Post on 19-Aug-2020
Caratterizzazione dei Sedimenti Fluviali e Lacuali
Aldo Viarengo 1
VALUTAZIONI SITO-SPECIFICHE NELL’ANALISI DEL RISCHIO ECOLOGICO
Fenoglio S, Negri A, Oliveri C, Oliveri L, Sforzini S
Tiziano Bo, Alessandro Dagnino, Aldo Viarengo
DiSAV, Dipartimento di Scienze dell’Ambiente e della VitaUniversità del Piemonte orientale “Amedeo Avogadro”
Caratterizzazione dei Sedimenti Fluviali e Lacuali
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Indice
1. L’analisi di rischio ecologico: l’approccio Triad2. I dati chimici3. I saggi ecotossicologici: test tradizionali4. I parametri ecologici e le tecniche di campionamento5. Integrazione dei risultati: calcolo degli indici di rischio6. Caso studio: il fiume Bormida7. Sistemi di valutazione per evidenziare la classe di composti
chimici che induce la tossicità8. Nuove frontiere
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Analisi di rischio ambientale: L’approccio Triad
Chimica
Ecologia
Ecotossicologia
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Valutazione degli effetti biologici
RIS
POST
A
BIO
LOG
ICA
LIVELLO DI STRESS – TEMPO DI ESPOSIZIONE
Ecosistema
Individuo
Popolazione
Comunità
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Valutazione degli effetti biologici
RIS
POST
A
BIO
LOG
ICA
LIVELLO DI STRESS – TEMPO DI ESPOSIZIONE
Ecosistema
OrganelloMolecolare
Cellula
Individuo
Popolazione
Comunità
Spurgeon et al., 2005
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Analisi di rischio ambientale: L’approccio Triad
Parametri ecologici
Concentrazione totaleBiomarker
Concentrazione frazione biodisponibile Saggi biologici
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NOSI’
Interpretazione dei risultati
E’ corretto mischiare questa eterogenea massa di dati per determinare il rischio?
• Pesi differenti alle differenti LoE
• Output differenziati:
- rischio di declino della biodiversità- vulnerabilità biologica
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Limiti dell’approccio tabellare
Concentrazione
Limitedi
legge
Concentrazione
Limitedi
legge
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Procedura di integrazione
Dagnino et al (2008), Integr Environ Assess Manage, 4(3):314-326
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Procedura di integrazione
Dati Triad
Calcolo di un indice (0-1) per ciascuna disciplina
Calcolo di un indice di Vulnerabilità Biologica
(BVI)
Differenti fattori di peso
Calcolo di un indice diRischio ambientale
(EnvRI)
Chimicaconc.totale
Ecotox.endpoint subletali
Ecotox.endpoint alto livello
EcologiaStudi di
comunità
Chimicaconc.
totale/biodisp.
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Stress e risposta biologica
Effetti ecologici
STRESS
DECLINO BIODIVERSITA’
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Stress e risposta biologica
Effetti ecologici
STRESS
DECLINO BIODIVERSITA’
Endpoint ecotox.di alto livello
RISCHIO BIODIVERSITA’
-20% sopravvivenza
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Stress e risposta biologica
Effetto ecologici
STRESS
DECLINO BIODIVERSITA’
Endpoint ecotox.di alto livello
RISCHIO BIODIVERISITA’
-20% sopravvivenza
Ecotox. sublethal endpoints
VULNERABILITA’ BIODIVERSITA’
Effetti genotossici
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Fattori di peso
DISCIPLINE TRIAD LoE W.F.
CHIMICABiosponibilità 1.5
Concentrazioni totali 1.0
ECOTOX.Endpoint di alto livello 1.5
Endpoint subletali 1.0
ECOLOGIA Funzione e struttura comunità 2.0
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Integrazione dei dati chimici
• Sottrazione dei valori di background(contaminanti di derivazione non antropica)
• Rapporto con livelli di equitossicità(e.g., limiti di legge, …)
• Sommatoria dei coefficienti(effetto additivo)
• Confronto con livelli soglia• Calcolo di ChemRI (0-1)
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Diagramma per il calcolo di ChemRI
CONFRONTO CON EQS
SOTTRAZIONE DEL BACKGROUND
i.e. concentrazione nel sito di riferimento
CALCOLO DEL CARICO TOSSICO CUMULATO (TPC)
INQUINANTI XENOBIOTICI E COMPOSTI ALTAMENTE
TOSSICI ?
DETERMINAZIONE DELL’INDICE DI RISCHIO CHIMICO
(ChemRI)
NO
SI’
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STEP OPERAZIONE SIGNIFICATO
Confronto con EQS RI= Cs/EQS
La concentrazione rilevata nel campione (Cs) è normalizzata rispetto ad un opportuno EQS. Poiché gli EQS rappresentano livelli equitossici, questa operazione produce, per ciascun inquinante, dei livelli di tossicità normalizzati (RI)
Selezione dei composti
caratteristici dell’area
I parametri chimici sono
suddivisi in due categorie
I composti xenobiotici hanno generalmente origine antropica, mentre altre classi di inquinanti possono avere concentrazioni di background naturale
Sottrazione del livello di
backgroundRIs – RIref
Per gli inquinanti selezionati, I valori di RI ottenuti nel sito di referimento sono sottratti a quello calcolato nel sito indagato
Calcolo del TPC TPC= ∑ (RI)La somma dei differenti RI rappresenta il potenziale effetto additivo della mistura di contaminanti
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If 0.0 < TPC ≤ 1 -----> 0.0 < ChemRI ≤ 0.5by the equation: ChemRI = 0.5 * TPC
If 1.0 < TPC ≤ Th -----> 0.5 < ChemRI ≤ 1.0by the equation: ChemRI = (0.5 + 0.5 * (TPC – 1.0) / (Th. – 1.0))
If TPC > Th -----> then ChemRI = 1.0
Livello EQS
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Integrazione dei dati biologici
• Variazione rispetto al sito di riferimento• Confronto con valori soglia• Calcolo di EcoRI
(effetti a livello di popolazione-comunità)• Calcolo di EtoxRI
(effetti ecotossicologici di alto livello)• Calcolo di BSI
(effetti ecotossicologici subletali)
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CARATTERIZZAZIONE DEGLI ENDPOINT SUBLETALI
i.e. Descrizione del profilo di risposta allo stress (crescente,
decrescente, “a campana”)
CALCOLO DI UN INDICE DI
ALTERAZIONE (0-1)
i.e. 0.0= no effetto, 1.0= massimo effetto
CONFRONTO CON “VALORI DI RIFERIMENTO”
i.e. risultati dal sito di riferimento
DETERMINAZIONE DI UN INDICE DI
STRESS BIOLOGICO
(BSI)
DETERMINAZIONE DI UN INDICE DI RISCHIO ECOTOSSICOLOGICO
(EtoxRI)
ENDPOINT DI “ALTO LIVELLO”
ENDPOINT SUBLETALI
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ENDPOINT ECOTOSSICOLOGICI
If X ≤ 0.80 à 0.00 < AI ≤ 1.00Equazione: AI = X/0.8If X > 0.80 àAI = 1.0
If X ≤ 0.20 àAI = 0.0If 0.20 < X ≤ 1.00 à 0.00 < AI ≤ 1.00Equazione: AI = (X-0.20)/0.8If X > 1.00 àAI = 1.0
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PARAMETRI BASATI SUCLASSI DI QUALITA’
i.e. Indice Biotico Esteso
PARAMETRI CHE MISURANO CARATTERISTICHE DELLA COMUNITA’
i.e. Ricchezza in specie, indice di Shannon, ecc…
CALCOLO DI UN INDICE DI ALTERAZIONE
i.e. 0.0= no effetto, 1.0= massimo effetto
DETERMINAZIONE DI UN INDICE DI RISCHIO DELLE DISCIPLINE ECOLOGICHE
(EcoRI)
CONFRONTO CON I RISULTATI DEL SITO DI RIFERIMENTO
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Calcolo dell’indice EnvRI
APPLICAZIONE DI DIFFERENTI FATTORI DI PESO
CALCOLO DELL’INDICE DI RISCHIO AMBIENTALE
(EnvRI)
CHIMICAFrazione biodisp.
ECOTOX.Endpoint di “alto livello”
ECOLOGIAParametri comunitari
Indici di rischio calcolati per ogni disciplina Triad
In caso non siano disponibili dati di biodisponibilità, sono utilizzate le concentrazioni
chimiche totali
Considerando la rilevanza di ciascuna disciplina Triad I differenti indici di rischio
vengono integrati
EnvRI rappresenta la media pesata degli indici delle singole
discipline Triad
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Interpretazione dei risultati
Deviazione (D) EnvRIDestinazione d’uso
Accettabile Non accettabile
D < 0.4
0.00 < EnvRI < 0.25 N, A, R, I
0.25 < EnvRI < 0.50 A, R, I N, A (with targets of concern)
0.50 < EnvRI < 0.75 I, (R) N, A, R (with “green” functions)
0.75 < EnvRI < 1.00 I N, A, R, I (with “green” functions)
D > 0.4approfondimento
oppure…
0.00 < EnvRI < 0.25 A, R, I N, A (with targets of concern)
0.25 < EnvRI < 0.50 I, (R) N, A, R (with “green” functions)
0.50 < EnvRI < 1.00 I N, A, R, I (with “green” functions)
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Calcolo dell’indice di Vulnerabilità biologica (BVI)
Indici di rischio calcolati considerando le concentrazioni
totali di inquinanti (ChemRI) e gli endpoint ecotossicologici subletali
(BSI)
BVI rappresenta la media dei due indici
CALCOLO DELL’INDICE DI VULNERABILITA’ BIOLOGICA
(BVI)
CHIMICAConcentr.
totali
ECOTOX. Endpoint subletali
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Studio degli effetti biologici
• Test ecotossicologici
Test Microtox® (Vibrio fischeri)
Endpoint di “alto livello”: inibizione della bioluminescenza
Test con alghe (Pseudokirchneriella subcapitata)
Endpoint di “alto livello”: tasso di crescita algale
Fitotest (semi monocotiledoni/dicotiledoni)
Endpoint di “alto livello”: tasso di germinazione, allungamento degli apici radicaliEndpoint subletali: danno genotossico
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Studio degli effetti biologici
• Test ecotossicologici
Test con nematodi (Caenorhabditis elegans)
Endpoint di “alto livello”: tasso di sopravvivenzaAnalisi genomica (microarray, Q-PCR quantitativa)
Test con protozoi (Dictyostelium discoideum)
Endpoint di “alto livello”: tasso di sopravvivenza, tasso di replicazioneEndpoint subletali: stabilità delle membrane lisosomiali, tasso di endocitosi, danno genotossicoAnalisi genomica (microarray, Q-PCR quantitativa)Analisi proteomicaAnalisi metabolomica
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Studio degli effetti biologici
• Test ecotossicologici
Test con ostracodi (Heterocypris incongruens)
Endpoint di “alto livello”: tasso di sopravvivenzaEndpoint subletali: tasso di crescita
Test con crostacei (Daphnia magna)
Endpoint di “alto livello”: inibizione della motilità
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Studio degli effetti biologici
• Test ecotossicologici
Test con bivalvi (Unio pictorum)
Endpoint di “alto livello”: tasso di sopravvivenza, stress su stressEndpoint subletali: stabilità delle membrane lisosomiali, stress ossidativo, danno genotossico, biomarker di esposizione
Test con pesci (Danio rerio)
Endpoint di “alto livello”: sviluppo embrionale
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Identificazione dei composti tossici
Campioni che hanno mostrato un effetto tossico
Manipolazione del campioneCaratterizzazione tossicologica
Composti organiciMetalli Ammonia
Resine cationicheAVS Zeolite
Sost. adsorbenti(Amersorb
Carb. attivo)
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Comunità di diatomee
EPI-D
Comunità microbica
Biomassa batterica, DGGE
Macroinvertebrati bentonici
Indice Biotico Esteso
Studio degli effetti biologici
• Test a livello di comunità
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Caso studio – Fiume Bormida
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Data set
CHIMICABiodisponibilità N.D.
Concentrazioni totali Metalli pesanti, IPA, PCB, ecc...
ECOTOX.
Endpointdi alto livello
Batteria di saggi tossicologici(crostacei, nematodi, vegetali, protozoi e batteri) su sedimento e acqua interst.
Endpoint subletali
Biomarker su protozoi e vegetaliBiomarker di genotossicità
su sedimento e acqua interstiz.
ECOLOGIAStruttura e
funzione delle comunità
Studio comunità bentoniche (IBE)
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Risultati: Indice di rischio ecologico
EnvRI
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Risultati: Indice di vulnerabilità biologica
BVI
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Risultati: Deviazione
D
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Risultati: Indice di genotossicità
GTI
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Conclusioni
• Il Sistema presentato permette di integrare in modo oggettivo dati estremamente eterogenei
• L’output differenziato permette di evidenziare eventuali situazioni che rappresentano un rischio potenziale per l’ambiente
• Considerare la variabilità nei singoli parametri permette di valutare la probabilità di rischio
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GSH
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Università del Piemonte Orientale “Amedeo Avogadro”Dipartimento di Scienze dell’Ambiente e della Vita
Società Chimica ItalianaDivisione di Chimica dell’Ambiente e dei Beni Culturali
SETAC Italian Branch
5a SCUOLA NAZIONALE RESIDENZIALE SITI
CONTAMINATI
Monitoraggio e bonifica dei siti contaminati.
Riduciamo l’inquinamento ambientale: Applichiamo il
REACH
Alessandria, 29.06.2009 – 01.07.2009
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Università del Piemonte Orientale “Amedeo Avogadro”Facoltà di Scienze M.F.N.
Dipartimento di Scienze dell’Ambiente e della Vita
PERCORSO DI ALTA FORMAZIONE
NEL SETTORE DEL MONITORAGGIO
E DELLAVALUTAZIONE DEL
RISCHIO AMBIENTALE
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http://www.disav.unipmn.it/Percorso-d/index.htmviarengo@unipmn.it