : 100 Kg/anno 20 SO 2 : 83 Kg/anno 18 PM 10 : 228 Kg/anno 2200

47 SENSE: Sostenibilità Ambientale Urbana e Involucro Edilizio migliorare la qualità di vita nell ambiente costruito: potenzialità dei tetti verdi rispetto all effetto isola di calore, alla compensazione della CO 2 e alla dispersione degli inquinanti, in modo da definire uno strumento in grado di supportare le Amministrazioni nella validazione dei progetti urbanistici, nella pianificazione degli interventi di riqualificazione e di nuova costruzione L IBIMET valuta l efficienza di mitigazione delle coperture vegetali con tecniche micrometeorologiche ed ecofisiologiche Università degli Studi di ROMA "La Sapienza" Ibimet-CNR Bologna Politecnico di MILANO

48 Soluzioni per la qualità dell ambiente urbano: Tetti verdi per mitigare l isola di calore In Italia la necessità di FRIGORIE può superare quella delle CALORIE

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50 Giardino pensile di alberi di leccio sulla Torre Guinigi a Lucca

51 Hotel Athenaeum, Londra Il giardino dell'hotel ecologico 4 stelle a Vienna Musée du Quai Branly, Parigi

52 California Academy of Sciences in San Francisco Renzo Piano

53 California Accademia della Scienza in San Francisco Renzo Piano INTERNO

54 Fotocatalisi con biossido di titanio: reazione ossidante

55 LE PIANTE NON INQUINANO ci possono aiutare a trovare risposte economiche eco-compatibili ma i loro benefici ambientali non possono essere considerati una panacea in grado di risolvere tutti i problemi delle nostre città,. E indispensabile affiancare politiche di riduzione dell inquinamento per conseguire effettivi benefici sulla nostra salute e, di conseguenza, sulla vivibilità delle nostre città.

56 FIGHT POLLUTION: PLANT A TREE GRAZIE PER L ATTENZIONE r.baraldi@ibimet.cnr.it