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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)