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a cura di Stefano Allegrucci 1 TITOLO DELL’OGGETTO DIDATTICO: GLI INDICATORI BIOLOGICI AUTORE: STEFANO ALLEGRUCCI

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2 a cura di Stefano Allegrucci 1 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

3 a cura di Stefano Allegrucci 2 Gli indicatori biologici nelle acque dolci Itas “G.Bruno” Perugia Indirizzo Biologico

4 a cura di Stefano Allegrucci 3 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

5 a cura di Stefano Allegrucci 4 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

6 a cura di Stefano Allegrucci 5 Gli indicatori biologici Un organismo indicatore biologico (A) ha uno stretto range di tolleranza ristretto rispetto ai valori considerati ottimali per la specie. Normalmente gli organismi (B) hanno una maggior tolleranza alle variazioni ambientali e non si prestano ad essere usati come indicatori B A optimumminimo massimo individui fattore

7 a cura di Stefano Allegrucci 6 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 si è evidenziata un'ampia gamma di risposte alla presenza di contaminanti o di alterazioni fisiche nell'ambiente di vita. 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.

8 a cura di Stefano Allegrucci 7 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

9 a cura di Stefano Allegrucci 8 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)

10 a cura di Stefano Allegrucci 9 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

11 a cura di Stefano Allegrucci 10 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 Attraverso la caratterizzazione microbiologica (data dalla presenza di questi microrganismi indicatori del grado di inquinamento organico) si analizza e valuta la qualità dell’acqua flagellati amebe ciliati batteri

12 a cura di Stefano Allegrucci 11 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  -mesosaprobia inquinamento moderato (verde) III. Classe III : zona  -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 A lato una schematizzazione riferita ad generico corso d’acqua in condizioni di inquinamento organico Un corso d’acqua inquinato

13 a cura di Stefano Allegrucci 12 Il sistema delle saprobie E’ la zona dove è avvenuta la completa mineralizzazione della sostanza organica (il processo di autopurificazione si è concluso). 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. Classe I = zona oligosaprobia inquinamento assente o molto lieve (acque pure o poco inquinate) Esempio di organismo appartenente alla classe Acanthocystis turfacea

14 a cura di Stefano Allegrucci 13 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. L’acqua è ricca di ammoniaca e composti ammonici, l’O 2 è discretamente abbondante, la carica batterica non supera le UFC/ml. Classe II = zona  mesosaprobia inquinamento moderato (acque mediamente inquinate) Esempio di organismo appartenente alla classe Asterionella formosa

15 a cura di Stefano Allegrucci 14 Il sistema delle saprobie E’ la zona in cui è presente una elevata quantità di sostanza organica e prevalgono i processi di ossidazione. 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 Classe III = zona  mesosaprobia inquinamento organico elevato (acque molto inquinate) Esempio di organismo appartenente alla classe Paramecium caudatum

16 a cura di Stefano Allegrucci 15 Il sistema delle saprobie E’ la zona in cui è presente una grande quantità di sostanza organica, intensi sono i fenomeni di decomposizione; Vi è assenza di O2, è maleodorante e sul fondo si deposita fango putrido. La carica batterica è maggiore di UFC/ml Classe IV = zona polisaprobia inquinamento organico molto elevato (acque fortemente inquinate) Esempio di organismo appartenente alla classe Euglena viridis

17 a cura di Stefano Allegrucci 16 Il sistema delle saprobie Corrispondenza trofica delle varie classi: Classe I acque pure Classe IIacque oligotrofiche Classe IIIacque eutrofiche Classe IIacque politrofiche

18 a cura di Stefano Allegrucci 17 Il sistema delle saprobie L’indice si calcola applicando la seguente formula 4 (IV) +3 (III) +2 (II) +1 (I) 4 (IV) +3 (III) +2 (II) +1 (I) S = __________________________ (IV)+ (III)+ (II)+ (I) (IV)+ (III)+ (II)+ (I) ( * ) tra parentesi il numero di organismi individuati per ciascuna classe

19 a cura di Stefano Allegrucci 18 Il sistema delle saprobie indice (S) grado di inquinamento zona saprobia colore di riferimento classe molto lieve oligosaprobiaI lieve oligo /  -mesosaprobia I/II moderato  -mesosaprobia II discreto  /  -mesosaprobia II/III grave  -mesosaprobia III piuttosto grave  --meso/polisaprobia III/IV molto grave polisaprobiaIV Tabella riassuntiva per la valutazione finale

20 a cura di Stefano Allegrucci 19 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: ArtropodiArtropodi InsettiInsetti Plecotteri Tricotteri, Efemerotteri, Coleotteri, Odonati, Ditteri, EterotteriPlecotteri Tricotteri, Efemerotteri, Coleotteri, Odonati, Ditteri, Eterotteri CrostaceiCrostacei Asellidi GammaridiAsellidi Gammaridi AnellidiAnellidi Oligocheti IrudineiOligocheti Irudinei MolluschiMolluschi Bivalvi GasteropodiBivalvi Gasteropodi PlatelmintiPlatelminti TurbellariTurbellari TricladiTricladi

21 a cura di Stefano Allegrucci 20 L’Indice Biotico Esteso (gli organismi considerati) Artropodi Insetti Insetti PlecotteriPlecotteri TricotteriTricotteri EfemerotteriEfemerotteri ColeotteriColeotteri OdonatiOdonati DitteriDitteri EterotteriEterotteri Crostacei Crostacei AsellidiAsellidi GammaridiGammaridi

22 a cura di Stefano Allegrucci 21 L’Indice Biotico Esteso (gli organismi considerati) Anellidi Oligocheti Oligocheti Irudinei IrudineiNematodiPlatelminti TurbellariTurbellari Tricladi TricladiMolluschi Bivalvi Bivalvi Gasteropodi Gasteropodi

23 a cura di Stefano Allegrucci 22 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

24 a cura di Stefano Allegrucci 23 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 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 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.

25 a cura di Stefano Allegrucci 24 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.

26 a cura di Stefano Allegrucci 25 L’Indice Biotico Esteso Tabella riassuntiva per la valutazione finale classi di qualità valoreIBE 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

27 a cura di Stefano Allegrucci 26 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 eChiascio (fonte: “Relazione sullo stato dell’ambiente in Umbria”)

28 a cura di Stefano Allegrucci 27 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”)

29 a cura di Stefano Allegrucci 28 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 (http://www.ica-net.it/pascal/Sangone/index.htm/)


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