Geologia, sismica e suoli

Biodisponibilità dei metalli pesanti nel suolo

A cosa serve conoscerla?

I suoli contengono naturalmente metalli pesanti in quantità variabili a seconda della roccia/sedimento su cui si sono formati.

Nello strato più superficiale (chiamato anche ”top soil”), al contenuto naturale si aggiunge il contributo legato alle attività umane dovuto all’uso del suolo, alla gestione agronomica e alla ricaduta atmosferica.

I metalli contenuti nello strato superficiale possono andare incontro ad assorbimento da parte delle piante per azione delle radici e/o a lisciviazione in profondità per azione dell’acqua piovana. Diventa quindi importante non solo conoscere quanto metallo è contenuto nel suolo ma anche quanto può essere asportato dai due fenomeni sopra descritti perché questa porzione detta biodisponibile è quella che maggiormente interagisce con la biosfera e influisce sulla salute delle piante, delle acque e dell’uomo.

Norman Rockwell. Who’s Having More Fun (Kids Eating Corn)La conoscenza della biodisponibilità parte quindi dal suolo la cui caratterizzazione costituisce l’elemento chiave che condiziona le successive valutazioni sulla sicurezza alimentare e sul rischio per la salute e per l’ambiente. L’analisi della biodisponibilità è presente in molte normative europee (Belgio, Germania, Svezia, Gran Bretagna etc) ma non in quella italiana sebbene siano state effettuate nell’ambito della caratterizzazione delle aree agricole della “Terra dei fuochi”.

 

Come si determina?

Esistono diverse metodologie per la determinazione della biodisponibilità e a livello scientifico è ancora in corso un ampio dibattito; l’uso di uno standard internazionale favorisce la confrontabilità dei risultati a livello locale, nazionale e internazionale consentendo una condivisione maggiore sulla terminologia in uso.

Lo standard di riferimento scelto dalla Regione Emilia Romagna è la norma ISO 17402:2008 “Soil quality--Requirements and guidance for the selection and application of methods for the assessment of bioavailability of contaminants in soil and soil materials”, al cui interno viene evidenziata la distinzione fra biodisponibilità potenziale e biodisponibilità effettiva per indicare rispettivamente la frazione massima di metallo mobilizzabile e la frazione effettivamente mobile nelle condizioni ambientali alle quali si è campionato.

Cosa fa la Regione?

Dal 2014 il Servizio Geologico, Sismico e dei Suoli, in collaborazione con il laboratorio della sezione ARPAE di Ravenna, sta procedendo a determinare la biodisponibilità in campioni superficiali di suolo (profondità standard tra 20-30 cm), raccolti nei siti di rilevamento della Carta del Fondo naturale-antropico, relativamente a sette metalli (As, Cr, Ni, Cu, Zn, Pb, Sn); al momento sono stati indagati i comprensori di Ravenna, Piacenza, Parma, Reggio Emilia e Ferrara ed entro il 2020 sarà completata l’area di pianura. Attualmente sono stati analizzati 250 campioni con le tre seguenti metodologie.  

  • DTPA (metodo DM13/09/99 XII.I): rappresentativo della biodisponibilità potenziale per le piante e le acque;
  • NITRATO DI AMMONIO (metodo DIN 19730; 2008): rappresentativo della biodisponibilità effettiva per il passaggio suolo-pianta (frazione scambiabile)
  • CESSIONE IN ACQUA CON RAPPORTO 1/10 (metodo UNI-EN 12457-2; 2004): rappresentativo della biodisponibilità effettiva per il passaggio suolo-acque (frazione solubile)

I valori ottenuti sono relativi al tipo di suolo e al sito di campionamento ma forniscono comunque un dato significativo vista la rappresentatività dei siti rispetto alla gestione agronomica ordinaria e ai suoli regionali.

 

Biodisponibilità potenziale: risultati analisi DTPA

La biodisponibilità potenziale viene valutata in base all’efficacia di specifiche soluzioni estraenti di rimuovere i metalli dai siti di legame dei colloidi organici e inorganici presenti nel suolo tenendo presente le caratteristiche chimico fisiche della pedosfera e il chimismo di ogni elemento. Il pH del suolo rappresenta uno dei parametri più importanti nella valutazione della disponibilità dei metalli e per questa ragione dal punto di vista metodologico è importante diversificare dei protocolli di estrazione in funzione del pH. La soluzione estraente formata da acido dietilentriamminicopentacetico, di seguito indicata come “DTPA” (metodo DM13/09/99 XII.I), viene generalmente adottato per l’estrazione di metalli in suoli non acidi.

L’analisi in DTPA è stata eseguita su 205 campioni di cui è noto il contenuto totale di metalli pesanti ottenuto con estrazione in acqua regia-metodo UNI EN 13346 (Figura 1). Per poter fare valutazioni più rappresentative alla scala regionale i risultati delle due estrazioni (frazione biodisponibile con DTPA e contenuto totale con acqua regia) sono stati valutati suddividendoli per gruppi di suolo ad affinità geochimiche (Unità Genetico Funzionali), basate su tessitura, grado di alterazione, provenienza del sedimento su cui si origina il suolo e sul contenuto in sostanza organica. I gruppi sono 13: le lettere A, B, C indicano la tessitura in ordine crescente e i numeri progressivi l’incremento del contributo ofiolitico nel materiale parentale, i gruppi A1 e D1 costituiscono un unicum in quanto rappresentano rispettivamente i suoli ad elevato grado di alterazione e quelli ad elevato contenuto di sostanza organica (Figura 2).

Questa procedura consente di valutare se i diversi suoli hanno comportamenti diversi legati alla loro genetica e, allo stesso tempo, di identificare una “scala di biodisponibilità” dei singoli metalli a parità di tipologia di suolo.

Campioni sui quali sono state effettuate le analisi in DTPA nel periodo 2014-2017

Figura 1. Campioni sui quali sono state effettuate le analisi in DTPA nel periodo 2014-2017

 Figura 2.  Schema concettuale delle Unità Genetico funzionali: le lettere indicano la tessitura, i numeri crescenti l’entità del contributo ofiolitico. I suoli dell’UGF A1 sono gli unici ad elevato grado di alterazione.

Figura 2.  Schema concettuale delle Unità Genetico funzionali: le lettere indicano la tessitura, i numeri crescenti l’entità del contributo ofiolitico. I suoli dell’UGF A1 sono gli unici ad elevato grado di alterazione.

La numerosità di campioni per singola UGF varia molto e quindi alcuni risultati sono più consolidati di altri; al momento l’UGF D1 non è stata analizzata con il metodo del DTPA in quanto costituita prevalentemente da suoli acidi.

 

I suoli ad elevato contenuto totale presentano elevata biodisponibilità potenziale?

Per i metalli finora analizzati la risposta è no.

Cromo, Nichel e Zinco sono i metalli a maggiore contenuto totale (sempre al di sopra dei 60 mg/kg) sia nei suoli fini che grossolani. Dove il materiale di partenza deriva da rocce ofiolitiche i valori di cromo e nichel superano rispettivamente 150 mg/kg e 140 mg/kg (Figure 3a e 4a), ma l’estrazione percentuale media in DTPA rispetto al contenuto medio totale per i suddetti metalli risulta essere molto bassa in tutti i tipi di suoli (figure 3b e 4b). Il rame invece, pur presentando valori bassi di concentrazione, risulta essere maggiormente biodisponibile in tutti i tipi di suolo con una percentuale di estrazione compresa tra il 7% e il 22% circa a fronte dello 0,04% del cromo, dell’1,09% del nichel e dell’1,27% dello zinco; anche il piombo che nei suoli emiliano romagnoli ha valori sempre molto contenuti (≤ 20 mg/kg come valore medio) in realtà presenta una certa mobilità potenziale con valori di estrazione percentuale attorno al 10%.

Figura 3a. Contenuto totale medio ottenuto con estrazione in acqua regia 

Figura 3a. Contenuto totale medio ottenuto con estrazione in acqua regia (metodo UNIEN 13346+EPA 6020) nelle UGF a tessitura fine (A2 e A3) e nei suoli antichi (A1)

Contenuto medio biodisponibile ottenuto con DTPA rispetto al contenuto medio totale nelle UGF a tessitura fine (A2 e A3) e nei suoli antichi (A1)

Figura 3b. Contenuto medio biodisponibile ottenuto con DTPA rispetto al contenuto medio totale nelle UGF a tessitura fine (A2 e A3) e nei suoli antichi (A1).

Figura 4a. Contenuto totale medio ottenuto con estrazione in acqua regia (metodo UNIEN 13346+EPA 6020) nelle UGF a tessitura da moderatamente fine a moderatamente grossolana con ghiaie (B1-B5) e nei suoli a tessitura grossolana (C2)

Figura 4a. Contenuto totale medio ottenuto con estrazione in acqua regia (metodo UNIEN 13346+EPA 6020) nelle UGF a tessitura da moderatamente fine a moderatamente grossolana con ghiaie (B1-B5) e nei suoli a tessitura grossolana (C2)

Figura 4b. Contenuto medio biodisponibile ottenuto con DTPA rispetto al contenuto medio totale nelle UGF a tessitura da moderatamente fine a moderatamente grossolana con ghiaie (B1-B5) e nei suoli a tessitura grossolana (C2) 

Figura 4b. Contenuto medio biodisponibile ottenuto con DTPA rispetto al contenuto medio totale nelle UGF a tessitura da moderatamente fine a moderatamente grossolana con ghiaie (B1-B5) e nei suoli a tessitura grossolana (C2).

 

C’è una relazione tra il contenuto totale e il contenuto biodisponibile?

La Figura 5 sintetizza la risposta per i singoli metalli per i quali si ravvisano elementi di correlazione.

Per il Cromo e lo Stagno si esclude una diretta correlazione tra contenuto totale e contenuto biodisponibile potenziale, anche perché più del 90% dei casi è costituito da dati al di sotto del limite di quantificazione per entrambi i metalli con questo metodo analitico.

Nel caso del Piombo la correlazione è bassa e si segnalano differenze di contenuto biodisponibile a parità di concentrazione totale piuttosto significative (fino a 10 mg/kg) ad indicare forse a sorgenti diverse di accumulo al suolo; a valori totali più elevati però non corrisponde maggiore biodisponibilità: non a caso il piombo è il secondo metallo con elevata biodisponibilità potenziale dopo il rame con questo metodo analitico.

Lo Zinco invece si mantiene su valori di biodisponibilità piuttosto omogenei nei range di contenuto totale usuali con pochi superamenti di 4 mg/kg ma risalta un evidente incremento di biodisponibilità in corrispondenza di un valore non usuale di contenuto totale.

Per il Nichel la correlazione è debole e sembra evidenziare diverse sorgenti di input al suolo a parità di concentrazione totale, in termini di valori assoluti i valori sono più bassi di quelli dello zinco e del rame.

Il Rame Infine mostra una buona correlazione tra concentrazione totale e concentrazione potenzialmente biodisponibile con valori assoluti significativi per quest’ultima. Se si tiene conto che il valore di fondo naturale del rame nei suoli è mediamente contenuto entro i 50 mg/kg se ne deduce che l’input antropico di questo metallo al suolo risulta potenzialmente biodisponibile.

La Figura 5 sintetizza la risposta per i singoli metalli per i quali si ravvisano elementi di correlazione

Figura 5. Diagrammi binari che mettono in relazione per i singoli metalli il contenuto totale e quello biodisponibile.

 

Quali sono i metalli a minore biodisponibilità potenziale?

In termini di valori assoluti sono il Cromo e lo Stagno che per tutti i tipi di suoli presentano concentrazioni sempre molto contenute. Confrontando le medie dei valori DTPA (Tabella 1) la graduatoria dei metalli più estratti è rame>piombo>zinco>nichel>cromo>stagno con diversi ordini di grandezza tra il primo e l’ultimo e con i contenuti maggiori nei suoli a tessitura da moderatamente fine a moderatamente grossolana. In termini di percentuali di estrazione in relazione al contenuto totale il risultato non cambia se non per l’inversione tra Cromo e Stagno (Tabella 2).

Tabella 1. Valori medi di contenuto in DTPA nelle UGF. La media di tali valori viene assunta come graduatoria tra i metalli in termini di mobilità 

Tabella 1. Valori medi di contenuto in DTPA nelle UGF. La media di tali valori viene assunta come graduatoria tra i metalli in termini di mobilità.

Tabella 2. Valori medi delle % di estrazione rispetto al contenuto totale. La media di tali valori viene assunta come graduatoria tra i metalli in termini di mobilità 

Tabella 2. Valori medi delle % di estrazione rispetto al contenuto totale. La media di tali valori viene assunta come graduatoria tra i metalli in termini di mobilità.

 

Qual è l’Influenza del tipo di suolo?

Allo stato attuale delle conoscenze il pH e il contenuto di sostanza organica non sono significativamente diversi nei tipi di suolo considerati per cui si può ipotizzare che la tessitura sia un elemento di influenza: i suoli a tessitura moderatamente grossolana sembrano mostrare maggiore biodisponibilità e le differenze al loro interno sono sicuramente da attribuire a differenti gestioni agronomiche legate alle colture.

Qual è l’influenza dell’uso del suolo?

L’uso del suolo e la sua gestione agronomica sono sicuramente fattori importanti e discriminano per grandi gruppi alcune tendenze. L’introduzione del dettaglio sulla gestione agronomica completerebbe il quadro ma non essendo stata possibile accertarla al momento del rilevamento le riflessioni si fermano all’uso del suolo.

Analizzando i tre metalli più mobili (rame, zinco e piombo) si può notare come la frazione potenzialmente biodisponibile sia più elevata nelle foraggere e nella vite. In letteratura è noto il contributo antropico che deriva dall’uso di fanghi zootecnici, fanghi reflui urbani e compost nelle aree coltivate a seminativi e di fungicidi a base rameica (ad es. poltiglia bordolese) nelle aree a vite e frutteto che potrebbe determinare un aumento del contenuto biodisponibile oltre che di quello totale.

Figura 6. Valori medi dei tre metalli maggiormente biodisponibili nelle colture campionate

Figura 4. Valori medi dei tre metalli maggiormente biodisponibili nelle colture campionate.

 

Norme e atti

 

 

Documenti

 

A chi rivolgersi

Dott. Nazaria Marchi
Telefono 0515274266, email: nazaria.marchi@regione.emilia-romagna.it

 

 

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pubblicato il 2018/07/13 14:50:00 GMT+2 ultima modifica 2019-03-29T17:17:57+02:00

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