Inquinamento atmosferico e piante

Molteplici sono gli effetti degli inquinanti atmosferici sulle piante; illustriamo, in particolar modo, il fenomeno delle precipitazioni acide, soprattutto in riferimento ai danni che esse determinanoa carico delle specie forestali.

I danni che l'inquinamento atmosferico arreca alla vegetazione sono indubbiamente considerevoli anche se scarse sono le notizie riguardanti l'estensione, la sensibilità delle piante e la quantificazione economica nel nostro paese. Lo studio degli effetti fitotossici degli inquinanti atmosferici merita, invece, grande attenzione per la tutela stessa della salute umana; infatti è noto come i vegetali siano molto più sensibili agli inquinanti degli animali.

Bosco in buone condizioni di vegetazione, senza apparenti danni determinati dall'inquinamento atmosferico

Le piante ed in particolare le foglie, con il loro elevato rapporto superficie/volume hanno scambi gassosi che possono essere 50-100 volte superiori a quelli degli animali. L'impiego di piante come indicatori biologici è applicato da tempo in molti paesi; fra i vegetali utilizzati possiamo ricordare i licheni che risultano particolarmente sensibili all'anidride solforosa, alcune cuitivar di Gladiolus gandovensis (giadiolo), che sono indicatrici della presenza di acido fluoridrico e di altri composti del fluoro, Urtica urens (ortica) che è una ottima "spia" della presenza di nitrato di perossiacetilene ed infine la cultivar Bei-W3 di tabacco che è usata per il rilevamento dell'ozono.

Effetti dell'inquinamento atmosferico sulle piante
Varie sono le possibili classificazioni degli effetti subiti dalle piante ad opera degli inquinanti atmosferici; essi si distinguono principalmente in acuti e cronici a seconda della loro durata ed in primari e secondari a seconda che siano causati da una azione diretta sulla pianta oppure siano la conseguenza indiretta della loro presenza nell'aria.
Gli effetti acuti sono dovuti alla presenza di alte concentrazioni di inquinante per un periodo relativamente breve, non oltre le 24 ore. In questo caso si hanno manifestazioni visibili ben evidenti, come lesioni necrotiche fogliari, riduzione e perdita di prodotto, caduta di fiori o di frutticini, marciume dei frutti. Cessata la causa la pianta può riprendersi e non soccombere.
Gli effetti cronici sono dovuti alla presenza continua di un inquinante a concentrazioni relativamente basse. Tutta la vegetazione ne viene investita e ne soffre debolmente, ma gradualmente per lungo tempo. Le manifestazioni di tali effetti sulle piante sono: ingiallimenti fogliari di parte della lamina o anche delle nervature, filloptosi, riduzione di sviluppo sia delle foglie sia dei frutti, mancata fecondazione dei fiori, produzione di frutti meno serbevoli con maculature necrotiche ed infine la morte lenta della pianta intossicata.
I danni diretti sono facilmente visibili e si identificano per lo più con una riduzione di prodotto e quindi in una perdita economica stante la non commerciabilità del prodotto stesso.
I danni indiretti consistono, invece, nell'alterazione della fisiologia della pianta; essi sono difficilmente quantificabili e rilevabili, come ad esempio precoce senescenza, interferenze nel ritmo fotosintetico, nell'attività respiratoria, in quella enzimatica, variazioni di pH a livello cellulare, modificazioni delle relazioni di ossido-riduzione, dell'apertura e chiusura degli stomi, della turgescenza cellulare, ecc. Il danno indiretto può consistere in qualsiasi alterazione biochimica o fisiologica che comporti l'indebolimento e quindi anche la morte della pianta stessa.

Inquinanti atmosferici fitotossici
L'atmosfera è una miscela di gas e di materiali liquidi e solidi sospesi detti "particolati".
I principali inquinanti gassosi fitotossici sono rappresentati da anidride solforosa, acido fluoridrico, etilene, cloro e acido cloridrico, ammoniaca, monossido e biossido di azoto, ozoni e nitrato di perossiacetilene. Il loro danneggiamento alla vegetazione è aumentato di pari passo è l'industrializzazione e con lo sviluppo delle aree urbane. Fino a qualche decennio fa i più importanti agenti fitotossici erano considerati l'anidride solforosa e l'acido fluoridrico, mentre a questi inquinanti si sono aggiunti negli ultimi venti anni ozono e derivati da reazioni fotochimiche nell'atmosfera di idrocarburi ed ossidi di azoto.

Veduta generale, al tramonto, di un insediamento industriale; ben evidenti sono le emissioni dalle canne fumarie

Fra gli inquinanti "particolari" ricordiamo le polveri che possono avere effetti importanti sulle piante anche se sono, in genere, presenti a basse concentrazioni. Esse derivano principalmente da attività industria esempio cementifici, e dalla combustione del carbone; sono spesso causa di imbrattamento di frutti, o altre parti di pianta, di riduzioni de sviluppo, di senescenza precoce, di necrosi fogliare, di filloptosi. Talune sostanze, quali ad esempio i fluoruri, possono risultare tossiche per l'uomo egli animali che utilizzano le piante a scopi alimentari.

Precipitazioni acide
Un altro particolare aspetto dell'inquinamento atmosferico è rappresentato alle "piogge acide", un fenomeno non ancora del tutto chiarito che è considerato uno dei problemi ecologici più importanti degli anni '80.
Già nel 1852 il chimico inglese Smith utilizzò il termine "pioggia acida" avendo scoperto la correlazione fra l'acidità delle Precipitazioni e la presenza di inquinanti atmosferici.
Indagini eseguite nella Repubblica Federale Tedesca negli anni 1983 e 1984, hanno evidenziato che circa un terzo di tutta la superficie boschiva presentava attacchi di una misteriosa malattia. Censimenti analoghi hanno evidenziato che tali sintomi interessavano, spesso in misura rilevante, anche i boschi della penisola Scandinava, della Svizzera, della Francia, degli Stati Uniti e del Canada. La fitopada è ora presente anche in Austria ed in alcune circoscritte zone dell'Italia. Secondo dati del Ministero dell'Agricoltura il 20 per cento delle foreste abruzzesi è interessato dal fenomeno delle "piogge acide" che è stato segnalato anche nella foresta di Vallombrosa in Toscana.
La pioggia è naturalmente acida, lontano dalle aree inquinate, il pH dell'acqua di pioggia varia, di solito, da 4,5 a 5,5, mentre nelle regioni con insediamenti industriali il pH è spesso al di sotto di 4 e talvolta raggiunge valori pari a 2,6. Per quanto riguarda l'Italia, e Firenze, ad esempio, i valori medi pH rilevati nell'inverno 1976-77 o stati di 4,12 nel centro città e in periferia.
Naturalmente non solo la pioggia, ma anche la neve, la grandine, il nevischio possono avere bassi valori di pH; nell'atmosfera vi sono inoltre particelle solide con proprietà acide per cui si potrebbe parlare più correttamente di "precipitazioni acide".

I responsabili del fenomeno
I principali responsabili del fenomeno sono gli ossidi di zolfo (in particolare S02) e di azoto che danno luogo a acido solforico e nitrico rispettivamente. Mentre l'emissione dei primi, che sono responsabili al 70 per cento delle precipitazioni acide, tende a stabilizzarsi se non addirittura a diminuire in taluni paesi, la produzione di ossidi di azoto è in continuo aumento. L'importante caratteristica delle precipitazioni acide è la comparsa dei sintomi su piante che si trovano a centinaia, talvolta a migliaia di chilometri di distanza dalle fonti di inquinamento. Ciò è dovuto anche all'aumento dell'altezza dei camini degli impianti industriali che ha portato ad una riduzione degli effetti sulla vegetazione a breve distanza, ma ha aumentato i danni sulle piante più lontane. Gli effetti delle precipitazioni acide sui vegetali non sono sempre di facile identificazione, perché si ha spesso la presenza contemporanea di altri inquinanti con cui si possono instaurare rapporti di sinergismo quali ad esempio l'ozono.

Sezione di fusto di acero con carie causate da Coriolus unicolor

La struttura della cuticola delle foglie viene danneggiata con corrosioni, assottigliamenti ed anche distruzione dei tessuti. La gravità del danno dipende dalle caratteristiche delle foglie stesse quali lo spessore e la composizione degli strati cuticolari, la presenza di tricomi; le aree circondanti gli stomi sono in genere le più colpite. Tutto ciò provoca disidratazione, perdita di elementi nutritivi minerali (in particolare K, Ca, Mg) e organici, alterazione degli scambi gassosi fra pianta e ambiente esterno, formazione di aree necrotiche su foglie, fiori, rametti, riduzione della fotosintesi con conseguente stato di sofferenza della pianta. Le radici impoverite di glucidi non attirano più i funghi con cui esse instaurano quel rapporto di reciproco vantaggio, la micorrizia, che permette alla pianta di utilizzare maggiori quantità di acqua ed elementi minerali.
Tali negativi effetti sono favoriti dalla presenza di ozono che è oggi considerato un elemento altamente dannoso alla vegetazione.
I danni delle precipitazioni acide risultano in genere più gravi negli ecosistemi naturali rispetto agli agroecosistemi in cui l'uomo interviene ad esempio fertilizzando e apportando così gli elementi nutritivi che sono carenti.
Da circa un decennio vengono osservati gli effetti di questa forma di inquinamento sulle specie forestali.

Gli effetti su conifere e latifoglie
Le "piogge acide" danneggiano sia le conifere sia le latifoglie che inizialmente sembravano meno colpite.
Le conifere presentano un ingiallimento degli aghi a cominciare dai rami più vecchi. Gli apici ingialliscono a partire dalla loro base e dall'interno.
Negli abeti si ha l'arresto dello sviluppo delle parti terminali, mentre i rami laterali continuano ad accrescersi dando luogo al cosiddetto "nido di cicogna" che è una forma normale per abeti di oltre cento anni, mentre è un segno di senescenza precoce per piante più giovani; i rami secondari possono perdere la rigidità e piegarsi verso il suolo.
Gli alberi colpiti fruttificano spesso in modo disordinato ed abbondante. Nei casi più gravi la morte della pianta può avvenire in qualche settimana, fino a quando però la pianta conserva più della metà degli aghi è possibile una buona ripresa.
Gli alberi a foglia caduca (faggi, querce, frassini, eccetera) presentano una tardiva comparsa del fogliame che è anormale, caratterizzato da foglie piccole, clorotiche talvolta arruffate che cadono precocemente. Sulla corteccia si aprono delle fessurazioni che permettono l'insediamento di parassiti quali funghi o insetti.
Su tutti gli alberi malati è stata rilevata la presenza di un apparato radicale anomalo.
Nelle piante colpite è stata infatti osservata una ridottissima presenza di radici secondarie che sono quelle preposte all'assorbimento delle sostanze nutritive.
Tra gli effetti indiretti delle precipitazioni acide molto importanti sono le modificazioni del suolo conseguenti al progressivo abbassamento del pH. La carica microbica viene alterata qualitativamente e quantitativamente, acne i attività della microfauna vie compromessa. Alcuni elementi minerali sotto forma ionica divengono disponibili, mentre altri sono me utilizzabili da parte delle piante con calcio, magnesio e potassio. In alcuni casi gli effetti delle precipitazioni acide possono divenire addirittura positivi, come nel caso di terreni poveri di solfati, anche se ciò non può essere generalizzato.

I tentativi di risanamento del suolo
Nella Repubblica Federale Tedesca sono stati compiuti numerosi tentativi di risanamento del suolo mediante l'impiego di fertilizzanti a base di magnesio e di potassio, che distribuiti per un'intera estate hanno permesso il recupero di piante completamente ingiallite, oppure sono state distribuite sostanze quali dolomite tritata e basalto che hanno il pregio di essere poco solubili e quindi non sono dannosi all'ecologia del bosco.

Dove non esiste inquinamento atmosferico la vegetazione è rigogliosa e vitale: esempio di un vivaio di pini domestici

E' stato sperimentato inoltre lo spargimento per ventilazione di farina di roccia primitiva, la pacciamatura con legno, l'utilizzo di ceneri di lignite; tutte queste operazioni hanno lo scopo di eliminare gli effetti negativi delle precipitazioni acide quali carenza di sostanze nutritive e acidificazione del terreno.
Si tratta tuttavia di interventi di carattere curativo, mentre sarebbe senz'altro più opportuno adottare provvedimenti di tipo preventivo, anche se non si può pensare di porre termine alla morte delle foreste senza decisivi mutamenti dei processi agricoli e industriali.

Effetti degli inquinanti atmosferici sul rapporto pianta-patogeno
Molto interessante, ci è parso, infine, considerare il rapporto fra pianta-patogeno-inquinante, specificatamente nel caso delle precipitazioni acide e più in generale per altre forme di inquinamento.
Non sempre le piante indebolite dall'esposizione a dosi fitotossiche di inquinanti sono più vulnerabili all'attacco dei patogeni.
Ad esempio, in alcune piante di erba medica, fragola e soia esposte all'ozono si è riscontrata una riduzione dell'incidenza delle batteriosi causate da Xanthomonas alfalfa, fragariae e Pseudomonas glyclnea rispettivamente.
Ozono, anidride solforosa e floruri provocano una riduzione o non hanno effetto su malattie quali ad esempio l'elmintosporiosi del mais, la botrite della poinsezia, la fusariosi del cavolo. Nel caso particolare delle precipitazioni acide, è stato osservato che il fagiolo è meno attaccato dalla ruggine.
Naturalmente ci sono casi opposti, in cui i patogeni attaccano più facilmente le piante che vivendo in ambienti inquinati sono più stressate, è il caso ad esempio di Fomes annosus e Aureobasidium pullulans che sono particolarmente dannosi per le conifere che si trovano in aree industrializzate.