Lichens as environmental biomonitors of pollution by heavy metals and PAHs

I licheni, una simbiosi tra un fungo e alghe verdi e/o cianobatteri, sono privi di uno strato cuticolare e possono perci\uf2 assorbire nutrienti e contaminanti tramite deposizioni atmosferiche, sia umide che secche. Per questo motivo sono tra gli organismi pi\uf9 spesso utilizzati quali biomonitor di inquinamento atmosferico, in particolare di metalli pesanti. Negli ultimi anni vengono per\uf2 sempre pi\uf9 spesso utilizzati anche come biomonitor di composti organici persistenti quali gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA). Il presente progetto di dottorato \ue8 finalizzato a: i) testare la validit\ue0 dei licheni come biomonitor di IPA in ambienti semi-naturali mediante campionamenti del lichene autoctono Pseudevernia furfuracea (L.) Zopf. a distanza crescente dalla strada in 7 passi montani delle Dolomiti con diverse intensit\ue0 di traffico; ii) verificare la presenza di eventuali pattern di distribuzione degli IPA in un ambiente ad uso del suolo altamente eterogeneo e verificare l\u2019esistenza di differenze stagionali del contenuto degli IPA mediante trapianti di P. furfuracea in due diverse stagioni dell\u2019anno (invernale ed estiva); iii) testare un metodo innovativo di identificazione delle fonti di inquinamento da metalli mediante misure delle propriet\ue0 magnetiche del particolato contenuto in trapianti lichenici. Si \ue8 dimostrato che: i) i licheni possono evidenziare efficacemente l\u2019inquinamento da IPA anche in ambienti montani con bassi livelli di contaminazione; in particolare \ue8 stato possibile osservare delle differenze significative sia tra i passi con diversa pressione di traffico, sia a diverse distanze dalla strada dello stesso passo; ii) in un ambiente altamente eterogeneo \ue8 stato possibile ricondurre pattern di distribuzione degli IPA a specifici processi produttivi, confermando che la concentrazione ambientale degli IPA \ue8 di un ordine di grandezza maggiore durante il periodo invernale rispetto a quello estivo; iii) i dati di mineralogia magnetica dei trapianti lichenici, in sostanziale accordo con quelli del loro contenuto elementare, non hanno permesso di discriminare tra le diverse fonti emittenti presenti sul territorio; \ue8 stato per\uf2 possibile supportare in maniera convincente l\u2019ipotesi che una fonte in particolare non \ue8 causa di rilasci importanti nell\u2019ambiente. I licheni si sono rivelati degli ottimi bioaccumulatori di IPA, sia in ambienti prossimo-naturali, sia in zone industriali e urbane. Tenere conto del periodo dell\u2019anno durante il quale eseguire uno studio di biomonitoraggio \ue8 fondamentale per evitare il rischio di sottostime dell\u2019inquinamento da IPA. La caratterizzazione magnetica dei campioni, affiancata alle analisi di contenuto elementare, si \ue8 rivelata una tecnica molto innovativa e promettente che potrebbe permettere di associare l\u2019origine del particolato contenuto nei licheni ad un determinato processo produttivo, ma il suo uso in indagini ambientali necessita ancora di ulteriori approfondimenti metodologici

Working Group “Violet”. Refused-Derived Fuel from Municipal Solid Waste to reduce landfills (REFREsh DANUBE)

The REFREsh Danube project aims to reduce the landfilled amount of municipal solid waste, which is a source of water and soil pollution, by its use as refuse-derived fuel in the cement industry of Novi Sad (Serbia). The main actors involved are Lafarge Beočin Cement Factory, Municipality of Novi Sad, JPK Čistoća (waste-management company) and experts from interdisciplinary fields. The project addresses societal challenges on climate change, air, water and soil pollution as well as using the municipal solid waste as an alternative energy source in response to H2020 and Europe 2020 Strategy

Seasonal variations of PAHs content and distribution patterns in a mixed land use area: A case study in NE Italy with the transplanted lichen Pseudevernia furfuracea

The seasonal differences of the polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) content in lichen transplants were investigated in an area of ca. 40 square kilometers in NE Italy characterized by different land use. Two sets of samples of the epiphytic lichen Pseudevernia furfuracea were collected in a pristine area of the Carnic Alps and transplanted to 40 exposure sites for a period of two months, respectively in late winter and in summer. Results revealed a pronounced difference between the two seasons in terms of PAH content and distribution patterns. After the summer exposure the PAH concentrations in the transplants were more than one order of magnitude lower than after the winter exposure (ranging from 48.22 to 272.73 ng g 121 dw and from 289.73 to 1575.85 ng g 121 dw in the summer and winter samples respectively). Also the main emission sources changed, mostly due to the drastic reduction in the emissions by wood burning for domestic heating and to the different meteorological conditions. In summer PAHs degradation was enhanced by intense UV radiation, high temperatures, and presence of ozone. The implications of these findings for the biomonitoring of PAHs pollution are addressed

Workgroup A. BioBricks. The Fate and Effetct of Sewage Sludge-Based Bricks on Human Health and Water Resource Quality

The overall project goal is to prevent water pollution in the River Basin of the Danube’s stretch crossing Croatia, Serbia and Hungary, coming from the use of sewage sludge-based bricks in house construction, which despite representing a solution to the ever increasing problem of waste management and determining a reduction of the clay needed for construction, may pose environmental and health dangers if not properly used, due to leaching of toxic substances and heavy metals into the waters. The project aims at creating a comprehensive database on SSBB environmental and health effects; developing a guideline for SSBB manufacturers on standardised SSBB production, and increasing the awareness and knowledge of manufacturers and consumers on possible negative effects and the proper handling/use of SSBBs

Modelling occurrence and status of mat-forming lichens in boreal forests to assess the past and current quality of reindeer winter pastures

Lichens play an essential role in northern ecosystems as important contributors to the water, nutrient and carbon cycles, as well as the main winter food resource for reindeer (Rangifer tarandus, also called caribou in North America), the most abundant herbivores in arctic and subarctic regions. Today, climate change and several types of land use are rapidly transforming northern ecosystems and challenging lichen growth. Since lichens are important indicators of ecosystem health and habitat suitability for reindeer, large-scale assessments are needed to estimate their past, present and future status. In our study, we aimed to develop models and equations that can be used by stakeholders to identify the occurrence of lichen-dominated boreal forests and to determine lichen conditions in those forests. Data were collected in Sweden and most input data are publicly available. We focused on mat-forming lichens belonging to the genera Cladonia and Cetraria, which are dominant species in the reindeer and caribou winter diet. Our models described lichen-dominated forests as being dominated by Scots pine (Pinus sylvestris), having low basal area and thin canopy cover, and being located in south- and west-facing areas with high summer precipitation, low winter precipitation and temperature, and on gentle slopes. Within those forests, lichen biomass was positively related to tree canopy cover and summer precipitation, while negatively and exponentially related to intensity of use of the area by reindeer. Forest, meteorological, topographic and soil data can be used as input in our models to determine lichen conditions without having to estimate lichen biomass through demanding and expensive fieldwork

Propriet\ue0 magnetiche di trapianti del lichene Pseudevernia furfuracea esposti intorno al cementificio di Fanna (PN)

Nell\u2019ambito di un biomonitoraggio svolto mediante trapianti di Pseudevernia furfuracea (L.) Zopf. nei pressi di un cementificio di medie dimensioni (Fanna, PN), oltre al contenuto elementare, sono state caratterizzate le propriet\ue0 magnetiche dei campioni, al fine di verificare la possibilit\ue0 di differenziare il particolato emesso dal cementificio da quello derivante da altre attivit\ue0 antropiche in loco (impianti industriali, traffico veicolare). I trapianti sono stati esposti per 2 mesi in 40 stazioni intorno al cementificio, 37 delle quali disposte ai nodi di un grigliato di 700 m il cui perimetro esterno passa per i centri di Fanna, Maniago e la sua zona industriale; altre 3 stazioni sono disposte in centri urbani limitrofi. I risultati dell\u2019analisi elementare hanno evidenziato un impatto molto limitato del cementificio sul territorio, a fronte di quello molto pi\uf9 consistente derivante da altre attivit\ue0 industriali. Analogamente, i valori maggiori di suscettivit\ue0 magnetica di massa sono stati riscontrati in prossimit\ue0 della zona industriale, risultando fino a quattro volte superiori rispetto a quelli misurati su licheni esposti in prossimit\ue0 del cementificio. I valori di magnetizzazione di saturazione di massa hanno mostrato distribuzione conforme. Il minerale magnetico prevalente in tutti i campioni lichenici \ue8 risultato assimilabile a magnetite di granulometria eterogenea. In base invece ai rapporti tra i parametri di isteresi, ricavati da analisi introduttive su un primo set di campioni, le caratteristiche magnetiche dei licheni esposti in prossimit\ue0 del cementificio non sono risultate evidentemente discriminabili da quelle dell\u2019area industriale. Infine, \ue8 stato studiato anche il comportamento magnetico di un campione di cemento ivi prodotto, per raffrontarne le caratteristiche magnetiche a quelle dei licheni in esame

Biomagnetic monitoring and element content of lichen transplants in a mixed land use area of NE Italy

The aim of this study was to verify whether it is possible to discriminate between the different pollution sources present in a mixed land use area of NE Italy on the basis of the magnetic properties and the element content of lichen transplants. Thalli of Pseudevernia furfuracea were collected in a pristine area of the South-Eastern Alps and exposed for 2months in 40 sites located at the knots of a 700m step grid covering ca. 40km(2) of a mosaic of agricultural, forested, industrial and urban areas. In this way, the samples could be analyzed after a defined period of time, and compared to pre-exposure conditions. The post-exposure element content and the magnetic data substantially agreed, revealing a rather modest anthropogenic impact on the territory, mostly limited to an industrial park. Since the magnetic mineralogy was homogeneous throughout the entire set of samples, with magnetite-like minerals as the main magnetic carriers, it was not possible to discriminate between PM originating from the different pollution sources. The contribution given by the industrial park could be confirmed by the multivariate analysis of the element data set. Conversely, it was possible to assess the low environmental impact of the largest local industry, a cement plant, located outside the industrial park. Notwithstanding the relatively short time of the survey, P. furfuracea was proven to be an effective accumulator for biomagnetic monitoring studies, its magnetic properties being excellent proxies for heavy metal pollution even when the anthropogenic impact on the territory is low.Published858-8671A. Geomagnetismo e PaleomagnetismoJCR Journa

Bioaccumulo di idrocarburi policiclici aromatici in talli lichenici delle Dolomiti

Gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) sono tra gli inquinanti maggiormente legati al traffico automobilistico e sono notoriamente dannosi per le componenti biologiche degli ecosistemi. Nel 2009 le Dolomiti sono state dichiarate patrimonio dell\u2019UNESCO e da allora si \ue8 aperta una discussione sull\u2019opportunit\ue0 di contenere il traffico automobilistico lungo le strade dei principali passi che permettono di raggiungere localit\ue0 turistiche e impianti sciistici. Questo lavoro ha lo scopo di valutare l\u2019impatto del traffico veicolare nelle zone adiacenti alle strade dolomitiche, utilizzando il lichene Pseudevernia furfuracea (L.) Zopf come bioaccumulatore di IPA. Sono stati selezionati 7 siti, includendo sia le localit\ue0 in cui si concentrano i maggiori flussi turistici (es. Passo Sella), sia localit\ue0 periferiche (es. Passo Staulanza). In ciascun sito, i campioni sono stati prelevati a distanze crescenti dall\u2019asse stradale (0, 120 e 300 m). In ogni punto sono stati prelevati 3 campioni per assicurare una adeguata replicazione. Infine, 3 campioni sono stati prelevati in 3 localit\ue0 di controllo. I campioni sono stati essiccati, polverizzati e sottoposti a un processo di estrazione con solventi e purificazione per poi essere analizzati con spettrometria di massa. Sono stati identificati 14 IPA, di cui 9 sono presenti in oltre l\u201980% dei campioni. I pi\uf9 abbondanti sono Benzo[g,h,i]perylene, Fluoranthene, Phenanthrene, e Pyrene, per lo pi\uf9 derivanti da processi di combustione incomplete e indicativi di inquinamento da traffico veicolare. In tutti i passi, le concentrazioni totali di IPA sono pi\uf9 elevate rispetto ai siti di controllo, ma vi \ue8 un ampio gradiente che ha come estremo superiore il passo Sella e estremo inferiore il Passo Staulanza. Tuttavia, in tutti i passi, la concentrazione totale di IPA diminuisce significativamente tra i punti a brodo strada e quelli a 300 m dove anche le differenze tra i passi si attenuano

Patterns of traffic polycyclic aromatic hydrocarbons pollution in mountain areas can be revealed by lichen biomonitoring: a case study in the Dolomites (Eastern Italian Alps)

none7noIn mountain areas of touristic interest the evaluation of the impact of human activities is crucial for ensuring long-term conservation of ecosystem biodiversity, functions and services. This study aimed at verifying the biological impact of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) emissions due to traffic along the roads leading to seven passes of the Dolomites (SE Alps), which were recently declared a UNESCO World Heritage Site. Thalli of the epiphytic lichen Pseudevernia furfuracea, collected at increasing distances from the roads, were used as biomonitors. Our study revealed a gradient of decreasing PAH pollution within 300. m from the roads. Differences among passes were evident mainly for samples collected nearest to the roads, but PAH concentrations at 300. m were almost always higher than those of undisturbed reference sites, indicating that traffic PAH pollution may impact natural ecosystems and lichen diversity at relatively long distances from the emission source.noneJuri Nascimbene; Mauro Tretiach; Federica Corana; Fiorella Lo Schiavo; Danijela Kodnik; Matteo Dainese; Barbara MannucciJuri Nascimbene; Mauro Tretiach; Federica Corana; Fiorella Lo Schiavo; Danijela Kodnik; Matteo Dainese; Barbara Mannucc