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Il contributo intende discutere dell’efficacia delle api quali bioindicatori alla scala urbana per l’implementazione di un sistema di monitoraggio a supporto delle attività di pianificazione territoriale e di smartness ambientale. Più precisamente, utilizzando i risultati delle analisi melissopalinologiche relative ai mieli prodotti in alcuni apiari dislocati in aree diverse della città di Torino, si procede dapprima a dimostrare l’utilità dei dati rilevati sul “campo” dalle api per la verifica e l’integrazione delle informazioni derivabili dal Catasto del verde comunale relativamente alla presenza delle diverse varietà botaniche. Di seguito si provvede all’elaborazione di un progetto di localizzazione potenziale degli apiari urbani per la predisposizione di un’efficace rete urbana di biomonitoraggio ambientale. Il lavoro è interamente condotto con uso di strumenti GIS allo scopo di definire una metodologia operativa facilmente trasferibile. The paper will discuss the effectiveness of the bees as bioindicators for the implementation of a monitoring system for support to spatial planning activities and environmental smartness at the urban scale. More precisely, using the results of melissopalynological analysis relating to honey produced in some apiaries placed in different sites of the Turin city, we will first proceed to demonstrate the usefulness of data collected in the “field” by bees for testing and integration of information derived from the Registry of the urban green spaces about the presence of different botanical varieties. Below we will elaborate a potential localization project of urban apiaries for the preparation of an effective network of urban environmental biomonitoring. The work is entirely carried out with use of GIS tools in order to define an easily transferable operational methodology.

Gli studi di biomonitoraggio attivo e passivo di elementi in traccia basati sul lichene epifita Pseudevernia furfuracea sono molto numerosi ma caratterizzati da una importante eterogeneità metodologica: si è ritenuto perciò opportuno procedere alla sua caratterizzazione mediante la revisione critica di 62 lavori di rilevanza nazionale e internazionale. I dati di contenuto elementare derivanti dal processo di revisione, integrati da quelli ottenuti dalla campagna di campionamento condotta in Italia nel 2014/15 dagli autori, sono stati raccolti in 3 dataset distinti, rispettivamente per (i) talli nativi raccolti in aree di background (BG), (ii) talli nativi utilizzati in studi di biomonitoraggio passivo (P), e (iii) talli trapiantati (T). Il confronto inter-dataset effettuato su 25 elementi tramite test non parametrici ha evidenziato valori significativamente inferiori per il dataset BG, proposto come riferimento preliminare per studi di biomonitoraggio a livello europeo. Al fine di fornire dei valori di riferimento nazionali relativi a macroaree omogenee e per analizzare le relazioni tra variabili ambientali e contenuto elementare baseline, i siti di raccolta sono stati caratterizzati in ambiente GIS in termini di antropizzazione, uso del suolo, clima e litologia. Una cluster analysis della matrice “siti di raccolta  elementi” (62  43) ha consentito l’identificazione di 3 gruppi di siti omogenei per i quali sono stati forniti i valori di background nazionale. La predittività delle variabili ambientali sul contenuto elementare baseline è stata testata tramite Principal Component Regression: una PCA della matrice “siti di raccolta  variabili ambientali” (62  13) ha permesso di utilizzare combinazioni lineari delle variabili di partenza in modelli di regressione multipla applicati al contenuto dei 43 elementi analizzati. I modelli hanno prodotto risultati statisticamente significativi per molti elementi litogenici ma non per elementi di origine antropica.

L'accurata identificazione degli organismi acquatici è una prerogativa fondamentale per le ricerche applicate alla biodiversità o al biomonitoraggio delle acque. In questo lavoro, viene presentata una panoramica sulle potenzialità applicative e la relativa efficacia dell'approccio DNA barcoding in due casi di studio distinti: 1) l'identificazione delle specie di Efemerotteri, un gruppo tassonomico chiave per il biomonitoraggio dei corpi idrici in tutto il mondo; 2) la variabilità genetica di due specie ittiche, Engraulis encrasicolus e Sardina pilchardus presenti in alcuni prodotti commerciali come il bianchetto. L'obiettivo finale è quello di creare una banca dati regionale che progredisca a scale nazionale e continentale come base statisticamente valida in grado di permettere misurazioni ripetute di biodiversità con una risoluzione sufficientemente utile a monitorare l’ecologia delle acque sia marine che dolci. Il metodo Barcoding è stato applicato a 39 specie di Efemerotteri e 44 individui delle due specie marine. La discriminazione dei campioni e l'identificazione delle specie sono stati valutati attraverso l’identità o la similarità aplotipica, la verifica del barcoding-gap tra specie, le stime della monofilia e la corretta congruenza specie/sequenza sulle banche dati di riferimento disponibili. Il potere risolutivo dei dati ottenuti è stato discusso utilizzando strumenti statistici come Spider, un pacchetto di R, Ptp (Poisson Tree Proess) e dendrogrammi generati da specifici strumenti bioinformatici. Sia per gli Efemerotteri che per le due specie ittiche sono stati raggiunti elevati livelli di identificazione specifica con tutte le metodologie utilizzate. Pertanto, il DNA barcoding si è dimostrato uno strumento utile per migliorare la ricerca tassonomica degli Efemerotteri del Mediterraneo, ponendo l’attenzione sulla presenza di eventuali specie criptiche da verificare con strumenti e tecniche più approfondite ed evidenziando la necessità di aggiornare le attuali conoscenze per questo gruppo tassonomico. E’ stato quindi testato un approccio di metabarcoding ambientale per questi due casi di studio attraverso la tecnica Next Generation Sequencing, per verificarne l’efficienza ai fini del monitoraggio biologico e commerciale. I risultati ottenuti hanno evidenziato la capacità della tecnica nel rilevare una buona parte dei taxa presenti in una comunità naturale, anche se la presenza di alcune distorsioni evidenziate in tutte le library richiederà ulteriori esperimenti e modifiche ai disegni sperimentali. Questo nuovo sistema di informazioni (eDNA), opportunamente impostato ed integrato con una banca dati di riferimento locale e con descrittori di habitat ecologici, potrebbe migliorare gli sforzi di gestione sulla conservazione degli ecosistemi acquatici fornendo la precisione necessaria per attuare programmi di valutazione della qualità delle acque. Accurate identification of aquatic organisms is a fundamental prerogative to research applied to water biodiversity and biomonitoring. In this work, an overview of the potential applications and the relative effectiveness of the DNA barcoding approach on two distinct case studies is presented: 1) the identification of the species of Ephemeroptera, a key taxonomic group for biomonitoring of water bodies worldwide; 2) the genetic variability of two fish species, Engraulis encrasicolus and Sardina pilchardus, components of some commercial products such as “bianchetto”. The final objective is to set up a regional database that progresses to national and continental scales as a statistically sound basis for cost efficient and repeated measurements of biodiversity, with sufficient resolution to be useful to monitor marine and fresh-water ecology. The barcoding method was applied to 39 Ephemeroptera species and 44 individuals of the two marine species. Sample discrimination and species identification were investigated by evaluating haplotype identity and similarity, intra-/interspecific genetic distances, optimal identification of barcoding gap thresholds, estimates of species monophyly and comparative species matches on available reference libraries. The resolving power of the obtained data was discussed in the light of statistical tools such as Spider R-package, Ptp (Poisson Tree Processes) and dendrograms generated by specific bioinformatics tools. For both Ephemeroptera and the two fish datasets, high levels of species identification were achieved with all the used methodologies. In particular, DNA barcoding showed to be a powerful tool to improve the taxonomic research of Mediterranean Ephemeroptera, further indicating the occurrence of potential cryptic species and highlighting the need for more in-depth studies aimed at updating the current knowledge for this taxonomic group. Finally, a DNA metabarcoding approach on environmental samples (eDNA) for the two case studies was tested to verify its efficiency for biomonitoring and market quality control through the Next Generation Sequencing approach. The obtained results demonstrated the ability of the technique to detect a large proportion of the taxa present in a natural community, although the presence of some distortions was highlighted. This methodology, althoguh highly promising, will therefore require further experiments and modifications to the experimental designs for a routine application. This new information system (eDNA), properly set and integrated with a local reference database with descriptors of ecological habitats, could improve management efforts on the conservation of aquatic ecosystems, providing the accuracy required to implement the evaluation programs of water quality. Dottorato di ricerca in Ecologia e gestione delle risorse biologiche

Il cambiamento climatico è un argomento complesso, urgente ed è da considerarsi una delle sfide più impegnative a cui è esposta l’umanità. L’elevato consumo pro capite di energia e di materiali oltre all’uso sempre più ampio delle risorse, contribuiranno ad aumentare (i) i livelli di temperatura, (ii) la distribuzione spazio-temporale dei fenomeni piovosi e (iii) l’inquinamento in molte aree urbane, soprattutto nel bacino del Mediterraneo. Tutti questi fenomeni strettamente intrecciati richiedono sistemi di monitoraggio sempre più sofisticati ed efficienti. Il presente lavoro si inserisce nell’ampio quadro degli studi finalizzati a caratterizzare il funzionamento e le prestazioni degli organismi in siti chiave di alcune città modello oltre che il loro ruolo per un possibile miglioramento ambientale. Questa tematica è stata sviluppata secondo due linee di ricerca: 1) la caratterizzazione della risposta allo stress foto-ossidativo a livello fisiologico e biochimico di alberi di Quercus ilex L. posti all’interno di aree verdi di Trieste; 2) aspetti peculiari dell’ecofisiologia del lichene epifita Flavoparmelia caperata (Ach.) Hale mediante analisi di laboratorio e di pieno campo. Nel primo caso, sono stati analizzati fattori legati ai principali sistemi antiossidanti (enzimatici e non) coinvolti nella detossificazione delle specie reattive dell’ossigeno (ROS), composti responsabili dei meccanismi di osmoregolazione e marker d’integrità dell’apparato fotosintetico nelle sue componenti fisiologiche e biochimiche. Dai risultati ottenuti, è possibile evidenziare come l’adattamento all’inquinamento e all’antropizzazione si manifesti nei vari siti secondo meccanismi differenti. Nel sito di Miramare, si registrano i più alti livelli di ROS totali, acido abscissico (ormone coinvolto nella regolazione stomatica ed osmotica) e saccarosio, documentando così una spiccata senescenza. Al contrario, nel sito di Roiano sono stati riscontrati i valori più bassi di fenoli liberi, suggerendo come le foglie, in virtù di una ridotta elasticità cellulare e di una maggiore capacità di raggiungere il turgore anche in presenza di ridotti contenuti di acqua, siano in grado di adattarsi meglio a condizioni ambientali non ottimali. Nel secondo caso, è stata condotta una serie di analisi di laboratorio su trapianti lichenici volte ad approfondire le tempistiche di attivazione degli apparati fotosintetici in presenza di differenti condizioni di conservazione (e.g. umidità relativa, UR) ed estrazione (lavaggi sequenziali in acetone puro). Si è proceduto alla messa a punto di procedure più idonee per il campionamento e alla stesura di protocolli sperimentali per la determinazione dei livelli delle specie reattive dell’acido tiobarbiturico e dei pigmenti fotosintetici. Dai risultati ottenuti, è possibile osservare come UR di 76% o 90% e le modalità di trattamento pre-stoccaggio non determinano sostanziali alterazioni a carico dell’indice di perossidazione lipidica, sebbene l’essiccazione tenda a ridurre il contenuto di xantofille. Il materiale esposto al 100% di UR subisce una marcata perossidazione lipidica accumulando più carotenoidi a seguito del congelamento. Quanto riportato conferma che i diversi regimi di UR possono influire sulle risposte fisiologiche di F. caperata e sull’attivazione di meccanismi di difesa. Tali metodiche sono state applicate a campioni trapiantati che sono stati esposti in tre successive stagioni (inverno 2014, estate 2014 ed estate 2015) in due città che si caratterizzano per regimi di temperatura, UR e piovosità e fonti di inquinamento atmosferico ben differenziati.

Pseudevernia furfuracea è un lichene epifita protagonista di diversi studi metodologici volti alla standardizzazione della tecnica dei trapianti. Nonostante il suo ampio utilizzo nel biomonitoraggio attivo dei metalli, non esistono studi specifici sui valori di “background” di elementi in traccia. A questo scopo, con la collaborazione della Società Lichenologica Italiana, è stata condotta una campagna di campionamento su larga scala per la valutazione di tali valori tramite l’analisi di talli direttamente raccolti sul territorio nazionale, superando di fatto un approccio “review-based”. Il materiale, proveniente da 59 siti, è stato sottoposto a spot test per l’identificazione delle varietà della specie. A seguire, sono stati effettuati controlli a campione tramite TLC e spot test per confermare i risultati delle analisi preliminari. Le concentrazioni di 53 elementi sono state misurate in 362 repliche da 1 g (280 appartenenti alla var. furfuracea e 82 alla var. ceratea) tramite ICP-MS. Un approccio statistico multilivello ha permesso di affrontare diversi aspetti legati alla variabilità della composizione elementare della specie. L’esplorazione multivariata dei dati ha evidenziato pattern geografici e contesto-dipendenti nella composizione baseline del lichene, attribuibili per lo più a peculiarità pedo-litologiche e meteoclimatiche. I campioni dei siti centromeridionali hanno mostrato similarità su larga scala, con valori di concentrazione elevati per molti elementi litofili; l’analisi dei campioni alpini ha invece evidenziato una discreta variabilità su scala spaziale ristretta: in particolare, è stato possibile identificare alcune località nelle Alpi orientali caratterizzate da valori baseline particolarmente bassi rispetto ai livelli nazionali, plausibilmente a causa delle elevate precipitazioni medie annue. Alcuni siti in provincia di Sondrio hanno invece mostrato valori elevati per alcuni elementi di interesse ambientale (As, Co, Cr, Ni e V), suggerendo una contaminazione di origine antropica potenzialmente legata a fenomeni di trasporto su lunga distanza. I risultati non hanno confermano la recente ipotesi di una diversa composizione baseline delle varietà, suggerendo invece che, qualora osservate, differenze inter-varietali in talli prelevati negli stessi siti, possano essere attribuite a caratteristiche morfologiche con un’influenza diretta sulla capacità di intrappolamento del particolato (e.g. presenza di isidi, complessità dell’architettura dei talli e loro localizzazione sui forofiti). La meta-analisi di dati pre- e post-esposizione riportati in studi basati sulla tecnica dei trapianti ha reso possibile quantificare la variabilità dei nuovi dati rispetto a quanto riportato in letteratura per questa specie. Tale confronto ha evidenziato un pattern caratterizzato da trend differenti per diversi gruppi di elementi: (i) As, Co, Na, Pb e Sb, con valori di concentrazione bassi sul territorio nazionale; (ii) Al, Cr, Fe, Hg, Mg, Ni e Ti, con livelli confrontabili nella maggior parte delle località, ad eccezione di alcuni siti caratterizzati da valori più elevati; (iii) Ba, Ca, Cd, Cu, Mo e Zn, con livelli confrontabili sul territorio, ad eccezione di alcuni siti hotspot eterogeneamente distribuiti e (iv) K, Mn e Se, con livelli in genere elevati, ad eccezione dei siti caratterizzati dai più bassi valori di background.

Il lavoro ha lo scopo di fornire i valori baseline di 53 elementi per le due varietà del lichene epifita Pseudevernia furfuracea presenti in Italia, var. furfuracea e var. ceratea. Il materiale è stato campionato tra l’estate 2014 e l’inverno 2015 in 59 siti di 12 regioni italiane in ambienti naturali o prossimo-naturali. In 7 aree è stato possibile effettuare raccolte lungo transetti altitudinali compresi tra 1200 e 2200 m s.l.m. Nella maggioranza dei siti sono stati prelevati almeno 30 talli prediligendo substrati omogenei per evitare potenziali differenze di accumulo a carico di taluni elementi. Durante la fase di campionamento sono state registrate informazioni integrative riguardanti forofita, litologia, altitudine e distanza da eventuali strade, aree industriali o altre fonti potenziali di inquinamento d’origine antropica. In laboratorio i campioni delle due varietà sono stati separati mediante spot test e quindi a seguire sono stati effettuati controlli a campione tramite spot test e TLC per confermare i risultati delle analisi preliminari. Da ciascun tallo sono state prelevate le parti distali delle lacinie (15-25 mm), che sono state polverizzate e quindi sottoposte a digestione mediante acido nitrico e acqua regia. Il contenuto elementare è stato misurato tramite ICP-MS su 5 repliche di 1 g ciascuna per ciascun sito e per ciascuna varietà (quando possibile). Per 20 siti si fornisce un confronto accoppiato del contenuto elementare nelle due varietà, dimostrando che esse non differiscono in maniera significativa tranne per pochi elementi. I campionamenti hanno inoltre reso possibile caratterizzare la distribuzione delle due varietà sia in senso altitudinale che latitudinale, confermando che la var. ceratea ha una distribuzione molto più limitata rispetto alla var. furfuracea, che è decisamente più eurioica e relativamente comune anche a bassa quota.

The effects of cement consolidated phosphogypsum (PG) on marine organisms was investigated under natural conditions in four 1000 m2 estuarine ponds. Two ponds were seeded with 160 kg of PG arranged in aggregations of blocks and two ponds received similar mass of sand/cement blocks. Meiofauna were sampled quarterly and PG did not affect total meiofauna or major taxa (nematodes and copepods) density. Abundant species of copepods either were slightly increased in ponds with PG or were inconsistently affected. All ponds were drained after one year. Three species of macroinvertebrates and 15 species of fishes were collected. Diversity indices showed modest but inconsistent variation among ponds. Only Pond 1 (control) and Pond 4 (experimental) had similar species abundances and all ponds showed unique distributions of biomasses among species. Thus, no differences in community structure attributable to the presence of PG could be detected among benthic invertebrates, natant invertebrates, or fishes.

Simultaneous assessment of epiphytic lichen diversity by teams from six European countries, following the procedures defined in the recently adopted European standard, revealed several sources of error (e.g. location of plot, selection of trees, identification of taxa). Routine training and further improvement of Standard Operating Procedures (SOPs) are suggested to boost the harmonization process of the European guidelines, which promises to be an effective tool for standardizing the assessment of lichen diversity. © 2014 Elsevier Ltd.

The aim of this work was to study: 1) the welfare in breeders of clam (Venerupis philippinarum and Venerupis decussata) using different biomarkers (cortisol, stress oxidative biomarkers, detoxification enzymes); 2) the reproduction and the larval development of these molluscs. The first study evaluated the variation of cortisol in clams subjected to the following stress conditions: anoxia and fasting. The study evidenced a tendency in the increase of cortisol in the animals under anoxia and a decrease in the animals under fasting conditions. In a successive work was evaluated the general morphology and the oxidative stress response in clams sampled at different sites of the Venice Lagoon. The histological evaluation revealed the presence of the parasite Perkinsus olseni in animals from all sites, with an intense immunitary response of the hosts. The hemocytes, that participate at the infiammatory response, showed an intense immunopositivity to several antibodies of the oxidative stress. The bivalve molluscs are often used as biondicator of environmental pollution, so we decided to evaluate the expression of two genes involved in the detoxification process of xenobiotics, in animals treated with different concentrations of benzo(a)pyrene. The expression of GSTr evidenced a significant increase of mRNA in the animals treated with the highest dose, but the analysis of CYP4 expression did not evidence differences among treatments. In treated animals, the histopatological analysis revealed an increase of a particular type of cells involved in the detoxification process of molluscs called brown cells. In the second part of the work we investigated about the reproduction of these bivalves using an histological approach to evaluate the gonad maturation and a radioimmunoassay method to analyse the sex steroids variation. The steroids progesterone, 17β-estradiol and testosterone resulted involved in the gonad maturation of the clams. The histological analysis revealed a different time of maturation of the two species of clams. The study of the larval development revealed useful information about the larval management.

L'applicazione delle metodologie di biomonitoraggio delle deposizioni di elementi in traccia mediante licheni è sempre più diffusa sia a livello nazionale che internazionale. In Italia tali metodologie, pur non essendo previste esplicitamente dalla legislazione vigente, sono saltuariamente introdotte in procedimenti di VIA e AIA su indicazione di enti locali o territoriali e in passato sono state utilizzate anche in alcuni delicati casi di contenzioso ambientale. A loro supporto esiste una vasta letteratura scientifica, e delle linee guida, mentre mancano dei protocolli riconosciuti dagli enti di normazione. Questa situazione ha suggerito la necessità di intraprendere un iter di normazione per sviluppare protocolli che uniformino le fasi di progettazione ed esecuzione delle campagne di biomonitoraggio, gli strumenti per l’interpretazione dei dati e che tutelino coloro che li applicano. Questo intervento si prefigge di descrivere lo stato dell’arte sul bioaccumulo in licheni autoctoni e trapianti, evidenziando i limiti e i punti di forza delle nostre conoscenze scientifiche e delle metodologie attualmente applicate. Si ritiene che questa fase di analisi critica, che richiede l’apporto di tutti coloro i quali hanno acquisito esperienze in questo settore, sia da completarsi necessariamente prima o almeno contemporaneamente all’inizio del confronto con gli specialisti individuati dall’ente europeo di normazione (CEN) per l’esame del testo in corso di definizione.

Coastal lagoons are constantly subjected to releases of chemical pollutants, and so organisms may be exposed to such toxicants. This study investigated through a multivariate approach the physiological status of bivalve Ruditapes philippinarum, farmed in Sacca di Goro lagoon. Biomarkers at different levels of biological organization (catalase, superoxide dismutase, genotoxicity, reburrowing behavior) were evaluated at three sites exposed to different environmental conditions. A seasonal trend was observed, and micronucleus frequency was significantly lowest at the relatively pristine reference site. Enzymatic activity toward oxyradicals be quite efficient since variations in responsiveness were not consistent. However, behavioral impairment was observed in reburrowing rates. Sediment concentrations showed low PAH levels and high natural levels of trace metals Cr and Ni. DistLM statistical analysis revealed a non-significant relationship between selected biomarkers and xenobiotics. Therefore other potentially toxic compounds in admixture at low doses may be involved in driving differing spatial distribution of physiological impairment.

The development of benthic quality indices for European lakes is hindered by the lack of information concerning some lake types and some anthropogenic pressures. Most information is from northern European lakes stressed by acidification and from deep lakes subjected to eutrophication; for other lake types (Mediterranean for example) and for other pressures (hydromorphological alteration, toxic stress) there is practically no information about the response of benthic macro-invertebrates; this hinders the possibility of an inter-calibration of the indices among the MS in EU. In the present communication some benthic quality indices are proposed considering the littoral, sublittoral and profundal zones in small and large lakes from the Alpine region in response to eutrophication above all. The samples available were collected with grabs or by scuba divers in different years since 1950. The indicator taxa which prevailed in these lakes were chironomids and oligochaetes; so these taxa were used above all to develop the indices. The indices were validated using different databases. At present the analysis of the response of benthic macroinvertebrates to other pressures is still in embryo.

2007/2008 Il lavoro svolto per il conseguimento del Dottorato di Ricerca mira allo sviluppo di metodiche originali per la determinazione di microinquinanti organici nell’ambiente che possano essere applicate in piani di monitoraggio ambientale su larga scala. Sono state impiegate metodiche analitiche innovative e processi di accumulo e bioaccumulo per mappare la distribuzione ambientale di contaminanti chimici pericolosi ed identificare aree esposte a stress ambientali su cui focalizzare interventi di gestione. Le attività sono state svolte in stretta collaborazione con il Dipartimento Provinciale di Trieste dell’Agenzia Regionale per la Protezione dell’Ambiente del Friuli Venezia Giulia (ARPA FVG). Tale circostanza ha orientato il lavoro verso lo sviluppo di metodologie caratterizzate da economia operativa, sia in termini di tempi d’esecuzione, che di costi e semplicità d’uso. Questo perché i metodi di riferimento richiedono spesso procedure lunghe e/o costose, difficili da affrontare da parte di organi di controllo su cui gravano carichi operativi routinari elevati. In dettaglio il lavoro è stato articolato in due filoni principali distinti. Il primo studio riguarda lo sviluppo di un metodo di analisi di composti organostannici in ambiente marino. Tali sostanze (in particolare il tributilstagno) sono state impiegate per decenni come additivi antivegetativi nelle pitture navali e ad esse è stato attribuito un effetto come modulatori endocrini (endocrine disruptors) su organismi marini. Tra gli effetti più noti di queste sostanze c’è il fenomeno dell’imposex nei gasteropodi marini, ossia l’imposizione di caratteri maschili su individui femmine. Gli attuali metodi di riferimento sono difficoltosi soprattutto in termini di preparazione dei campioni, impedendo così la pianificazione di monitoraggi su larga scala per valutare la presenza ed il bioaccumulo di queste sostanze nell’ecosistema marino. Tali informazioni sono fondamentali per lo sviluppo di modelli interpretativi che mettano in relazione la presenza di questi stressori ambientali con alterazioni fisiologiche negli organismi che ne vengono a contatto. Sono state messe a punto ed ottimizzate delle metodiche automatizzabili ed accurate per la determinazione del tributilstagno e dei suoi prodotti di degradazione in acque, sedimenti e biota, sfruttando la microestrazione in fase solida (SPME) accoppiata alla gascromatografia con rivelazione di massa. Le metodiche sono state validate attraverso l’analisi di materiali di riferimento certificati e la partecipazione, con risultati molto positivi, a circuiti di calibrazione interlaboratorio di livello internazionale. Il metodo applicato alle matrici biologiche è stato testato su ecosistemi della regione Friuli Venezia Giulia, confermando di essere veloce e sensibile e fornendo il territorio di un presidio di controllo efficace anche per questi contaminanti, i cui effetti sull’uomo non sono ancora stati approfonditi. Il secondo studio è stato basato sull’identificazione di metodi di screening tramite campionatori passivi per valutare la presenza di Idrocarburi Policiclici Aromatici aerodispersi nell’ambiente terrestre. Tali inquinanti hanno un’elevata rilevanza ambientale in quanto sono composti praticamente ubiquitari, alcuni dei quali, tra cui il benzo[a]pirene, sono ritenuti carcinogenici o mutagenici. I campionatori passivi, dal costo contenuto e di facile preparazione, consentono di ottenere informazioni sulla presenza di IPA a seguito dell’esposizione per qualche settimana in aria ambiente, presentando il vantaggio di non necessitare né di pompe di aspirazione né di allacciamento alla corrente elettrica. Come bioaccumulatore è stato utilizzato l’Hypnum cupressiforme, specie di muschio già ampiamente utilizzata come accumulatore di metalli grazie alla sua ampia diffusione sul territorio italiano e che si è dimostrato efficiente anche nei confronti degli IPA. Parallelamente è stato sviluppato in maniera innovativa l’impiego di una matrice sintetica costituita da fibre di polietilentereftalato (dacron). La capacità di accumulo delle due matrici è stata testata in alcune sessioni di campionamento, nelle quali campioni di muschi e di dacron sono stati esposti contemporaneamente in due siti della città di Trieste. È stata determinata la ripetibilità dei campionatori passivi ed i dati sono stati confrontati con le concentrazioni di PTS (particolato totale sospeso) ottenute dai campionatori attivi dell’ARPA FVG. Entrambe le matrici si sono rivelate adatte per il monitoraggio di IPA aerodispersi. I Quadrelli (nome dato ai campionatori costituiti da dacron) sono in grado di accumulare una quantità maggiore di IPA in rapporto al loro peso mentre il muschio presenta una migliore capacità di accumulo in rapporto alla superficie esposta. Il muschio, inoltre, ha evidenziato una migliore ripetibilità dei dati ed una migliore correlazione con i dati di IPA ottenuti dall’analisi del particolato totale sospeso. Muschio e Quadrelli sono stati utilizzati per impostare una prima mappatura della provincia di Trieste e della sua zona industriale, fornendo risultati confrontabili ed evidenziando come le maggiori criticità siano legate alle sorgenti antropiche presenti nella parte meridionale della provincia. Dall’esperienza maturata nel corso del lavoro è emersa la necessità di utilizzare, nelle campagne di monitoraggio, griglie di campionamento particolarmente fitte per ottenere il maggior numero di dati utili per l’elaborazione di mappe di distribuzione dettagliate. Questo è possibile grazie al basso costo dei campionatori testati e al fatto che non necessitano né di allacciamenti elettrici né di manutenzione durante la fase di esposizione. Le griglie di monitoraggio basate su campionatori passivi sono un ottimo strumento per integrare le reti di monitoraggio istituzionale, basate su sistemi normati di campionamento attivo (come ad esempio il PM10), estendendo a costi contenuti la base di dati su cui imperniare misure di gestione ambientale. XXI Ciclo 1976

2007/2008 Gli Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA), generati da processi di combustione o dispersi a seguito di sversamenti di petroli, risultano essere tra i microinquinanti organici più diffusi nell’ambiente. Essi sono spesso veicolati dal particolato atmosferico emesso da sorgenti in cui avvengono combustioni incomplete, quali motori presenti in autoveicoli o navi, sistemi di riscaldamento, impianti industriali. Le emissioni possono quindi contaminare il comparto atmosferico e le deposizioni secche o umide di particolato aerodisperso trasferiscono gli inquinanti a suoli, specchi d’acqua e indirettamente ad organismi viventi. Un ulteriore elemento di possibile criticità ambientale è associato ai residui solidi della combustione (es. ceneri pesanti), che possono contenere vari microinquinanti, tra cui gli idrocarburi policiclici aromatici, che hanno un potenziale tossico e cancerogeno, e che nel passato sono stati smaltiti sul territorio in discariche non sempre adeguatamente costruite e gestite. Lo studio sviluppato per la preparazione della presente tesi riguarda un ambito territoriale costiero, compreso tra Trieste e Muggia, in cui insiste – accanto a sorgenti comuni e diffuse quali il traffico auto-veicolare e portuale, impianti di riscaldamento e attività industriali quali un cementificio ed un inceneritore – una sorgente di idrocarburi policiclici aromatici di una certa rilevanza, costituita da una cokeria che è parte dell’impianto siderurgico a ciclo integrale situato nel rione di Servola, a Trieste. Il processo di distillazione del carbone, in particolare quando avviene in modo imperfetto ed in impianti di vecchia concezione, è una sorgente emissiva di contaminanti che non permette il rispetto degli standard ambientali nella sua prossimità, in particolare per quel che riguarda gli IPA e il particolato aerodisperso. Un significativo lavoro di caratterizzazione ambientale nella prossimità dell’impianto è stato eseguito dall’Agenzia Regionale per la Protezione dell’Ambiente del Friuli Venezia Giulia, che mette in atto campagne di monitoraggio istituzionale. Il presente lavoro, svolto nell’ambito del dottorato di ricerca, si è posto l’obiettivo di fornire informazioni complementari ed integrative al quadro ambientale disponibile, mettendo a punto procedure analitiche e di campionamento robuste che consentano di integrare i dati generati dalla ricerca universitaria con quelli prodotti dagli organi istituzionali di controllo ambientale. Una prima serie di campagne di indagini, svolta tra febbraio e luglio del 2006, ha consentito di determinare le concentrazioni di IPA nelle polveri fini, campionando per la prima volta il PM2.5 nel territorio giuliano, in un sito urbano a Trieste e in un sito posizionato lungo la costa, sottovento, rispetto ai venti prevalenti, alla zona industriale e portuale, che è potenziale sorgente di inquinanti organici persistenti. Le concentrazioni di PM2.5 risultano più critiche rispetto ai valori obiettivo di quanto lo sia il PM10 rispetto ai limiti vigenti. Sono stati determinati gli IPA nel PM2.5, in collaborazione con ARPA-FVG, evidenziando situazioni comparabili e non critiche rispetto al valore obiettivo per le concentrazione di benzo[a]pirene in atmosfera, con sporadici sforamenti rispetto alla media annuale di 1ng·m-3. È stata rilevata una marcata stagionalità nelle concentrazioni di IPA, con valori relativamente elevati in inverno e molto bassi in estate. La presenza di maggiori concentrazioni di ossidanti in atmosfera nel periodo estivo, attesa ad esempio per l’ozono, può giocare un ruolo, non ancora esplorato, nell’abbassare le concentrazioni di IPA nel particolato. È stata quindi messa a punto, presso i laboratori universitari, una procedura di trattamento dei campioni – basata sull’estrazione accelerata con solvente e su uno stadio di purificazione dell’estratto – e di analisi degli IPA in gas cromatografia accoppiata alla spettrometria di massa, che ha consentito di indagare, con modeste modifiche, matrici diverse provenienti da vari comparti ecologici. La validità della filiera analitica è stata verificata con la determinazione delle concentrazioni di IPA in matrici certificate (mitili liofilizzati SRM2977, sedimento di porto di acqua dolce BCR535, fango di impianto di trattamento BCR088) e con un'intercalibrazione con i laboratori ISPRA, ARPA-FVG ed INCA di Marghera per le analisi sul particolato atmosferico. Nella seconda serie di indagini si sono eseguiti monitoraggi nell’arco di otto mesi del 2007, campionando gli IPA aerodispersi totali (su filtro per le polveri totali sospese e su schiuma poliuretanica per la frazione più volatile), PM10 e PM2.5 in prossimità del perimetro dell’impianto siderurgico presente nel rione di Servola a Trieste ed in un sito relativamente remoto identificato nei pressi dell'Università. La caratterizzazione sperimentale della contaminazione da IPA aerodispersi ha permesso di identificare nella cokeria una sorgente di IPA molto rilevante. Si sono determinate concentrazioni totali di benzo[a]pirene (BaP) aerodisperso (nelle immediate vicinanze della Ferriera quasi sempre oltre il valore obiettivo medio annuale di 1ng·m-3) e di IPA totali, che risultano mediamente 100 volte superiori a quelli misurati presso l'Università (presso la quale non si sono mai registrati valori critici). Si è potuto mostrare anche come i profili di concentrazione degli IPA nei due siti (distanti quasi cinque chilometri) siano molto simili; contributi da altre sorgenti (es. emissioni tipicamente urbane come traffico veicolare e riscaldamento domestico/aziendale) non risultano marcatamente evidenti nel periodo di osservazione considerato. Anche a seguito dei risultati della seconda campagna, sono stati implementati degli adeguamenti per diminuire le emissioni incontrollate dall’impianto. Una validazione dei risultati sperimentali conseguiti durante tale campagna di monitoraggio è stata effettuata grazie ad un interconfronto in cui sono stati coinvolti i laboratori dell'Agenzia Nazionale per la Protezione dell’Ambiente e per i servizi Tecnici (ora ISPRA), dell'ARPA Friuli Venezia Giulia, del Consorzio Interuniversitario INCA di Marghera e dell’Unità di Ricerca in Chimica Ambientale dell’Università. I risultati dell'interconfronto hanno confermato la buona qualità delle metodologie di campionamento e analisi eseguite presso i nostri laboratori, dando un riscontro positivo sulle prestazioni sulle analisi di IPA nel particolato atmosferico, ma anche in fanghi e sedimenti. A seguito di ciò si sono iniziate caratterizzazioni di suoli – nell’ambito di sperimentazioni sul fitorimedio di siti contaminati da IPA – non riportate nella presente tesi. Un’ulteriore campagna di campionamenti ed analisi è stata svolta nel 2008, raccogliendo campioni di particolato atmosferico nell'area abitata di Servola, focalizzando l’attenzione sul contenuto di BaP nel particolato PM10, secondo una norma entrata in vigore con il Decreto Legislativo 152/07 pubblicato il 13 settembre 2007, che recepisce la direttiva europea 2004/107/CE e con il recepimento della norma tecnica EN 15549:2008. Ciò ha comportato una ritaratura delle metodiche di campionamento; in particolare sono stati scelti due siti di campionamento rappresentativi di aree abitate a Servola (“ex-Scuola” e via Pitacco) sono stati acquisiti campionatori di PM10 ad alto volume, integrando la rete di monitoraggio di ARPA-FVG con informazioni nel centro abitato prossimo all’impianto. I risultati di questa campagna di campionamento – conseguiti successivamente agli adeguamenti impiantistici della Ferriera – evidenziano come nelle aree prese in esame le situazioni di criticità riscontrate nelle precedenti campagne non vengano registrate; si verificano ancora sforamenti del valore limite di PM10 di 50μg·m-3, ma gli sforamenti al valore obiettivo di BaP di 1ng·m-3, sono molto più sporadici (1 sforamento su 43 giornate nel sito “ex-Scuola”, e 6 sforamenti su 47 in via Pitacco). Si è ritrovata una stagionalità nell'andamento delle concentrazioni di PM10 e di BaP nell'aria, con situazioni più critiche registrate nei mesi invernali. La presenza degli IPA è stata indagata anche nel comparto marino, vicino alla sorgente industriale di IPA aerodispersi. L'indagine sul bioaccumulo di IPA in Mytilus galloprovincialis nello specchio di mare prossimo all’impianto siderurgico e al terminal petroli – finalizzata ad evidenziare l’ingresso degli IPA nelle acque costiere ed in particolare la possibile contaminazione del biota a seguito di esposizioni di breve durata (cinque mesi) – ha fornito indicazioni sulle cinetiche di bioaccumulo caratteristiche delle diverse situazioni ambientali considerate, evidenziando una situazione di criticità nei pressi dell'area industriale ed una elevata biodisponibilità degli IPA disciolti in quello specchio d'acqua. La differenziazione delle analisi in diversi organi bersaglio (epatopancreas, branchie ed il resto del corpo) e l'integrazione dei livelli di contaminazione rilevati nei tessuti con il contenuto lipidico degli stessi ha mostrato una correlazione diretta fra livello di IPA accumulati e contenuto lipidico, confermando l'epatopancreas come organo bersaglio per l’accumulo di questa classe di inquinanti idrofobici. L'utilizzo di un organismo bioaccumulatore come Mytilus galloprovincialis si è rivelato essere un utile mezzo per la valutazione del grado di contaminazione di acque marine soggette a forte pressione antropica, anche in campagne di misura di durata relativamente breve. In conclusione, grazie all'attività svolta nel presente dottorato di ricerca è stato possibile approfondire vari aspetti sull'entità della contaminazione da idrocarburi policiclici aromatici sul territorio triestino, evidenziando alcune criticità in prossimità dell'impianto siderurgico di Servola. Misure di mitigazione delle emissioni in atmosfera, attuate durante l’arco di sviluppo del lavoro qui riportato, paiono contenere significativamente la criticità correlabile alla presenza di questi cancerogeni nell’aria ambiente. IPA bioaccumulabili sono tuttavia ancora significativamente presenti nelle acque costiere antistanti l’area industriale di Servola. Gli sviluppi del lavoro qui riportato sono orientati allo studio dei processi che modificano stagionalmente le concentrazioni degli IPA nel particolato, associabili all’azione di ossidanti atmosferici, quali l’ozono, sul PMX raccolto sui filtri e sull’impiego delle metodologie di estrazione ed analisi messe a punto per lo studio della contaminazione di campioni biologici, sedimenti e terreni. Si sono iniziati studi ad esempio nel contesto della valutazione di tecniche di fitorimedio per il recupero di aree contaminate da idrocarburi policiclici aromatici e ricerche in merito all'uso di gasteropodi terrestri e marini come bioaccumulatori di IPA, per la valutazione di potenziali rischi per l’ecosistema e la salute umana in siti inquinati. XXI Ciclo 1974

2007/2008 L’obiettivo della ricerca è stato individuare i possibili effetti degli NOx, inquinanti aerodiffusi foto-ossidanti, sui licheni foliosi epifiti. Il lavoro è stato svolto con un particolare riguardo nell’individuare le modificazioni indotte a carico del processo fotosintetico del fotobionte lichenico attraverso metodi fluorimetrici. Le ricerche condotte hanno approfondito inizialmente alcuni aspetti metodologici, individuando, ad esempio, le variabili ambientali che influenzano maggiormente la capacità e l’efficienza fotosintetica di questi organismi. Successivamente, è stata disegnata una articolata sperimentazione, condotta mediante trapianti in siti urbani inquinati e non, che ha permesso di verificare gli effetti degli inquinanti aerodiffusi a concentrazioni ambientali in presenza di altri, naturali, fonti di disturbo. Questo lavoro dimostra, attraverso misure fisiologiche, che l’arido microclima urbano può essere un fattore limitante la fisiologia dei licheni e che la loro tolleranza agli NOx dipende strettamente dalla loro ecologia. XXI Ciclo 1980

Stato dell'arte sul monitoraggio della diversità vegetale; metodi di rilievo e di analisi dei dati per valutare lo stato della flora e della vegetazione allo scopo di fornire indirizzi di gestione

Monitoring of pollutants consists in the quali-quantitative determination of the presence and distribution of each pollutant and of its space- temporal deposition. Mosses and lichens are widely used as indicators and/or monitors of air contamination due to their remarkable accumulative capacity for pollutants. In the present study moss and lichen bags were exposed along Naples city streets characterised by high vehicular traffic over a period of 10-17 weeks to evaluate the space-temporal air born deposition of trace elements. The species employed were the lichen Pseudevernia furfuracea (L.) Zopf and the moss Sphagnum capillifolium (Ehrh.) Hedw., both collected in the Alpi Carniche (Northern Italy), a natural, relatively unpolluted habitat. After collection moss and lichen were extensively washed with distilled water, air dried and gently mixed to make homogeneous specimens. Aliquots of 400 mg were employed to prepare nylon bags (1 mm2 meshes). At the beginning of July 1999 the moss bags were exposed to atmospheric wet and dry depositions, at 3 to 10 meters height from soil, in 24 sites of the urban area of Naples. The study area measures 15 km2 about and is situated in the town of Naples on the west coast of southern Italy. The concentration of the elements Pb, Zn, Ni, Cu, Cr (III and VI), Sn, Co, Cd, As, V, Ti, Fe, Al, Mn, Ba, Ca, Na, K and Mg in the moss and lichen material prior and after to exposure was determined by Atomic Absorption Spectrophotometry (AAS). For most of the analysed elements the levels in the original moss and lichen material did not differ appreciably. Al, Fe, K, Mg, Mn and Ti values were found significantly higher in the moss than in the lichen. Opposite behaviour was shown by Ca and Pb. Data obtained will be used to produce deposition maps for each element and correlated to bioindication studies to provide a possible interpretation of contamination sources and trends.

Questo lavoro fa parte della seconda fase di un ampio studio di carattere metodologico sul bioaccumulo di elementi in traccia in ‘moss-’ e ‘lichen-bags’ e in materiali sintetici, che ha i seguenti obiettivi: validare i risultati della prima fase, mediante una seconda esposizione nelle stesse località e nel medesimo periodo a distanza di un anno; confrontare il comportamento dei materiali in due periodi espositivi successivi; valutare l’influenza della durata dell’esposizione; evidenziare differenze dovute alla diversa sede espositiva. Le specie usate sono il muschio Hypnum cupressiforme Hedw. e il lichene Pseudevernia furfuracea (L.) Zopf. I talli, raccolti in zone non inquinate, sono stati puliti, selezionandone solo le parti terminali, e lavati in acqua distillata; una parte del materiale è stata devitalizzata mediante trattamento termico (120° per 24 h), immersione in una soluzione di ammonio ossalato a 85° per 15 h, o lavaggi in HNO3 1N. Campioni dei materiali biologici e di due materiali sintetici (filtri in fibra di quarzo e a scambio cationico) sono stati esposti a Trieste e a Napoli su centraline di rilevamento dell’inquinamento. Il confronto fra i materiali è basato sull’analisi della concentrazione di 15 elementi determinata mediante tecniche spettrofotometriche su aliquote dei campioni prima e dopo l’esposizione; sono state analizzate anche aliquote di ciascun campione biologico esposto lavate in acqua distillata. I risultati evidenziano una maggiore capacità di accumulo dei materiali muscicoli, soprattutto quelli devitalizzati, e un generale aumento delle concentrazioni al raddoppiare del tempo di esposizione. La migliore prestazione dei muschi devitalizzati può essere spiegata in termini di aumento della superficie utile esposta e di minore concentrazione elementare pre-esposizione. Tali risultati hanno permesso alcune considerazioni critiche sull’uso di questa tecnica in studi di biomonitoraggio ambientale.

La laguna di Lesina raccoglie le acque ricche di inquinanti di origine agricola provenienti dal bacino idrografico. Infatti, nel bacino imbrifero è praticata un'agricoltura intensiva spesso al limite della sostenibilità con uso massivo di prodotti chimici. Questi prodotti spesso contengono metalli pesanti che possono essere veicolati in laguna per dilavamento dei terreni. Le lagune hanno un' elevata capacità biogenica e la produzione ittica rappresenta la principale fonte di reddito. In laguna sono presenti specie ittiche che occupano diversi livelli trofici, e a diversa velocità di accrescimento. La mazzancolla (Melicertus kerathurus) è una specie che svolge in laguna un breve periodo del suo ciclo vitale, da post-larva a 3-10 g raggiunti a fine estate, poi migra verso il mare. Nel presente lavoro sono stati analizzati, mediante spettrofotometria ad assorbimento atomico, Cr, Cd, Pb, Zn, Mn e Cu in crostacei, sedimenti e acqua prelevati in siti della laguna di Lesina a diverso impatto antropico, al fine di verificare l'accumulo e la biomagnificazione nei diversi comparti. I sedimenti sono il comparto con concentrazioni di metalli più elevati rispetto alle specie ittiche esaminate, che a loro volta hanno mostrato per alcuni elementi concentrazioni differenti rispetto ai siti di campionamento. I risultati preliminari ci permettono di affermare che è possibile utilizzare Melicertus kerathurus come indicatore di inquinamento da metalli negli ambienti lagunari.