Valutazione sito-specifiche nell'analisi del rischio …...4. I parametri ecologici e le tecniche di...

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”


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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


Aldo Viarengo

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


Aldo Viarengo

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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Effetti ecologici

STRESS


Endpoint ecotox.di alto livello

RISCHIO BIODIVERSITA’

-20% sopravvivenza


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Effetto ecologici

STRESS


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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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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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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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


• 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/[email protected]

http://www.disav.unipmn.it/Percorso-d/index.htm�



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