Rita Baraldi, Luisa Neri, Federica Costa, Osvaldo Facini, Francesca Rapparini e Giulia Carriero
Istituto per la BioEconomia , CNR, Via Gobetti 101, 40129 Bologna
Riassunto: il verde urbano aiuta a migliorare la qualità dell’ambiente e la salute umana grazie alla capacità delle piante di assorbire gas a effetto serra e di rimuovere quantità significative di inquinanti dell’aria. I tetti verdi, che forniscono superfici verdi in città affollate dove non c’è spazio per altri arredi verdi urbani, possono aiutare a mitigare l’effetto negativo dell’inquinamento urbano. Il presente studio ha valutato la capacità potenziale di quindici specie erbacee ed arbustive impiegate nel design di tetti verdi (Lonicera pileata, Satureja repandens, Hypericum moserianum, Erigeron karvinskianus, Solidago praecox, Rudbeckia sullivantii ‘Goldsturm’, Filipendula purpurea, Filipendula vulgaris ‘Kahome’, Gaura lindheimeri, Campanula persicifolia, Veronica longifolia, Sedum spectabile, Origanum vulgare, Salvia nemorosa, e Achillea millefolium) di mitigare la concentrazione di anidride carbonica (CO2) e di inquinanti urbani, analizzandone le caratteristiche fisiologiche delle foglie (scambi gassosi) e le strutture micromorfologiche (stomi, tricomi, cere e ornamenti cuticolari) coinvolte nella rimozione di inquinanti.
Inoltre, considerando l’importante ruolo dei composti organici volatili biogenici (BVOC) e la loro reattività fotochimica in atmosfera, è stata valutata la loro emissione specie-specifica, e il potenziale di formazione di ozono (OFP) di ogni specie.
I nostri risultati hanno dimostrato che la capacità di mitigazione delle specie arbustive ed erbacee studiate, basata sulle caratteristiche analizzate, è specie-specifica. Il basso potenziale di formazione di ozono delle specie analizzate ha confermato che queste specie sono idonee per i programmi di pianificazione urbana.
Contesto: Circa la metà della popolazione mondiale vive attualmente in città, con un aumento stimato fino al 60% entro il 2030, rendendo le città più congestionate e inquinate a causa dell’elevata densità di traffico, e dei sistemi di condizionamento e riscaldamento. Le crescenti concentrazioni di anidride carbonica (CO2), uno dei principali gas serra, intrappolano il calore nell’atmosfera mentre inquinanti atmosferici come il biossido di azoto (NO2), l’anidride solforosa (SO2), l’ozono (O3) e il particolato atmosferico (PM) stanno causando effetti negativi sulla salute umana. Il particolato, in particolare le particelle con un diametro aerodinamico ≤10 μm (PM10 e PM2.5) che sono considerate le più pericolose (OMS, 2005; EEA, 2007), rappresenta una minaccia a lungo termine per le funzioni respiratorie umane, aumentando infine la mortalità. Diminuire l’inquinamento antropogenico dovuto al traffico e a fonti industriali è chiaramente complesso e diventa dunque vitale esplorare tutte le alternative per ridurre le concentrazioni di inquinanti nelle aree urbane.
A causa del basso impatto ambientale, il costo ridotto e il gradimento della comunità urbana, l’utilizzo di vegetazione urbana è spesso considerato una strategia di bonifica attuabile ed efficace per ridurre la concentrazione degli inquinanti e, di conseguenza, per la tutela della salute. Negli ultimi decenni i tetti verdi, che consentono la conversione di superfici solitamente impervie in una copertura multifunzionale, sono diventati popolari nella pianificazione urbana. Dato che i tetti possono formare fino al 35% -50% della superficie urbana, l’uso di questi spazi solitamente trascurati potrebbe divenire una strategia efficace per mitigare gli impatti negativi dell’urbanizzazione. I tetti verdi forniscono molti servizi ecosistemici come la regolazione delle temperature degli edifici, la riduzione degli effetti dell’isola di calore urbana, l’assorbimento di rumore, polvere e smog e la riduzione del deflusso delle acque piovane; inoltre i tetti verdi aumentano la biodiversità urbana e forniscono un ambiente più piacevole dal punto di vista estetico. I tetti verdi possono ridurre gli alti livelli di CO2 nelle grandi città sequestrando direttamente quantità importanti di carbonio nelle piante e nei suoli attraverso processi biologici, inoltre riducendo indirettamente le emissioni di carbonio grazie al risparmio energetico nel riscaldamento e nel raffreddamento. I tetti verdi fungono da filtri passivi di PM, specialmente se situati vicino alle sorgenti di emissione, e se caratterizzati da piante con elevata rugosità della superficie fogliare. Infine, ci sono già prove dei potenziali vantaggi della vegetazione dei tetti verdi nel controllo dell’inquinamento atmosferico.
I tetti verdi vengono quindi sempre più riconsiderati come investimenti che possono aiutare ad affrontare molte delle sfide che affrontano i residenti urbani; tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche su aspetti quali la selezione delle specie, lo sviluppo di substrati in crescita adeguati e la qualità delle acque di deflusso. Il potenziale della vegetazione di ridurre i gas serra e l’inquinamento urbano è influenzato dalle differenze nella capacità di sequestrare carbonio dovute alle caratteristiche specie-specifiche, all’età dell’ecosistema, alla densità delle piante, alla composizione delle specie, al clima e alla morfologia delle piante. Le piante possono però anche intercettare e catturare inquinanti, sia gassosi che particolato. In base alla loro struttura chimica, gli inquinanti gassosi (ad es. O3, NOx e SO2) possono penetrare nelle foglie per assorbimento attraverso gli stomi, seguendo il percorso di diffusione della CO2, oppure possono interagire con lo strato ceroso della cuticola e dell’epidermide e venire adsorbiti. Diversamente, il particolato viene rimosso dall’aria mediante deposizione secca sulle foglie e i rami e può essere trasferito a terra durante la pioggia. Ogni specie è caratterizzata da una diversa capacità di cattura del particolato e numerosi fattori sono coinvolti nel processo di mitigazione. Sulla base di questi presupposti, la capacità potenziale di mitigazione ambientale di una specie è determinata dai suoi tratti strutturali, funzionali e fisiologici. Infatti, ciascuna specie ha caratteristiche proprie quali efficienza fotosintetica, micromorfologia e caratteristiche delle foglie, geometria della chioma, distribuzione fogliare e flusso d’aria. In particolare, è possibile stimare il potenziale delle piante di assorbire particelle attraverso l’indagine di specifiche caratteristiche micromorfologiche della foglia come la densità degli stomi, presenza di tricomi, scabrosità e rivestimenti cerosi. Invece è possibile determinare l’assorbimento fogliare di gas come CO2, SO2, O3, NO2, attraverso l’indagine di caratteristiche ecofisiologiche fogliari, come la conduttanza stomatica, il metabolismo dei gas nel tessuto fogliare e la densità stomatica. Inoltre, gli strati cuticolari cerosi svolgono un ruolo nell’assorbimento di idrocarburi aromatici come il benzene e il toluene. Infine, la complessità della struttura fogliare, determinata dalla sua rugosità, consente la deposizione di particolato e svolge un ruolo nella prevenzione della rimozione del particolato adsorbito dovuta a vento o pioggia.
Quando si pianifica un “paesaggio urbano” è anche necessario considerare la capacità delle specie considerate di emettere composti volatili organici biogenici (BVOC), in particolare isoprenoidi come isoprene e monoterpeni, che vengono generalmente rilasciati per comunicazione, difesa e/o protezione da stress biotici e abiotici. L’importanza dei BVOC nelle aree urbane è collegata all’alta reattività di alcuni di questi composti, che possono influenzare la chimica del clima. Ad esempio, quando livelli moderati o elevati di NOx sono presenti in ambiente urbano, la reazione con l’isoprene porta alla formazione di ozono troposferico, mentre a concentrazioni limitate di NOx i BVOC possono ridurre i livelli di O3. Inoltre, i monoterpeni possono contribuire alla formazione di aerosol organici secondari e particolato. Poiché la qualità e la quantità di inquinanti assorbiti e le emissioni di BVOC variano a seconda della specie e delle condizioni ambientali, la scelta delle specie può influenzare significativamente la reattività fotochimica in ambiente urbano. Pertanto, nella pianificazione delle aree verdi urbane è fondamentale selezionare le specie più adatte a mitigare l’inquinamento.
Lo scopo di questo studio era di indagare la capacità potenziale di 15 specie arbustive ed erbacee, comunemente utilizzate come vegetazione sui tetti, di mitigare le emissioni di gas serra e gli inquinanti urbani analizzando proprietà funzionali e strutturali specifiche delle specie, ovvero l’assorbimento di CO2, l’emissione di BVOC e la micromorfologia delle foglie. Inoltre abbiamo stimato il contributo specifico dell’emissione di BVOC sul potenziale di formazione dell’ozono (OFP).
Conclusioni: I nostri risultati hanno evidenziato che la potenziale capacità di mitigazione di arbusti e specie erbacee è specie-specifica, ed è basata sui tratti ecofisiologici e morfologici studiati. Piante come le specie perenni erbacee R. sullivantii “Goldstrum”, E. karvinskianus, V. longifolia, F. vulgaris, G. lindheimeri, C. persicifolia, gli arbusti perenni aromatici O. vulgare, S. nemorosa e A. Millefolium, e l’arbusto L. pileata, che hanno elevate capacità fotosintetica, conduttanza stomatica e traspirazione, sono state considerate le più adatte ad assorbire CO2 e inquinanti gassosi. Tutte le specie studiate sono basse emettitrici di BVOC ad eccezione di H.moserianum, alta emettitrice di isoprene, e S. repandens, O.vulgare e C.persicifolia, moderate emettitrici di monoterpeni. Tuttavia, la stima dell’OFP ha riportato una produzione molto bassa di ozono anche per le specie ad emissione alta e moderata, indicando che tutte le specie testate non influenzano negativamente la qualità dell’aria. Le specie L. pileata, F. purpurea, F. vulgaris, S. nemorosa, V. longifolia e A. millefolium presentano un’alta densità di stomi e sono dunque considerate le più adatte per assorbire gli inquinanti gassosi e il particolato. Le specie con foglie pelose, cerose e ruvide trattengono il particolato più efficentemente delle specie con foglie glabre e lisce. In particolare, le foglie pelose di F. vulgaris ‘Kahome’, S. nemorosa e G. lindheimeri e la rugosità delle foglie di L. pileata, R. sullivantii ‘Goldsturm’, S. spectabile e A. millefolium rende queste specie le più adatte per catturare particolato dall’atmosfera. Inoltre, anche le foglie cerose di G. Lindhermeri, H. moserianum e S. spectabile conferiscono a queste specie un grande potenziale per la cattura del particolato. Le specie del genere Sedum, CAM facoltativa, sono ampiamente utilizzate per l’arredo di tetti verdi nelle regioni temperate di tutto il mondo. Per questo genere, le misure della conduttanza stomatica e della densità degli stomi sono rilevanti solo quando gli stomi sono aperti, quindi il contributo diurno alla mitigazione dell’inquinamento dipende molto dal loro stato di induzione CAM. Nel nostro studio, abbiamo scoperto che S. spectabile ben irrigato fissa CO2 in modalità C3, e ha dunque un possibile effetto positivo sulla mitigazione dell’inquinamento. Inoltre, un fattore che dovrebbe essere preso in considerazione per la selezione delle specie più adatte all’arredo di tetti verdi è la presenza di foglie anche durante l’inverno, quando l’inquinamento da particolato è generalmente più elevato. Pertanto, tra le specie considerate, gli arbusti sempreverdi S. repandens, L. pileata and H. moserianum contribuiscono al miglioramento della qualità dell’aria anche durante le stagioni invernali.
In conclusione, le specie utilizzate per i tetti verdi testate in questo lavoro sono risultate complessivamente adatte per il controllo dell’inquinamento atmosferico e per la mitigazione urbana. Tuttavia, nella pianificazione dei sistemi di inverdimento, la scelta delle specie vegetali più adatte dovrebbe essere basata sulle specifiche prestazioni di mitigazione richieste in quella determinata area urbana o suburbana .
https://doi.org/10.1016/j.ufug.2018.03.002
Abstract: Urban greening helps to improve environment quality and human health thanks to the ability of plants to absorb greenhouse gases and remove significant amounts of air pollutants. Green roofs, providing vegetated surfaces in dense cities, can help to mitigate the negative effects of urban pollution. The present study aimed to evaluate the potential ability of fifteen green roof species (Lonicera pileata, Satureja repandens, Hypericum moserianum, Erigeron karvinskianus, Solidago praecox, Rudbeckia sullivantii ‘Goldsturm’, Filipendula purpurea, Filipendula vulgaris ‘Kahome’, Gaura lindheimeri, Campanula persicifolia, Veronica longifolia, Sedum spectabile, Origanum vulgare, Salvia nemorosa, and Achillea millefolium) to mitigate carbon dioxide (CO2) and urban pollutant concentration analysing the leaf physiological traits (gas exchange) and morphological structures (stomata, trichomes, epicuticular waxes and cuticular ornamentation) involved in pollutant removal. Furthermore, considering the important role of biogenic volatile organic compounds (BVOC) on the photochemical reactivity of the atmosphere, their speciesspecific emission was also assessed together with the derived ozone forming potential (OFP). Our results suggested that the potential mitigation capacity based on the investigated traits of the shrubs and herbaceous species was species-specific. The very low potential of all the tested species to form ozone indicated their suitability for urban planning programs.