CORSO DI ECOLOGIA CORSO di Tecniche della Prevenzione dell'ambiente e dei luoghi di lavoro Docente: Marco Ciolli Parte III
Biodiversità Il concetto di biodiversità è così universalmente accettato? La biodiversità è importante? Che legame c'è fra biodiversità e capacità degli ambienti di metabolizzare gli inquinanti? Quanto costa la perdita di biodiversità?
Ecotossicologia Lo studio degli inquinanti negli ecosistemi Tossicologia Ecotossicologia Lo studio dell effetto degli inquinanti su singoli organismi Lo studio dell effetto degli inquinanti sugli ecosistemi sia per alterazione diretta che indiretta dovuta ai cambiamenti indotti sull ecosistema Si possono verificare casi in cui morie devastanti di organismi sono meno dannose e pericolose di rallentamenti della crescita od altro
Inquinamento acque Un sistema idrico si dice inquinato quando le sostanze presenti in esso limitano la vita acquatica e quando il normale uso dell acqua non è più consigliabile Rifiuti che consumano ossigeno Troppa sostanza organica decomponibile per attività batterica Concentrazione dei rifiuti che consumano SO si misura col BOD incubazione di un campione di H 2 O a 20 per 5 gg O 2 prima e dopo Sostanze nutrienti per le piante Di per sé non è inquinante ma innesca processi Prodotti chimici inorganici e sostanze minerali Scarti delle industrie, fonderie, ind. Chimiche, drenaggio miniere Composti organici di sintesi Combustibili, plastica, solventi, detersivi, fitofarmaci, erbicidi. Alcuni si accumulano nell ambiente o negli organismi BOD=Biological oxigen demand 15.4
Origine inquinamento domestica agricola industriale Tipo inquinamento diretto indiretto fiumi laghi acque sotterranee mari Capacità di recupero dipende da portata,velocità, ph, T, quantità e tipo inquinanti Ricambio più lento rispetto ai fiumi risentono di più di piogge acide frequenti eutrofizzazione, magnificazione biologica Problema grave: flusso lento poco ossigeno, pochi decompositori Fogne e scarichi urbani 50% pop umana entro 100km dalla costa, Petrolio Metalli pesanti (Minamata Giappone Hg) Capacità degradazione inquinanti alta, 85% input uomo dalla terra
Suolo Deposizione secca o umida inquinanti atmosferici Abbandono rifiuti Impiego acque inquinate, fertilizzanti e fitofarmaci Consumo di suolo Piogge acide 15.3 ph Acidità può essere tamponata CSC Influenza diversa a seconda della composizione chimica substrato sia per foreste che per laghi immobilizzata Fenomeni di resistenza negli animali Riduzione diversità biologica Concentrazione di sostanze inquinanti nelle piante Concentrazione di sostanze anche nelle catene di detrito! 15.6 Nota: dal 2 allo 0.1% degli insetticidi vaporizzati raggiunge gli organismi bersaglio; il 5% degli erbicidi agisce sulle infestanti; il resto si disperde nell ambiente!
Danni sulle piante Sugli ecosistemi forestali Sugli animali e sull uomo Studio sulle piante complesso perché: Molti i. diversi nell atmosfera Gli i. producono danni diversi ma talora i. diversi producono lo stesso danno Gli i. sono presenti in conc. variabili nel tempo e nello spazio Possono esservi effetti sinergici o antagonistici degli i. Gli effetti degli i. sono influenzati dai parametri ambientali (luce, t, nutrienti) Danni di nuovo tipo Influenza congiunta di piogge acide e clima sfavorevole (fattori predisponenti) Diminuita produttività Riduzione riproduttiva Accumulo inquinanti nelle piante Morte o minor vitalità consumatori Diminuzione biodiversità Rallentamento decomposizione Alterazione cicli biogeoch. Morie pesci per lisciviazione alluminio (centro Europa), o mercurio Riduzione riproduttiva Morte o minor vitalità animali Diminuzione biodiversità Malattie
Bioindicatori Maggiore è la diffusione e la gravità della contaminazione ambientale, più urgente è la necessità di conoscere gli effetti dei vari inquinanti Sia da soli che nei loro effetti sinergici A questo scopo si usano vari organismi detti bioindicatori Organismi sensibili che reagiscono rapidamente a concentrazioni anche basse di vari inquinanti mostrando Danni visibili Accumulo inquinanti in tessuti od organi Effetti sui processi metabolici Consentono di individuare i fenomeni di inquinamento già nella fase iniziale Es. danni ad una serie di bioindicatori nelle anse di un fiume consentono di individuare nel modo più rapido fenomeni di inquinamento iniziale (per esempio dovuti a sinergismi da inquinanti) e quindi di intervenire prima che la situazione sia troppo grave
Biomonitoraggio Passivo Attivo Osservazioni e analisi flora e fauna Esposizione di set di bioindicatori ai diversi ambienti (suolo, acqua, aria) Test di allarme (vita-morte) importante per un monitoraggio rapido quando non si possono aspettare i risultati di lunghe analisi, si fa con contenitori in scomparti ognuno con bioindicatori diversi in cui si fa fluire l acqua da monitorare e si controlla la mortalità ad intervalli di tempo determinati Test di accumulo in cui si misura la concentrazione di inquinanti nei tessuti dei vari bioindicatori; Se l organismo accumula un inquinante senza metabolizzarlo viene detto bioaccumulatore Es. crostacei, larve di vario genere, pesci
Molte specie possono essere usate sia come Bioindicatori che come bioaccumulatori Licheni, muschi, felci, piante superiori bioindicatori vegetali Licheni, muschi, Sono molto utilizzati perché non assorbono granché dal substrato, mentre assorbono tantissimo dall aria (I licheni sono inoltre sprovvisti di strutture protettive come cuticola e stomi) Con essi si fa anche monitoraggio attivo Si prelevano da aree non inquinate con il loro substrato e si espongono nelle zone da monitorare I licheni sono estremamente sensibili all inquinamento atmosferico, SO 2 e HF Sono perciò scomparsi da molte aree urbane ed industriali Si parla di deserto lichenico Nimis 1991, Veneto 15.18
felci, piante superiori Si utilizzano anche piante che abbiano sintomi facilmente identificabili e valutabili per valutare il livello dei fluoruri si usa una cultivar di gladiolo Ma si usano anche bioindicatori animali Per stimare concentrazioni piombo e cadmio si sono usati isopodi terrestri Porcellio scaber a Innsbruck (correlata al traffico) 15.20 Snow Princess fluoruri Necrosi dell apice fogliare ed accumulo nei tessuti Per l ozono si utilizzano piante di tabacco % necrosi dell area fogliare ed accumulo nei tessuti Per stimare concentrazioni inquinanti si possono utilizzare anche foglie di piante arboree prelevate in situ. Concentrazione metalli pesanti foglie di leccio a Napoli fortemente correlata al traffico 15.19 I pesticidi che si concentrarono nei corpi dei falchi pellegrini ed altri rapaci (USA 50-60) ne portarono alla diminuzione drastica del numero. I rapaci contaminati producevano uova con una guscio troppo sottile che si rompeva facilmente e non riuscivano a portare a termine la riproduzione. Adesso i pesticidi più pericolosi in questo senso sono vietati nel primo mondo.
Immagini da: Gottardini E., Cristofolini F., Marchetti F., Biomonitoraggio della qualità dell aria della città di Trento tramite licheni epifiti. Istituto Agrario di San Michele all Adige. Acqua Aria, aprile 1999 e da: Cemin A., Ciolli M., Nave D. 2002 Modelling Emission and Dispersion of Road Traffic Pollutant for the Town of Trento. Proceedings of the Open source GIS - GRASS users conference 2002 - Trento, Italy, 11-13 September 2002
Bioaccumulazione La bioaccumulazione di un inquinante è funzione di Caratteristiche fisiche e chimiche dell inquinante Condizioni ambientali In genere più sono idrorepellenti e più le sostanze si accumulano Bioconcentrazione = capacità di un organismo di concentrare un elemento dall ambiente circostante Caratteristiche degli organismi Bioaccumulazione = capacità di un organismo di concentrare nel tempo un elemento dall ambiente circostante così che la concentrazione aumenta Conc. nell organismo ----------------------------- Conc. nell ambiente Biomagnificazione = aumento della concentrazione di una sostanza lungo i livelli trofici Conc. negli organismi in un livello trofico alto -------------------------------------- Conc. negli organismi in un livello trofico basso C m
Biomagnificazione L evi oll Concentrazione ocif ort Elemento essenziale Elemento non essenziale (per esempio un inquinante)
La Magnificazione Biologica è la tendenza degli inquinanti ad aumentare di concentrazione in livelli trofici successivi. Se gli inquinanti sono tossici questo porta spesso alla morte degli organismi ove si concentrano. La MB si ha quando gli organismi al vertice della catena alimentare contengono sostanze in misura superiore alla loro naturale concentrazione in quell ambiente. I produttori prelevano i nutrienti inorganici dall ambiente circostante. Una carenza di questi nutrienti può limitarne la crescita ed i produttori spendono molta energia per pompare molti nutrienti al loro interno (anche più di quelli loro immediatamente necessari.) Il problema diventa grave quando un inquinante, come il DDT od il mercurio è presente nell ambiente. Chimicamente questi inquinanti rassomigliano a nutrienti inorganici e sono trasportati nel corpo del produttore ed immagazzinati per errore. E il primo passo della MB; l inquinante è a concentrazioni molto più alte nel produttore che nell ambiente.
Il secondo passo della MB si ha quando il produttore è mangiato. In una piramide di biomassa una quantità relativamente piccola di energia è disponibile da un livello trofico al successivo. Quindi un consumatore (di qualsiasi livello) deve consumare molta biomassa del livello precedente. Se questa biomassa contiene un inquinante, questo viene assunto in grandi quantità dal consumatore. Gli inquinanti che biomagnificano non solo sono assunti dai consumatori, ma sono assorbiti ed immagazzinati nei loro corpi. Questo avviene spesso con inquinanti solubili nel grasso come il DDT. Queste sostanze sono digerite dal produttore e si spostano nel grasso del consumatore. Se il consumatore è mangiato a sua volta, il suo grasso è digerito e l inquinante si sposta nel grasso del nuovo consumatore. Così, l inquinante si accumula nelle parti grasse dei consumatori. Gli inquinanti solubili in acqua generalmente non danno MB poiché si dissolvono nei fluidi corporali del consumatore. Poiché ogni organismo perde acqua nell ambiente, anche l inquinante lo abbandonerebbe. Il grasso non abbandona il corpo.