SINTESI DEI RISULTATI

Come suggerito anche dall’analisi statistica delle componenti principali (PCA), nell’analizzare il complesso dei risultati ottenuti tra il tempo t0 e il tempo t2 con la sperimentazione su mesoscala, è utile prendere in considerazione due aspetti diversi, seppur correlati tra loro, degli effetti prodotti sul substrato contaminato da parte dei diversi fattori coinvolti nella bioremediation (specie vegetali, lombrichi, sostanza organica), andando a valutare:

• la capacità di adattamento al substrato delle tre specie vegetali e l’influenza dei singoli fattori (e della loro combinazione), sui cicli biogeochimici e quindi sulle caratteristiche chimico-nutrizionali e biochimico-funzionali del suolo;

• l’influenza dei singoli fattori (e della loro combinazione), sull’abbattimento dei contaminanti organici ed inorganici.

 CARATTERISTICHE DEL SUOLO

Cicli di C ed N e sostanze umiche

Dall’analisi dei parametri chimici e biologici si nota uno stretto legame tra l’andamento dei cicli biogeochimici del carbonio e dell’azoto nel substrato, indicata chiaramente dalla significativa (P<0,05) correlazione esistente tra tutti i parametri legati a questi cicli: TN, TOC, TEC, AF, AU, ß-glucosidasi. Per i due cicli e per il bilancio

complessivo dei processi di mineralizzazione ed umificazione che avvengono nel substrato, si evidenziano alcune tendenze comuni:

A. In tutti i trattamenti del pioppo e nel trattamento T della paulownia si osserva un

prevalere dei processi di mineralizzazione della sostanza organica su quelli di umificazione, con una perdita di nutrienti da parte del substrato ed una riduzione del pool di sostanza organica costituito dalle sostanze umiche. Stanno ad indicarlo:

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• la riduzione dell’azoto totale (TN) e del carbonio organico totale (TOC);

• la riduzione del rapporto C/N da valori maggiori o uguali a 8, a valori inferiori a questa soglia, ad indicare il prevalere dei processi di mineralizzazione su quelli di umificazione (Alensons, 1995);

• la riduzione del carbonio estraibile totale (TEC) e degli acidi umici (AU): la componente più stabile delle sostanze umiche; ad indicare che i processi di mineralizzazione hanno iniziato ad intaccare la riserva di sostanze organiche costituita dalle sostanze umiche.

Questo tipo di andamento è indice di un peggioramento della qualità del suolo, probabilmente legato al peggiore adattamento al substrato (ed alle condizioni di sperimentazione), da parte del pioppo (in tutti i trattamenti) e della paulownia (nel trattamento T). Nel caso del pioppo, specie caratterizzata da un’elevata richiesta idrica, questo potrebbe essere dovuto ad una maggior sofferenza in seguito alla scarsità di acqua che si è verificata durante il periodo estivo; scarsità cui la pianta non ha potuto far fronte attraverso lo sviluppo radicale verso gli strati profondi, dal momento che si trovava piantumata in mesocosmi.

B. Nei trattamenti M ed ML della paulownia e in tutti i trattamenti della ginestra si

osserva un equilibrio tra i processi di mineralizzazione e di umificazione della sostanza organica. Stanno ad indicarlo:

• La stabilità o l’aumento dell’azoto totale (TN) e del carbonio organico totale (TOC); l'incremento dell’N presente nel suolo nel caso della ginestra (riscontrabile anche per i nitrati), è dovuto al fatto che si tratta di una pianta azoto-fissatrice (si tratta di una leguminosa).

• Il rapporto C/N (stabile o in aumento), compreso tra 8 e 12, ad indicare un equilibrio tra i processi di mineralizzazione e di umificazione (Alensons, 1995).

• La stabilità del carbonio estraibile totale (TEC) e degli acidi umici (AU), associato all’aumento o alla stabilità degli acidi fulvici (AF); ad indicare il mantenimento nel suolo della riserva costituita della componente umica (o l’avvio di processi di umificazione).

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186 Questo andamento è indice di un miglioramento della qualità del suolo dovuto

all’influenza delle due specie vegetali che mostrano un migliore adattamento al substrato e alle condizioni della sperimentazione, rispetto al pioppo.

a) Nel caso della paulownia si può ipotizzare una positiva influenza dell’apporto di

letame: la maggiore disponibilità di substrati organici e minerali può aver consentito il

migliore sviluppo della pianta; oltre che la stimolazione e l’incremento nel suolo della massa microbica (che nel suolo ha usato come principale fonte di sostanza organica quella presente nel letame risparmiando le sostanze umiche). Inoltre la Paulownia tomentosa in precedenti studi ha dimostrato la sua grande tolleranza a substrati diversi, a condizioni climatiche difficili ed alla siccità in particolare (www.nps.gov/plants; Mezzalira e Brocchi Colonna, 2002).

b) Nel caso della ginestra il miglior adattamento è probabilmente riconducibile alle caratteristiche ecologiche di questa specie vegetale: azoto-fissatrice, estremamente poco esigente e capace di stimolare i cicli dei nutrienti come evidenziato in precedenti studi (Fogarty e Facelli, 1999; Caldwell, 2004). Anche nel caso della ginestra è evidente un positivo effetto del letame sulle capacità di adattamento al substrato (i trattamenti M ed ML ad esempio mostrano maggiori capacità di fissare azoto).

Il carbonio idrosolubile (WSC), frazione di carbonio prontamente disponibile per gli organismi viventi, risulta positivamente e significativamente (P<0,05) correlato all’attività enzimatica della ß-Glucosidasi, legata al ciclo del C. Per questi due parametri si osservano le seguenti tendenze:

• La concentrazione del WSC, come pure l’attività della ß-glucosidasi, aumentano in tutti i mesocosmi; un incremento probabilmente riconducibile all’azione sul suolo da parte delle piante e dei microrganismi (stimolati dalle piante stesse), responsabili della degradazione della sostanza organica a livello del suolo.

• Nel caso del WSC si osserva un effetto dei lombrichi che, come rilevato in precedenti studi (Ceccanti et al., 2006), aumentano la disponibilità del carbonio idrosolubile; questi organismi della pedofauna infatti ingeriscono grosse quantità di terreno e stimolano l’attività microbica nel suolo, favorendo direttamente ed

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187 Ciclo del fosforo

Il fosforo assimilabile (Pass), frazione inorganica del fosforo immediatamente disponibile per gli organismi viventi, risulta positivamente e significativamente (P<0,05) correlato all’attività enzimatica della Fosfatasi: enzima legato al ciclo del P. Per questi due parametri si osservano le seguenti tendenze:

• Il Pass, inizialmente assente, aumenta in maniera significativa (P<0,05), ma solo nei trattamenti con sostanza organica e lombrichi (ML); questo in accordo con studi precedenti che indicano la capacità dei lombrichi di aumentare la disponibilità del fosforo nel suolo (Kuczak et al., 2006).

• L’attività della fosfatasi aumenta in tutti i mesocosmi; aumento probabilmente riconducibile all’azione prodotta sul suolo da parte delle piante e dei microrganismi (stimolati dalle piante stesse), alla base dei processi ossidativi di trasformazione della sostanza organica. È anche rilevabile, per pioppo e paulownia, un positivo effetto di stimolo da parte dei lombrichi: questi organismi oltre a incrementare l’attività microbica, presentano delle fosfatasi a livello del cast (Lattaud et al.,1997; Zhang et al., 2000).

Considerazioni finali: attività enzimatiche e loro correlazione

Si può rilevare una positiva e significativa (P<0,05) correlazione tra l’attività

enzimatica di ß-glucosidasi, proteasi e fosfatasi: enzimi legati rispettivamente ai cicli di C, P e N; e di tutti questi enzimi con la deidrogenasi: indice dell’attività microbica del suolo. Questo può stare ad indicare:

• la presenza di una correlazione tra i cicli dei nutrienti nel suolo (C,N,P), nel corso della sperimentazione;

• che l’attività di tutti questi enzimi è probabilmente legata, in massima parte, all’attività microbica nel suolo.

Inoltre si rileva una significativa (P<0,05) correlazione inversa da parte di fosfatasi e ß- glucosidasi con 3 metalli pesanti: Ni, Cu e Cd (quest’ultimo correlato anche con la proteasi). Questo potrebbe stare ad indicare:

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• che l’aumento dell’attività enzimatica sia almeno in parte correlato con

l’abbattimento di questi contaminanti inorganici, la cui azione inibente sugli enzimi idrolitici del suolo è stata dimostrata in precedenti studi (Nannipieri, 1994).

 ABBATTIMENTO DEI CONTAMINANTI

Contaminanti inorganici

I metalli pesanti totali (Pb,Zn,Cu,Ni,Cr,Cd), rilevati nel suolo all’inizio della

sperimentazione, superavano il limite per uso civile (uso A) stabilito dal D.Lgs. 4/2008; ad eccezione del Cr, già al di sotto di quel limite. Tali contaminanti inorganici al

termine della sperimentazione sono risultati tutti ridotti, anche molto

significativamente. Dalle analisi dei metalli pesanti condotte a livello del suolo e della parte epigea delle piante impiegate nella sperimentazione, possiamo osservare:

• Una maggiore efficacia nell’abbattimento dei metalli pesanti da parte di pioppo e

paulownia, evidente sopratutto per Zn e Pb, ma rilevabile anche per gli altri

metalli, per i quali si dimostra efficace anche la ginestra (seppur in maniera minore). La maggiore capacità fitoestrattiva di queste due specie vegetali, trova riscontro anche in letteratura (Giachetti e Sebastiani, 2005; Liu Y. et al., 2007): si tratta del resto di specie arboree a crescita rapida, capaci di sviluppare biomassa e apparato radicale maggiori della ginestra (www.nps.gov/plants; Mezzalira e Brocchi Colonna, 2002).

• Un abbattimento più marcato di tutti i metalli pesanti nei trattamenti ML delle 3 specie vegetali, ad indicare un positivo effetto dei lombrichi (in associazione all’apporto di sostanza organica). Questi organismi della pedofauna, oltre a creare condizioni ottimali per lo sviluppo delle piante e favorirne così l’attività

fitoestrattiva, ingerendo grandi quantità di terreno (Kirkham, 1981), sono anche in grado di accumulare e concentrare al loro interno i metalli pesanti (bioaccumulo), sottraendoli così al substrato (van Vliet P.C.J. et al., 2005).

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189 Contaminanti organici

Gli idrocarburi totali (TPH), che inizialmente superavano di 3 volte il limite per uso industriale (uso B) stabilito dal D.Lgs. 4/2008, hanno presentato una netta tendenza alla diminuzione in tutte e tre le specie vegetali, ma solo nei trattamenti che hanno previsto l’impiego di letame e lombrichi (ML); negli altri trattamenti la riduzione è modesta o assente. I lombrichi sono particolarmente efficaci nel determinare direttamente e indirettamente una riduzione del livello di idrocarburi: creando condizioni di aerobiosi, ottimali per l’attività dei microrganismi del suolo, e mediante l’azione degli enzimi presenti nel loro tratto intestinale.

Test di germinazione

Rappresenta un test di fitotossicità ed è stato effettuato valutando la germinazione di semi di Lepidium sativum, specie particolarmente sensibile alle sostanze tossiche. Il suo andamento conferma l’efficacia del sistema combinato di bioremediation da noi impiegato nella sperimentazione. Il terreno inizialmente presentava un indice di germinazione (IG) del 59% quindi non letale, ma capace di causare danni alle piante (Potenz et al. 1985). Alla fine della sperimentazione tale indice aumenta in maniera molto consistente, raggiungendo un valore superiore al 90% in tutte le prove, con punte superiori al 100%.

Si osserva inoltre una significativa correlazione positiva con l’attività enzimatica della

ß-glucosidasi, enzima legato al ciclo del C, ed anche con WSC e AF, forme di carbonio

maggiormente disponibili per la pianta.

Questo sta ad indicare come le piante ed i microrganismi, ed il sistema combinato piante-microrganismi-lombrichi nel suo complesso, siano state efficienti:

• nel detossificare il terreno, abbattendo il livello dei contaminanti organici ed inorganici, che inibiscono le attività enzimatiche, la crescita delle piante e l’attività biotica in generale;

• nel migliorare le caratteristiche di fertilità del terreno, rendendo così il substrato capace di stimolare la crescita di specie sensibili come Lepidium sativum.

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