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Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10077/4584

Title: Studi su gasteropodi terrestri come potenziali bioaccumuli per metalli pesanti ed idrocarburi policiclici aromatici nella provincia di Trieste
Authors: Pignolo, Giulia
Supervisor/Tutor: Barbieri, Pierluigi
Co-supervisor: Mazzatenta, Andrea
Issue Date: 21-Apr-2011
Publisher: Università degli studi di Trieste
Abstract: Questa tesi mira a fornire, attraverso dati di monitoraggio sul campo ed esperimenti effettuati in condizioni controllate, elementi per valutare se alcuni gasteropodi terrestri possano essere utilizzati come indicatori per la contaminazione da metalli pesanti ed idrocarburi policiclici aromatici del suolo e dell'aria con particolare riferimento a tipologie di contaminazione ambientale presenti nella Provincia di Trieste. La letteratura scientifica ha già evidenziato l’applicabilità di questo approccio in alcune situazioni ambientali, ma non risultano disponibili studi approfonditi sulle modalità di bioaccumulo e sulle diverse tipologie di contaminazione in prossimità di industrie siderurgiche e siti contaminati costieri. Nel presente lavoro, è stata studiata la contaminazione di suoli superficiali e le ricadute di emissioni atmosferiche al suolo con i gasteropodi terrestri polmonati delle specie Cornu aspersus (O.F.Muller, 1774) ed Eobania vermiculata (O.F.Muller, 1774). In particolare, è stato affrontato lo studio della specie Eobania vermiculata in qualità di bioaccumulatore di metalli e idrocarburi policiclici aromatici per la prima volta, non essendoci della letteratura a riguardo. Inizialmente si sono svolte le seguenti indagini: 1. valutazione delle specie di chiocciole presenti in regione Friuli Venezia Giulia (dalle Alpi orientali all’Adriatico settentrionale) per capire quale specie fosse adatta a questa ricerca. E' stata riorganizzata e sistemata la collezione di molluschi terrestri del Museo Civico di Scienze Naturali di Trieste. Il lavoro ha comportato la sistemazione e ricollocazione di 1500 specie di chiocciole nell'archivio malacologico del Museo; la creazione di un data base dal quale si sono individuate le chiocciole presenti sul territorio regionale meglio rappresentate nella collezione; 2. indagini bibliografiche sull'attitudine dei gasteropodi terrestri ad accumulare metalli pesanti ed idrocarburi policiclici aromatici a seguito di contatto cutaneo col suolo, ingestione della vegetazione o del suolo, dell’acqua ed inalazione dell’aria. Inoltre, sono sufficientemente stanziali per poter fornire delle informazioni sulla contaminazione di un'area. 3. determinazione delle specie presenti nel sito contaminato oggetto di studio. Dopo queste considerazioni la ricerca è proseguita con la messa a punto di una procedura per la determinazione dei metalli e degli IPA tramite ICP ottico e Gas Cromatografia accoppiata a Spettrometria di Massa e per verificare la significatività del quantitativo di contaminanti bioaccumulati. A tale scopo sono state raccolte chiocciole autoctone della specie Cornu aspersus in due siti di studio. E’ stata scelta la specie Cornu aspersus anche a fronte delle precedenti valutazioni. La prima area considerata è un sito costiero, noto come “Acquario”, ubicato nel Comune di Muggia (Trieste) e costituito da un imbonimento con terre da scavo, in cui è stata identificata una contaminazione da metalli e idrocarburi policiclici aromatici; da metà degli anni novanta del secolo scorso fino all’autunno 2010, è stato sostanzialmente abbandonato ed esposto ad un’azione di weathering significativa. Il secondo sito, si trova a Trieste, in prossimità di un impianto siderurgico, la Ferriera di Servola, che è stata riscontrata come fonte emissiva di idrocarburi policiclici aromatici, metalli pesanti e altri inquinanti. E' stata eseguita una caratterizzazione del suolo superficiale (0-0,20 m ) per verificare le concentrazioni di metalli pesanti e degli idrocarburi policiclici aromatici. Le concentrazioni rilevate di piombo, zinco, manganese e nichel nei due siti sono superiori secondo il livello di screening ecologico indicati dall’agenzia per l’ambiente americana (US-EPA, 2005). Le concentrazioni di questi metalli sono tali per cui l'US-EPA afferma la possibilità di un effetto tossico per gli invertebrati del suolo. Nel sito Acquario, l'analisi del suolo superficiale ha evidenziato una contaminazione di IPA in base alle concentrazioni soglia di contaminazione per lo scenario residenziale del D.Lgs 152/2006. I livelli di screening ecologici per gli invertebrati dell’US-EPA non si riferiscono ai congeneri pesanti degli IPA, dal benzo[a]antracene al benzo[ghi]perilene, ma solo in riferimento ai mammiferi e all’avifauna. Per quanto riguarda la tossicità per gli invertebrati del suolo, l'EPA riporta il valore del pirene, la cui concentrazione rilevata nel sito Acquario si avvicina al limite proposto dall'agenzia. Le chiocciole autoctone, della specie Cornu aspersus, nel sito Acquario hanno evidenziato una concentrazione maggiore a carico dell’epatopancreas per i metalli Cd, Pb e Zn, mentre il Cu, che ha anche funzioni fisiologiche, presenta valori relativamente elevati nel piede. Invece, dall'analisi degli IPA è emerso che nelle chiocciole campionate presso la Ferriera prevalgono gli IPA a medio-basso peso molecolare, come naftalene, acenaftene e tra i congeneri più pesanti spicca il benzo[g,h,i]perilene. Nell’indagine condotta sulle chiocciole del sito Acquario, invece, si sono trovate concentrazioni anomale di un congenere ad alto peso molecolare, il dibenzo[a,h]antracene. Questa differenza è stata spiegata in quanto a Servola è presente una significativa fonte attiva di IPA, la cokeria. Le emissioni in atmosfera delle attività siderurgiche oltre che impattare sulla qualità dell’aria ambiente possono avere effetti su suoli ed acque a causa delle ricadute di polveri contenenti metalli pesanti e idrocarburi. Nelle emissioni, in genere, si rileva una maggior abbondanza dei policiclici più leggeri. Nel sito Acquario la contaminazione è dovuta all’interramento di terreno in parte contaminato, in cui gli inquinanti, gli IPA in particolare, possono subire processi di attenuazione e degradazione naturale ad opera di microorganismi che degradano e rimuovono prevalentemente gli IPA più leggeri, mantenendo inalterati quelli più pesanti, come ad esempio il dibenzo[a,h]antracene. La ricerca è proseguita con degli esperimenti di esposizione di chiocciole di allevamento, presupposte "pulite" allo scopo di capire la ripartizione dei contaminanti nella chiocciola (epatopancreas, piede e corpo) e i tempi di accumulo. Nel sito Acquario e in prossimità della Ferriera di Servola è stato costruito un recinto in plastica, in cui sono state rilasciate le chiocciole della specie Cornu aspersus. L'obiettivo è stato quello di valutare l'uptake dei contaminati per ingestione della vegetazione e contatto cutaneo col suolo. E' stata studiata anche un'altra specie, Eobania vermiculata, per valutare la capacità di accumulo e poterla utilizzare in sostituzione a Cornu aspersus, di cui la raccolta in ambiente naturale è regolamentata dalla legge regionale n.16 del 5 dicembre 2008. Dopo un periodo di esposizione di 60 giorni si è osservata una grande variabilità fra le repliche indipendenti dei campioni di chiocciole, indicando una notevole eterogeneità nell’assunzione degli inquinanti. L'analisi statistica dei dati ha però permesso di individuare delle differenze significative nell'accumulo dei metalli pesanti e degli IPA tra epatopancreas, piede e corpo. E' stato osservato che la chiocciola Cornu aspersus rispetto ad Eobania vermiculata è in grado di concentrare un quantitativo maggiore di Zn, Ni, Fe e Mn nell'epatopancreas. Mentre le due specie non presentano una differenza significativa nell’accumulo di Cd e Pb. Questo fa presupporre che sia Cornu che Eobania abbiano modalità molto simile di accumulo e di uptake dei metalli all’interno del proprio corpo. Infatti, entrambe si possono definire degli organismi macroconcentratori (BAF >2) per Cd, Cu e B e deconcentratori (BAF<1) verso gli altri metalli analizzati, Pb, Zn, Mn, Fe, Al, Cr e B. Inoltre, la specie Eobania vermiculata è stata esposta sia nel sito Acquario che a Servola; in quest’ultimo sito, ha evidenziato un accumulo maggiore di Cd e Pb a prova di una concentrazione non trascurabile e biodisponibile presente nel suolo e nella vegetazione. Si è visto anche dall'analisi delle feci che questa specie ha anche una buona capacità di eliminare il Pb. E’ stato osservato anche che, i metalli fisiologici boro, ferro, manganese e alluminio, come il rame, sono per lo più presenti nel muscolo pedale o nel corpo delle chiocciole. Per quel che riguarda gli IPA, nel sito Acquario ne è stata determinata la concentrazione in pool di esemplari di Cornu aspersus esposte. E’ stato difficile verificare un effettivo accumulo in quanto le chiocciole fornite dall'allevamento presentavano valori di alcuni IPA superiori rispetto a quelli che si sono registrati a seguito della sperimentazione. In particolare, si è verificato accumulo significativo del pirene nell'epatopancreas. Si è quindi, verificato che i congeneri di medio–basso peso molecolare (3 e 4 anelli) sono presenti nell’intera chiocciola, mentre quelli con peso molecolare maggiore (5-6 anelli) si concentrano quasi esclusivamente nell’epatopancreas. Successivamente si è effettuato uno studio per valutare il bioaccumulo di inquinanti aereodispersi mediante un esperimento di esposizione controllata in prossimità della cokeria dell’impianto siderurgico della Ferriera di Servola. In studi precedenti, ARPA (2005), Falomo (2009) e Di Monte (2009) è stato appurato che la qualità dell’aria in prossimità dell’impianto è alterata da emissioni di IPA e di polveri con evidenza di deposizioni al suolo. Le chiocciole della specie Eobania vermiculata sono state esposte in due tipologie di gabbie, escludendo il contatto col suolo, per monitorare l’assunzione dei metalli e degli IPA. Sono state utilizzate piccole gabbie con le pareti aperte che permettono un ricircolo dell’aria e la deposizione delle polveri di granulometria medio-grossolana, costituenti la cosiddetta frazione sedimentabile del particolato totale sospeso (PTS) e gabbie con pareti chiuse che riducono la deposizione del particolato atmosferico. Inoltre, è stato utilizzato un campionatore passivo del PMx e un campionatore passivo (“quadrello”) per il campionamento degli IPA aerodispersi. Dall’analisi delle chiocciole si è constatato che è stato maggiore l’apporto dei metalli Cd, Pb, Zn, Cr, Ni, Mn, B assunti a causa della deposizione delle polveri all’interno delle gabbie aperte in prossimità della Ferriera è stato maggiore di quello nel sito di controllo presso l’Università di Trieste. L’analisi degli IPA nei quadrelli ha appurato che le concentrazioni a Servola sono maggiori di quelle del sito di controllo e i valori elevati del fattore arricchimento indicano che i fenomeni di deposizione delle polveri avvengono in maniera non trascurabile. Nelle chiocciole esposte a Servola, si è constatato un accumulo significativo di fluorene, fenantrene, antracene e in particolare del benzo[e]pirene. Tuttavia, la concentrazione degli IPA anche nelle chiocciole poste nel sito di controllo è comunque non trascurabile e ciò riconduce ad un inquinamento di tipo urbano diffuso (riscaldamento, traffico veicolare, etc…). In considerazione del maggior accumulo degli idrocarburi policiclici aromatici più leggeri e volatili, si è approfondita la valutazione dei possibili effetti biologici dell’inalazione mediante lo studio del tessuto olfattivo nelle chiocciole della specie Eobania vermiculata, impiegata nell’esperimento precedente. Lo studio del tessuto olfattivo è particolarmente importante per conoscere e capire quello dei mammiferi in quanto possiede molte somiglianze e può spiegare come un inquinante può agire nell’uomo (Chase, 1986). Mediante colorazione tricromica si è appurato che le chiocciole esposte a Servola presentavano un notevole ispessimento dello strato muciparo e del tessuto olfattivo rispetto agli esemplari del sito di controllo presso l’Università. Questo ha confermato quanto osservato da Lemaire e Chase (1998) che affermarono che le sostanze aerodisperse molto irritanti provocano un ingrossamento del tessuto epiteliale e una maggior produzione di muco. Nella seconda parte della tesi si è approfondito lo studio dell'accumulo degli IPA mediante uptake per ingestione e contatto cutaneo del suolo, in condizioni controllate in laboratorio, impiegando chiocciole Cornu aspersus. Non risultando operativamente semplice contaminare suoli con policiclici aromatici in maniera sicura e controllata, grazie alla collaborazione con il Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali dell’Università di Udine, si è valutato il bioaccumulo di IPA in suoli trattati con biochar, carbonella vegetale, che può apportare composti policiclici, per una concentrazione pari a 100t/ha, compatibile con quella che alcuni agronomi propongono l’incorporazione nei suoli per aumentare la sostanza organica e quindi far sì che il biochar funzioni come sequestratore di CO2 (Steinbeis et al., 2009). Recenti studi indicano come vi sia un bioaccumulo di IPA in anellidi esposti a terreno trattato con biochar, per cui si è valutata la significatività dell’esposizione per contatto anche nel caso di molluschi terrestri. Lo studio degli IPA si è focalizzato sui congeneri acenaftene, fluorene, fenantrene, antracene, fluorantene e pirene, in quanto le concentrazioni degli IPA più pesanti misurate nelle chiocciole e nei suoli si sono sempre mostrate inferiori ai limiti di rilevabilità analitici e alle concentrazioni soglia di contaminazione per scenari residenziali normati per i suoli dal D.Lgs 152 del 2006. E’ stato appurato che nel suolo trattato con biochar, la concentrazione degli IPA è rimasta stabile nel’arco della sperimentazione, a differenza del suolo di controllo che per quanto sia un suolo artificiale, costituito in parte da torba, privo di una fauna microbica naturale ha presentato fenomeni di attenuazione della contaminazione da IPA nel tempo. Il biochar infatti è un materiale relativamente stabile, poroso e potenzialmente un buon adsorbente per contaminanti organici nei suoli. Si è visto che l’accumulo nelle chiocciole è avvenuto a carico del resto del corpo le cui concentrazioni degli IPA aumentano man mano che aumenta il periodo di esposizione. Questo indica che gli IPA leggeri, presenti anche nel suolo artificiale di controllo (torba, caolino e sabbia) siano biodisponibili per i gasteropodi e vengono assorbiti per contatto cutaneo, mentre quelli pesanti, qualora presenti, rimangono adsorbiti sulla tipologia di biochar considerata e non contaminano significativamente il biota. Quindi, si ha evidenza che in condizioni di laboratorio, una concentrazione proposta da Steinbeis (2009), ovvero di 100t/ha, per l’incorporazione nei suoli superficiali di biochar/carbonella vegetale finemente suddivisa, non rappresenta un rischio di contaminazione da idrocarburi policiclici pesanti per le chiocciole della specie Cornu aspersus. In conclusione, si è visto che l’impiego di gasteropodi terrestri, arricchisce la base informativa su cui fondare valutazioni sul destino dei contaminanti e sulle interazioni tra contaminanti e biota, fornendo un utile complemento a metodi di valutazione ambientale più consolidati. Infatti, nel lavoro di tesi si è evidenziato come l’impiego di molluschi terrestri consenta di valutare il trasferimento di inquinanti quali metalli ed IPA da suoli ed aria ambiente ad organismi invertebrati, in siti della Provincia di Trieste in cui è stata riportata la presenza di contaminanti. Si è avuta conferma che, in termini generali, l’epatopancreas è l’organo in cui si ritrovano le massime concentrazioni di contaminanti e si desume che l’uptake dei metalli avvenga per ingestione della vegetazione e/o del suolo. E’ stato appurato mediante degli esperimenti di esposizione di esemplari non contaminati di Cornu aspersus che questa specie è in grado di accumulare nei propri tessuti il piombo e il cadmio in quantità maggiori alla specie Eobania vermiculata. Si è anche verificato che l’assunzione dei contaminanti può avvenire per inalazione di particolato aereodisperso in tempi relativamente brevi considerando la capacità respiratoria delle chiocciole. In particolare, l’esposizione all’aria in condizioni controllate è stata utile per verificare il bioaccumulo di alcuni IPA, in quanto nelle chiocciole si è rilevata la presenza di benzo[e]pirene, isomero relativamente più stabile del benzo[a]pirene, in prossimità dell’impianto siderurgico della Ferriera di Servola. Infine, con l’esperimento di esposizione al biochar si è potuto constatare che gli IPA leggeri vengono anche assunti in modo non trascurabile per contatto cutaneo col suolo e quindi non solo per ingestione.
PhD cycle: XXII Ciclo
PhD programme: METODOLOGIE DI BIOMONITORAGGIO DELL'ALTERAZIONE AMBIENTALE
Description: 2009/2010
Keywords: biomonitoraggio suolo
aria
gasteropodi
metalli
IPA
cornu aspersus
eobania vermiculata
siti contaminati
Main language of document: it
Type: Tesi di dottorato
Doctoral Thesis
Scientific-educational field: CHIM/12 CHIMICA DELL'AMBIENTE E DEI BENI CULTURALI
NBN: urn:nbn:it:units-9081
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