Diapositiva 1 - Comune di Modena
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http://www.bo.ibimet.cnr.it Inquinamento urbano: qual’ é il ruolo delle piante? RITA Foto del Dr. Luigi Nobilio BARALDI RICERCA Produttori e Fornitori di piante • Progettisti del verde (amministrazioni pubbliche e private) Fornire informazioni aggiuntive inedite e specifiche sull’impatto ambientale che diverse specie botaniche in uso nelle città possono causare o subire in funzione delle loro caratteristiche fisiologiche e morfologiche, che vanno a completamento delle comuni indicazioni delle caratteristiche botaniche, agronomiche e colturali http://www.bo.ibimet.cnr.it WE CARE FOR CLEAN AIR! PELI FOGLIARI CATTURA PARTICOLATO PARTICOLATO MITIGAZIONE INQUINAMENTO IBIMET: RICERCA SCIENTIFICA Analisi fisiologicabiochimica Ecofisiologia Analisi strutturale Fisica dell’atmosfera MicrometeorologiaMeteorologia Caratterizzazione dell’impatto ambientale di specie vegetali di utilizzo in ambito urbano mediante la stima Assorbimento CO2 atmosferico La concentrazione della CO2 atmosferica è aumentata del 30% dall’inizio della rivoluzione industriale e sta ancora aumentando CO2 1960 2003 2010 Le piante sono gli organismi più indicati per LIMITARE l’aumento della CO2 Immagine tratta da http://trinityconsultants.com La capacità di assorbire CO2 varia in funzione della luce, temperatura, superficie totale fogliare della pianta, tassi di crescita Sequestro di CO2 Alto Basso Salix fragilis (salice) Salix caprea Larix deciduous (larice) Malus domestica Prunus laurocerasus Alnus glutinosa Chamaeciparis Tilia europea lowsoniana (cipresso) Alnus incana Populus (pioppi) Betula pendula (betulla) Salix alba Fraxinus Sambucus niger Acer pseudoplatanis Ulmus campestris (olmo) Alnus cordata Acer platanoides Quercus robur Quercus rubra Pinus sylvestris Acer campestris Prunus avium Corynus avellana (nocciolo) Rex acquifolium (agrifoglio) Quercus petrea http://www.es.lancs.ac.uk/cnhgroup/iso-emissions.pdf Caratterizzazione dell’impatto ambientale di specie vegetali di utilizzo in ambito urbano mediante la stima e Rimozion i inquinant Assorbimento CO2 atmosferico INQUINAMENTO URBANO Inquinanti gassosi Particolato Gli alberi influiscono sulla qualità dell’aria in 2 modi BENZENE, TOLUENE OSSIDI DI AZOTO, OZONO DIOSSINA, FURANI ANIDRIDE SOLFOROSA Le foglie assorbono gas inquinanti e CO2 e producono ossigeno Foglie che intercettano le particelle Direttamente: effettiva rimozione del particolato e degli inquinanti gassosi attraverso le foglie per ASSORBIMENTO STOMI ADSORBIMENTO CUTICOLA ACCUMULO E DISATTIVAZIONE OSSIDAZIONE METABOLICA Aria pulita Strato di foglie che filtrano più efficacemente Camion Indirettamente: Indirettamente semplicemente agendo come entità fisica (ostacolo) modificano la velocità del vento e la turbolenza influendo quindi sulla concentrazione locale degli inquinanti atmosferici La capacità metabolica dipende dal sistema enzimatico che è specifico per ogni specie TUTTE LE PIANTE ASSORBONO E MITIGANO PIANTE ERBACEE ARBUSTI ALBERI TUTTE LE PIANTE ASSORBONO E MITIGANO Balconi fioriti Parchi Orticoltura urbana Strade centrali Pareti verdi Giardini Tetti verdi Le piante rimuovono tutti gli inquinanti dall’aria (Nowak 1995) Alcune piante funzionano meglio di altre nel rimuovere polveri e inquinanti dall’aria Alcune specie assorbono più di altre: POTENZIALE SPECIE-SPECIFICO INQUINANTI GASSOSI CARATTERISTICHE FOGLIA DENSITA’ E MORFOLOGIA DEGLI STOMI SPESSORE E STRUTTURA DELLA CUTICOLA MAGGIORE E’ LA DENSITA’ STOMATICA E LO SPESSORE DELLA CUTICOLA E MAGGIORE E’ LA CAPACITA’ DI ASSORBIRE INQUINANTI ALLO STATO GASSOSO PROPRIETA’ FISICO-CHIMICHE DEGLI INQUINANTI CONDIZIONI CLIMATICHE CARATTERISTICHE PIANTA STRUTTURA DELLA PIANTA TASSI DI ACCRESCIMENTO LONGEVITA’ DELLA PIANTA SEMPREVERDE, DECIDUA, ANNUALE, PERENNE RESISTENZA DELLA PIANTA AGLI INQUINANTI POLVERI SOTTILI Le piante come filtri biologici per polveri Polveri inalabili (PM10, 5, 2.5) polvere, fumo, microgocce di liquido emessi da industrie, centrali termoelettriche, autoveicoli, e cantieri. Nelle città l’80% delle PM10 deriva dal traffico PARTICOLATO Complessa miscela di sostanze organiche ed inorganiche , sospese in atmosfera sia in forma liquida che gassosa. Particolato (PM) può avere diverse dimensioni: Grossolano > 10 μm Sottile < 2,5 μm Ultrasottile < 1 μm • La Figura riporta i tipi di particelle con diametro inferiore a 10 µm più comuni nell’atmosfera e la distribuzione dei loro diametri Particolamente importanti le particelle molto piccole (0.1 mm) Quelle emesse da combustione contengono la quantità più elevata di composti organici cancerogeni e mutageni e penetrano all’interno degli alveoli polmonari. In un' area urbana si riscontra una prevalenza di sintomi respiratorii tre volte superiore rispetto ad una zona rurale (asma, bronchiti, enfisema, allergie…) Ogni specie ha una diversa capacità di cattura delle polveri sottili MICRO-struttura della foglia STOMI: n° e forma ORNAMENTAZIONI CUTICOLARI RIVESTIMENTI CEROSI NERVATURE PELI o TRICOMI rugosità e viscosità: maggiore è la RUGOSITA’ maggiore è la CATTURA delle polveri La capacità delle piante di ridurre gli inquinanti dipende dalla Velocità di deposizione e dall’Efficienza di cattura degli inquinanti, parametri specifici per ogni specie (Beckett et al., 2000) Pinus nigra Cypress Le conifere sono più efficienti nella cattura del particolato rispetto alle latifoglie grazie alla maggiore superficie fogliare e Sorbus Acer intermedia Populus campestris complessità strutturale PARTICOLATO La deposizione degli inquinanti è maggiore negli alberi rispetto agli arbusti Maggiore superficie fogliare Struttura della chioma più complessa = movimenti turbolenti dell’aria Caratterizzazione dell’impatto ambientale di specie vegetali di utilizzo in ambito urbano mediante la stima ne o i z o Rim sti o p m co nti a n i u inq Emissione di Composti Organici Volatili VOC Assorbimento CO2 atmosferico Emissione di Composti Organici Volatili (VOC) dalle piante Le sostanze emesse dalle piante conosciute fino ad oggi sono circa 1700. Tutti gli organi vegetali sono in grado di emettere tali comosti (foglie, fiori, radici) Le piante: fonti di composti organici volatili (VOC) (tratto da Elmar Uherek del Max Planck Institute for Chemistry, Mainz/Germany (http://www.atmosphere.mpg.de/enid/2__Greenhouse__light___biosphere/-_emissons_kv.html Su scala globale i VOC emessi dalle piante sono 10 volte più abbondanti di quelli emessi dall’uomo e le specie chimiche rilasciate sono molto più reattive di quelle di origine antropica 1200 Tg/y 460 isoprene 120 monoterpeni 500 alcoli, aldeidi e chetoni 103 Tg/y Areni, alcani, alcheni, chetoni and alcoli Il ciclo completo di ossidazione dell'ozono. Immagine: Anja Kaiser © ESPERE Guenther A., in Reactive Hydrocarbons in the Atmosphere (1999) C.N. Hewitt Edr., Academic Press, New York, pp. 98-116 α-pinene Le piante producono e rilasciano nell’aria sostanze organiche volatili (VOC) limonene Le sostanze odorose vengono percepite dall’uomo…. α-pinene VOC limonene ……..ed anche dagli insetti VOC come MESSAGGERI CHIMICI … ATTRATTIVO percepito dagli INSETTI IMPOLLINATORI… …ma anche repellente e deterrente per INSETTI che sono DANNOSI alle stesse piante Perché i VOC sono importanti per l’ambiente? I VOC modificano le proprietà chimiche e fisiche dell’atmosfera Nell’atmosfera i BVOC svolgono una duplice azione in funzione della presenza o meno di inquinanti antropogenici. Ambiente naturale VOC NOx Ossidazione dei VOC -O3 Quando gli NOx sono assenti i BVOC “puliscono” l’atmosfera dall’ozono Nell’atmosfera BLUE HAZE: I terpeni reagiscono con l’ozono a formano piccole particelle organiche (aerosols) che diffondano la luce blu Blue Ridge Highlands (Virginia, USA) Blue Mountains (Australia) Great Smokey Mountains Cosa succede in città? NOx In presenza di alte concentrazioni di NOx i VOC iniziano delle reazioni che portano all’ aumento dell’ozono troposferico +O3 VOC VOCs Quercus rubra Pinaceae (Picea) palma Isoprene Salicaceae (Quercus) Fagaceae (Populus) Palmaceae (Chamaerops) Alcune felci pioppi Monoterpeni Canfene Carene Limonene mircene Pinene sabinene Conifere Lamiaceae (Salvia, Rosmarinus) Apiaceae Rutaceae (Citrus) Myrtaceae (Myrtus, Eucalyptus) Astearaceae Linalolo eucaliptolo conifere rosmarino limone INDICE POF: POTENZIALE DI FORMAZIONE DELL’OZONO POF: B*[(Eiso*Riso) + (Emono*Rmono)] B=BIOMASSA FOGLIARE E=TASSO DI EMISSIONE R=REATTIVITA’composti emessi Simulazioni matematiche relative a scenari diversi di pianificazione del verde urbano segnalano che, se si scelgono specie con basso POF, l’effetto di mitigazione dell’ozono è positivo Tratto da: “Le piante e l’inquinamento dell’aria. G. Lorenzini e C. Nali. Springer Caratterizzazione dell’impatto ambientale di specie vegetali di utilizzo in ambito urbano mediante la stima dell’emissione di composti organici volatili (VOC) e dell’assorbimento di CO2 e inquinanti atmosferici Quercus cerris Tilia cordata Prunus avium Malus everest Liquidambar styraciflua Liriodendrum tulipifera Acer platanoides Fraxinus ornus Fraxinus excelsior Carpinus betulus Acer campestre Crataegus monogina Cercis siliquastrum Catalpa bungei Betula pendula “Youngii” Koelreuteria paniculata Parrotia persica Robinia pseudoacacia Morus alba “Pendula” Sophora japonica Analizzatore a raggi infrarossi localizzato nella cuvetta Per ciascuna specie le misure sono state effettuate inserendo le foglie nella cuvetta di un sistema portatile di misura della fotosintesi (LI-6400XT) per determinare e l’emissione di VOC PAR= 1000 µmolm-2s-1 T = 30°C L’attività fotosintetica (CO2 assorbita) Analisi chimiche nel laboratorio Desorbimento termico Gascromatografia 5890-5970 Spetrrometria di massa Ion chromatogram 7890-5975 µmoli CO2 assorbita per metro2 fogliare al secondo ASSORBIMENTO DELLA CO2 Alto > 13 Medio 10-13 Basso 0 - 10 Tilia cordata Crataegus monogyna Fraxinus ornus Cercis siliquastrum Robinia pseudoacacia Acer campestre Malus everest Quercus cerris Acer platanoides Prunus avium Parrotia persica Morus alba pendula Betula pendula youngii Carpinus betulus Liriodendron tulipifera Fraxinus excelsior Liquidambar styraciflua Catalpa bungeii Sophora japonica Koeleuteria paniculata 5 8 7 mg di C10H16 per metro2 fogliare all’ora Emissione di VOC Alto >1 Medio 0.1 - 1 Basso < 0.1 Liquidambar styraciflua Koelreuteria paniculata Malus evereste Carpinus betulus Tilia cordata Liriodendron tulipifera Robinia pseudoacacia Sophora japonica Fraxinus ornus Quercus cerris Crataegus monogyna Fraxinus excelsior Acer campestre Acer platanoides Prunus avium Cercis siliquastrum Catalpa bungeii Morus alba “Pendula” Parrotia persica Betula pendula “Youngii” 2 6 12 Indice di POF: potenziale di formazione dell’ozono (g O3 pianta-1 giorno-1) Basso <1 Fraxinus ornus Quercus cerris Crataegus monogyna Fraxinus excelsior Acer campestre Acer platanoides Prunus avium Malus everest Carpinus betulus Tilia cordata Cercis siliquastrum Catalpa bungei Morus alba “Pendula” Parrotia persica Betula pendula “Youngii” Robinia pseudoacacia Medio 1 - 10 Alto > 10 Liquidambar styraciflua Koelreuteria paniculata Liriodendron tulipifera Sophora japonica Nei nostri laboratori……. Analisi della struttura fogliare: • MALUS ‘EVEREST’ • LIQUIDAMBAR STIRACIFLUA • CARPINUS BETULUS • LIRIODENDRON TULIPIFERA • ACER PLATANOIDES • QUERCUS CERRIS • PRUNUS AVIUM • FRAXINUS ORNUS • CRATAEGUS MONOGYNA • FRAXINUS EXCELSIOR • ACER CAMPESTRE 12. TILIA CORDATA 13. KOELREUTERIA PANICULATA 14. MORUS PENDULA 15. CATALPA BUNGEI 16. SOPHORA JAPONICA 17. CERCIS SILIQUASTRUM 18. PARROTIA PERSICA 19. BETULA ‘’YOUNGEII’ 20. ROBINIA PSEUDOACACIA Diverse sono le metodologie sviluppate per stimare l’efficienza di cattura degli inquinanti dalle piante OSSERVAZIONI ANATOMICHE E MORFOLOGICHE: MICROSCOPIO OTTICO: OTTICO per studiare le strutture anatomiche SEM (Microscopio Elettronico a Scansione): per studiare la micro-morfologia delle foglie Esup Tot PPI PPtot La% PL POTENZIALITA’ DI ASSORBIMENTO DEGLI INQUINANTI ATMOSFERICI INQUINANTI GASSOSI: SPAZI INTERCELLULARI TESSUTO LACUNOSO SCAMBI GASSOSI DENSITA’ STOMATICA Maggiore è il numero di stomi, maggiore è la potenzialità di assorbire inquinanti gassosi TESSUTO A PALIZZATA ATTIVITA’ FOTOSINTETICA ASSORBIMENTO INQUINANTI COEFFICIENTE DI PALIZZATA COEFFICIENTE DI PALIZZATA) % LAMINA FOGLIARE OCCUPATA DAL PARENCHIMA A PALIZZATA E LACUNOSO Spessore del palizzata X 100 Spessore del lacunoso Fraxinus excelsior (Frassino comune) Alto CP = Bassa potenzialità Fraxinus ornus (Orniello) Basso CP = Alta potenzialità Specie Coefficiente di palizzata Indice di mitigazione A. campestre MEDIO •• ALTO • C. monogyna ALTO • F. excelsior ALTO • F. ornus MEDIO •• L. styraciflua MEDIO •• L. tulipifera MEDIO •• M. domestica MEDIO •• P. persica MEDIO •• Q. cerris MEDIO •• C. betulus DENSITA’ STOMATICA= N° STOMI per mm2 Bassa densità stomatica = basso potenziale di assorbimento Specie vegetale N. stomata Carpinus betulus DENSITA’ STOMATICA A. campestre 570 ALTA C. betulus 222 MEDIA C. monogyna 192 MEDIA F. excelsior 240 MEDIA F. ornus 261 L. styraciflua 518 ALTA L. tulipifera 106 MEDIA M. domestica 454 ALTA P. persica 493 ALTA Q. cerris 619 Quercus cerris Alta densità stomatica = alto potenziale di assorbimento MEDIA ALTA POTENZIALITA’ DI CATTURA DEGLI INQUINANTI ATMOSFERICI POLVERI SOTTILI: SUPERFICIE FOGLIARE PELI CERE MICRO- RUGOSITA’ Rugosità e viscosità: La cattura delle PM10 aumenta all’aumentare della viscosità, mentre per le polveri sottili (PM2,5; PM1) è la rugosità che influenza positivamente la loro cattura. PARTICOLATO DENSITA’ DEI PELI FOGLIARI Liquidambar styraciflua Parrotia persica Quercus cerris Malus domestica “Evereste” PARTICOLATO MICRO-RUGOSITA’ DELLE FOGLIE Crataegus monogyna Liriodendron tulipifera Scabrosità cuticolari Quercus cerris Parrotia persica Superficie liscia Obiettivo finale: • costruire una banca dati strutturata in una serie di schede innovative che offrano per le diverse specie botaniche di maggiore interesse vivaistico e in uso nelle città, assieme alle comuni indicazioni delle caratteristiche botaniche, agronomiche e colturali, informazioni aggiuntive inedite e specifiche sull’impatto ambientale che esse possono causare o subire in funzione delle loro caratteristiche fisiologiche e morfologiche Capacità potenziale di mitigazione ambientale: Bassa SPECIE Acer campestre Acer platanoides Betula pendula “youngii” Carpinus betulus Catalpa bungeii Crataegus monogyna Cercis siliquastrum Fraxinus excelsior Fraxinua ornus Koelreuteria paniculata Liquidambar styraciflua Liriodendron tulipifera Malus evereste Morus alba pendula Parrotia persica Prunus avium Quercus cerris Robinia pseudoacacia Tilia cordata Sophora japonica ASSORBIMENTO FOGLIARE CO2 SEQUESTRO E ACCUMULO CO2 PER PIANTA EMISSIONE DI VOC Media FORMAZIONE POTENZIALE DI OZONO (O3) Alta ASSORBIMENTO DI INQUINANTI GASSOSI CATTURA DI POLVERI PIANIFICAZIONE DEL VERDE URBANO E’ accertato quindi che esistono piante che meglio si prestano ad essere utilizzate in ambienti a forte pressione antropica. Come da sempre sosteniamo, occorre una oculata scelta dell’albero giusto al posto giusto perchè tante sono le variabili che possono giocare un ruolo importante sulla qualità dell’aria. Qualità dell’aria Tutte le specie analizzate sono da considerarsi idonee per l’arredo urbano ed extraurbano Mitigazione Inquinanti atmosferici Malus evereste Quercus cerris gas Parrotia persica polveri Ozono Mitigazione Inquinanti atmosferici Liriodendron tulipifera Carpinus betulus Crataegus monogyna gas polveri Ozono Mitigazione Inquinanti atmosferici Acer campestre Fraxinus ornus gas polveri Fraxinus excelsior Ozono Mitigazione CO2 atmosferica Acer platanoides Tilia cordata Tilia cordata CO2 Betula pendula youngii Ozono Nella progettazione di aree verdi occorrerà valutare l’associazione migliore tra le specie in funzione delle caratteristiche ecofisiologiche delle piante, dell’ ambiente in cui si debbono inserire e della mitigazione che si vuole ottenere Ozono gas CO2 Koelreuteria paniculata Liquidambar styraciflua polveri MODELLISTICA ECOFISIOLOGICA UFORE. "Urban Forest Effects" STRATUM (Street Tree Resource Analysis Tool for Urban-Forest Managers) dai dati di un censimento, la struttura del popolamento in esame (disposizione, composizione, copertura), consentono di QUANTIFICARE i benefici ambientali ed economici derivanti dalla mitigazione da parte delle piante. Forest Service dell’USDA-USA Occorre applicare un modello, che tenga conto al meglio delle caratteristiche microclimatiche, fisiologiche e morfologiche della specie VOC Scambio netto con l’atmosfera componenti strutturali della chioma e stagionalità componenti del microclima radiativo + quantità di CO2 rimossa ANNUALMENTE 20 Kg di CO2/anno 1 ettaro: 5-6 ton/anno CO2 immagazzinata COME BIOMASSA sotto forma di carbonio 0.4-1 ton durante il suo ciclo vitale Parco Ducale Tree number (4975) Tilia spp Acer campestris Ulmus minor Aesculus hippocastanum Species 20 - 40 cm Diameter (22 ha) 40 - 80 cm CO2 sequestrata da un albero Diametro del tronco Il sequestro di CO2 dipende dalle dimensioni delle piante COMPENSAZIONE ANNUALE DEL PARCO DUCALE + uso auto giornaliero (= 1,10 t CO2) emette in totale 1,1 t CO2 1 auto emette 110g CO2 / km uso giornaliero = 10000 km / anno CO2 sequestrata: 160 t/anno 145 NO2: 100 Kg/anno 20 SO2: 83 Kg/anno 18 PM10: 228 Kg/anno 2200 SOLUZIONI, IDEE, SVILUPPI INNOVATIVI Un po’ di fantasia…. http://www.wcafi.org/en/ http://www.thegreenhead.com/2008/05/bel-air-plant-powered-air-filter.php Ji Paranà (Amazzonia) durante la stagione degli incend SOLUZIONI: California Academy of Sciences in San Francisco – Renzo Piano 3 living roof: more than a lawn overhead, 1.7 million native plants insulate the roof, capture rainwater, and provide a 2.5-acre habitat for butter flies, hummingbirds, and other critters. And that nifty thatch is framed by 60,000 photovoltaic cells along the roof's perimeter. California Academy of Sciences in San Francisco – Renzo Piano INSIDE Il più grande progetto “al mondo di “Green Roof” è localizzato a Boadilla del Monte, località a 1,5 Km da Madrid e situato sul tetto di una banca Washington, DC: 2002 Washington, DC: 2025 Team dell’ IBIMET Francesca Rapparini Annalisa Rotondi Camilla Chieco Federica Costa “FIGHT POLLUTION: PLANT A TREE” touchwoodfestival.org ‘Pe o p le wh o wi ll n o tsustai n tre e s wi ll so o n lie v i n a wo rld wh i ch can n o tsustai n p e o p le ’ sjkpcktn.blogspot.com -Brce y Ne lso n GRAZIE PER L’ATTENZIONE [email protected]
