RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

PROCESSI BIOTICI E ABIOTICI CHE INFLUENZANO LA MOBILITA' E LA BIODISPONIBILITA' DI ELEMENTI TOSSICI NEL SISTEMA SUOLO-PIANTA

Università di riferimento

Università degli Studi di BARI - BIOLOGIA E CHIMICA AGROFORESTALE ED AMBIENTALE - BARI(BA)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Teodoro Massimo MIANO

Descrizione

Sulla base dei risultati del precedente progetto e da uno studio di dettaglio della letteratura scientifica appare necessario continuare a studiare il ruolo delle matrici organiche nei processi di mobilizzazione/immobilizzazione di specie metalliche in suoli naturali o contaminati. I metalli presi in considerazione in questo progetto presentano comportamento chimico e biologico diverso sia in termini di speciazione e di influenza sulle popolazioni viventi del suolo che di modifica degli equilibri complessi anche a carico di altri metalli presenti all'interfaccia delle superfici solide. Il ruolo della componente organica nel controllo della disponibilità generale degli elementi chimici è piuttosto noto dalla letteratura scientifica. Poco studiata appare ancora la relazione qualitativa e quantitativa esistente tra componenti immobili (fasi solide) e componenti solubili (mobili) della sostanza organica del suolo e i fenomeni di interazione, di ripartizione e di co-trasporto di microelementi inquinanti di diversa natura. La precedente ricerca ha evidenziato che la presenza di diversi metalli inquinanti nei suoli selezionati (oltre agli elementi oggetto di indagine, As, Cr e Cu), tutti verosimilmente derivanti da attività antropiche e di origine atmosferica (Ni, Zn, C e altri), determina fenomeni di competizione e di ritenzione selettiva, condizionandone disponibilità e mobilità lungo il profilo. Gli obiettivi generali della U.O di Bari riguardano pertanto: 1. la messa a punto di una metodica definita di isolamento della frazione organica solubile o discolta (DOM); 2. un approfondimento della caratterizzazione chimico-fisica, molecolare e funzionale delle componenti organiche solide dei suoli lungo il profilo; 3. l'isolamento della componente organica discolta allo scopo di evidenziarne aspetti di ripartizione e relazione con le fasi solide relative (orizzonti e/o livelli di profondità, dimensioni delle particelle, porosità, ecc.) lungo il profilo (aspetti di mobilità specifica); 4. la realizzazione di complessi modello tra frazioni organiche più o meno semplici, estratte dai suoli selezionati a diverso livello di contaminazione e quantità diverse dei tre metalli principali più alcuni metalli competitori allo scopo di valutarne eventuali meccanismi di selettività e affinità specifica. L'articolazione della ricerca della U.O di Bari prevede essenzialmente 3 fasi distinte: I fase (10 mesi). La prima fase riguarda la messa a punto di una metodica adeguata per l'isolamento della frazione organica disciolta della fase liquida del suolo. Sarà verosimilmente la fase più lunga e laboriosa. La definizione di una metodica comunemente accettata è ancora piuttosto distante in quanto controversi sono alcuni aspetti teorici e pratici delle diverse procedure di estrazione (sostanza organica disciolta, solubile, solubile in acqua, eccetera). Il lavoro di questa fase iniziale prevede uno studio accurato della letteratura scientifica e una serie di esperimenti preliminari di laboratorio miranti alla definizione di aspetti analitici quali forza ionica dell'estraente, temperature, tempo, volumi di trattamento ed altro. Gli aspetti sperimentali così come quelli teorici terranno in considerazione la necessità di trovare delle relazioni definite tra frazioni solubili in acqua e sostanza organica immobilizzata in aggregati o superfici solide diverse del suolo nonché alcuni aspetti connessi con l'attività biologica del suolo e degli estratti ottenuti (parametri biochimici, respirazione, popolazioni microbiche) (collaborazioni con U.O. Napoli, Torino, Milano, Sassari). Inoltre, questa fase prevede gli aspetti della caratterizzazione approfondita della sostanza organica sia da un punto di vista molecolare che funzionale (determinazioni funzionalità chimiche libere, acidità potenziale, presenza e configurazione strutturale di microelementi in traccia, Cu, Cr) a diverse profondità lungo il profilo. A tale scopo si isoleranno frazioni organiche separate da classi granulometriche differenti per osservare la variabilità della protezione fisica e chimica degli aggregati del suolo. Saranno utilizzate metodiche di estrazione convenzionale adattate alle diversità specifiche del suolo ed al livello di contaminazione individuato. Le indagini di questa fase prevedono l'uso di spettrofotometri di fluorescenza, all'infrarosso in trasformata di Fourier e di risonanza elettronica di spin nonché diverse metodologie analitiche per le determinazioni funzionali del materiale organico isolato. (U.O. Torino, Sassari). II fase (8 mesi). La seconda fase prevede l'isolamento della frazione solubile della sostanza organica lungo gli orizzonti e secondo le frazioni del suolo precedentemente definite. La fase II è in stretto contatto con la fase I in quanto saranno determinati sia i rapporti quantitativi che qualitativi dell'estratto organico in funzione delle caratteristiche della frazione presente in fase solida. In particolare, saranno effettuate alcune misure di degradabilità, la determinazione degli indici di umificazione e di aromaticità, le funzionalità chimiche, la determinazione elementare e dei microelementi principali, i rapporti atomici oltre ad una caratterizzazione strutturale e molecolare analoga a quanto già riportato per la sostanza organica in fase solida. Le determinazioni effettuate saranno in grado di delineare rapporti specifici tra le frazioni organiche del suolo a diversa posizione nel profilo ed in funzione della caratteristiche fisiche e dimensionali delle particelle del suolo. Inoltre, sarà determinata la presenza di metalli totali (Cr e Cu, in particolare) e disponibili nelle diverse frazioni organiche per indagare su possibili meccanismi di ripartizione e di complessazione selettiva e sulla relativa mobilità nel suolo. Ai fini delle determinazioni saranno utilizzate la spettroscopia in emissione al plasma ICP-AES (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy, incluso il dispositivo per gli idruri) per la determinazione dei contenuti totali dei metalli e metodi e tecniche colorimetriche per la determinazione di alcune specie ioniche. III fase (6 mesi). L'ultima fase prevede la preparazione di complessi modello tra frazioni scelte della sostanza organica del suolo (DOM, acidi umici, acidi fulvici, ottenute secondo procedure convenzionali) e specie metalliche definite anche in miscele diverse allo scopo di evidenziare dei meccanismi preferenziali di interazione, affinità e selettività. Questa fase sarà realizzata in collaborazione con le U.O. di Napoli e Torino e parte dei campioni realizzati servirà di supporto alle attività comuni. La spettroscopia di risonanza elettronica di spin, la spettrofotometria all'infrarosso e di fluorescenza costituiranno la base strumentale delle attività. Il finanziamento del progetto prevede alcuni incontri con le altre U.O. allo scopo di programmare e armonizzare le attività e le analisi da effettuare con materiali comuni. Il trattamento dei campioni di suolo prevede l'utilizzo di un mineralizzatore per la determinazione delle quantità totali dei singoli elementi in modo da ridurre al minimo le potenziali contaminazioni, la perdita di campione e le problematiche relative all'utilizzo di sistemi convenzionali per il recupero dei fumi condensati ed altro. La determinazione degli elementi in traccia richiederà, oltre all'acquisto di materiale di consumo (vetreria, reagenti, gas, ecc.), un ampliamento della dotazione strumentale per determinare gli idruri di alcune specie metalliche. I risultati previsti potranno essere utilizzati dalla comunità scientifica e rivestono estrema importanza per enti di ricerca, laboratori pubblici e privati, organizzazioni territoriali che operano in campo ambientale e nella pianificazione territoriale. Saranno disponibili dati che saranno utili per la pianificazione del rischio ambientale e per la prevenzione dell'inquinamento da metalli in specifiche aree territoriali.