VALUTAZIONE DELLE RISPOSTE TRA DIFFERENTI COMBINAZIONI DI BATTERIE DI SAGGI ECOTOSSICOLOGICI AI SENSI DEL D.M. 173/2016

9a Edizione delle Giornate di Studio “Ricerca e Applicazione di Metodologie Ecotossicologiche”

Andrea Broccolia, Lorenzo Morronib, Andrea Valentinic, Valentina

Vitiellob, Monia Renzid, Caterina Nuccioe, David Pellegrinib

aBioscience Research Center - andrea.broccoli@bsrc.it bIstituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale -

lorenzo.morroni@isprambiente.it; valentina.vitiello@isprambiente.it;

david.pellegrini@isprambiente.itcAgenzia Regionale per la Protezione Ambientale Toscana -

a.valentini@arpat.toscana.it dDipartimento di Scienze della Vita, Università di Trieste - mrenzi@units.it eDipartimento di Biologia, Università di Firenze - caterina.nuccio@unifi.it

24 – 25 Novembre 2020

IMPATTI AMBIENTALIgenerati dalla

MOVIMENTAZIONE DEI SEDIMENTI MARINI

Cambiamenti nell’idrodinamismolocale con conseguenti fenomeni di erosione e deposizione costieri

Cambiamenti della composizione e della struttura delle comunità bentoniche

Seppellimento e soffocamento dei popolamenti bentonici

Risospensione e mobilizzazione dei contaminanti/inquinanti

INTRODUZIONE

BATTERIE di SAGGI ECOTOSSICOLOGICI

• Organismi appartenenti a gruppi tassonomici differenti (batteri, organismi vegetali, organismi animali, ecc.)

• Organismi con ruoli funzionali differenti nella catena alimentare (decompositori, produttori primari, consumatori primari, ecc.)

• Esposizione a matrici differenti (sedimento tal quale, elutriato, ecc.)• Endpoint differenti (mortalità, sviluppo embrionale, fecondazione, ecc.)• Tempi di esposizione brevi e lunghi

VALUTAZIONI AMBIENTALI con BIOINDICATORI

Istituti di ricerca, enti pubblici e privati compongono, ai fini della classificazione

del sedimento, differenti batterie (in base alla disponibilità delle specie, l’esperienza

dell’operatore, ecc.) teoricamente equiparabili…

Ma quanto sono equiparabili?

SCOPO DEL LAVORO

SPECIE PREVISTE DAL D.M. 173/2016 PER LA COMPOSIZIONE DELLA BATTERIALa batteria deve comprendere almeno tre specie diverse (3 Tipologie), da applicare:1) una alla fase solida (sedimento tal quale o privato dell’acqua interstiziale);2) una alla fase liquida (elutriato o acqua interstiziale), osservando effetti acuti;3) una alla fase liquida (elutriato o acqua interstiziale), osservando effetti a lungo termine

(cronici o sub-letali).La batteria può essere composta scegliendo uno dei saggi indicati (X) per ciascuna tipologia.

INTRODUZIONE

Verificare, oltre alla sensibilità relativadi 6 specie-test (indicate dal D.M173/2016), l’equivalenza di 9 possibilicombinazioni di batterie; infine,verificarne eventuali cambiamentinell’attribuzione della Classe diQualità del sedimento

PROBLEMAIl D.M. 173/2016 (Regolamento recante modalità e criteri tecnici per l'autorizzazioneall'immersione in mare dei materiali di escavo di fondali marini), per valutare la qualità delsedimento marino (attribuendone una Classe di Qualità, indicativa di un opzione di gestione),prevede l’utilizzo e l’integrazione delle analisi chimiche con i risultati ottenuti dalla batteria disaggi biologici

SAGGI BIOLOGICI

MATERIALI e METODI

Piombino Olbia

1

2

SedimentoElutriato acquoso

3 3

Analisi granulometriche

Analisi chimiche

Saggi biologici

Elaborazione dati + SediqualSoft©

Vibrio fischeri

Phaeodactylum tricornutum

Skeletonema costatum

Dunaliella tertiolecta

2° TIPOLOGIA

1° TIPOLOGIA

Paracentrotus lividus*

Crassostreagigas

3° TIPOLOGIA

*Testato sia sull’elutriato tal quale che diluito al 50%

ANALISI CHIMICHE

Finalizzate ad ottenere sedimenti marinicon un ampio spettro d’inquinamento pervalutare le batterie di saggi (e classificareil sedimento tramite integrazione con lebatterie di saggi)

‐Metalli/metalloidi: As, Cd, Cr, Cr VI, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn, V, Al, Fe

‐Composti Organostannici: Sn organico (MBT, DBT, TBT e loro Σ)

‐Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA): Acenaftilene, Benzo(a)antracene, Fluorantene, Naftalene, Antracene, Benzo(a)pirene, Benzo(b)fluorantene, Benzo(k)fluorantene, Benzo(g,h,i)perilene, Acenaftene, Fluorene, Fenantrene, Pirene, Dibenzo(a,h)antracene, Crisene, Indeno (1,2,3,c-d)pirene, Σ IPA

‐Idrocarburi C > 12

‐Pesticidi Organoclorurati: Aldrin, Dieldrin, Endrin, α-HCH, β-HCH, γ-HCH (Lindano), DDD – DDT -DDE (per ogni sostanza la somma degli isomeri 2,4 e 4,4), HCB, Clordano, eptacloro epossido

‐Policlorobifenili (PCB): congeneri 28, 52, 77, 81, 101, 118, 126, 128, 138, 153, 156, 169, 180, Σ PCB

3

OLP

4

SAGGI BIOLOGICI - SediqualSoft®

MATERIALI e METODI

ANALISI CHIMICHE - SediqualSoft®

Quoziente di Pericolo ChimicoQuoziente di Pericolo

della BatteriaHQc HQb

L’elaborazione dei dati chimici, finalizzataall’ottenimento dell’HQc, è effettuata tenendo inconsiderazione, per ciascuna sostanza analizzata, il suovalore di riferimento (L2) ed il grado dipericolosità/persistenza nell’ambiente

L’elaborazione dei dati ecotossicologici, finalizzata all’ottenimento dell’HQb, è effettuata: correggendo ciascun

saggio con la formula di Abbott; confrontando statisticamente le variazioni tra campioni e controlli; tenendo

conto del valore soglia; considerando la matrice testata, il tipo d’esposizione e l’endpoint; sommando i 3 saggi (pesati)

CLASSE DI QUALITA’ SEDIMENTOSediqualSoft®

L’integrazione dell’HQc e dell’HQb permette l’attribuzione di una Classe di Qualità del

sedimento, indicativa di un’opzione di gestione (es. A = uso per ripascimenti, E = rimozione in sicurezza)

RISULTATI e DISCUSSIONI

ANALISI CHIMICHE

SAGGI BIOLOGICI – 1 Tipologia (V. fischeri)

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

P0

1

P0

2

P0

4

P0

5

P0

6

P0

7

P0

8

P8

4

P8

5

P8

6

P8

7

P8

8

P8

9

P9

0

P9

1

OL1

OL3

OL1

2

OL1

3

OL1

7

OL1

8

OL1

9

OL2

2

OL2

5

S.T.I.

HQc (Quoziente di Pericolo chimico) ottenuto dall’elaborazione SediqualSoft® dell’intero set di dati chimici; OL12, OL17, OL19 e OL25 mancanti di analisi chimiche

S.T.I. (Sediment Toxicity Index) ottenuto tramite Inibizione della bioluminescenza a ‘30 minuti di contatto e successiva normalizzazione pelitica

1

10

100

P0

1

P0

2

P0

4

P0

5

P0

6

P0

7

P0

8

P8

4

P8

5

P8

6

P8

7

P8

8

P8

9

P9

0

P9

1

OL1

OL3

OL1

3

OL1

8

OL2

2

HQc

Valore max HQc = 13

Legenda grafico (Pericolo chimico):

Molto Alto (HQc ≥ 13.0)

Alto (6.5 ≤ HQc < 13.0)

Medio (2.6 ≤ HQc < 6.5)

Basso (1.3 ≤ HQc < 2.6)

Trascurabile (0.7 ≤ HQc < 1.3)

RISULTATI e DISCUSSIONI

SAGGI BIOLOGICI – 3 Tipologia (P. lividus e C. gigas)

SAGGI BIOLOGICI – 2 Tipologia (P. tricornutum, S. costatum e D. tertiolecta)

-15

-5

5

15

25

P0

1

P0

2

P0

4

P0

5

P0

6

P0

7

P0

8

P8

4

P8

5

P8

6

P8

7

P8

8

P8

9

P9

0

P9

1

OL1

OL3

OL1

2

OL1

3

OL1

7

OL1

8

OL1

9

OL2

2

OL2

5

Inibizione percentuale della crescita algale

P. tricornutum S. costatum D. tertiolecta

*In virtù dell’elevata sensibilità del saggio con P. lividus su elutriati tal quale, quest’ultimi sono stati valutati anche diluiti al 50%

Legenda Grafico:

Le frecce in bianco indicano i campioni nei quali si è osservato un effetto rilevante (superiore al 15%); da notare come solo S. costatum, nei due campioni segnalati, abbia mostrato un effetto blando

0

20

40

60

80

100

P0

1

P0

2

P0

4

P0

5

P0

6

P0

7

P0

8

P8

4

P8

5

P8

6

P8

7

P8

8

P8

9

P9

0

P9

1

OL1

OL3

OL1

2

OL1

3

OL1

7

OL1

8

OL1

9

OL2

2

OL2

5

Effetto percentuale sul corretto Sviluppo embrionaleP. lividus - 100% *P. lividus - 50% C. gigas -100%

% Effetto: 61 - 100

% Effetto: 31 – 60

% Effetto: 16 – 30

% Effetto: 0 – 15

RISULTATI e DISCUSSIONI

ELABORAZIONE STATISTICA DELLE COMBINAZIONI DI BATTERIE

Legenda Grafico:

V = V. fischeriP = P. tricornutumS = S. costatumD = D. tertiolectaP50% = P. lividus (50%)P100% = P. lividus (T.Q.)C = C. gigas

Analisi statistica Agglomerative Hierarchical Clusteringeffettuata sugli HQb delle batterie (tabella in alto);Asse x = combinazioni di batterie, asse y = dissimilarità;Software di elaborazione Xlstat 2020 4.1

Da notare l’elevata dissimilarità generata da P. lividus(3° tipologia), testato sull’elutriato tal quale, e lamodesta dissimilarità generata da S. costatum (2°tipologia)

RISULTATI e DISCUSSIONI

CLASSI DI QUALITA’ SEDIMENTO

Da notare l’attribuzione di Classi di Qualitàdifferenti, sullo stesso campione, al variaredella batteria impiegata

Campione V-D-C V-P-C V-S-C V-D-P50% V-P-P50% V-S-P50% V-D-P100% V-P-P100% V-S-P100%

P01 D D D D D D D D D

P02 C C C D D D E E E

P04 D D D E E E E E E

P05 D D D D D D E E E

P06 D D D D D D D D D

P07 D D D E E E E E E

P08 C C C D D D E D D

P84 D D E D D E D D E

P85 D D D D D D D D D

P86 D D E D D E E E E

P87 D D D E E E E E E

P88 D D D D D D D D D

P89 D D D E D E E D D

P90 D D D D D D E E E

P91 D D D D D D D D D

OL1 D D D D D D E E E

OL3 E E E C D E D D E

OL13 A A A C C C C C C

OL18 A A A A A A C C C

OL22 B B D B B D C D D

Legenda Tabella:V = V. fischeriP = P. tricornutumS = S. costatumD = D. tertiolectaP50% = P. lividus (50%)P100% = P. lividus (T.Q.)C = C. gigas

CONCLUSIONI – Singole specie

‐ V. fischeri: effetti evidenti ed in lineacon quelli osservati nei saggi disviluppo embrionale

‐ P. tricornutum, S. costatum e D.tertiolecta: non sono sempre in gradodi generare risposte biologicamentesignificative, anche con campionialtamente contaminati

‐ P. lividus e C. gigas: la diluizione al50% dell’elutriato (in alternativa al100%) testata su P. lividus permette diottenere risultati più allineati(confrontabili) con la risposta delsaggio di sviluppo embrionale con C.gigas

CONCLUSIONI

CONCLUSIONI – Batterie

Le batterie più confrontabili (risposta più simile), e quindi consigliate per la classificazione del sedimento, sono risultate essere composte da:

1. V. fischeri

2. P. tricornutum o D. tertiolecta

3. P. lividus (50%) o C. gigas

CONCLUSIONI – Ecotossicologia vs Chimica

Entrambe sono indispensabili per una valutazione ‟più realistica” della qualità del sedimento marino; infatti, i sedimenti di Piombino, pur risultando estremamente contaminati da tutte le tipologia di inquinanti, non hanno generato una risposta biologica altrettanto elevata, confermando così la necessità di integrare le due tipologie d’analisi

GRAZIE PER L’ATTENZIONE!

“Ciò che dobbiamo imparare a fare,

lo impariamo facendolo” (Aristotele)

Immagini di copertina e sfondo tratte dal sito:https://www.deme-group.com/