BIOMONITORAGGIO

Il monitoraggio dell'inquinamento dell'aria è una delle problematiche più complesse nel campo della salvaguardia ambientale. Nonostante siano presenti molte leggi che prevedono limitazioni sulle concentrazioni degli inquinanti al suolo, la quantità di essi in atmosfera è ancora molto elevata, e probabilmente in alcuni casi è destinata ad aumentare. Una delle principali cause di questo fenomeno è l'incremento demografico e quindi tutte le attività a esso connesse.

Una misura puramente strumentale dell'inquinamento dell'aria non permette di rilevare gli effetti che ha esso sugli ecosistemi.

Il biomonitoraggio invece permette di stimare gli effetti biologici dell'inquinamento. Le tecniche di biomonitoraggio producono dati biologi:

misure di biodiversità;
misure di variazioni nell'assetto morfologico, fisiologico o genetico degli organismi;
misure delle concentrazioni di sostanze negli organismi.

Il biomonitoraggio non utilizza gli organismi come centraline,né fornisce stime di una non meglio definita qualità dell'aria: esso misura deviazioni da condizioni normali di componenti degli ecosistemi reattivi all'inquinamento, utili per stimare gli effetti combinanti di più inquinanti sulla componente biotica.

Il biomonitoraggio non è alternativo rispetto a quello strumentale, ma è un campo di ricerca autonomo, che può fornire informazioni importanti per il monitoraggio dell'inquinamento, individuando possibili zone a rischio e ottimizzando la localizzazione degli strumenti di misura.

Ci sono diverse tecniche di biomonitoraggio: bioindicazione e bioaccumulo; l'indice di biodiversità lichenica.

Proprio di quest'ultima ci occuperemo in modo più dettagliato.

Caratteristiche generali dei licheni

I licheni sono organismi simbionti composti generalmente da un partner fungino generalmente ascomicete e da un'alga verde.

La simbiosi tra alga e fungo risulta vantaggiosa per entrambi gli organismi: il fungo usufruisce delle sostanze organiche prodotte dalla fotosintesi dell'alga, mentre quest'ultima riceve dal fungo protezione, acqua e sali minerali.

Proprio grazie a questa unione i licheni, i licheni sono in grado di vivere in ambienti diversissimi tra loro, anche quelli caratterizzati da condizioni di vita estreme,dove, da soli, fungo e alga non potrebbero sopravvivere.

La parte esterna del lichene, quella che solitamente si vede sulle cortecce degli alberi, viene definita tallo.

Partendo poi dalla superficie superiore si osservano:

strato corticale, costituito da cellule fungine caratterizzate da una robusta parete cellulare con pigmentazione gialla, aranciata, grigia o verde;
strato gonidiale, formato da alghe unicellulari, i gonidi, luogo di attività fotosintetica;
strato midollare, ottenuto da un fitto intreccio di ife con ampi spazi interposti.

I licheni si possono poi a loro volta dividere,a seconda della forma del tallo, in cinque classi:

licheni crostosi: sono caratterizzati da un tallo strettamente aderente al substrato. I talli possono essere continui, areolati (suddivisi in areole piatte), verrucosi (areole convesse), peltati (areole con margini ascendenti attaccate per un punto centrale), leprosi (di aspetto pulverulento costituiti da una massa indifferenziata di ife e alghe), placodiomorfi;

Lichene crostoso del genere calendariella

licheni squamulosi: sono una variante dei licheni crostosi, il cui tallo è costituito da squamule ascendenti, o da verruche fortemente convesse raggruppate in cuscinetti (talli bullati);
licheni fogliosi: è costituito da lobi più o meno appiattiti e il tallo è facilmente asportabile, solitamente la loro superficie superiore differisce, per grandezza,da quella inferiore. Le dimensioni dei lobi variano da pochi mm ad alcuni cm;
licheni fruticosi: il tallo si sviluppa tridimensionalmente, ed è formato da ramificazioni (lacinie) a sezione piatta o circolare. Il portamento può essere eretto oppure pendente, in alcuni casi da un tallo primario crostoso o squamuloso si dipartono delle strutture sub erette, di forma variabile;

Lichene foglioso del genere parmelia

licheni gelatinosi: sono i licheni crostosi, fogliosi o fruticosi, il cui fotobionte è un cianobatterio, presentano generalmente un colore scuro e una consistenza gelatinosa allo stato umido, mentre appaiono rigidi e fragili in condizioni disidratate.

La riproduzione nei licheni può avvenire in due modi: moltiplicazione vegetativa e riproduzione sessuata.

La moltiplicazione vegetativa avviene tramite frammentazione del tallo, dove l'alga si riproduce attivamente solo per via agamica. La riproduzione sessuata interessa esclusivamente il fungo e avviene tramite la produzione e la dispersione di spore, contenute in strutture sacciformi dette aschi.

Licheni come bioindicatori

I licheni sono molto sensibili agli stress ambientali, specialmente per quanto riguarda l'inquinamento.

I primi studi sui licheni, come possibili bioindicatori risalgono al secolo scorso, ma solo da alcuni decenni sono stati assunti come pratica di biomonitoraggio, grazie alla loro disponibilità di effettuare misure dirette dell'inquinamento, indispensabili per quantificare le relazioni tra concentrazione atmosferica di sostanze dannose e risposta biologica.

Nel biomonitoraggio dell'inquinamento atmosferico, i licheni, permettono di realizzare indagini ambientali complete. Essi infatti possono essere utilizzati sia come bioindicatori (associando determinate quantità di disturbo ambientale a variazione del loro aspetto esteriore) sia come bioaccumulatori (sfruttando la loro capacità di assorbire sostanze dall'esterno).

Le alterazioni indotte dall'inquinamento atmosferico sui licheni, si possono manifestare a tre differenti livelli:

fisiologico, con generale depressione della fotosintesi e della respirazione cellulare (per danneggiamento della clorofilla, nonché un'evidente riduzione della fertilità);
morfologico, con evidente scolorimento e modificazione della forma del tallo. In generale avvicinandosi alle sorgenti inquinanti si assiste ad un progressivo peggioramento delle condiziona di salute del lichene;
ecologico, con generale diminuzione della copertura di specie e alterazioni della comunità lichenica.

Grazie alle loro caratteristiche morfologiche e fisiologiche i licheni possono insediarsi su vari tipi di substrati: sui tronchi, sui rami degli alberi (licheni epifiti), su superfici rocciose (licheni sassicoli), sul terreno (licheni terricoli), si possono poi anche insidiare su asfalto, cemento, tegole e cuoio.

I licheni sopravvivono bene a temperature comprese tra meno 20°C e più 70°C, una volta disidratati prove di laboratorio hanno dimostrato che sono in grado di vivere anche a temperature molto drastiche comprese tra meno 196°C e più 100°C.

Nonostante tutto questo, la maggior parte dei licheni, preferisce ambienti caratterizzati da temperature miti ed elevata umidità atmosferica, tipici delle zone a clima oceanico.

Rilevamento

Per eseguire un rilevamento su una corteccia, secondo il metodo di Nimis del 1999 modificato, abbiamo bisogno di un reticolo di campionamento costituito da quattro sub unità, ciascuna formata da una serie lineare di cinque quadrati di 10x10cm.

La parte inferiore di ciascuna unità deve essere posta all'altezza di un metro dalla superficie del suolo, questa regola può essere leggermente modificata in zone particolarmente aride e in centri urbani, dove spesso la copertura lichenica è ristretta alla base degli alberi, e quindi è permesso andare al disotto di un metro dal suolo; le nostre misure sono state effettuate tutte all'altezza di 1 m dal suolo.

I quattro elementi della griglia vanno posti in corrispondenza dei quattro punti cardinali nord, sud, ovest, est. Anche in questo caso è permesso fare uno strappo alla regola in caso di malformazioni del tronco o zone poco idonee al rilevamento, si può eseguire una rotazione di 20° in senso orario.

Per permettere una ripetizione della rilevazione nella scheda-stazione vanno annotati per ogni albero:

esatta localizzazione dell'albero, utilizzando un sistema satellitare (GPS);
altezza dal suolo della base del reticolo;
esatta posizione di ogni sub unità di un reticolo.
Vanno annotate sulla scheda-stazione tutte le specie licheniche presenti, il numero di volte che si presentano, il colore, le dimensioni e possibili danneggiamenti quali decolorazione, necrosi ecc...

Durante una rilevazione è auspicabile evitare di danneggiare un lichene posto all'interno del campo di rilevazione. Per ogni unità di campionamento vanno rilevati da un minimo di tre ad un massimo di dodici alberi.

GPS

Abbiamo detto che per ripetere l'esperienza dobbiamo conoscere con precisione il luogo in cui andiamo ad effettuare la rilevazione, per questo usiamo un sistema satellitare GPS.

Le stazioni riceventi GPS sono in grado di stimare la propria posizione tridimensionale attraverso un numero ripetuto di misurazioni delle distanze rispetto ad almeno quattro satelliti.

Per ridurre le limitazioni di precisione, che erano state introdotte dal ministero della Difesa dagli Stati Uniti, è stato introdotto il sistema differenziale DGPS, basato sull'utilizzo di un ricevitore addizionale, denominato "stazione base", collocato in una posizione di coordinate note, stabilite con precisione attraverso accurate misurazioni geotopografiche.

Attraverso il sistema DGPS si realizza un significativo miglioramento dell'accuratezza, circa dieci volte maggiore rispetto al normale GPS, ma questo comporta un notevole aggravio dei costi sia per la gestione delle strumentazioni fisse e mobili, che per la necessità di personale qualificato.

Operando in zone sufficientemente aperte, dove sia possibile ricevere i segnali di quattro satelliti, gli errori planimetrici possono essere contenuti entro 25 m, mentre per la determinazione delle quote essendo l'errore superiore di 2-3 volte quello planimetrico, è preferibile far ricorso a buon altimetri tarati con frequenza. Nel nostro caso gli errori planimetrici sono sempre stati inferiori a 10 m, mentre non abbiamo rilevato le altitudini.

Elaborazione dei dati

Il valore di biodiversità lichenica della stazione di campionamento è stimato statisticamente sulla base dei valori rilevati nella stazione stessa.

Il primo passo è sommare le frequenze delle specie rilevate su ciascun albero.

Poiché è prevedibile una sostanziale differenza di crescita sui diversi lati del tronco, le frequenze vanno tenute separate per ciascun punto cardinale.

Per ciascun albero si otterranno quattro somme di frequenze (BLnord, BLsest, BLsud, BLovest).

In ciascuna stazione si effettueranno le seguenti operazioni:

sommare, per ciascun rilievo, le frequenze di tutte le specie;
sommare le biodiversità licheniche di tutti i rilievi realizzati nello stesso punto cardinale e dividere per il loro numero;
sommare le biodiversità dei quattro punti cardinali.

Montaggio del retino in viale Buon Pastore

Biomonitoraggio ambientale a Modena

Abbiamo seguito la metodica della S.L.I. modificata nel 2003, utilizzando stazioni di 3/5 tigli, alberi a corteccia subacida, di dimensioni opportune, (minima circonferenza 60 cm), con un'inclinazione del tronco non maggiore di 10° e privi di evidenti difetti. Il reticolo applicato è formato da una griglia di 5 quadrati di 10x10 cm, applicata ad una altezza di 1m da terra ad ogni punto cardinale.

Abbiamo scelto una trentina di stazioni, dal centro alla periferia, inserendo anche una frazione a sud, Baggiovara e due stazioni nel comparto ceramico. Le uscite di rilevamento sono state effettuate nei mesi di dicembre 2003, febbraio e marzo 2004 e sono tutt'ora in corso. I risultati del calcolo dell'IBL sono stati ottenuti sommando le frequenze licheniche dei singoli punti cardinali dello stesso albero e poi calcolandone la media. Si è calcolata infine la media degli alberi della stazione. In alcuni casi abbiamo potuto prelevare parte del tallo lichenico e a scuola lo abbiamo analizzato al microscopio e con i reattivi KOH, HClO e p-FENILENDIAMMINA, che ci hanno permesso di classificare i licheni tramite la consultazione delle chiavi di classificazione ufficiali.

Stazione di via Piersanti Matarella (centro comm.le Rotonda)

Risultati

Stazione	Localiz. cittadina	Coord. Geografiche	IBL	Qualità dell'aria	Colore
1	Vle. Muratori, ang. largo S. Francesco	N 44° 38'539 E 10° 55'277	9	Alterazione alta	rosso
2	V.le N.Fabrizi, dietro teatro Storchi	N 44° 38'596 E 10° 55'879	12	alterazione alta	rosso
3	V.le Gramsci dalla Rotonda	N 44° 39'360 E 10° 55'879	27	alterazione media	arancio
4	V. Nonantolana dav. Parco 22 aprile	N 44° 39,198 E 10° 56,265	25	alterazione media	arancio
5	V. Cervino slargo dav.28-64	N 44° 39,452 E 10° 56,845	14	alterazione alta	rosso
6	V. Emilia ovest dav. Parco Ferrari	N 44° 39,188 E 10° 54,630	14	alterazione alta	rosso
7	V. Galaverna dav. Bar e di fronte	N 44° 39,297 E 10° 54,495	25	alterazione media	arancio
8	V. Buon Pastore Incrocio C.Sigonio	N 44° 38,381 E 10° 55,350	26	alterazione media	arancio
9	V. Buon Pastore incrocio v.le Amendola	N 44° 38,008 E 10° 55,198	10	alterazione alta	rosso
10	V. Conco n° civ. 25,44,61	N 44° 37,716 E 10° 55,036	45	alterazione bassa	giallo
11	V. Emilio Po vic. v. Beneventi	N 44° 38,972 E 10° 53,974	34	alterazione bassa	giallo
12	V. Nobili/ferrovia La Comm.	N 44° 39,008 E 10° 53,592	36	alterazione bassa	giallo
13	V. P.S.Matarella da centro Comm.	N 44° 37,280 E 10° 55,520	54	naturalità media	verdino
14	V. C.A.dalla Chiesa parco ciclab.50,52	N 44° 37,137 E 10° 55,731	52	naturalità media	verdino
15	Parco Sc. Rodari dietro fermata bus	N 44° 37,302 E 10° 56,017	53	naturalità media	verdino
16	V.Giardini 645 alberi sulla strada	N 44° 37,969 E 10° 54,082	31	alterazione bassa	giallo
17	V. Giardini 785 da incrocio v.Panni	N 44° 37,760 E 10° 53,907	29	alterazione media	arancio
18	V. Tamburini da incrocio v. Sassi	N 44° 38,142 E 10° 55,126	35	alterazione bassa	giallo

Conclusioni

Ci sembra di poter affermare che esiste una buona correlazione (inversa) tra zona ad intenso traffico ed IBL (ovviamente più basso), come mostrano i valori delle prime 9 stazioni monitorate, situate attorno al centro cittadino o in zone di elevatissimo traffico come le stazioni n°16 e n°17. Le stazioni 13, 14 e 15 sono invece situate tutte in zona periferica, vicino ad un centro commerciale costruito 15 anni fa, ma con traffico non elevato la 13, sul retro di una zona residenziale la 14 e vicino ad una scuola con un ampio parco la stazione n°15 . Abbiamo notato nelle zone con qualità peggiore dell'aria anche ridotte dimensioni dei talli lichenici e condizioni di sofferenza interna, o di scarsa pigmentazione: i generi prevalenti Physcia e Physconia, con alcune Lecanore. Nelle stazioni con qualità dell'aria migliore le dimensioni dei talli sono decisamente maggiori, con presenza anche di generi come Xantorie e più esigenti quali le Parmelie.

Abbiamo potuto consultare un unico studio di biomonitoraggio eseguito dall'ARPA di Modena nel 1994, 1997 e 2002, relative a 10 stazioni con specie diverse di alberi (pioppo, olmo, noce), che si estendono dal centro cittadino verso la zona nord-est, dove è situato l'inceneritore. Si evidenzia un progressivo miglioramento della presenza lichenica nel tempo, in relazione alle diminuite emissioni di SO₂ dai combustibili utilizzati per il riscaldamento e per i trasporti. Nei prossimi anni vorremmo poter continuare il monitoraggio per riuscire a confermare questa tendenza, pur con alcune necessarie riflessioni: una diminuzione della SO₂ non ha portato ad una contemporanea diminuzione di NO_x, ancora piuttosto elevati, e soprattutto sono in aumento, dai dati delle centraline ARPA, le polveri sottili, inquinanti la cui correlazione con la crescita lichenica non è stata completamente chiarita. Certo nelle zone "peggiori" sono prevalenti specie "nitrofile", cioè; tolleranti nei confronti degli NO_x, quali Physcia o Physconia. Le polveri potrebbero avere invece un effetto eutrofizzante, trasportando sui talli sali di ammonio quaternario.