INCREMENTO DI RADIAZIONE UV-B CONSEGUENTE ALL’ATTENUAZIONE DELL’OZONO STRATOSFERICO: MONITORAGGIO E STUDIO DEGLI EFFETTI SUI VETEGALI

ATTIVITÀ DELLO I.A.T.A - C.N.R. IN COLLABORAZIONE CON CE.SPE.VI.


INTRODUZIONE

A partire dagli anni ottanta si è verificata una progressiva attenuazione dello strato di ozono stratosferico a causa di emissioni gassose di esclusiva origine antropica (clorofluorocarburi).

La principale conseguenza di questo fenomeno è un incremento di radiazione ultravioletta incidente sulla superficie terrestre nella ristretta banda spettrale compresa tra 280 e 320 nm (UV-B). Le altre porzioni dello spettro dell’UV sono infatti assorbite da altri componenti dell’atmosfera o raggiungono normalmente la superficie terrestre.

È dunque estremamente importante conoscere l’andamento effettivo della radiazione UV-B incidente sulla superficie terrestre altrimenti, le conoscenze scientifiche sui cambiamenti a lungo termine della radiazione UV-B rimarranno solamente a livello di previsioni, di modelli e di teorie.

Chiaramente saranno necessari molti anni di monitoraggio solamente per determinare una baseline e per potere quindi associare a delle variazioni di intensità della radiazione UV-B dei cambiamenti nel livello di ozono, ma fino a quando non saranno disponibili misure di questo genere, non sarà possibile validare le previsioni dei cambiamenti di radiazione UV-B previste a livello planetario dai modelli matematici e, di conseguenza, stimare realisticamente i danni.

Parallelamente è anche importante allestire degli esperimenti in pieno campo in modo da simulare in maniera realistica i futuri livelli di radiazione UV-B e stimarne le più probabili conseguenze sui sistemi biologici vegetali.

Le difficoltà e la complessità nella realizzazione di tali studi in condizioni naturali, ha favorito in una fase iniziale, lo sviluppo di ricerche di base in ambienti artificiali (camere di crescita e serre). Le piante spesso erano allevate in condizioni molto diverse da quelle naturali, specialmente per quanto riguarda il regime radiativo (bassi livelli di radiazione fotosinteticamente attiva, di UV-A, di blu) essendo contemporaneamente sottoposte ad alte dosi di radiazioni UV-B.

I risultati ottenuti in condizioni sperimentali così particolari, sono difficilmente utilizzabili per prevedere la risposta di piante cresciute in pieno campo dove, gli alti livelli di PAR e di UV-A, innescano processi di fotoriparazione ai danni indotti dall’UV-B. Studi recenti effettuati in condizioni di pieno campo hanno inoltre dimostrato che anche la variabilità dei parametri meteorologici (radiazione, temperatura, precipitazioni) influisce sulla risposta della pianta ad un aumento di radiazione UV-B.

Si rendono quindi sempre più necessari degli studi condotti in condizioni realistiche sia in termini di condizioni di crescita delle essenze vegetali che in termini di modalità di somministrazione delle dosi suppletive di radiazione ultravioletta.

L’attività del “gruppo UV-B” dello I.A.T.A. - C.N.R iniziata nel 1993 si inquadra in queste due fondamentali linee di ricerca:

1. monitoraggio della radiazione UV-B incidente, una tra le poche iniziative attualmente esistenti in Italia

2. studio in condizioni naturali degli effetti di un realistico incremento di radiazione UV-B negli ecosistemi vegetali.

SENSORI E MODALITÀ DI MISURA

La misura della radiazione ultravioletta-B (UV-B) viene effettuata mediante sensore EKO 210 (EKO Instruments Trading Co. Ltd.) posizionato sul tetto dell’Istituto I.A.T.A. -C.N.R. di Via Caproni 8, a Firenze, operante nella banda compresa tra 290 e 320 nm; per determinare le relazioni fra radiazione UV-B e radiazione globale, viene anche rilevata la radiazione globale (400-2000 nm) mediante solarimetro Eppley. Le misure dei due sensori vengono registrate da un data logger come valori medi su dieci minuti, ottenuti mediando letture effettuate ogni 30 secondi.

La risposta spettrale del sensore EKO 210 rileva la radiazione biologicamente efficace (UV-BBE) a livello di danno al DNA, infatti la curva di risposta spettrale cresce al diminuire della lunghezza d’onda della radiazione ultravioletta, in analogia alla curva di assorbimento della radiazione UV-B da parte del DNA.

Dal 28 luglio al 5 settembre 1995 presso i campi sperimentali del Centro Sperimentale per il Vivaismo (Ce.Spe.Vi) di Pistoia è stato effettuato dallo I.A.T.A - C.N.R. un esperimento di pieno campo per studiare gli effetti di un incremento di radiazione UV-B sulla cv di fagiolo (Phaseolus vulgaris L.) Nano Bobis, simulando un’attenuazione percentuale della fascia di ozono stratosferico del 20 %.

L’apparato sperimentale di pieno campo consiste di 9 banchi di alluminio (1,2 × 4 m), su ciascuno dei quali sono montate 6 lampade fluorescenti UVB-313 (Q-Panel Co.) opportunamente filtrate in modo da mantenere le pozioni utili dello spettro di emissione.

SISTEMA SPERIMENTALE

• 3 banchi muniti di lampade filtrate con cellulosa acetato per la tesi UV-B (effettivamente UVB+UV-A+blu)

• 3 banchi con lampade filtrate con poliestere per la tesi UV-A (ovvero UV-A+blu)

• 3 banchi con lampade spente al fine di simulare le condizioni di ombreggiamento provocate dal sistema banco-lampade (tesi controllo)

Poiché non esistono in commercio dei filtri trasparenti al solo UV-B, la tesi UV-A ha la funzione di somministrare alle piante una dose aggiuntiva di UV-A+blu pari a quella presente nella tesi UV-B.

Il settaggio dell’intensità delle lampade e i controlli periodici sulla corretta funzionalità dell’apparato sperimentale sono stati effettuati con uno spettroradiometro con doppio monocromatore (Macam Photometrics, LTD); l’intensità di emissione delle lampade è stata regolata manualmente mediante un potenziometro.

Confrontando la tesi UV-B con le piante allevate in condizioni radiative naturali non si sono riscontrate differenze nella produzione e nella ripartizione della biomassa nei vari organi della pianta e le uniche differenze significative esistono a livello morfologico, avendo le piante con UV-B un minor numero di foglie e di area fogliare sulle ramificazioni.

Dal confronto tesi UV-B (UV-B+UV-A+blu) e tesi UV-A (UV-A+blu) si osserva invece una riduzione generale della crescita nelle piante della tesi UV-B; altezza, peso fresco e peso secco, numero di foglie, area fogliare totale e area fogliare sulle ramificazioni, numero fiori e lunghezza delle ramificazioni sono sempre inferiori nelle piante della tesi UV-B rispetto a quelle della tesi UV-A.

Tra i tre gruppi di piante non esistono comunque differenze nell’assimilazione fotosintetica, nella conduttanza stomatica e nella risposta dell’assimilazione a diverse concentrazioni di CO2. Non sono state inoltre rilevate delle differenze nel contenuto di pigmenti fotosintetici e di pigmenti schermo e nella produttività finale.

CONCLUSIONI

Solamente negli ultimi 4-5 anni a livello europeo si è avvertita la necessità di monitorare l’andamento della radiazione UV-B ma solo in pochi paesi sono state realizzate delle reti efficienti di rilevazione.

L’attività di monitoraggio intrapresa dallo I.A.T.A - C.N.R. sarà ulteriormente sviluppata nell’ottica di creare una climatologia a livello nazionale di questo importante parametro ambientale.

Parallelamente l’Istituto sta curando la messa a punto di un apparato per l’arricchimento di radiazione UV-B più sofisticato di quello attuale, controllato da microprocessore in grado di fornire in continuo una dose supplementare di UV-B pari ad una certa percentuale della radiazione UV-B solare incidente sulla superficie vegetale. Il sistema attualmente impiegato è soltanto un sistema preliminare in quanto consente di fornire una dose costante giornaliera di radiazione UV-B.

Con tale apparato sarà possibile operare in condizioni più realistiche realizzando esperimenti di durata pluriennale in grado di poter svincolare gli effetti della radiazione UV-B dalla variabilità stagionale.


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