FUGACITY MODEL
by Mackay and
Paterson, 1981
Pollutant
air
soil
water
biota
s. s.
sediment
Bioconcentrazione e rilascio
Cb
tempo
Cb =k1/k2 cw (1-e-k2t )
Cb=cfin e-k2t.
BCF = cb/cw
BCF = k1/k2
ηηηη4 = 1 + f4 + f4f3 + f4f3f2
ηηηη3 = 1 + f3 + f3f2
ηηηη2 = 1 + f2
ηηηη1 = 1
Bioenergetic model
( Conolly and Pedersen, 1988)
ηηηη1 = BCF/ Kow
phytoplankton
Zoopl.
fish
Top
predator
BIOMAGNIFICAZIONE
TEST WEIGHT
W
g
FRACTION
LIPID
FL
GROWTH
RATE
GR
1/day
EFFICIENCY OF
FOOD
ASSIMILATION
αααα
CONSUMPTION
RATE
C
g/g day
Zoo 0,001 0,020 0,04 0,6 0,3
Small fish 50 0,05 0,0046 0,6 0,04
Large fish 1000 0,1 0,0025 0,6 0,02
f2= αC/ [GR+ (1000w-0.2
* FL-1
)/Kow) ] = 0,18/ [0,04 + 2 X 105/Kow]
f3 = 0.024/ 0,0046 + 9000/kow
f4 = 0,012/ 0,0025 + 2500/kow
A cosa possono servire i modelli previsionali per il bioaccumulo?
• valutare se una nuova sostanza si concentrerà nei pesci e nelle
altre componenti delle reti trofiche acquatiche
• determinare WQC o “standard di qualità” per l’acqua che tengano
conto del rischio potenziale di bioaccumulo
• nei piani di biomonitoraggio che utilizzano “specie sentinella” per
valutare il rischio di componenti più vulnerabili dell’ecosistema
Biomonitoraggio in ambiente
acquatico
• Necessità di conoscere alcune basi teoriche
– della bioconcentrazione
– della biomagnificazione
• Scelta dell’organismo idoneo
• Scelta delle condizioni operative
- monitoraggio attivo o passivo
• Interpretazione dei risultati
Primo caso di studio: fiume Po nel suo tratto terminale
• composti monitorati : OCs
• organismo sentinella: Dreissena polymorpha (Zebra mussel)
• Filter-
feeding
• sessile
• widespread
• easy to
collect
Biomonitoraggio in ambiente
acquatico
ATTIVO
• organismi importati
• per studi di cinetiche
• consente di separare
bioconcentrazione da
biomagnificazione
PASSIVO
• organismi residenti
• per studi di equilibrio
• consente di valutare il
rischio reale
Monitoraggio attivo alla foce del Po con Dreissena
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
pp'DDE pp'DDT 101 110 149 153 138 180
ng
/g p
.s.
ISEO native
esposte 15 gg
esposte 30 gg
Po di Pila native
Un problema cruciale consiste nella determinazione della
concentrazione in acqua che serve per calcolare il BCF a partire
dalla concentrazione nel biota e quindi il primo livello di
accumulo. Se non abbiamo questa informazione sappiamo solo i
rapporti di concentrazione ma non le concentrazioni nei diversi
livelli trofici.
?
η1 = BCFL/Kow = 1
BCFL = Cf/CW = Kow
Se non abbiamo la concentrazione in acqua possiamo usare
Dreissena come specie bioaccumulatrice di partenza per calcolare
l’accumulo nei livelli trofici più elevati (che sono più sensibili, più
rari e più difficili da catturare)
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
pp'D
DT
opD
DT
pp'D
DE
opD
DE
pp'D
DD
opD
DD
101
110
151
149
153
144
138
187
183
185
174
177
180
170
201
196
194
ng
/g l
ip.
Dreissena alborella persico
PCB Dreissena Zoop. Pesce Pesce
Onnivoro Carnivoro
101 1.03 2.46 8.03 28.16
110 1.04 2.70 9.49 35.19151 1.05 3.10 12.12 48.30
149 1.06 3.18 12.64 50.96
153 1.09 3.82 17.07 74.09
144 1.08 3.57 15.30 64.76138 1.08 3.59 15.48 65.70
187 1.15 4.37 21.09 95.77
183 1.15 4.42 21.51 98.10
185 1.13 4.25 20.19 90.91
174 1.13 4.25 20.19 90.91177 1.12 4.18 19.73 88.38
180 1.20 4.70 23.55 109.28
170 1.17 4.55 22.45 103.26
201 1.28 5.02 26.00 122.86
196 1.28 5.05 26.22 124.09194 1.33 5.17 27.16 129.30
Rapporti di biomagnificazione ( η)
Da Dreissena calcolo cw e
la uso per BCFL
Alborella
y = 0.9665x - 251.92
R2 = 0.932
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
ng/g lip tot
ng
/g lip
to
t
PCB
misurati
PCB
Teorici a partire da
Dreissena
PERSICO
y = 0.6775x - 271.73
R2 = 0.958
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000
PCB teor persico ng/g lip tot
PC
B m
is p
ers
ico
n/g
lip
to
t
Lake Maggiore
Caso di studio 2
V.Taranto
Sampling sites
for mussels
and eggs
CH
IT
Pallanza
Ranco
0
200
400
600
800
1000
1200
Co
nc.
(ng
/g lip
.)
op' DDE pp' DDE pp' DDD op' DDT pp' DDT
Baveno V. Taranto Ranco
Dreissena, 1998
ηηηη3 ηηηη4 ηηηηbirds
(ηηηη3 X 20)
C M C M C M
pp’DDT 12.7 12.8 12.0 4 262 2.6
pp’DDE 5.3 8.2 2.5 2.4 109 80
pp’DDD 37 41.2 1.7 7.6 76.2 0.18
⇒
I valori calcolati col modello (C) sono in accordo con quelli di
biomagnificazione misurati a partire da Dreissena (M) solo per
pp’DDE. Per gli altri si sente l’effetto del metabolismo.
ηηηη2
Dreissena
ηηηη2
Zooplancton
ηηηη3
Agone
ηηηη4
Persico
ηηηηbirds
Svasso
pp’DDT
1.02
2.43
12.7
12.0
262
pp’DDE 1.01 1.59 5.3 2.5 109
pp’DDD 1.00 1.39 3.7 1.7 76
Calculated biomagnification ratios
X 20
In realtà Dreissena per i composti del DDT si comporta come come
η1
DDT (mg per kg di pesce)
1996 1998
Agone 1.19 0.84
Lavarello 0.24 0.13
Bondella 0.24 0.15
Luccio 0.02 0.03
Persico 0.08 0.04
Tabella 3 - Limiti di DDT in Italia e in Svizzera
Normativa italiana
Normativa
svizzera
% di grassi nel prodotto destinato
all’alimentazione
DDT totale mg/kg
(riferito all'alimento
come tale)
DDT totale mg/kg
(riferito all’alimento
come tale)
<5 0,05 1,0 indipendentem
ente dal contenuto
di grassi5 - 20 0,10
20 - 40 0,15
STANDARD di qualità per pp’DDE
Se la concentrazione di 0,1 mg/kg nell’agone
Quale dovrebbe essere la max conc. consentita in acqua?
Eta agone = 5,3 per pp’DDE
Supponendo il contenuto lipidico = 10% sul peso fresco
1 mg/kg / 5,3 = max conc. al primo livello trofico
0,19 /Cw= BCFL = KOW =501187
Cw= 0,4 x10-6 mg/l
ATTUALMENTE: la conc. fissata dalle leggi europee è: 10 ng/l
di DDT tot.
dal Decreto 367/2003 0,2 ng/l (in attuazione nel 2008 ma forse
cancellato dalla Direttiva Europea 60/2000)