Ecol.acqueInterne - Dipartimento di Biologia
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Taranto 2006Dott. Francesco Ambrico1
<strong>Ecol</strong>ogia FluvialeL’idea della variabilità degli ambientilotici è quella che considera ogni corsod'acqua come una serie <strong>di</strong> ecosistemi<strong>di</strong>fferenziati in funzione delle zonenaturali che esso attraversa e definiti daun insieme <strong>di</strong> cambiamenti dellecon<strong>di</strong>zioni ambientali da un ecosistemaal successivo nella <strong>di</strong>rezione dellacorrente.2
<strong>Ecol</strong>ogia FluvialeDalla sorgente alla foce variano lecaratteristiche del substrato, la portatad'acqua, la temperatura, la velocità dellacorrente, l'ossigenazione, la percentuale<strong>di</strong> nutrienti <strong>di</strong>sciolti, la durezza dell'acquae tutta una serie <strong>di</strong> zonazioni biologiche(Ghetti, 1988). L'ambiente fluviale non èlimitato al corpo idrico in sé, anche lesponde e le fasce vegetazionalicircostanti3
<strong>Ecol</strong>ogia FluvialeIn genere fattori determinanti nella<strong>di</strong>stribuzione degli organismiacquatici sono la turbolenzadell'acqua e la velocità dellacorrente ma fondamentale è anchela natura del substrato; <strong>di</strong> solito èquest'ultima che definisce lastruttura delle comunità animali evegetali4
<strong>Ecol</strong>ogia FluvialeLa struttura delle biocenosi fluviali èmolto complessa per l'intersecarsi <strong>di</strong>molti microhabitat e <strong>di</strong> aree <strong>di</strong>sovrapposizione <strong>di</strong> <strong>di</strong>verse zone oppureper i repentini cambi ambientali dovuti adazione antropica quali gli sbarramentidell'asse fluviale.Essenziale per lo stu<strong>di</strong>o dell’ecologiafluviale è la scienza dellaBIOINDICAZIONE5
La Bioin<strong>di</strong>cazioneLa bioin<strong>di</strong>cazione può esseredefinita come la scienza chestu<strong>di</strong>a gli in<strong>di</strong>catori biologici evaluta la qualità ambientaleservendosi del monitoraggiobiologico.6
La Bioin<strong>di</strong>cazioneGli organismi viventi costituiscono vali<strong>di</strong>in<strong>di</strong>catori dello stato <strong>di</strong> salute ambientalein quanto sono capaci <strong>di</strong> integrare glistimoli provenienti sia dalla componentebiotica che da quella abiotica e <strong>di</strong> tradurliin forme <strong>di</strong> adattamento (Nicolai, 1992).I bioin<strong>di</strong>catori possono essereconsiderati come quegli organismi oanche quelle reazioni <strong>di</strong> organismiutilizzati per fini pratici (Nicolai, 1992).8
La Bioin<strong>di</strong>cazionePrincipalmente l'in<strong>di</strong>catore biologico èdefinito come un taxon che con la suapresenza od assenza in<strong>di</strong>ca unadeterminata situazione dell'ambiente(Ravera, 1984) ma può essere ancherappresentato dalla struttura delle comunità,dalla <strong>di</strong>namica demografica <strong>di</strong> unapopolazione, da reazioni biochimiche <strong>di</strong>cellule o strutture subcellulari.Recentemente la letteratura internazionaleinclude nel termine <strong>di</strong> bioin<strong>di</strong>catore tutte lerisposte biologiche <strong>di</strong> una comunità chein<strong>di</strong>cano una variazione della qualitàdell'ambiente.9
La Bioin<strong>di</strong>cazioneCaratteristiche per essere un bioin<strong>di</strong>catore• essere facilmente identificabili• essere facilmente campionabili anche dalpunto <strong>di</strong> vista quantitativo• avere una <strong>di</strong>stribuzione geografica ampia econtinua (in quanto l'assenza <strong>di</strong> un taxon inuna determinata area potrebbe essereinterpretata con la presenza <strong>di</strong> inquinamento)• essere ben conosciuti dal punto <strong>di</strong> vistaecologico• accumulare spontaneamente gli inquinanti (nelcaso <strong>di</strong> bioaccumulatori)• possedere una bassa variabilità sia geneticache ecologica10
La Bioin<strong>di</strong>cazionecaratteristiche per essere unbuon bioin<strong>di</strong>catore• sensibilità conosciuta verso determinatiinquinanti• ampia <strong>di</strong>stribuzione nell’area daesaminare• scarsa mobilità• ciclo vitale lungo• uniformità genetica in tutta l’area daesaminare• presenza durante tutto l’anno11
La Bioin<strong>di</strong>cazionecaratteristiche per essere un bioaccumulatore• alta tolleranza nei confronti <strong>di</strong> determinatiinquinanti• capacità <strong>di</strong> accumulare indefinitamente gliinquinanti• ampia <strong>di</strong>stribuzione nell’aria sotto esame• scarsa mobilità• ciclo vitale lungo• nessun assorbimento <strong>di</strong> sostanze dal substrato(nel caso si intenda monitorare l’inquinamentoatmosferico)12
TITOLO DELL’OGGETTO DIDATTICO:GLI INDICATORI BIOLOGICIAUTORE: STEFANO ALLEGRUCCIE-MAIL: stefano.allegrucci@istruzione.itDESCRITTORE: AMBIENTEMOTIVAZIONE E CONTESTO DI APPLICAZIONE:l’oggetto è stato utilizzato nella prima parte del progetto;l’obiettivo principale <strong>di</strong> questa fase è stato quello <strong>di</strong> fornireuna “alfabetizzazione” propedeutica alle fase successivedella ricerca. La presenazione in questione trattava uno deicontenuti fondamentali: I BIOINDICATORI13
Itas “G.Bruno” Perugia In<strong>di</strong>rizzo BiologicoGli in<strong>di</strong>catoribiologicinelle acquedolci14
Il controllo ambientale me<strong>di</strong>antein<strong>di</strong>catori biologici (biomonitoraggio)Sebbene le tecniche <strong>di</strong> rilevamento tra<strong>di</strong>zionali, <strong>di</strong> tipo chimico efisico, siano fondamentali per un corretta analisi delle alterazionidell'ambiente, è ormai opinione <strong>di</strong>ffusa che queste, da sole, nonsiano in grado <strong>di</strong> risolvere il problema del controllo ambientaleProprio per questo, si va <strong>di</strong>ffondendo sempre più un nuovoapproccio in questo campo <strong>di</strong> indagine fondato su parametri <strong>di</strong> tipobiologicoIl rilevamento delle alterazioni ambientali me<strong>di</strong>ante parametribiologici prende il nome <strong>di</strong> biomonitoraggio e si basaessenzialmente sullo stu<strong>di</strong>o e l'interpretazione degli effetti prodottidai cambiamenti ambientali sugli organismi e sulle loro comunità15
Gli in<strong>di</strong>catori biologiciL’immissione <strong>di</strong> sostanze tossiche (fertilizzanti, pestici<strong>di</strong>,detersivi, ecc .) e più in generale la variazione dai livelliottimali dei fattori abiotici e biotici (tenore <strong>di</strong> ossigeno,salinità, temperatura, ecc.) <strong>di</strong> un ecosistema si riflettesulle <strong>di</strong>verse specie <strong>di</strong> una comunità inducendone deicambiamenti nella loro strutturaSi evidenzia in particolare la progressiva scomparsadelle specie più sensibili e l'aumento <strong>di</strong> in<strong>di</strong>vidui dellespecie più tolleranti che possono così <strong>di</strong>ventarepredominanti16
Un organismo in<strong>di</strong>catorebiologico (A) ha unostretto range <strong>di</strong> tolleranzaristretto rispetto ai valoriconsiderati ottimali per laspecie.Gli in<strong>di</strong>catori biologiciin<strong>di</strong>viduiABNormalmente gliorganismi (B) hanno unamaggior tolleranza allevariazioni ambientali enon si prestano ad essereusati come in<strong>di</strong>catoriminimooptimummassimofattore17
Gli in<strong>di</strong>catori biologici nelle acque dolciPer valutare la qualità dei corsi d'acqua, ad esempio,sono molto utilizzate le comunità <strong>di</strong> monere protisti emacroinvertebrati, comunemente presenti nelle acquee nei fondali <strong>di</strong> fiumi e torrenti ma anche <strong>di</strong> specchid'acqua stagnante.In tali popolazioni, costituite da varie specie <strong>di</strong> batteri,alghe azzurre, protozoi, insetti, crostacei molluschi,nemato<strong>di</strong>, platelminti, anelli<strong>di</strong> si è evidenziataun'ampia gamma <strong>di</strong> risposte alla presenza <strong>di</strong>contaminanti o <strong>di</strong> alterazioni fisiche nell'ambiente <strong>di</strong> vita.18
Gli in<strong>di</strong>catori biologici nelle acque dolciGli obiettivi che si possono raggiungere con l’analisi me<strong>di</strong>ante gliIn<strong>di</strong>catori Biologici sono molteplici:a) fornire un giu<strong>di</strong>zio sintetico sulla qualità complessiva dell’ambienteacquaticob) fornire un giu<strong>di</strong>zio complementare al controllo chimico-fisico emicrobiologicoc) in<strong>di</strong>viduare e quantificare gli effetti <strong>di</strong> scarichi saltuari o accidentalid) classificare i corsi d'acqua in classi <strong>di</strong> qualità lungo il profilolongitu<strong>di</strong>nalee) valutare le capacità autodepurative <strong>di</strong> un corso d’acquaf) definire i livelli <strong>di</strong> riferimento della qualità dell'ambiente su cuicommisurare nel tempo l'efficacia degli interventi risanatorig) definire il valore naturale <strong>di</strong> un determinato ambiente per una politica<strong>di</strong> protezione e conservazioneh) supportare la redazione delle carte ittiche19
Gli in<strong>di</strong>catori biologici nelle acque dolciVengono <strong>di</strong> seguito illustrati due tra inumerosi meto<strong>di</strong> <strong>di</strong> analisi ecologicadelle acque me<strong>di</strong>ante in<strong>di</strong>catori biologici:1. Il Sistema delle Saprobie2. L’In<strong>di</strong>ce Biotico Esteso (IBE o EBI)20
Il sistema delle saprobieLe saprobie sono organismi animali (saprozoi) e vegetali (saprofite)che vivono in ambienti ricchi <strong>di</strong> sostanza organica indecomposizione.Si tratta <strong>di</strong> organismi in genere microscopici e planctonici,(raramente <strong>di</strong> maggiori <strong>di</strong>mensioni o bentonici) appartenenti perlopiùai regno delle Monere e dei ProtistiVengono <strong>di</strong>stinti in quattro gruppi ciascuno caratterizzato daadattamenti a gra<strong>di</strong> <strong>di</strong>versi <strong>di</strong> inquinamento organicoOgni organismo <strong>di</strong> ciascun gruppo si comporta da in<strong>di</strong>catorebiologico in quanto poco adatto a tollerare variazioni dei fattori bioticied abiotici dell’ambiente in cui vive21
Il sistema delle saprobieIl sistema si basa quin<strong>di</strong>sull’analisi della comunitàplanctonica (batteri, algheazzurre, ciliati, flagellati,amebe ecc.) che si sviluppa avalle <strong>di</strong> un effluente organicobiodegradabilebatteriamebeAttraverso la caratterizzazionemicrobiologica (data dallapresenza <strong>di</strong> questimicrorganismi in<strong>di</strong>catori delgrado <strong>di</strong> inquinamentoorganico) si analizza e valutala qualità dell’acquaciliatiflagellati22
Il sistema delle saprobieLe acque vengono <strong>di</strong>vise in 4 categorieQueste le classi <strong>di</strong> qualitàutilizzate :I. Classe I : zona oligosaprobiainquinamento molto lieve (azzurro)II. Classe II : zona β-mesosaprobiainquinamento moderato (verde)III. Classe III : zona α-mesosaprobiainquinamento grave (giallo)IV. Classe IV : zona polisaprobiainquinamento molto grave (rosso)A lato una schematizzazione riferita ad genericocorso d’acqua in con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> inquinamentoorganicoUn corso d’acqua inquinato23
Il sistema delle saprobieE’ la zona dove è avvenuta lacompleta mineralizzazione dellasostanza organica (il processo <strong>di</strong>autopurificazione si è concluso).Esempio <strong>di</strong> organismoappartenente alla classeL’acqua è limpida, pura, ricca <strong>di</strong>O 2 , fosfati, nitrati e altri sali. Viè uno scarso contenuto <strong>di</strong>in<strong>di</strong>vidui e <strong>di</strong> specie. La caricabatterica non supera le 1000UFC/ml.Acanthocystis turfacea24
Il sistema delle saprobieE’ la zona in cui i processi <strong>di</strong>demolizione della sostanzaorganica sono in una fasemolto avanzata, prossimi allatotale mineralizzazione.Esempio <strong>di</strong> organismoappartenente alla classeL’acqua è ricca <strong>di</strong> ammoniacae composti ammonici, l’O 2 è<strong>di</strong>scretamente abbondante, lacarica batterica non supera le100.000 UFC/ml.Asterionella formosa25
Il sistema delle saprobieE’ la zona in cui è presenteuna elevata quantità <strong>di</strong>sostanza organica eprevalgono i processi <strong>di</strong>ossidazione.Esempio <strong>di</strong> organismoappartenente alla classeNon c’è acido solfidrico, ne isolfuri ma i prodotti della loroossidazione. L’acqua contieneabbastanza O 2 anche seconsumato dalla elevataattività batterica. Batteri fino a1.000.000 UFC/mlParamecium caudatum26
Il sistema delle saprobieE’ la zona in cui è presente unagrande quantità <strong>di</strong> sostanzaorganica, intensi sono i fenomeni<strong>di</strong> decomposizione;Esempio <strong>di</strong> organismoappartenente alla classeVi è assenza <strong>di</strong> O2, èmaleodorante e sul fondo sideposita fango putrido.La carica batterica è maggiore <strong>di</strong>1.000.000 UFC/mlEuglena viri<strong>di</strong>s27
Il sistema delle saprobieCorrispondenza trofica delle varie classi:Classe Iacque pureClasse II acque oligotroficheClasse III acque eutroficheClasse II acque politrofiche28
Il sistema delle saprobieL’in<strong>di</strong>ce si calcola applicando la seguente formulaS =4 (IV) +3 (III) +2 (II) +1 (I)__________________________(IV)+ (III)+ (II)+ (I)( * ) tra parentesi il numero <strong>di</strong> organismi in<strong>di</strong>viduati per ciascuna classe29
Il sistema delle saprobiein<strong>di</strong>ce (S)Tabella riassuntiva per la valutazione finalegrado <strong>di</strong>inquinamentozona saprobiacolore <strong>di</strong>riferimento1.00 - 1.50 molto lieve oligosaprobia Iclasse1.51 - 1.80 lieve oligo / β -mesosaprobia I/II1.81 - 2.30 moderato β -mesosaprobia II2.31 - 2.70 <strong>di</strong>screto α / β -mesosaprobia II/III2.11 - 3.20 grave α-mesosaprobia III3.21 - 3.50 piuttosto grave α--meso/polisaprobia III/IV3.51 - 4.00 molto grave polisaprobia IV30
L’In<strong>di</strong>ce Biotico EstesoIBE (o EBI: Extended Biotic Index)Il metodo serve a determinare la qualità biologica <strong>di</strong> un tratto <strong>di</strong> uncorso d’acqua me<strong>di</strong>ante il campionamento dei macroinvertebratipresentiI macroinvertebrati (invertebrati visibili ad occhio nudo) utilizzatiappartengono a <strong>di</strong>verse categorie sistematiche e principalmente:• Artropo<strong>di</strong>• Insetti• Plecotteri Tricotteri, Efemerotteri, Coleotteri, Odonati, Ditteri, Eterotteri• Crostacei• Aselli<strong>di</strong> Gammari<strong>di</strong>• Anelli<strong>di</strong>• Oligocheti Iru<strong>di</strong>nei• Molluschi• Bivalvi Gasteropo<strong>di</strong>• Platelminti• Turbellari• Tricla<strong>di</strong>31
L’In<strong>di</strong>ce BioticoEsteso(gli organismi considerati)Artropo<strong>di</strong>– Insetti• Plecotteri• Tricotteri• Efemerotteri• Coleotteri• Odonati• Ditteri• Eterotteri– Crostacei• Aselli<strong>di</strong>• Gammari<strong>di</strong>32
Anelli<strong>di</strong>– Oligocheti– Iru<strong>di</strong>neiNemato<strong>di</strong>Platelminti• TurbellariMolluschi– BivalviL’In<strong>di</strong>ce Biotico Esteso(gli organismi considerati)– Tricla<strong>di</strong>– Gasteropo<strong>di</strong>33
L’In<strong>di</strong>ce Biotico EstesoQuesti organismi vengono ritenuti , per vari motivi , più adatti perin<strong>di</strong>care le alterazioni indotte dall'inquinamento in un corso d'acquaSi tratta infatti <strong>di</strong> organismi bentonici , e quin<strong>di</strong> generalmente stabilisul fondo, con un ciclo vitale piuttosto lungoInoltre sono più facilmente campionabili (le <strong>di</strong>mensioni sonogeneralmente superiori a 1 mm) e classificabili (in quanto il metodorichiede una determinazione sistematica superiore al livello <strong>di</strong> specie-<strong>di</strong> solito genere o famiglia-)Infine presentano un ampio spettro <strong>di</strong> specie con <strong>di</strong>verse sensibilitàagli agenti inquinanti e più in generale alle alterazionidell’ecosistema34
L’In<strong>di</strong>ce Biotico EstesoDopo l’identificazione sistematicadefinitiva , si passa al calcolo dell‘EBI utilizzando una tabella a dueentrate– in or<strong>di</strong>nata sono riportati alcunigruppi <strong>di</strong> macroinvertebrati inor<strong>di</strong>ne <strong>di</strong> sensibilità crescente dalbasso verso l'alto agli inquinanti– in ascissa (che appare in alto)sono riportati gli intervalli numericirelativi al numero totale <strong>di</strong> USritrovate nella stazione <strong>di</strong> prelievoDall‘ intersezione delle due entratesi in<strong>di</strong>vidua il valore numerico dell‘EBI e quin<strong>di</strong> il giu<strong>di</strong>zio <strong>di</strong> qualità.35
L’In<strong>di</strong>ce Biotico EstesoI valori <strong>di</strong> EBI, per convenzione internazionale, sono statiraggruppati in 5 classi <strong>di</strong> qualitàCiascuna classe è rappresentabile con un <strong>di</strong>verso coloreche viene utilizzato nella realizzazione <strong>di</strong> carte <strong>di</strong> qualitàdel reticolo idrografico <strong>di</strong> un determinato territorioQuesta mappatura è particolarmente utile per descriverele con<strong>di</strong>zioni del corso d’acqua, per la progettazione <strong>di</strong>eventuali soluzioni <strong>di</strong> risanamento e per un successivogiu<strong>di</strong>zio sulla loro efficacia.36
L’In<strong>di</strong>ce Biotico EstesoTabella riassuntiva per la valutazione finaleclassi <strong>di</strong> qualitàvaloreIBEgiu<strong>di</strong>zio <strong>di</strong> qualitàcolore <strong>di</strong>riferimentoClasse I 10,11,12, … Ambiente non inquinato ocomunque non alterato inmodo sensibileClasse II 8,9 Ambiente con moderatisintomi <strong>di</strong> inquinamento o<strong>di</strong> alterazioneClasse II 6,7 Ambiente inquinato ocomunque alteratoClasse IV 4,5 Ambiente molto inquinato ocomunque molto alteratoClasse V 1,2,3 Ambiente eccezionalmenteinquinato o alterato37
L’In<strong>di</strong>ce Biotico Esteso(Il Tevere e il Chiascio)• A destra dueistogrammi con ivalori dell’in<strong>di</strong>ce EBIrilevato lungo il corso<strong>di</strong> TevereeChiascio(fonte: “Relazione sullo statodell’ambiente in Umbria”)38
L’In<strong>di</strong>ce Biotico Esteso(Il Nera)• A destra l’istogrammacon i valori dell’in<strong>di</strong>ceEBI rilevati sul bacinoNera - Velino(fonte: “Relazione sullo statodell’ambiente in Umbria”)39
Gli in<strong>di</strong>catori biologiciBibliografia:1. Bentivogli D. Boschi M.P..Ecoambiente Volume 1 (Natura e Ambiente)Cappelli 20012. Begon M. Harper J.L. Townsend C.R.<strong>Ecol</strong>ogia In<strong>di</strong>vidui Popolazioni ComunitàZanichelli 19893. AAVVMicrosoft® Encarta Enciclope<strong>di</strong>a Plus.© 1993-2002 Microsoft Corporation.4. AAVVRelazione sullo stato dell’ambiente in UmbriaRegione dell’Umbria 19975. Un applicazione del biomonitoraggio ad opera <strong>di</strong> studenti(http://www.ica-net.it/pascal/Sangone/index.htm/)40
Scheda IFFBacinoCorso d'acquaCo<strong>di</strong>ce stazioneLocalitàLarghezza alveo<strong>di</strong> morbida (metri)FlussoDataScheda n°Foto* Laminare * Turbolento41
Scheda IFF42
Scheda IFF43
Scheda IFF44
Scheda IFF46
Scheda IFF47
Scheda IFF48
Scheda IFF49
Scheda IFF50
<strong>Ecol</strong>ogia Evoluzionisticacome scrisse il grande genetistaTheodosius Dobzhansky:"nulla in biologia hasenso se non alla lucedell'evoluzione".51
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