L'inquinamento atmosferico, del suolo, dei corsi d'acqua e le emissioni in atmosfera di sostanze inquinanti sono uno dei principali problemi ambientali in Europa e nel Mondo.
È necessario, pertanto, individuare e conoscere la natura di questi inquinanti, evidenziare le dinamiche che regolano la presenza e l'interazione tra gli stessi per poterne valutare gli impatti sulla salute e sull'ambiente.
L'ozono è uno dei principali inquinanti fotochimici presenti nell'aria, naturalmente presente in basse concentrazioni nella troposfera; nel periodo estivo, quando l'elevato irraggiamento solare e le condizioni meteorologiche ne favoriscono la formazione, le concentrazioni aumentano. La radiazione solare, infatti, e le elevate temperature, catalizzano le reazioni fra i precursori dell'ozono a partire dagli inquinanti primari, in particolare dal biossido di azoto.
Trattandosi di un composto altamente ossidante ed aggressivo non permane a lungo in atmosfera; pertanto, nelle aree urbane, dove è maggiore l'inquinamento atmosferico, l'ozono si forma e reagisce con elevata rapidità (i composti primari che partecipano alla sua formazione sono gli stessi che possono causarne una rapida distruzione).
La presenza di elevati livelli di ozono danneggia la salute umana, quella degli animali e delle piante oltre a deteriorare i materiali e ridurre la visibilità, ed essendo anche un forte assorbitore nello spettro infrarosso, contribuisce sostanzialmente all'aumento dell'effetto serra.
Gli effetti sulla salute umana, in particolare, sono oggetto di studio da diversi anni; i ricercatori hanno, infatti, dimostrato che provoca vari effetti a carico delle vie respiratorie. Grazie alla sua elevata reattività e solubilità in acqua, l'ozono inalato si decompone principalmente nel primo tratto dell'apparato respiratorio, provocando disagi respiratori e tosse, irritazioni al naso, alla gola, ma anche irritazioni agli occhi e mal di testa. Mentre al momento non sono ancora ben note le conseguenze "croniche", derivanti cioè da una lunga esposizione a basse concentrazioni di ozono.
I danni imputabili ad elevate concentrazioni di ozono riguardano, però, oltre che la salute umana anche la vegetazione: si tratta infatti di un potente ossidante che può avere effetti dannosi, sia acuti che cronici sulle piante. A livello biochimico, l'ozono, penetrato attraverso gli stomi, si degrada in derivati attivi dell'ossigeno (acqua ossigenata, radicali di superossido, ossidrile, ossigeno monoatomico, ecc.) distruggendo l'integrità delle membrane cellulari e modificando una serie di processi metabolici, tra cui la fotosintesi clorofilliana, che portano alla morte cellulare. Le piante, pur reagendo alle ingiurie di queste molecole mediante sofisticati sistemi enzimatici difensivi, subiscono gli effetti tossici di tali sostanze, estremamente reattive.
La conseguenza di tali effetti si manifesta con la comparsa di zone necrotiche a livello fogliare, ben visibili nelle cultivar sensibili (es. Nicotina tabacum cv. Bel W3), defoliazione e senescenza prematura. L'area danneggiata è direttamente proporzionale all'esposizione all'ozono, sia in termini di concentrazione che di durata, ciò permette una valutazione quali-quantitativa dell'effetto di questo inquinante.
L'esposizione a questo inquinante porta ad una riduzione dell'attività fotosintetica e dei meccanismi di trasporto che si riflettono in una minore vitalità dell'apparato fogliare, delle radici ed in una riduzione della crescita.
Altre sostanze tossiche presenti nell'aria sono gli ossidi di azoto di origine naturale e antropica che, quando assorbiti dalle piante, possono addirittura modificare il metabolismo dell'azoto. Studi condotti su piante di pino (Pinus sylvestris) suggeriscono che le variazioni dei livelli di glutamina e arginina negli aghi possono essere utili bioindicatori dell'inquinamento da deposizioni azotate.
Il fluoro è un componente naturale della crosta terrestre ed è diffuso in numerose rocce e minerali. Il trattamento ad alte temperature o chimico di questi materiali libera fluoruri nell'atmosfera. Questo elemento, presente ad elevate concentrazioni, porta ad alterazioni cellulari ben visibili sulle foglie di alcune piante come la specie Gladiolus gandavensis.
I sintomi sono necrosi che partono dall'estremità fogliare e corrono parallele alle nervature; a livello biochimico, invece, si ha la sintesi di fluoroacetil-CoA convertito in fluorocitrato, composto accumulato nei tessuti.
Anche l'ammonio atmosferico (NH3), derivante da numerose fonti di origine antropica, attività industriali, combustione del carbone, decomposizione di fertilizzanti azotati, volatilizzazione da escrementi animali, mineralizzazione della sostanza organica nel terreno, sta diventando un serio problema ambientale. Esposizioni acute all'NH3 provocano il rapido collasso dei tessuti, spesso associato a perdita di clorofilla.
I sintomi, simili a quelli provocati da altri inquinanti, si manifestano come aree necrotiche di colore bianco avorio circondate da un margine bruno-rossastro su foglie di specie sensibili quali la Brassica oleracea.
L'inquinante fitotossico più importante è l'anidride solforosa (SO2), responsabile dell'acidificazione del suolo e delle acque meteoriche. Piccole quantità di SO2 sono presenti nell'atmosfera di aree non urbane e non inquinate dall'uomo, a dimostrazione che esistono fonti naturali: attività microbiche, emissioni vulcaniche e aerosol marini. Le altre fonti sono la combustione, le attività metallurgiche, le centrali termoelettriche, le raffinerie e i veicoli a motore.
L'assorbimento dell'anidride solforosa avviene quasi esclusivamente per via stomatica. I primi sintomi nell'erba medica ( Medicago sativa) sono la comparsa di aree allessate, internervali, di colore verde scuro poste in prossimità del margine. Queste necrosi, in seguito, si estendono fino ad interessare tutto il bordo.
Nelle monocotiledoni ( Lolium perenne) le necrosi partono dall'apice e si estendono fino alla base. Le foglie più sensibili sono quelle mature, mentre le foglie giovani sono poco sensibili come quelle più vecchie.
Alcuni prodotti utilizzati come combustibili, sostanze plastiche, fibre, solventi, detersivi, vernici, fitofarmaci, erbicidi, additivi alimentari e prodotti farmaceutici sono resistenti alla degradazione batterica naturale e ai processi di trattamento dei liquami e permangono per lungo tempo accumulandosi nell'ambiente, negli organismi (bioaccumulo) e lungo le catene alimentari (processi di magnificazione biologica). Attraverso questi organismi bioaccumulatori è possibile ottenere anche dati diretti, qualitativi e quantitativi, su specifici contaminanti. Essi si comportano infatti come delle vere e proprie "centraline naturali" di rilevamento: sono capaci di accumulare e trattenere al loro interno elevate concentrazioni di inquinanti persistenti, ad esempio metalli pesanti, senza subire danni a breve-medio termine. L'analisi periodica del loro contenuto permette di identificare tali contaminanti (dati qualitativi) e di conoscerne le concentrazioni (dati quantitativi).
Le risposte delle piante ai metalli pesanti (Pb,Cd,Hg, soprattutto) si hanno a livello biochimico con la produzione di peptidi a basso peso molecolare (fitochelatine); le variazioni dei livelli di fitochelatine possono essere un valido indicatore quantitativo dello stress da metalli pesanti (in particolare il Cd). Le fonti di questi inquinanti sono in parte naturali ma per lo più sono di origine antropica (combustione, attività industriali, incenerimento rifiuti) e le piante li assorbono direttamente dal terreno, attraverso le foglie e per deposizione diretta sul fusto con successivo passaggio attraverso la corteccia, nel caso di specie arboree.
La notevole sensibilità di molte specie vegetali a numerosi inquinanti, la tipicità delle risposte che alcune di queste specie mostrano in presenza di certe sostanze e la possibilità che alcuni inquinanti si accumulino nei tessuti vegetali, sono i principali fattori che consentono l'impiego dei vegetali come indicatori biologici (Biomonitoraggio).
Nel biomonitoraggio sono possibili due approcci di indagine:
