- Docente: Ilaria Braschi
- Crediti formativi: 6
- SSD: AGR/13
- Lingua di insegnamento: Italiano
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
- Campus: Bologna
- Corso: Laurea Magistrale in Progettazione e gestione degli ecosistemi agro-territoriali, forestali e del paesaggio (cod. 8532)
Conoscenze e abilità da conseguire
Al termine dell'insegnamento, lo studente avrà acquisito le competenze per valutare, analizzare e, in linea teorica, prevedere i principali processi autodepurativi attuati dal sistema suolo-pianta nei confronti di inquinanti organici e inorganici tramite processi ritentivi e degradativi. In particolare, lo studente sarà in grado di: - correlare il comportamento degli inquinanti nel sistema suolo-pianta in funzione delle caratteristiche chimico-fisiche degli stessi e del terreno considerato; - relazionare su specifiche tematiche inerenti il comportamento di inquinanti nel sistema suolo-pianta; - effettuare una lettura critica di pubblicazioni scientifiche inerenti la valutazione e la previsione dei fenomeni di inquinamento del suolo e delle acque.
Contenuti
Lezioni frontali (36 ore)
L'insegnamento si articola in diverse unità didattiche.
Unità didattiche. L'insegnamento si articola in 2 unità didattiche.
1. Didattica Frontali (36 ore)
1.1. Adsorbimento di inquinanti sulle componenti del suolo (10 ore)
1.1 Caratteristiche del suolo e adsorbimento degli inquinanti. Introduzione al corso e definizione di inquinante. Equilibri di ripartizione tra i principali comparti ambientali. Tessitura: struttura dei fillosilicati di tipo espandibile e non-espandibile e adsorbimento, cavità silossanica come reattore nucleofilo, sostituzioni isomorfe e stato di idratazione sull'adsorbimento di inquinanti organici e inorganici. Sostanza organica del terreno e adsorbimento. Adsorbimento su ossidi e idrossidi del suolo. Diagramma di stato di ematite e gibbsite. Adsorbimento in funzione del pH del suolo.
1.2. Caratteristiche dell'inquinante e adsorbimento al suolo. Caratteristiche chimico-fisiche: Solubilità, tensione di vapore, costante di Henry, coefficiente di ripartizione n-ottanolo-acqua (Kow), coefficiente di ripartizione suolo-acqua (Kd), costante di dissociazione acida o basica, effetto della carica dell'inquinante sull'adsorbimento.
1.3. Effetti macroscopici dell'adsorbimento di inquinanti al suolo. Isoterme di adsorbimento e desorbimento: tecnica batch e su colonna. Reversibilità e irreversibilità dell'adsorbimento. Termodinamica dell'adsorbimento.
1.4. L'adsorbimento a livello molecolare. Meccanismi di adsorbimento: Interazioni di van der Waals, legame idrofobico. Adsorbimento come processo cooperativo.Legame a idrogeno. Protonazione. Scambio cationico. Ponte cationico, Ponte ad acqua. Scambio anionico. Scambio di legante.
1.2. Degradazione di inquinanti nel suolo e nelle acque (10 ore)
1.2.1. Degradazione abiotica. Energia potenziale dell'adsorbimento reversibile e irreversibile: adsorbimento e degradazione abiotica. Caratteristiche del suolo che influenzano la degradazione: complessi di adsorbimento a sfera esterna e interna. Sostituzioni isomorfe e degradazione. Degradazione idrolitica pH-catalizzata in fase eterogenea e omogenea. Processi fotolitici: fotolisi diretta e diagramma di Jablonsky, fotolisi indiretta. Degradazione catalizzata da biossido di titanio: la potabilizzazione dell'acqua.
1.2.2. Degradazione biotica. Definizione e caratteristiche. Proprietà chimico-fisiche dell'interfaccia suolo-radice: Gradienti rizosferici: pH, nutrienti, potenziale redox, essudati, attività microbica, attività enzimatiche. Influenza della rizosfera sulla struttura minerale del suolo. Caratteristiche del suolo che influenzano la degradazione biotica. Degradazione microbica: tipo diretto e tipo indiretto. Reazioni di ossidazioni, idrolisi e riduzione. Letti biologici.
1.3. I metalli pesanti (6 ore)
1.3.1. I metalli nel sistema suolo-acqua-pianta. Metalli e metalli pesanti. Speciazione dei metalli nel terreno e nella soluzione circolante del suolo(ioni liberi, paia ioniche, complessi metallorganici). Disponibilità dei metalli in funzione del pH. Effetto della sostanza organica disciolta sul trasporto dei metalli nei corpi idrici. Metalli e potenziale redox. Fitoestrazione in presenza di chelanti. Tossicità dei metalli pesanti: rame, zinco, arsenico, cadmio, nichel, piombo.
1.3.2. Piogge acide. Formazione, evoluzione ed effetti sul sistema suolo-pianta. Acidificazione e potere tampone del suolo (fasi carbonatiche, sostanza organica, le basi di scambio). Alluminio mobile: formazione, effetti sul mucigel radicale e sulla parete cellulare vegetale.
1.4. Inquinamento del sistema suolo-acqua e contaminazione vegetale (10 ore)
1.4.1. Generalità sull'inquinamento. Indice GUS (Groundwater Ubiquity Score). Misure di contenimento dell'inquinamento dei suoli e corpi idrici. Normative vigenti in materia di inquinamento di suoli e acque. Tecniche di decontaminazione a basso impatto ambientale: Tecniche chimico-fisiche, scambio cationico, compostaggio, fitorimedio.
1.4.2. Uptake vegetale. Ingresso dei contaminanti nella pianta. Fitostabilizzazione: Fattore di concentrazione alla radice e Kow dell'inquinante. Fitodegradazione: fattore di concentrazione nel flusso traspiratorio e Kow dell'inquinante. Traslocazione di contaminanti acidi nella pianta: Teoria della trappola ionica. Fitotrasformazione enzimatica: Fase I (ossidazioni, idrolisi, riduzioni), Fase II (coniugazione con molecole a basso PM), Fase III (coniugazione con molecole ad alto PM). Fitovolatilizzazione.
2. Esercitazioni (24 ore)
Le esercitazioni di questo insegnamento si tengono presso il laboratorio didattico di Chimica, Biochimica Agraria e Tecnologie Alimentari (Lab CBA).
Le attività di laboratorio si incentrano sulla valutazione del livello di inquinanti organici/inorganici nei suoli, acque e piante modello di interesse per il C.I. nonché della capacità adsorbente/uptake e degradativa delle varie componenti tramite tecniche analitiche e spettroscopiche (HPLC e FTIR) e spettrometriche (ICP-Plasma). I livelli di inquinamento determinati, unitamente agli indici di qualità del suolo (determinati nel modulo 27562 del C.I.), consentono una valutazione complessiva dello stato chimico e biochimico dei terreni considerati.
Testi/Bibliografia
E'indispensabile la tavola periodica degli elementi.
Le slide proiettate durante il Corso sono disponibili.
Si consiglia di prendere visione dei seguenti testi:
Agrofarmaci - Conoscenze per un uso sostenibile, Gruppo Perdisa Editore, II Parte (pg. 151-377). Il testo è scaricabile gratuitamente da http://www.grifa.org/Documenti/AGROFARMACI%20-%20Conoscenze%20per%20un%20uso%20sostenibile.pdf
Marschner H., Mineral Nutrition of Higher Plants. Academic Press, London, 1995. Chapter 15: The soil/root interface.
Metodi didattici
Didattica frontale:
Attraverso la somministrazione delle unità didattiche in aula lo studente acquisisce le conoscenze dei principali meccanismi di inquinamento e autodepurazione del sistema suolo-acqua-pianta, delle principali misure per la tutela della qualità dei terreni e corpi idrici e possibili tecniche di mitigazione dell'inquinamento. L'acquisizione delle conoscenze e la capacità di comprensione saranno costantemente monitorate, durante lo svolgimento delle lezioni frontali, attraverso una continua interazione tra docente e studenti che li vede coinvolti in attività di problem solving inerenti alla disciplina insegnata. L'interazione docente-studenti avrà anche lo scopo di promuovere lo sviluppo di autonomia di giudizio e migliorare le abilità comunicative.
Esercitazioni di laboratorio:
La preparazione dell'esercitazione di laboratorio prevede diverse fasi quali: la razionalizzazione di quella che è la finalità dell'esperimento; la conoscenza delle tecniche adottate per la sua conduzione; la manipolazione e il trattamento dei campioni da analizzare; la raccolta e l'elaborazione dei dati ottenuti; l'interpretazione dei dati finali alla luce delle conoscenze acquisite durante le lezioni frontali. Durante le esercitazioni saranno proposti alcuni scenari applicativi, all'interno dei quali lo studente (da solo o in gruppo) dovrà scegliere un programma di lavoro che seguirà lungo l'intera durata delle esercitazioni, e al termine delle quali dovrà produrre una relazione tecnica e una breve esposizione orale relative al lavoro svolto.
Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento
La verifica dell'apprendimento dell'insegnamento avviene attraverso la valutazione della relazione prodotta al termine delle esercitazioni di laboratorio e sarà completata con l'esposizione orale del lavoro svolto. In quella sede saranno anche poste alcune domande (esame orale) tese a verificare il livello di preparazione sulla parte teorica dell'insegnamento. Il voto finale deriverà dall'integrazione delle votazioni meritate nei due moduli che compongono il C.I. Qualità Chimica e Biochimica del Suolo. La verifica dell'apprendimento dovrà essere superata in modo globale ed è necessario che il candidato raggiunga la votazione di almeno 18/30 in ognuno dei due moduli (27561 e 27562). La valutazione finale sarà una media dei punteggi raggiunti in ciascuna delle 2 aree disciplinari.
Strumenti a supporto della didattica
Per la didattica frontale si utilizzeranno lavagna luminosa, PC, videoproiettore, lavagna e tavola periodica degli elementi.
Le esercitazioni di laboratorio avranno luogo nel laboratorio didattico di Chimica, Biochimica Agraria e Tecnologie Alimentari (Lab CBA) del Dipartimento di Scienze Agrarie (Università di Bologna).
Orario di ricevimento
Consulta il sito web di Ilaria Braschi
SDGs
L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.