MODULO 4: Specie indicatrici di salute ambientale: i bioindicatori

L’IMPIEGO DEGLI INVERTEBRATI COME INDICATORI DI CAMBIAMENTI AMBIENTALI E DI QUALITÀ AMBIENTALE

CON PARTICOLARE RIFERIMENTO ALLE SPECIE ACQUATICHE E AGLI AMBIENTI ACQUATICI

Progetto “Siamo tutti biodiversi?”

Valeria LencioniSezione Zoologia degli Invertebrati e Idrobiologia

Microinvertebrati: < 1 mmProtozoa, Rotifera, Nematoda,

Gastrotricha, Tardigrada, Hydracarina, Ostracoda, Polychaeta, Crustacea

• Diptera• Trichoptera• Plecoptera• Ephemeroptera • Coleoptera• Odonata• Heteroptera• Megaloptera

Insetti

• Tricladida• Hirudinea• Oligochaeta• Crustacea• Gasteropoda• Bivalvia• Porifera• Bryozoa• Cnidaria

Macroinvertebrati: > 1 mm

Simuliidae TipulidaeLimoniidae

Ephemeroptera Plecoptera

Trichoptera

Chironomidae

Odonata Coleoptera

Macroinvertebrati

TricladidaOligochaetaHirudinea

Crustacea BivalviaGastropoda

Macroinvertebrati

fase terrestre

fase acquatica

Eterometaboli: metamorfosi incompletaOlometaboli: metamorfosi completa

Colonizzano tutti i microhabitat del fondo e delle rive di torrenti, fiumi, sorgenti, laghi e pozze

strisciando sui sassi, infossandosi nel fango, insinuandosi tra i granelli di ghiaia o nuotando tra la vegetazione sommersa

Si nutrono di:

alghe bentoniche (raschiatori)

frammenti di animali o vegetali morti che raccolgono sul substrato (raccoglitori, detritivori, tagliuzzatori)

particelle sospese nella colonna d’acqua (filtratori)

altri invertebrati , avannotti o girini di anfibi (predatori)

Vivono, almeno in una fase della loro vita, a contatto con il substrato

Con il termine biomonitoraggio si intende l’insieme delle metodologie che utilizzano esseri viventi per trarre informazioni sullo stato dell’ambiente.

Gli indici biotici sono strumenti di sintesi, calcolati sulla base di diverse misure dirette operate sulle comunità, finalizzati a megliointerpretare lo stato dell'ambiente. Alcuni indici derivano dalla combinazione di parametri quali abbondanza, biomassa, diversitàspecifica, altri ponderano la presenza di specie indicatrici oppure l'abbondanza reciproca di gruppi tassonomici a cui vengonoassegnati differenti livelli di sensibilità o tolleranza a determinate tipologie di disturbo (inquinamento organico, inquinamento dametalli, perdita di substrato, ecc.).

Bioindicatore: si intende un “organismo o un sistema biologico usato per valutare una modificazione – generalmente degenerativa – della qualitàdell’ambiente.Secondo i casi, il bioindicatore potrà essere una comunità, un gruppo di specie con comportamento analogo (gruppo ecologico), una specie particolarmente sensibile (specie indicatrice), oppure una porzione di organismo, come organi tessuti cellule o anche una soluzione di estratti enzimatici” (Iserentant & De Sloover, 1976).

Perché i macroinvertebrati sono ottimi bioindicatori o “organismi sentinella”?

ubiquitàelevata abbondanza e ricchezza di speciescarsa mobilità e forte legame con il proprio habitatciclo vitale relativamente lungorispondono a variazioni naturali e antropiche di temperatura dell’acqua, parametri chimici (es. conducibilità, pH, livello dei nutrienti e ossigeno) e idrologici (velocità di corrente, portata, granulometria, stabilità dell’alveo) integrano l’effetto di stress multipli sull’ecosistemaoccupano tutti i livelli trofici tra i consumatori hanno un importante ruolo di autodepuratorisono relativamente facili da campionare e identificare (insetti a livello famiglia/genere) anche da parte di non specialisti

- SINGOLI ORGANISMI

Biomonitoraggio - basato su:

come indicatori dello stato ambientale e loro risposte a stress-morfologiche - es. deformità morfologiche determinate dalla presenza di sostanze inquinanti nelle larve

-fisiologiche, biochimiche, citologiche (biomarkers) - es. misure di energia di metabolismo (concentrazione di adenilati), attività enzimatica (enzimi metabolici e di detossificazione), RNA, DNA, aminoacidi, contenuto proteico

-comportamentali es. la frequenza dei movimenti ondulatori respiratori aumenta con il diminuire della concentrazione di ossigeno nelle larve

Gli INDICI BIOTICI basati sul valore indicatore di singole specie/gruppi di specie/taxa la cui presenza o assenza indica una particolare condizione ambientale

Possono essere

- multimetrici: un indice multimetrico consiste in una serie di misure, ognuna delle quali rappresenta una caratteristica misurabile della comunità (metric), che cambia in modo prevedibile con la variazione delle condizioni ambientali

- integrati: utilizzano per la componente biotica un indice multimetrico biologicocui sono aggiunti indicatori chimici ed ecotossicologici

- COMUNITÀ o alcuni gruppi tassonomici

Macroinvertebrati acquatici come bioindicatori dicambiamenti ambientali

In risposta all’impatto antropico la struttura della comunità mostra un certo grado di allontanamento da una condizione ottimale, tipica della comunità che colonizza il corpo idrico in condizioni di buona efficienza dell’ecosistema, allontanamento che è diverso a seconda del diverso tipo di impatto

Rosenberg & Resh (Ed.) 1993 – Freshwater biomonitoring and benthicmacroinvertebrates. New York: Chapman and Hall, 488 pp.

Impatti indiretti (effetto serra e ritiro di ghiacciai, acidificazione, ecc.)

19 agosto 1932 30 agosto 2002

Impatti diretti (diffusi/puntiformi) (agricoltura, pascolo, hydropeacking, scarichi civili e industriali, ecc.)

livello famiglia/classe (Italia)

Indici biotici e ambientali europeibasati sulle specie diChironomidi e Oligocheti (SaprobicIndex, BQI, ecc.) in quanto ottimi indicatoridi stato trofico, livellodi ossigenazione e acidificazione, di inquinamento chimico e radioattivo

(Brundin 1949, Saether 1979)

Oligochaeta

Chironomidae

Fino anni ‘50 Saprobienindex (Kolkwitz & Marsson 1909) - fiumibasato sulle modificazioni della composizione della comunità biologica a livello di specie in relazione ai processi di autodepurazione che si verificano lungo il profilo longitudinale di un corpo idrico, a valle di uno scarico organico

Oggi più di 50 indici biotici basati interamente o in parte sui macroinvertebrati, utilizzati attualmente per la valutazione della qualità delle acque correnti

Anni ’70 diffusione su larga scala degli indici per valutare la qualità dei fiumi

Indici biotici e bioindicatori - Ambienti lotici

Indice Biotico Esteso (mod. Ghetti 1986 da Extended Biotic Index, Woodiwiss, 1978) per valutare la qualità delle acque correnti (D.Lgs. 152/99 modif. 246/00) prende in considerazione il numero e la sensibilità ecologica (esigenza per ossigeno) di UnitàSistematiche di macroinvertebrati bentonici

+ se

nsib

ili-

sens

ibili

I punteggi da 1 = ambiente fortemente compromesso e inquinato a 14 = acque pulite

raggruppati in cinque classi di qualità, dalla Classe I (ambiente non inquinato) alla Classe V (ambiente molto inquinato)

La classificazione dei corsi d’acqua viene effettuata incrociando i dati dell’indicatore LIM con i dati dell’indicatore IBE → l‘Indice SECA “Stato Ecologico dei Corsi d’Acqua”.

Indice LIM (Livello di Inquinamento da Macrodescrittori) si ottiene calcolando per ognuno dei parametri definiti come “Macrodescrittori” (Ossigeno disciolto, BOD5, COD, Azoto ammoniacale, Azoto nitrico, Fosforo totale, EscherichiaColi) il 75° percentile su di una serie annua di 12 valori (misurazioni mensili) e individuando, all’interno di una tabella, un punteggio per ciascun parametro. Dalla somma di questi valori si ottiene un punteggio totale e un corrispondente livello di inquinamento (5 livelli di inquinamento da Pessimo a Elevato)

Indice SACA (Stato Ambientale dei Corsi d’Acqua) è una classificazione dei corsi d’acqua effettuata rapportando i dati relativi al SECA con i dati relativi alla presenza di inquinanti chimici organici e inorganici addizionali individuati dalla tabella 1 dell’Allegato I del D.Lgs.152/99

In Italia la classificazione degli ambienti lacustri è basata su indicatori “macrodescrittori”dello stato trofico dei laghi trasparenza, % saturazione di ossigeno ipolimnetico, clorofilla ae fosforo totale: indice SEL (Stato Ecologico dei Laghi) che definisce 5 classi di qualità(dove 1 è la “migliore” e 5 la “peggiore”)

L’indice SAL (Stato Ambientale dei Laghi) è una classificazione dei laghi effettuata rapportando i dati relativi al SEL con i dati relativi alla presenza degli inquinanti chimici organici e inorganici addizionali riportati nella tab 1 dell’allegato I D.Lgs.152/99

Indici biotici e bioindicatori - Ambienti lentici

apertura di numerosi crepacci e aumento dello scorrimento dell'acqua superficiale di fusione che crea canali serpeggianti e inghiottitoi sul ghiacciaio e ingrossa i torrenti da esso alimentati→ alterazioni del regime termico, idrologico, chimico-fisico → conseguenze sulla flora e la fauna che li abitano

Cambiamento climatico globale – effetto serra e ritiro dei ghiacciai

SUL LUNGO TERMINE

†Chironomidi Diamesini indicatori del livello di glacialità delle acque montane

0-11-22-33-44-55-66-77-88-9

9-1010-1111-1212-1314-1515-1616-1718-1919-2021-2223-2426-2729-3030-3131-3232-3333-3435-3637-3839-4044-4548-4949-5054-5557-5859-60

Dep

th

20 40 60 80

Parat

anyta

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ype

20 40

Tanyta

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Diames

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Eukieff

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a cf. d

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Coryno

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Brillia

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20

Tanyta

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20

Microp

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Dicrote

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20

Macrop

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20

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pp.

20

Eukieff

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20

Heterot

risso

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20

Heterot

risso

cladiu

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20

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Diames

a cf. l

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20 40

Microp

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20

Cricoto

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Diames

a cf. b

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20

Metrioc

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Limno

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cf.

Orthoc

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Eukieff

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Eukieff

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trocla

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Thiene

maniel

la

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20

Parametr

iocne

mus

20

Heterot

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shaw

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Parorth

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dipen

nis

Smittia?

Proc

ladius

Pentan

eurin

i

Prodiam

esa o

livace

a

Zone

zone 1

zone 2

zone 3

zone 4

zone 5

2 4 6 8 10 12 14 16

Total sum of squares

CONISS

Chironomidi sub-fossili indicatori di condizioni climatiche/ambientali del passato

La composizione della comunità a Chironomidi (capsule cefaliche) è strettamente correlata alla della temperatura media estiva dell’aria in superficie (cambiamento climatico – 12000 anni fa) e dello stato trofico dei laghi (evoluzione della trofia di un bacino – uso del territorio)

paleolimnologia

1. Ampia distribuzione2. Abbondanza di individui3. Ricchezza di specie4. Importanza nella funzionalità

ecosistemica5. Sensibilità ai cambiamenti

ambientali6. Semplice da campionare e

identificare (genere/famiglia)

Gli invertebrati terrestri come bioindicatori

Livello di popolazione di una determinata specie

Livello di comunità (intera o gruppi)

Ambiente boschivoIncendiAssenza di legni marcescentiAssenza boschi maturi

Prati e pascoliPesticidi, assenza bestiame sfalcio selvaggio

LIVELLO DI COMUNITÀ

1. Ricchezza di specie2. Abbondanza di individui3. Keystone species4. Parametri adattativi delle singole

specie

1. Cambiamenti fisici/climatici nell’ambiente (T, precipitazioni, umidità…)

2. Cambiamenti chimici nell’ambiente (pH, metalli pesanti, pesticidi)

3. Qualità e valore conservazionistico di un ambiente

4. Cambiamenti dello stato ecologico di un habitat nello spazio e nel tempo

Informazioni su:

Quali artropodi sono utilizzati come bioindicatori?

Lepidotteri

Ditteri Sirfidisensibili a insetticidi

larve afidofaghe

Bruco -> sensibili agli insetticidi selettivi nei confronti della pianta ospite

poco mobili quindi legati selettivamente all’habitatsensibili a erbicidi causa cuticola sottile

Ragni

Coleotteri Carabidi

rispondono alle attività antropiche

dimensioni ali

predatori epigei o “aerei”

alimentazione

Indice QBS-ar: INDICE DI QUALITA’ BIOLOGICA DEI SUOLI mediante MICROARTROPODI (Parisi, 2001) Valuta la qualità biologica di un suolo attraverso la biodiversità dei microartropodi (isopodi, acari, collemboli…) utilizzati come bioindicatori. Questi organismi presentano una serie complessa di adattamenti e di conseguenze alla vita nell’ambiente edafico e si dimostrano sensibili allo stato di sofferenza di un suolo che può derivare dalle lavorazioni agricole e dal compattamento dovuto al passaggio di uomini e mezzi.

I taxa di organismi vengono raggruppati in base al loro grado di adattamento all’ambiente edafico.Maggiore è il grado di adattamento dei microartropodi al suolo e minore è la loro capacitàdi abbandonare il suolo in condizioni sfavorevoli.La presenza / assenza degli organismi più adattati diventa un buon indicatore del livello di disturbo del suolo.

Parisi et al. (2001)