– I.F.M. n. 4 anno 2004
VERIANO VIDRICH (*) - MANFRED BIRKE (**) - MARCO FRANCI (***) PIERO FUSI (*)
PRIMO CONTRIBUTO SULLA PRESENZA DI METALLI PESANTI NEL SUOLO E NEL LEGNO DI PICEA ABIES Karst.
LUNGO UNA STRADA AD ALTO TRANSITO
FDC 114.53: 114.521.6
L’inquinamento atmosferico provocato dagli scarichi dei veicoli a motore rappresen- ta una frazione molto importante del totale e le aree urbane e stradali sono quelle mag- giormente esposte. In queste zone la vegetazione arborea è soggetta a stress da inquina- mento e può essere presa come indicatore dell’accumulo di inquinanti ed in particolare di metalli pesanti. Nel nostro lavoro è stata studiata la presenza di metalli pesanti nel legno di piante di abete rosso (Picea abies Karst.) lungo la strada dolomitica ad alto transito veicolare nei pressi di Dobbiaco (BZ) e di Cortina d’Ampezzo (BL). I prelievi di legno, mediante carotaggio, furono eseguiti su piante situate al bordo strada e in una zona distante circa 50 metri all’interno. I metalli pesanti indagati furono cromo, zinco, rame, ferro, manganese e piombo.
INTRODUZIONE
La presenza di elementi pesanti Cr, Cu, Fe e Zn in basse quantità nel- l’ambiente è cosa del tutto naturale, tuttavia negli ultimi decenni si è notato un forte incremento della presenza dei suddetti elementi insieme a Cd, Mn e Pb. Il loro incremento è dovuto alle attività umane, che superano il livello naturale. Nelle piante tali elementi arrivano dal suolo attraverso le radici, il floema e lo xilema. (LATIMERet al., 1996). Attraverso lo studio degli anelli annuali può essere indicativo il carico temporale di tali elementi (LEPP, 1975;
(*) Dipartimento di Scienza del Suolo e Nutrizione della Pianta. Università di Firenze P.le delle Cascine, 28 50144 Firenze
(**) Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe. Dienstbereich Berlin, Wilhelmstras- se, 25-30 13593 Berlin
(***) Istituto per lo Studio degli Ecosistemi CNR. Sez. di Firenze Via Madonna del Piano 50019 Sesto F.no Firenze.
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AMATO, 1988; LEWIS, 1995). Numerosi studi furono eseguiti per studiare il carico d’inquinanti pesanti osservandone il loro accumulo negli anelli annuali di specie legnose (BERISHe RAGSDALE,1985; EKLUND, 1995).
Le raffinerie di petrolio per esempio emettono nell’ambiente forti quantità di Pb e Zn.
L’inquinamento dovuto al traffico su gomma non si limita solo a quello dei prodotti di combustione dei carburanti, bensì ed in modo notevole anche a quello derivante dagli olii lubrificanti e dai treni di rotolamento.
Per quanto riguarda il piombo esso deriva dal tetraetilato usato come anti- detonante nelle benzine (0.02 – 0.06 % Vol. ; 400 – 500 mg Pb/l ) fino alla Legge che prescrive l’uso di quelle senza esso (benzina verde). La Legge in Italia è arrivata dopo molti anni rispetto a Paesi Mitteleuropei, infatti per esempio nella Germania Federale tale legge risale al 1972 e gli studi effet- tuati sul territorio dimostrano un notevole calo di presenza di questo ele- mento a partire da tale data (WICKERNe BRECKLE, 1983).
Ove non esiste emissione di Pb, per esempio sugli oceani, si ha una concentrazione di questo elemento di 0,003 microgrammi/m3, mentre in zone a forte immissione si hanno quantità di 2,9 microgrammi/m3, ergo circa 1000 volte maggiori. Ricerche effettuate lungo autostrade hanno mostrato un’emissione giornaliera di 700g/km di Pb per un traffico di 25.000 auto (BIRKE, 1991).
Il Pb si ritrova fissato sotto forma di solfati, solfiti, ossidi e composti organici. Alcuni suoi sali, per il loro peso specifico, possono persistere nelle sospensioni delle polveri e quindi essere molto mobili per lungo tempo.
Infatti da analisi effettuate sia in città che al di fuori di essa è stata trovata una densità di 5-7 mg Pb/m3 nel primo caso, mentre nel secondo 2,4-4,8 mg Pb/m3ad un’altezza di 1,60 m dal livello suolo ( BIRKE, 1991).
La quantità d’inquinanti è maggiore ai margini delle strade e diminui- sce, dapprima sensibilmente e poi lentamente, allontanandosi da esse. Per il Pb si nota una fascia da 50 a 200 m. La concentrazione di Pb può raggiun- gere valori =>100 mg/Kg sia nel suolo superficiale che nei vegetali nella prima fascia, mentre a 200m di distanza dalla strada la quantità è =<20 mg/Kg (BIRKE, 1991).
La contaminazione in detta fascia è di natura molto complessa, eutro- fizzazione da P ed N, metalli pesanti, polveri, olii minerali e rifiuti. Deriva- no dal traffico auto, fra i metalli pesanti, anche Zn, Cd, Cu, Fe, Pb e Mn, inoltre nelle strade di zone con inverni freddi e con precipitazioni nevose si ha anche accumulo di Na, K, Mg e Ca derivanti dal sale stradale. Con l’uso di spazzaneve a turbina si assiste ad un arricchimento di questi ultimi anche a distanza di 10-20 m dal bordo stradale. La loro alta concentrazione si nota dal colore delle foglie delle piante al margine strada, che mostrano il
classico «ingiallimento». Ove tale apporto superi i valori soglia si ha deperi- mento e morte di piante di Picea abies Karst.
Nel suolo al margine delle strade a forte transito si assiste ad una immissione di elementi pesanti quali Pb, Cu, Cd, Sn, Mn, Cr e Zn nella fascia fra 1-40 m. Nelle autostrade sono state rilevate quantità di Pb di 150- 200 mg/Kg fino a 50m dal margine stradale, lo Zn ed il Mn derivano soprattutto dal consumo dei treni di rotolamento, dato che vengono utiliz- zati per la vulcanizzazione e/o come riempitivi. Nelle erbe campionate lungo un’autostrada (FERRETTIet al., 1992) le concentrazioni di Pb variano da 40-60 ppm sul margine e decrescono rapidamente a 5 ppm già a 10 m di distanza.
La presente ricerca si è occupata esclusivamente dell’inquinamento stradale su piante adulte di Picea abies Karst. situate lungo la strada e su altre della fascia interna.
Il problema specifico dell’impatto dell’inquinamento autoveicolare sugli ecosistemi terrestri e delle condizione di stress generale indotte da tali inquinanti sulle piante è stato affrontato da vari Autori (DARLEY et al., 1963, GARREC, 1989; SCANLON, 1991). Il Pb, Cd e Ni non fanno parte dei tessuti vegetali o degli organi vegetali, mentre lo Zn ed il Fe sono microele- menti indispensabili all’equilibrio nutrizionale delle piante.
MATERIALI E METODI
I campioni di legno di Picea abies Karst. sono stati prelevati, mediante carotaggi, lungo la strada delle Dolomiti in due diverse località. La prima nel comune di Dobbiaco (BZ) nella valle della Rienza (46°40’16” Nord- 12°13’18,4”Est) l’altra in località Dogana Vecchia nelle vicinanze di Cortina d’Ampezzo (BL) (46°29’4,6”Nord-12°11’31,3” Est). Sono stati effettuati tre carotaggi per ciascuna delle 10 piante scelte per la nostra indagine, 5 piante sul bordo strada e 5 nell’interno (circa 50 metri). Il carotaggio avvenne sul tronco ad altezza di 1.60m da terra ed i tre fori a circa 120° fra loro. Le carote, prima di procedere all’analisi, sono state suddivise in classi di 10 anni iniziando dalla parte esterna (corteccia).
Nelle stesse zone è stato campionato anche il suolo sia superficiale che alla profondità di 20 cm sul bordo strada e all’interno (circa 50 metri).
La determinazione dei metalli pesanti (Cr, Zn, Cu, Fe, Mn, Pb) e dei macroelementi (Na, K, Mg e Ca) è stata effettuata mediante incenerimento a 480°C, previa essiccazione a 105°C per la determinazione dell’umidità, e successiva dissoluzione con HCl 1:1 delle ceneri e determinazione dei sud- detti elementi mediante assorbimento atomico.
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Le analisi dei terreni sono state effettuate secondo le indicazioni ripor- tate nei metodi ufficiali del Ministero delle Politiche Agricole e Forestali con l’eccezione della determinazione della sostanza organica, la quale è stata determinata con lo stesso metodo usato per i vegetali. Questo metodo è stato da noi ritenuto, in questo caso, più valido di quello classico con il K2Cr2O7 considerato l’alto contenuto in sostanza organica dei nostri cam- pioni di suolo.
RISULTATI E DISCUSSIONE
Osservando i risultati dei contenuti in metalli pesanti, espressi in ppm/s.s., nel legno considerando un periodo decennale a partire dall’anno 1937 al 1996, possiamo dedurre quanto segue: Tabb. 1 e 2.
Dobbiaco
Cr: i valori del suo contenuto durante il sessantennio 1937-1996 mostrano un andamento di costante aumento a bordo strada con il valore più alto nell’ultimo decennio ’87-’96, mentre lontano dalla strada si nota il maggior contenuto nel decennio ’57-’66.
Zn: a bordo strada si nota per questo elemento un aumento costante nei contenuti con un picco per il decennio ’67-’76 ed un massimo per l’ul- timo decennio; anche i campioni lontano dal bordo strada pur avendo valori minori dei primi, mostrano un picco di contenuto per il decen- nio’67-’76.
Cu: questo elemento mostra un andamento costante nel tempo con un notevole aumento nell’ultimo decennio sul bordo strada; mentre all’in- terno, pur avendo un aumento a partire dal primo decennio ’37-’46 si nota un leggero aumento nel decennio ’47-’56.
Fe: sul bordo strada il suo aumento è costante a partire dal primo decen- nio, raggiungendo il massimo contenuto nell’ultimo. Lo stesso dicasi per il lontano dal bordo strada.
Mn: si nota un aumento costante del contenuto nei campioni bordo strada a partire dai primi decenni con un massimo nell’ultimo, mentre lontano dal bordo strada il maggior contenuto si nota nel decennio ’47-’56, come per il Cu. Si evidenzia che i campioni prelevati all’interno hanno tutti un contenuto piu alto di quelli a bordo strada.
Pb: a bordo strada mostra un contenuto costante con un leggero aumento nell’ultimo decennio, lo stesso dicasi per il lontano dal bordo strada che, con valori più bassi, mostra però lo stesso andamento.
Tabella 1 – Contenuto di metalli pesanti in carote di legno prelevate in località Dobbiaco (Valori medi espressi in ppm/s.s.). Periodo di osservazione anni 1937-1996 suddi- viso in sei classi di età. – Heavy metal content in ring wood of Picea abiesin the Dobbiaco zone (ppm/d.m.). Period of observation: 1937-1996, subdivided into six decades. CromoZincoRameFerroManganesePiombo AnniVD.S.LD.S.VD.S.LD.S.VD.S.LD.S.VD.S.LD.S.VD.S.LD.S.VD.S. 96-871.140.450.290.1230.304.8725.883.3225.993.835.982.0545.286.9036.274.172.530.274.810.221.850.36 86-770.930.100.250.0725.717.0824.925.284.411.644.702.1023.274.2714.813.170.940.173.190.461.520.24 76-670.730.550.280.0729.586.4429.538.076.361.284.901.1324.845.6923.355.260.750.153.370.591.610.21 66-571.020.661.270.2917.733.2620.272.613.511.604.542.0233.045.0927.566.381.120.314.010.361.690.33 56-470.400.270.700.1819.015.6028.005.086.291.926.401.6627.256.5318.113.151.020.115.010.671.500.32 46-370.270.150.340.1516.162.3119.503.043.061.003.710.4725.295.6319.991.760.870.152.460.521.100.26 Legenda V- Campioni Bordo Strada L- Campioni Interni D.S.- Deviazione Standard Tabella 2– Contenuto di metalli pesanti in carote di legno prelevate in località Cortina d’Ampezzo (Valori medi espressi in ppm/s.s.). Periodo di osservazione anni 1937- 1996 suddiviso in sei classi di età. – Heavy metal content in ring wood of Picea abiesin the Cortina zone (ppm/d.m.). Period of observation: 1937-1996, sub divided into six decades. CromoZincoRameFerroManganesePiombo AnniVD.S.LD.S.VD.S.LD.S.VD.S.LD.S.VD.S.LD.S.VD.S.LD.S.VD.S. 96-871.510.370.820.1639.184.5434.923.896.110.682.650.8777.718.9336.243.722.430.493.820.572.180.39 86-771.190.200.500.1627.025.4926.754.793.790.803.070.5430.172.9216.603.821.030.382.970.901.460.33 76-670.550.550.340.0518.877.2918.825.462.940.212.630.5440.377.0629.817.490.810.284.390.661.370.29 66-570.860.210.980.1414.133.4215.934.152.240.652.250.5546.693.6828.434.850.930.232.850.280.980.16 56-470.530.150.510.1316.393.8116.826.292.710.602.890.7441.216.6725.942.220.810.073.370.701.220.24 46-370.490.110.200.0618.474.1118.173.422.150.522.180.4127.645.4420.883.000.780.143.680.350.900.11 Legenda V- Campioni Bordo Strada L- Campioni Interni D.S.- Deviazione Standard
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Cortina d’Ampezzo
Cr: bordo strada si nota un aumento costante a partire dai primi decenni, con un massimo contenuto per l’ultimo. Lontano dalla strada si nota un andamento quasi costante con un picco per il decennio ’57 -’66 come per Dobbiaco ed un massimo per l’ultimo decennio.
Zn: bordo strada abbiamo un aumento costante del contenuto che raggiun- ge il massimo nell’ultimo decennio. Lontano dal bordo strada il conte- nuto aumenta sensibilmente negli ultimi due decenni, con un massimo per l’ultimo.
Cu: anche questo elemento mostra un aumento costante nel tempo nel bordo strada con un massimo nell’ultimo decennio, mentre lontano dal bordo strada si notano valori costanti nel tempo.
Fe: nei campioni bordo strada si nota una notevole concentrazione di que- sto elemento a partire dai primi decenni con un picco per l’ultimo. Lo stesso dicasi per il lontano dal bordo strada, ma con valori minori.
Mn: nei campioni a bordo strada si nota un andamento costante in aumento fino ad un massimo nell’ultimo decennio. Lontano dal bordo strada si notano valori costanti nel tempo, ma con un contenuto più alto di quello a bordo strada. Come già notato nei campioni prelevati nella zona di Dobbiaco i campioni prelevati all’interno hanno tutti un conte- nuto più alto di quelli a bordo strada.
Pb: sul bordo strada l’aumento dei contenuti è costante a partire dai primi decenni, con un massimo per l’ultimo. Lontano dal bordo strada si ha pressoché lo stesso andamento, ma con minori contenuti.
I risultati furono sottoposti al calcolo della deviazione standard, come risulta in tabella.
Un fatto notevole è che le quantità di Mn e quasi anche per lo Zn sono, sia per Dobbiaco che per Cortina, maggiori nelle stazioni lontane che non in quelle bordo strada. Lo stesso tipo di andamento lo trovammo in un lavoro di ricerca, non pubblicato, eseguito da noi in Carinzia ove ancora esisteva una fonte d’inquinamento industriale notevole. Infatti anche là trovammo valori maggiori di questi due elementi pesanti nella zona intermedia di prelievo a mille metri dalla fonte inquinante che non in quelle di 500 e 3000 m.
È noto come l’accumulo di elementi pesanti nello xilema avvenga sia tra- mite l’adsorbimento radicale, sia per via atmosferica per mezzo delle foglie e della corteccia (KAZMIERCZAKOWAet al., 1984; HALLet al., 1975; ROBITAILLE, 1981).
L’elevato contenuto in Fe, Cr, Cu, Zn, Mn e Pb sono senz’altro da imputare all’immissione da parte del traffico automobilistico oltre a quello proveniente dall’atmosfera e dal suolo naturale.
Nella Tab. 3 viene riportata l’analisi dei campioni di terreno prelevati sul bordo strada e all’interno. Si tratta di dati indicativi dello stato di inqui-
Tabella 3 – Analisi dei terreni. – Soil analysis. Cortina d’AmpezzoDobbiaco Bordo stradaInternoBordo stradaInterno Superf.ProfondoSuperf.ProfondoSuperf.ProfondoSuperf.Profondo pH (H2O)6,706,305,776,706,907,126,296,90 CaCO3Tot %tr.tr.tr.tr.tr.tr.tr.tr. Azoto Tot. %1,671,872,031,240,600,902,201,63 Sostanza Organica (480°C) %60,1473,3879,4535,8124,4027,8066,0936,13 Sostanza minerale (Res. 480°C) %39,8626,6220,5564,1975,6072,2033,9163,87 P disp. ppm11,5114,1219,759,5213,248,8622,218,27 K disp. ppm253,00229,00159,0054,00319,00105,00138,0059,00 Cromo ppm20,1825,5019,7028,7038,2033,2029,7030,60 Zinco ppm238,40176,50115,6054,40225,60317,50328,31255,30 Rame ppm33,0031,4022,3017,4056,9032,8032,0030,60 Cadmio ppm1,100,400,801,402,102,802,303,60 Manganese ppm82,9050,2030,1053,0057,3047,3093,50110,90 Piombo ppm214,6080,80106,8058,8095,40149,20112,4060,90 Sodio ppm201,80235,40115,60145,20850,401410,90135,20164,10 Potassio ppm586,90392,30732,50853,00971,90776,001004,20601,70 Ferro %0,380,330,330,480,890,740,570,57 Calcio %8,074,903,8213,5011,3514,607,3413,50 Magnesio %2,200,981,165,263,475,302,325,47
312 L’ITALIA FORESTALE E MONTANA
namento dovuto al traffico stradale e all’azione dei sali anti gelo utilizzati nei mesi invernali che in parte vengono poi diffusi all’interno del bosco degli spazzaneve a turbina. Sono stati eseguiti ulteriori prelievi per approfondire lo stato di inquinamento del suolo che riporteremo in un suc- cessivo lavoro.
SUMMARY
Content of heavy metals in soil and in ring wood of Picea abies Karst. along a congested traffic road
Motor vehicle pollution is a very important fraction of overall pollution: urban areas and those near road are the most exposed. The arboreal vegetation in these zones is growing under difficult stress conditions and is a bioindicator of the accumulation of pollutants, particurarly heavy metals.
Our work has studied the heavy metal accumulation in two fir trees (Picea abies Karst.) growing along a heavily trafficked road in the dolomitic regions of Dobbiaco (BZ) and Cortina d’Ampezzo (BL). The monitoring network includes wood samples of trees along a road and up to about 50 m from it. Six important elements from heavy metals (Cr, Zn, Pb, Mn, Cu, Fe) were tested.
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