Dott.ssa Baraldi

Bologna
http://www.bo.ibimet.cnr.it
Il verde, fonte di “nutrimento” per il
benessere dell’uomo
Risultati della ricerca scientifica e prospettive applicative
RITA
BARALDI
Convegno Expo Assofloro Lombardia, Milano, 29/09/2015
IBIMET: RICERCA AMBIENTALE
Analisi fisiologicabiochimica
Ecofisiologia
Analisi strutturale
Fisica dell’atmosfera
MicrometeorologiaMeteorologia
Obiettivo
generale:
Obiettivo
finale:
sostenere ed incentivare lo sviluppo e la competitività del
settore florovivaistico fornendo elementi innovativi e
all’avanguardia per una maggiore valorizzazione del
marchio di qualità delle piante provenienti da un
territorio di eccellenza
costruire una banca dati con schede innovative che
offrano,
assieme
alle
comuni
indicazioni
delle
caratteristiche botaniche, agronomiche e colturali,
informazioni aggiuntive inedite e specifiche sull’impatto
ambientale che diverse specie in uso nelle città possono
causare o subire in funzione delle loro caratteristiche
fisiologiche e morfologiche
L’energia che le piante spendono per i loro processi
fisiologici ci può aiutare nella mitigazione ambientale e di
conseguenza nel benessere dell’uomo: vediamo come
Riduzione dell’isola di
calore
Temperatura del
tardo pomeriggio
Rurale
Commerciale
Residenziale
sub-urbano
Residenziale
Residenziale
sub-urbano
urbano
Rurale
Parco
Città-centro
coltivato
Assorbimento
Emissione di Composti
Organici Volatili VOC
CO2
atmosferico
POF: Potenziale di
formazione dell’ozono
July 2015: Italy's warmest July on record
Luglio 2015 è stato, per l'Italia, un mese estremamente
caldo, facendo segnare un'anomalia di circa +3.6°C sopra
la media del periodo di riferimento (1971-2000) e risultando
pertanto il luglio più caldo dal 1800 ad oggi, ovvero da
quando si eseguono osservazioni strumentali nel nostro
Paese.
L'anomalia ha addirittura superato di circa un grado quella
del luglio 2003, che si fermò a +2.6°C.
Le precipitazioni di luglio 2015 per l'Italia, infine, sono
state piuttosto contenute, con anomalie negative sulla
maggior parte del territorio.
Riduzione dell’isola di calore
Le piante: nutrimento per il benessere
Temperatura del
tardo pomeriggio
Rurale
Commerciale
Residenziale
sub-urbano
Residenziale
Residenziale
sub-urbano
urbano
Rurale
Parco
Città-centro
coltivato
Riduzione della temperatura
Sistema verde come mitigazione del clima
un albero può traspirare fino a
450 litri di acqua al giorno
diretta
Riflessa
(20%)
Calore latente (48%)
Calore sensibile
(20%)
(1000 MJ)
Fotosintes
i (2%)
Per ogni g di H20 evaporata
occorrono 633 cal.
Trasmess
a (10%)
L’energia solare
incidente viene in gran
parte utilizzata dalla
vegetazione per la
traspirazione e la
fotosintesi, favorendo
l’abbassamento della
temperatura dell’aria.
Betula pendula
Fagus
Quercus
In un parco di grandi dimensioni la temperatura può essere più
bassa rispetto al centro di 1-3°c.
L'impressionante
vastità del centro
urbano
Central Park
La concentrazione della CO2 atmosferica è aumentata del 30% dall’inizio della
rivoluzione industriale e sta ancora aumentando
Le piante rappresentano il migliore organismo capace
di limitare l’aumento della CO2
Assorbimento
CO2
atmosferico
quantità di CO2 rimossa ANNUALMENTE
20 Kg di CO2/anno
1 ettaro: 5-6 ton/anno
CO2 immagazzinata COME BIOMASSA sotto forma di carbonio
0.4-1 ton durante il suo
ciclo vitale
Alto
Basso
Salix fragilis (salice)
Salix caprea
Sequestro di CO2
Larix deciduous
(larice)
Malus domestica
Chamaeciparis
lowsoniana
(cipresso)
Tilia europea
Sambucus niger
Alnus incana
pseudoplatanis
Acer
Ulmus campestris
(olmo)
Alnus cordata
Acer platanoides
Quercus robur
Quercus rubra
Pinus sylvestris
Acer campestris
Populus (pioppi)
Betula pendula
(betulla)
Salix alba
Fraxinus
Prunus laurocerasus Alnus glutinosa
Prunus avium
Corynus avellana
(nocciolo)
Rex acquifolium
(agrifoglio)
Quercus petrea
http://www.es.lancs.ac.uk/cnhgroup/iso-emissions.pdf
INQUINAMENTO ATMOSFERICO
O3
SO2 e SO3
NO e NO2
NH3 e NH4
Fe, Pb, Zn, Cd, Cu,
Inquinanti gassosi
Particolato
Le polveri sottili sono un insieme eterogeneo di particelle, sia solide sia liquide, che restano sospese nell’aria ( compreso il fumo e
l’aereosol) di differente origine, composizione chimica e dimensione che prende il nome di “particolato”(PM)
Sorgenti antropiche di
particolato
Particolarmente
importanti le particelle
molto piccole
(0.1 µm)
Quelle emesse da
combustione
contengono la
quantità più
elevata di
composti organici
cancerogeni e
mutageni e
penetrano
all’interno degli
alveoli polmonari.
In un' area urbana si riscontra una
prevalenza di sintomi respiratorii tre
volte superiore rispetto ad una zona
rurale (asma, bronchiti, enfisema,
allergie…)
Sorgenti naturali di
particolato
Nord Italia coperta da smog
Concentrazione annuale di PM10
Air Quality Guidelines, World Health Organization 2006, 39
Gli alberi:
non solo un polmone ma anche un
‘fegato verde’
Le piante hanno un “fegato verde” capace di
inattivare i contaminanti organici
BENZENE, TOLUENE
OSSIDI DI AZOTO, OZONO
DIOSSINA, FURANI
ANIDRIDE SOLFOROSA
effettiva rimozione del particolato e degli
inquinanti gassosi attraverso le foglie per
ASSORBIMENTO
STOMI
ADSORBIMENTO
CUTICOLA
ACCUMULO E
DISATTIVAZIONE
OSSIDAZIONE
METABOLICA
Assorbimento
Metabolismo
Sequestro
La capacità metabolica dipende
dal sistema enzimatico che è
specifico per ogni specie
Riducendo l’inquinamento da particolato (PM10) da 70 a 20 microgrammi per
metro cubo, le morti correlate alla qualità dell’aria possono essere ridotte di
circa il 15%.
POTENZIALITA’ DI ASSORBIMENTO DEGLI INQUINANTI ATMOSFERICI
STIMA
STUDI ISTOLOGICI
QUANTIFICAZIONE
STUDI MICRO-MORFOLOGICI
OSSERVAZIONE AL
MICROSCOPIO OTTICO
OSSERVAZIONE AL
MICROSCOPIO A SCANSIONE
ELETTRONICA
STUDIO DELL’ANATOMIA
FOGLIARE
Gli alberi sono più
efficienti nella
rimozione degli
inquinanti rispetto
agli arbusti
Stewart et al., 2003
Percentuale
di aree con
piante
Riduzione
del
particolato
Reduction of 140 deaths/year caused by
airborne particle
PM10 degli
doubling
tree
Raddoppiando
il numero
alberi
si number
può raggiungere
una riduzione di 140 morti/anno
PARTICOLATO
DENSITA’ DEI PELI FOGLIARI
Liquidambar styraciflua
Parrotia persica
Quercus cerris
Malus domestica “Evereste”
MICRO-RUGOSITA’ DELLE FOGLIE
PARTICOLATO
Liriodendron tulipifera
Crataegus monogyna
Scabrosità cuticolari
Parrotia persica
Superficie liscia
Quercus cerris
Quantità di PM depositate sulla superficie fogliare di
22 specie
45
µg·cm-2
30
0,2 -2,5 µm
2,5 -10 µm
10-100 µm
HSD0,05 for species = 2,97
HSD0,05 for filter = 0,71
15
0
Species
By the courtesy of Gawronski Stanislaw
Emissione di Composti
Organici Volatili VOC
L’albero dei VOC
POF: Potenziale di
formazione dell’ozono
I VOC emessi dai diversi organi vegetali delle piante sono circa 1700
L’emissione biogenica stimata attorno a 800-1500 Tg (1012g)/anno è maggiore di
quella antropogenica
L’ 80% dei BVOC sono estremamente reattivi in atmosfera
-pinene
β-pinene
Le piante producono e rilasciano nell’aria
sostanze organiche volatili (VOC)
limonene
Le sostanze odorose vengono percepite
dall’uomo….
……..ed anche dagli insetti
VOC come MESSAGGERI CHIMICI
… ATTRATTIVO
percepito dagli
INSETTI
IMPOLLINATORI…
…ma anche repellente e
deterrente per INSETTI che
sono DANNOSI alle stesse
piante
Perché i VOC sono importanti per l’ambiente?
I VOC modificano le proprietà chimiche e fisiche dell’atmosfera
In ambiente naturale
In ambiente urbano
I VOC possono rimuovere O3 e altri inquinanti
per assorbimento all’interno delle foglie e/o per
reazioni chimiche nella canopy.
Ma cosa succede quando i VOC
sono rilasciati nella troposfera?
BVOC “puliscono” l’atmosfera
dall’ozono
In presenza di alte concentrazioni di NOx i
VOC iniziano delle reazioni che portano ad
aumentare l’ozono troposferico
Scambi gassosi tra Atmosfera – Città – Foresta Urbana:
Gli inquinanti prodotti in ambiente urbano e la CO2 presente in atmosfera possono essere assorbiti dalla Foresta urbana, la quale può d'altro
canto immettere VOCs in grado di interagire con gli inquinanti presenti incrementando la concentrazione degli inquinanti stessi
INDICE OFP: POTENZIALE DI
FORMAZIONE DELL’OZONO
OFPspecie: B*[(Eiso*Riso) + (Emono*Rmono)]
B=BIOMASSA FOGLIARE
E=TASSO DI EMISSIONE
R=REATTIVITA’composti emessi
In ambiente urbano è importante usare specie con basso OFP per la
mitigazione dell’aria
Tratto da: “Le piante e l’inquinamento dell’aria. G. Lorenzini e C. Nali. Springer
VOC LAB
Caratterizzazione dell’impatto ambientale di specie vegetali di utilizzo in
ambito urbano mediante la stima dell’emissione di composti organici volatili
(VOC) e dell’assorbimento di CO2 e inquinanti atmosferici
Quercus cerris
Tilia cordata
Prunus avium
Malus everest
Liquidambar styraciflua
Liriodendrum tulipifera
Acer platanoides
Fraxinus ornus
Fraxinus excelsior
Carpinus betulus
Acer campestre
Crataegus monogina
Cercis siliquastrum
Catalpa bungei
Betula pendula “Youngii”
Koelreuteria paniculata
Parrotia persica
Robinia pseudoacacia
Morus alba “Pendula”
Sophora japonica
Ginkgo biloba
Tilia platyphyllos
Ulmus campestris
Celtis australis
Prunus cerasifera ‘pissardii‘
Sambucus nigra
Alnus glutinosa
Ligustrum japonica
Photinia red robin
Viburnum tinus
Laurus nobilis
Indice di POF: potenziale di formazione dell’ozono
(g O3 pianta-1 giorno-1)
Basso
<1
Fraxinus ornus
Quercus cerris
Crataegus monogyna
Fraxinus excelsior
Acer campestre
Acer platanoides
Prunus avium
Malus everest
Carpinus betulus
Tilia cordata
Cercis siliquastrum
Catalpa bungei
Morus alba “Pendula”
Parrotia persica
Betula pendula “Youngii”
Koelreuteria paniculata
Medio
1 - 10
Alto
> 10
Liquidambar styraciflua
Robinia pseudoacacia
Liriodendron tulipifera
Sophora japonica
Caratteristiche botaniche-agronomiche-colturali
Olmo comune
Famiglia: Ulmaceae
Specie: Ulmus minor
Assorbimento di
CO2
Ottima
capacità di
mitigazione
ambientale
Piante di 10 anni al
momento dell’impianto
Alta (2,8t/20a) capacità di accumulare CO2
atmosferica nella biomassa (103Kg/a per i primi 5
anni, 155Kg/a per i successivi 15 anni)
Formazione
potenziale di O3
Bassa emissione di VOC e un basso potenziale di
formazione di Ozono (< 1g O3/p/g)
Assorbimento
potenziale di inquinanti
gassosi
Alta capacità potenziale di assorbire gli inquinanti
gassosi
Potenziale di
cattura delle polveri
Medio potenziale di cattura delle polveri sottili
Ricerca effettuata dall’istituto di Biometeorologia (IBIMET) del CNR di Bologna t: tonellata
a: anno
p: pianta g:giorno
Storace
Famiglia: Hamamelidaceae
Specie: Liquidambar styraciflua
Piante di 10 anni al
momento dell’impianto
Media capacità
di mitigazione
ambientale
Limitare l’uso su
larga scala in aree
con inquinamento
atmosferico
Assorbimento di
CO2
Alta (2,8t/20a) capacità di accumulare CO2
atmosferica nella biomassa (103Kg/a per i primi 5
anni, 155Kg/a per i successivi 15 anni)
Formazione
potenziale di O3
Alta emissione di VOC e un Alto potenziale di
formazione di Ozono (>10g O3/p/g)
Assorbimento
potenziale di inquinanti
gassosi
Alta capacità potenziale di assorbire gli inquinanti
gassosi
Potenziale di
cattura delle polveri
Basso potenziale di cattura delle polveri sottili
Ricerca effettuata dall’istituto di Biometeorologia (IBIMET) del CNR di Bologna
t: tonellata
a: anno
p: pianta g:giorno
ASSORBIMEN
TO DI CO2*
Effetto di
mitigazione
sull’ambiente*
*
OTTIMO
Elevato
SPECIE
ARBOREE o ARBUSTIVE
Bagolaro, Olmo, Frassino comune, Tiglio selvatico,
Ontano nero, Acero riccio, Cerro, Betulla verrucosa,
Ginkgo, Tiglio nostrano
BUONO
Carpino bianco, Liriodendro, Robinia, Sofora
MEDIO
Storace
>2 t
OTTIMO
Medio
1-2 t
BUONO
Acero campestre, Mirabolano, Orniello, Ciliegio, Parrozia
MEDIO
Koeleuteria
OTTIMO
Basso
<1t
* Calcolato per 20 anni
per piante con 10 anni al
momento dell’impianto
BUONO
Melo da fiore, Biancospino nostrano, Alloro, Viburno tino,
Fotinia red robin, Ligustro del giappone
MEDIO
Sambuco, Gelso piangente, Catalpa nana, Albero di giuda
**Considerando la potenzialità di mitigare inquinanti atmosferici e di
formare ozono
evidenziate in rosso le specie con medio/alto potenziale di formare ozono
Ricerca effettuata dall’istituto di
Biometeorologia (IBIMET) del CNR
di Bologna
UN BOSCO PER KYOTO, premio
internazionale conferito ogni anno a
personalità scientifiche e politiche che
più di altre si sono distinte nella
difesa dell’ambiente e della qualità
dell’aria nel loro Paese, per il 2010 è
stato assegnato all’ IBIMET-BO
Soluzioni applicative dei risultati della ricerca scientifica
Il progetto
prevedeva di
piantare
3000 alberi
I benefici dell’intervento sono quindi
rivolti al miglioramento della
qualità della vita della comunità
locale.
Specie
Specie
selezionate
Abacus
CO2
(t in 30 anni)
CO2
(t in 50 anni)
Sambucus nigra
0,58
0,80
Malus domestica «Evereste»
0,58
0,80
Acer campestre
2,49
3,40
Fraxinus ornus
2,16
2,99
Prunus avium
2,16
2,99
Prunus cerasifera «Pissardii»
2,16
2,99
Morus alba
2,16
2,99
Celtis australis
3,66
5,07
Fraxinus excelsior
3,66
5,07
Tilia cordata
3,66
5,07
Ulmus minor
3,66
5,07
Acer platanoides
4,81
6,60
Specie
Specie
selezionate
Abacus
CO2
(t in 30 anni)
CO2
(t in 50 anni)
Catalpa bungei
0,58
0,80
Cercis siliquastrum
0,58
0,80
Koelreuteria paniculata
2,16
2,99
Quercus cerris
4,00
5,50
Zelkova serrata
3,66
5,07
Sophora japonica
3,66
5,07
Tilia platyphyllos
3,66
5,07
Ginko biloba
3,66
5,07
Viburnum tinus
0,58
0,80
Photinia x Frasei “red robin”
0,58
0,80
Laurus nobilis
0,58
0,80
Ligustrum japonicum
0,58
0,80
Un giardino pubblico
per ridurre le PM10:
IBIMET ai Giardini
Margherita
26 ha di Tigli, Querce,Tassi,Cedri, Platani, Pini, Ippocastani,
Magnolie
EFFETTO DI UN GIARDINO PUBBLICO SUI PM10
µg m-1
44.291
44.2905
100
90
44.29
80
44.2895
70
44.289
60
50
44.2885
40
44.288
30
44.2875
20
10
44.287
0
44.2865
11.209
11.21
11.211
11.212
11.213
11.214
11.215
MODELLISTICA ECOFISIOLOGICA
UFORE. "Urban Forest Effects"
STRATUM (Street Tree Resource Analysis Tool
for Urban-Forest Managers)
dai dati di un censimento, la struttura del popolamento in esame (disposizione, composizione,
copertura), consentono di
QUANTIFICARE i benefici ambientali ed economici derivanti dalla mitigazione da parte delle piante.
Forest Service dell’USDA-USA
Parco Ducale (22 ha)
Tree number
(4975)
Tilia spp
Acer campestris
Ulmus minor
Aesculus hippocastanum
Species
20 - 40 cm
Diameter
40 - 80 cm
COMPENSAZIONE ANNUALE DEL PARCO DUCALE
+ uso auto giornaliero (= 1,10 t CO2)
emette in totale
1,1 t CO2
1 auto emette 110g CO2 / km
uso giornaliero = 10000 km / anno
CO2 sequestrata:
160 t/anno
145
NO2: 100 Kg/anno
20
SO2: 83 Kg/anno
18
PM10: 228 Kg/anno
2200
SENSE:
Sostenibilità Ambientale Urbana e Involucro Edilizio
migliorare la qualità di vita nell’ambiente costruito: potenzialità dei tetti verdi rispetto
all’effetto isola di calore, alla compensazione della CO2 e alla dispersione degli inquinanti, in
modo da definire uno strumento in grado di supportare le Amministrazioni nella
validazione dei progetti urbanistici, nella pianificazione degli interventi di riqualificazione e di
nuova costruzione
L’IBIMET valuta l’efficienza di mitigazione delle coperture vegetali con tecniche
micrometeorologiche ed ecofisiologiche
Università degli Studi di ROMA
"La Sapienza"
Ibimet-CNR Bologna
Politecnico di MILANO
Soluzioni per la qualità dell’ambiente urbano: Tetti verdi per mitigare l’isola di
calore
In Italia la necessità di FRIGORIE può superare quella delle CALORIE
Giardino pensile di alberi di leccio sulla Torre Guinigi a Lucca
Il giardino dell'hotel ecologico 4 stelle a Vienna
Hotel Athenaeum, Londra
Musée du Quai Branly, Parigi
California Academy of Sciences in San Francisco – Renzo Piano
California Accademia della Scienza in San Francisco – Renzo Piano
INTERNO
Fotocatalisi con
biossido di titanio:
reazione ossidante
LE PIANTE NON INQUINANO
ci possono aiutare a trovare risposte economiche eco-compatibili
ma i loro benefici ambientali non possono essere considerati una
panacea in grado di risolvere tutti i problemi delle nostre città, ….
E’ indispensabile affiancare politiche di riduzione
dell’inquinamento per conseguire effettivi benefici sulla
nostra salute e, di conseguenza, sulla vivibilità delle
nostre città.
“FIGHT POLLUTION: PLANT A TREE”
GRAZIE PER
L’ATTENZIONE
[email protected]