IL BIOMONITORAGGIO I vantaggi offerti dal BIOMONITORAGGIO sono: Costi decisamente contenuti e tempi di ricerca brevi Possibilità di realizzare reti di monitoraggio su aree vaste, basate su un'elevata densità di punti di campionamento Possibilità di ottenere dati distinti e/o integrati su una vasta gamma di contaminanti Possibilità di evidenziare gli effetti sinergici indotti da diversi contaminanti sull'ambiente Ottimizzazione delle strategie di monitoraggio di tipo strumentale (es. localizzazione delle centraline)

BIOMONITORAGGIO Il monitoraggio biologico degli inquinanti può essere effettuato con due modalità diverse: Biomonitoraggio con organismi autoctoni Biomonitoraggio con organismi autoctoni Ricorrendo a piante che crescono naturalmente sul territorio in esame durante tutto l’anno Ricorrendo a piante che crescono naturalmente sul territorio in esame durante tutto l’anno Biomonitoraggio con organismi alloctoni Biomonitoraggio con organismi alloctoni Facendo ricorso a piante selezionate che vengono trapiantate nell’area che si vuole studiare ed esposte per un periodo di tempo definito Facendo ricorso a piante selezionate che vengono trapiantate nell’area che si vuole studiare ed esposte per un periodo di tempo definito

12 elementi con concentrazioni nella crosta terrestre > 0,1% costituiscono più del 99,9% delle rocce e, a parte C, H, O, P sono tutti metalli 12 elementi con concentrazioni nella crosta terrestre > 0,1% costituiscono più del 99,9% delle rocce e, a parte C, H, O, P sono tutti metalli Nella composizione della materia vivente solo Mo, Sn, I, hanno n.a. superiore a 35 Nella composizione della materia vivente solo Mo, Sn, I, hanno n.a. superiore a 35 un metallo pesante ha una densità > 4,5g/cm 3 un metallo pesante ha una densità > 4,5g/cm 3 La maggior parte degli elementi della tavola periodica si possono trovare nelle matrici vegetali, le piante non assorbono solo gli elementi di cui hanno bisogno La maggior parte degli elementi della tavola periodica si possono trovare nelle matrici vegetali, le piante non assorbono solo gli elementi di cui hanno bisogno

Composizione chimica dei tessuti vegetali Le piante sono principalmente costituite da H2O e composti organici Le piante sono principalmente costituite da H2O e composti organici Residuo secco (>95%) C,H,O,N, e K,Ca,S,Mg,P Residuo secco (>95%) C,H,O,N, e K,Ca,S,Mg,P Macroelementi (>0,1%) Macroelementi (>0,1%) Tutti gli altri hanno concentrazioni inferiori, microelementi o elementi in traccia (<0,1%; 1000µg/g o ppm) Tutti gli altri hanno concentrazioni inferiori, microelementi o elementi in traccia (<0,1%; 1000µg/g o ppm)

Elementi essenziali, benefici Essenziale = quando la sua rimozione causa sintomi da deficienza come crescita anomala, non completamento del ciclo vitale, senescenza prematura, morte Essenziale = quando la sua rimozione causa sintomi da deficienza come crescita anomala, non completamento del ciclo vitale, senescenza prematura, morte Effetto specifico Effetto specifico Con impatto diretto sul metabolismo Con impatto diretto sul metabolismo Bo, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Zn Bo, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Zn Benefici: Al,As,Br,Cl,Cr,F,I,Li,Na,Ni,Ru,Se, Si,Sr,Ti,V Benefici: Al,As,Br,Cl,Cr,F,I,Li,Na,Ni,Ru,Se, Si,Sr,Ti,V

Gli elementi più abbondanti nell’Universo, Crosta terrestre, Atmosfera, Acqua del Mare, Piante H O Al N Cl C S P Fe Si Ca Mg K

Fonti naturali e antropogeniche di metalli pesanti

Dimensioni del particolato atmosferico Particolato su lichene Pb/S

Composizione elemetale di muschi e piante superiori rispetto alla “general reference plant” da R. Bargagli (1998) Trace elements in terrestrial plants. Springer-Verlag.

Hylocomium splendens H. splendens ha inoltre il vantaggio di presentare fusticini con una netta separazione tra le ramificazioni prodotte in anni successivi rendendo possibile la datazione di un determinato segmento di tessuto e dell’intero gametofito.

Pleurozium schreberi

Sphagnum sp Anche nel genere Sphagnum è possibile riconoscere, separare e datare i segmenti di crescita annuali

Hypnum cupressiforme

Pseudoscleropodium purum (sin. Scleropodium purum)

Campionamento e analisi In Italia i protocolli per il campionamento e l’analisi di tessuti vegetali sono stati raccolti nelle Linee guida pubblicate nel 1999 dall’ANPA e riferite al territorio italiano (Castello et al., 1999; Cenci, 1999; Nimis e Bargagli, 1999) La griglia di campionamento usata in ricerche su vasta scala prevede la raccolta di almeno 1,5 campioni per 1000 Km 2 anche se in regioni più piccole (p. es. la Danimarca) è stata adottata una griglia più fitta. E’ anche possibile adottare un disegno di campionamento soggettivo piuttosto che una rigida griglia predefinita, specialmente quando questa non riflette la variabilità ambientale introdotta da fattori ecologici o antropici (Bargagli, 1998). I campioni vanno raccolti in aree esposte all’impatto diretto delle precipitazioni, dal suolo o dalle superfici piane di ceppi di legno in decomposizione situati nelle chiarie di boschi o coltivi ad almeno cinque metri dall’albero più vicino. La concentrazione di elementi delle briofite epifite è generalmente più alta delle specie epigee, e mostra inoltre una maggiore variabilità; tuttavia rimane l’unico approccio possibile, assieme ai trapianti, in molte aree urbane o industriali.

I siti di campionamento dei muschi dovranno essere situati ad almeno 300 m da strade o abitazioni e georeferenziati; andranno inoltre registrati l’altitudine, il regime delle piogge e una descrizione del sito; in ogni sito, inoltre, andranno raccolti da 5 a 10 sottocampioni della specie indagata entro un’area di campionamento di 50 x 50 m.I siti di campionamento dei muschi dovranno essere situati ad almeno 300 m da strade o abitazioni e georeferenziati; andranno inoltre registrati l’altitudine, il regime delle piogge e una descrizione del sito; in ogni sito, inoltre, andranno raccolti da 5 a 10 sottocampioni della specie indagata entro un’area di campionamento di 50 x 50 m. E’ preferibile inoltre raccogliere i muschi nello stesso stato fenologico, in tarda primavera - estate indossando guanti monouso di polietilene preventivamente lavati e senza utilizzare strumenti metallici.E’ preferibile inoltre raccogliere i muschi nello stesso stato fenologico, in tarda primavera - estate indossando guanti monouso di polietilene preventivamente lavati e senza utilizzare strumenti metallici. Il campionamento non va mai effettuato durante la pioggia. E’ inoltre importante, in tutti i passaggi del protocollo di campionamento ed analisi, evitare contaminazione del materiale vegetale con oggetti metallici. Dopo la raccolta il materiale va trasferito in laboratorio e ripulito molto accuratamente dal materiale estraneo o dai tessuti morti.Il campionamento non va mai effettuato durante la pioggia. E’ inoltre importante, in tutti i passaggi del protocollo di campionamento ed analisi, evitare contaminazione del materiale vegetale con oggetti metallici. Dopo la raccolta il materiale va trasferito in laboratorio e ripulito molto accuratamente dal materiale estraneo o dai tessuti morti. In H. splendens si utilizzano i fusticini corrispondenti agli ultimi tre anni; nelle specie in cui non è possibile determinare l’età dei gametofiti, verranno utilizzati per le analisi solo i fusticini verdi o verde-bruni che corrispondono, generalmente, ad una crescita di biomassa degli ultimi tre anni.In H. splendens si utilizzano i fusticini corrispondenti agli ultimi tre anni; nelle specie in cui non è possibile determinare l’età dei gametofiti, verranno utilizzati per le analisi solo i fusticini verdi o verde-bruni che corrispondono, generalmente, ad una crescita di biomassa degli ultimi tre anni. I campioni vengono poi essiccati a 40°C in buste di carta chiuse e analizzati quanto prima o conservati sotto lo 0°C.I campioni vengono poi essiccati a 40°C in buste di carta chiuse e analizzati quanto prima o conservati sotto lo 0°C.

Il protocollo in definitiva prende in considerazione le deposizioni di elementi in traccia degli ultimi due o tre anni; inoltre un aspetto importante da considerare per generare ipotesi sulle possibili fonti di elementi in traccia, è il regime pluviometrico dei siti campionati ed in generale della regione investigata; infatti mentre le deposizioni umide apportano ai tessuti muscinali soprattutto elementi correlati al trasporto a lunga distanza, le deposizioni secche sono prevalentemente costituite da particolato proveniente da fonti locali (Bargagli, 1998). Inoltre numerosi studi hanno dimostrato che i tessuti basali più vecchi hanno concentrazioni significativamente più elevate dei germogli apicali soprattutto di elementi come Al, Fe, Cr, Mn, cioè elementi associati alle particelle di suolo e con scarsa mobilità.

Oltre al muschio, in ogni sito di campionamento, è necessario raccogliere un campione rappresentativo di suolo superficiale, per quantificare e minimizzare gli effetti della contaminazione da suolo sulla composizione elementare del campione calcolando un fattore di arricchimento o “enrichment factor” (EF) rispetto all’Al considerato come elemento identificativo del suolo (da Bargagli et al., 1995; Bargagli, 1998) secondo la formula: EF = ( Cx/CAl ) materiale vegetale ( Cx/CAl ) suolo o crosta terrestre

Tuttavia alcuni autori hanno evidenziato che un utilizzo acritico dell’EF genera false interpretazioni sull’origine naturale o antropogenica degli elementi contaminanti. In una interessante serie di lavori Reimann e de Caritat (2000; 2005) evidenziano alcuni tra i problemi metodologici principali intrinseci al calcolo dell’EF; essi includono la variabilità della composizione della crosta terrestre in ogni punto rispetto alla media globale, il naturale frazionamento degli elementi durante il loro trasferimento dalla crosta all’atmosfera attraverso processi come l’erosione o la sospensione del materiale fine, e la differente solubilità nella mineralizzazione, piuttosto blanda, utilizzata in studi ambientali.

Intrinsic Flaws of Element Enrichment Factors (EFs) in Environmental Geochemistry C L E M E N S R E I M A N N *, † A N D P A T R I C E D E C A R I T A T ‡ Environ. Sci. Technol. 2000, 34,

Ma il problema forse più serio sta nel fatto che, proprio per il modo in cui esso viene calcolato, i valori più alti di EF, vengono misurati nelle aree naturali, non tanto perché riflettono contaminazione antropogenica anche di origine remota, ma piuttosto per i bassi livelli di polvere, e quindi di Al, presenti in aree naturali. I campioni di suolo vanno essiccati a 40°C, resi omogenei e setacciati con un crivello di nylon di μm. Sia i campioni di muschio che di suolo vanno ridotti ad una polvere fine in un polverizzatore a biglie di agata e mineralizzati in acido nitrico concentrato o in una miscela di acido nitrico, H2O2, HF a caldo in un sistema a microonde sotto pressione. I metalli in traccia nella soluzione così ottenuta possono essere determinati con tecniche analitiche di assorbimento o emissione atomica mono-elementari o multi-elementari

La spettrofotometria di assorbimento atomico è una tecnica analitica impiegata per la determinazione sia quantitativa che qualitativa di ioni metallici in soluzione. ionisoluzione Il principio chimico-fisico su cui si basa questa tecnica è il fatto che i livelli energetici atomici sono discreti, pertanto le transizioni elettroniche permesse per eccitazione radiativa (hv) sono caratteristiche per ogni atomo; ciò implica che ogni atomo avrà il suo spettro di assorbimento caratteristico e identificabile. livelli energeticiatomo La spettroscopia di emissione atomica, spesso indicata con l'acronimo AES dall'inglese Atomic emission spectroscopy o OES (Optical emission spectroscopy), è una tecnica spettroscopica di emissione utilizzata in analisi chimica. Essa sfrutta la somministrazione di energia relativamente elevata, tanto da provocare la dissociazione in atomi e l'eccitazione di quest'ultimi. In base alla lunghezza d'onda emessa è possibile risalire alla specie incognita, dato che gli spettri di ciascuna sostanza sono caratteristici, mentre misurando l'intensità dell'emissione si può effettuare anche l'analisi quantitativa.acronimoinglesespettroscopicaemissioneanalisi chimica energia atomieccitazionelunghezza d'ondaspettrianalisi quantitativa