Biodisponibilità dei metalli pesanti nel suolo

Cos'è la biodisponibilità?

La biodisponibilità è la quantità delle sostanze chimiche (in questo caso i metalli pesanti contenuti nel suolo) assunte e metabolizzate da recettori umani o biologici o che sono disponibili per l’interazione con il sistema biologico (ISO 17402:2008 Cap.3 par.3.1).

A cosa serve conoscerla?

I suoli contengono naturalmente metalli pesanti in quantità variabili a seconda della roccia/sedimento su cui si sono formati. Inoltre 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. Questa porzione, detta biodisponibile, è quella che maggiormente interagisce con gli organismi della biosfera e influisce sulla salute dell’uomo e dell’ambiente in generale.

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. Valori limite e valori di precauzione di questo parametro sono presenti in alcune normative europee (Belgio, Germania, Svezia, Gran Bretagna etc.) ma non in quella italiana; la valutazione della frazione biodisponibile dei metalli è stata utilizzata nell’ambito della caratterizzazione delle aree agricole della “Terra dei fuochi” ed inserita come analisi ausiliaria nel “Decreto aree agricole” (DM n. 46/2019). 

Come si determina?

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.

• Biodisponibilità effettiva verso le piante: frazione scambiabile. Rappresenta la frazione del contenuto pseudo totale di metallo che può essere scambiata con le superfici del suolo mobilizzandosi al variare della concentrazione di sali nella soluzione circolante.

• Biodisponibilità effettiva verso le acque: frazione solubile. Rappresenta la frazione del contenuto pseudo totale di metallo che può essere solubilizzata in acqua.

• Biodisponibilità potenziale. Rappresenta tutta la frazione del contenuto pseudo totale di metallo legata ai colloidi organici e inorganici presenti nel suolo tenendo presente le caratteristiche chimico fisiche della pedosfera e il chimismo di ogni elemento. La soluzione estraente formata da acido dietilentriamminicopentacetico, generalmente indicata come “DTPA” (metodo DM13/09/99 XII.I), viene normalmente adottato per l’estrazione di metalli in suoli non acidi.

Cosa fa la Regione?

Dal 2014 al 2020 l'area Geologia, Suoli e Sismica, in collaborazione con il laboratorio della sezione ARPAE di Ravenna, ha determinato 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). Sono stati analizzati un numero variabile di campioni con le tre seguenti metodologie:

• NITRATO DI AMMONIO (metodo DIN 19730; 2008): rappresentativo della biodisponibilità effettiva per il passaggio suolo-pianta, la cosiddetta frazione scambiabile (342 campioni);
• CESSIONE IN ACQUA CON RAPPORTO 1/10 (metodo UNI-EN 12457-2; 2004): rappresentativo della biodisponibilità effettiva per il passaggio suolo-acque, la cosiddetta frazione solubile (340 campioni)
• DTPA (metodo DM13/09/99 XII.I): rappresentativo della biodisponibilità potenziale per le piante e le acque (205 campioni).

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. A questo scopo i risultati delle tre estrazioni sono stati valutati rispetto al contenuto pseudo totale in acqua regia, suddividendoli per gruppi di suolo ad affinità geochimiche (Unità Genetico Funzionali o UGF), basati su tessitura, grado di alterazione, provenienza del sedimento su cui si origina il suolo e sul contenuto in sostanza organica. La numerosità di campioni per singola UGF varia molto e quindi alcuni risultati sono più consolidati di altri.  

I risultati completi dell’indagine sono disponibili nel rapporto Biodisponibilità dei metalli pesanti nei suoli agricoli della pianura emiliano-romagnola (2022) (PDF - 7.3 MB) , dove è contenuta una descrizione dei risultati relativamente ai dati ottenuti con il metodo di estrazione in nitrato di ammonio e con la cessione in acqua e, in una breve appendice, sui risultati ottenuti con il DTPA.

Breve sintesi dei risultati

Per quanto riguarda la biodisponibilità effettiva verso le piante (estrazione in nitrato di ammonio) i sette metalli analizzati sono suddivisibili in due gruppi ben distinti tra loro:

• Cu, Ni e Zn presentano i valori più alti (fino a 3 mg/kg per il Rame); vi è una correlazione più frequente tra il contenuto totale e quello biodisponibile per Rame (nelle UGF A2, A3, A4, B2, B4, C2) e Nichel (nelle UGF A3 e A4).
• Cr, Sn, As e Pb presentano valori sistematicamente più bassi di almeno un ordine di grandezza. Non esiste una correlazione tra il contenuto totale e quello biodisponibile.

L’analisi per Unità Genetico Funzionali individuate su base geochimica ha messo in evidenza i fattori principali che influenzano la biodisponibilità che sono legati a:

• caratteristiche intrinseche dei suoli: vi sono moderate evidenze che As, V, Cr, Ni, Pb e Zn biodisponibili aumentano al diminuire del pH, mentre Cu e Sn no ;
• origine del metallo: antropica o naturale. 
• capacità di legarsi a legarsi a frazioni più o meno stabili del suolo.

Per quanto riguarda l’uso del suolo le colture interessate da valori più elevati di biodisponibilità sono la vite, i frutteti e il riso, a seguire pioppeti ed infine alcune specie forestali.

Per quanto riguarda la biodisponibilità effettiva per le acque (metodo della cessione in acqua) i valori estraibili rispetto al contenuto pseudo totale sono molto bassi (<0,5%), ad eccezione del Rame, Arsenico e Zinco; in termini di contenuti biodisponibili Rame e Nichel si sono rivelati i metalli a maggiore biodisponibilità effettiva verso le acque.

Per quanto riguarda la correlazione fra contenuto biodisponibile della frazione solubile e quello pseudo totale solo il Rame presenta una buona correlazione nelle UGF A1, B3, C2 e D1, moderata nelle UGF A2, B4 e B6 e B1, mentre per tutti gli altri metalli non c’è correlazione: unica eccezione l’Arsenico nell’UGF D1.

I fattori principali che influenzano la biodisponibilità sono legati alle caratteristiche intrinseche dei suoli quali:

• tessitura: in suoli moderatamente grossolani e grossolani tutti i metalli tendono ad essere più solubili, in particolare il Rame; i suoli a tessitura più fine sono quelli con minore tendenza alla biodisponibilità della frazione solubile.
• pH: sembrano esserci rapporti di dipendenza tra il pH e il contenuto solubile in particolare per Cromo, Nichel, Zinco e Piombo, che appaiono inversamente correlati a questo parametro in alcune UGF, mentre il Rame non sembra dipendere da questo parametro.

Per quanto riguarda l'uso del suolo spicca la coltura del riso, che vede i valori maggiori per Arsenico, Cromo, Nichel, Zinco e Piombo anche perché è localizzata quasi esclusivamente sui suoli torbosi a pH acido dell’antico delta; tra i metalli più biodisponibili il Rame ha i valori più elevati nella vite, nei frutteti e nelle specie forestali.

Norme e atti

• DM 01/03/ 2019, n. 46. Regolamento relativo agli interventi di bonifica, di ripristino ambientale e di messa in sicurezza, d'emergenza, operativa e permanente, delle aree destinate alla produzione agricola e all'allevamento, ai sensi dell'articolo 241 del DLGS 3 aprile 2006, n.152. 
• Terra dei Fuochi. Relazione sulle attività svolte dal 23/12/2013 al 29/01/2015
• ISO 19730:2008 “Extraction of trace elements from soil using ammonium nitrate solution “.
• ISO 19258:2005 – “Guidance on the determination of background values”.
• 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” 
• UNI EN 12457-2:2004 Caratterizzazione dei rifiuti - Lisciviazione - Prova di conformità per la lisciviazione di rifiuti granulari e di fanghi
• DM 13/09/99. Approvazione dei “Metodi ufficiali di analisi chimica del suolo”. Ministero delle politiche agricole e forestali, 2010. Metodi di analisi chimica del suolo.

Rapporti

• Biodisponibilità dei metalli pesanti nei suoli agricoli della pianura emiliano-romagnola. Rapporto 2022 (PDF - 7.3 MB)