GEO FLUID Piacenza Dr. Cristina Menta Dipartimento di Biologia Evolutiva e Funzionale, Università di Parma

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1 Qualità biologica dei suoli: il contributo della fauna edafica GEO FLUID Piacenza 2008 Dr. Cristina Menta Dipartimento di Biologia Evolutiva e Funzionale, Università di Parma

2 La parte attiva del suolo forma un cuore che viene sostenuto dalla componente abiotica: il suolo è un sistema vivente nel quale le piante (radici), i microrganismi e la fauna interagiscono tra loro e con l ambiente abiotico (Verhoef, 2004). Il suolo è quindi la risultante delle interazioni tra componente abiotica e biotica in tutte le sue molteplici forme e funzioni.

3 Il suolo rappresenta la sede che accoglie una parte ampia della biodiversità globale. La diversità sotto la superficie è essenziale per la funzionalità ecosistemica della superficie (Copley, 2000).

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5 Adattamento al suolo: un fenomeno evolutivo di convergenza adattativa

6 COMPONENTE STRUTTURALE Oasi WWF dei Ghirardi (Borgotaro, PR) - Querceto 50 Acari Araneidi Chilopodi Coleotteri adulti Coleotteri larve Collemboli Dipluri Ditteri larve Imenotteri Isopodi Pauropodi Proturi Sinfili

7 Tre funzioni chiave della fauna edafica relative alla qualità del suolo: 1. Mineralizzazione e dinamica della sostanza organica. 2. Formazione e mantenimento della struttura del suolo. 3. Supporto e controllo della produzione delle piante e della diversità di specie.

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9 Emerge sempre più il bisogno di sviluppare strumenti di valutazione della qualità del suolo sufficientemente attendibili, pratici e ripetibili. Nella definizione di qualità del suolo deve essere considerato l apporto degli organismi al funzionamento dei processi edafici e includere i livelli di equilibrio e stabilità. L equilibrio include implicitamente il bilancio tra la sintesi e la demolizione della sostanza organica, l impedimento dell accumulo di materiale organico o il suo esaurimento e il bilancio tra incremento e diminuzione delle specie e quindi la conservazione della diversità e delle funzioni ecologiche. Le vie di quantificazione/monitoraggio del funzionamento del sistema suolo sono (van Straalen, 2004): 1. Decidere quali processi del suolo sono da ritenersi importanti per la qualità dello stesso. 2. Determinare quali organismi giocano un ruolo chiave in questi processi. 3. Monitorare questi organismi (singoli o le comunità) valutando le dinamiche di popolazione, sia nello spazio che nel tempo.

10 La qualità di un suolo può essere definita attraverso un sistema di indicatori di qualità. Gli indicatori possono essere fisici, chimici, biologici. La selezione degli indicatori da impiegare deve tenere conto dell uso del suolo, di modelli di variazione temporale e spaziale, delle relazioni tra funzioni del suolo e indicatore, della misura della sensibilità ai cambiamenti di gestione del suolo e della ripetibilità e comparabilità del campionamento e del programma di monitoraggio (Verhoef, 2004).

11 L idea di base della bioindicazione è che la relazione tra i fattori del suolo e le comunità del suolo può essere stretta: quando i fattori del suolo influenzano la struttura di comunità, la struttura di comunità può contenere informazioni relative alle caratteristiche del suolo. Le caratteristiche chiave considerate nella valutazione del disturbo del suolo sono: 1. Ricchezza e diversità di specie. 2. Rapporto tra le specie (dominanti e rare). 3. Distribuzione della taglia del corpo nelle varie specie. 4. Caratteristiche del ciclo vitale. 5. Classificazione in accordo con le preferenze ecofisiologiche 6. Struttura delle catene trofiche.

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14 Maturity Index (Bongers, 1990) MI Valutazione delle condizioni di maturità di un ecosistema basandosi sulla composizione della comunità nematologica. L indice si basa sulla frequenza relativa di famiglie ad elevato tasso riproduttivo (colonizzatori), caratterizzate da ciclo riproduttivo rapido e alta tolleranza agli inquinanti, e famiglie definite persistenti, con ciclo vitale più lungo e maggiormente sensibili alle perturbazioni del sistema. Colonizzatori e persistenti vengono considerati come i due estremi di una scala di valori (c-p) il cui range numerico è compreso tra 1 e 5.

15 c-p 1: nematodi con generazioni brevi (pochi giorni), che producono numerose uova e crescono a ritmo esponenziale in condizioni di abbondanza di nutrimento. Tollerano relativamente bene lo stress da inquinanti e sono in grado di entrare in criptobiosi (dauerlarvae). c-p 2: organismi con brevi tempi di generazione ma non in grado di formare dauerlarvae. c-p 3: con tempi di generazione più lunghi e relativa sensibilità agli inquinanti. c-p 4: caratterizzati da lunghi cicli vitali, cuticola permeabile e discreta sensibilità agli inquinanti. c-p 5: nematodi con cicli vitale più lunghi e tasso riproduttivo più basso, producono poche uova, hanno capacità di spostamento limitata e sono molto sensibili agli inquinanti e ai fenomeni di disturbo. Il Maturity Index è calcolato come la media pesata dei valori c-p individuali: n MI= v(i)f(i) i=1 Dove v(i) è il valore c-p della famiglia considerata, f(i)è la frequenza relativa della stessa nel campione. Valore dell indice vicino a 1 esprime una predominanza di individui colonizzatori e indicatori di un ambiente poco stabile, valore dell indice compreso tra 2 e 4 esprime una maggiore abbondanza di persistenti ed è indice di un sistema tendenzialmente più stabile.

16 Comunità di lombrichi (Bouché, 1977) 1. Specie epigee: di superficie, pigmentate e non scavatrici. 2. Specie endogee: specie che costruiscono gallerie orizzontali e vivono nella superficie minerale e nell orizzonte organico; 3. Specie aneciche: specie che scavano gallerie profonde e tornano in superficie durante la notte attratte dalla lettiera. Gli epigei sono meglio rappresentati in suoli con accumulo di materiale organico in superficie, come boschi e prati stabili (elevato turnover, altamente predati, elevato numero di cocconi). Gli endogei sono dominanti in prati stabili temperati (numero intermedio di cocconi). Gli aneci: comuni nei prati (basso numero di cocconi), si alimentano di foglie fresche sulla superficie o di materiale organico nel suolo quando queste non sono disponibili. Le proporzioni di questi tre gruppi forniscono un semplice ma efficace sistema di indicazione

17 Gruppo EMI Proturi 20 Dipluri 20 Collemboli Microcoryphia 10 Zygentomata 10 Dermatteri 1 Ortotteri Embiotteri 10 Blattari 5 Psocotteri 1 Emitteri Tisanotteri 1 Coleotteri Imenotteri 1-5. Ditteri (larva) 10 Altri olometaboli (larva) 10 Altri olometaboli (adulti) 1 Pseudoscorpioni 20 Palpigradi 20 Opilionidi 10 Araneidi 1-5. Acari 20 Isopodi 10 Diplopodi Pauropodi 20 Sinfili 20 Chilopodi Q BS QBS-ar (Parisi et al., 2005): sommatoria dei singoli Indici EcoMorfologici Plough Sugarbeet Corn Wheat Alfalfa Grassland Wood

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19 BIO-BIO Project Biodiversity-Bioindication to evaluate soil health European Commission, Joint Research Centre, Institute for Environment and Sustainability, Ispra, Italy European Commission, Joint Research Centre, Institute for Environment and Sustainability, Ispra Regione Lombardia Istituto Sperimentazione per la Nutrizione delle Piante Soil Sciences Centre, Wageningen Brandenburgische Technische Universität, Germany Università di Torino Università di Camerino Università di Macerata Università di Milano- Bicocca Justus Liebig University, Germany Università di Parma Università del Piemonte Orientale Université Rennes, France

20 1) Analisi fisico - chimiche Tessitura Umidità Bulk density Ritenzione idrica ph C, H, N Diossine Contenuto in metalli pesanti (Al, As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn) PCB 2) Indicatori e indici microbici e animali Valutazione dell attività microbica Attività respiratoria Tetrahymena thermophila (protozoo ciliato) Dictyostelium discoideum (ameba) Comunità di nematodi (densità e composizione tassonomica) Microartropodi (QBS-c, QBS-ar, test Folsomia candida) Eisenia andrei (biomarkers indicatori di stress) Comunità di lombrichi

21 Indicatori chimici Grazie per l attenzione Per informazioni: cristina.menta@unipr.it Tel Indicatori fisici Indicatori biologici Buona salute del suolo