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Grant Agreement number: 226646 -CP- 1- 2005-1-IE-COMENIUS-C21 (2005-3264)
I licheni come bioindicatoridell’inquinamento atmosferico
Materia: Biologia
Tipo di scuola: Scuola secondaria
Durata: 8 ore (lezioni in classe e attività esterne)
Autori: L. Brancaleoni, O. De Curtis, U. Thun Hohenstein, M.C. Turrini
Riassunto
In questo modulo viene illustrata una metodologia per utilizzare i licheni che crescono sulle cortecce degli alberi come indicatori del grado di inquinamento dell’aria, attraverso il calcolo dell’Indice di Biodiversità Lichenica. L’uso di tecnologie palmari direttamente sul campo consente agli studenti di essere parte attiva del processo di apprendimento, ottenendo il miglioramento delle loro capacità di osservazione della natura e di misurazione scientifica di variabili diverse.Il modulo è stato messo a punto al Parco Massari, una delle maggiori aree verdi del centro di Ferrara (Regione Emilia-Romagna), città patrimonio UNESCO dal 1995.
Istituzione: Dipartimento di Biologia ed Evoluzione, Università di Ferrara
Stato: Italia
Grant Agreement number: 226646 -CP- 1- 2005-1-IE-COMENIUS-C21(2005-3264)
IDEA CENTRALE E DOMANDE TRAINANTI – Qual’è la qualità dell'aria nelle nostre città?
Possiamo utilizzare i licheni come bioindicatori della qualità dell'aria?
DURATA – 8 ore
• lezione preparatoria in classe: 3 ore
• attività sul campo: 2 ore
• lavoro seguente l’attività all’aperto: 3 ore
LIVELLO – Scuola secondaria
INQUADRAMENTO PEDAGOGICO
La documentazione è sia un processo che un prodotto che coinvolgono la scoperta, l'estensione, la
riflessione e la comunicazione (Glass, Baker, Ellis, Bernstone, & Hagan, 2007). Inoltre, è uno
strumento per rendere l'apprendimento concreto e osservabile (Capello, 2007). Le tecnologie
avanzate utilizzate nello studio della scienza sono uno strumento di documentazione nuovo (Lee,
Hatherly, & Ramsey, 2002; MacNaughton & Williams, 2004; Fleer et al., 2006).
Questo modulo propone lo studio della qualità dell'aria mediante organismi viventi come
bioindicatori. La conoscenza botanica diventa quindi un proficuo strumento per verificare, in un
modo semplice e poco costoso, quanto sia pulita l'aria che respiriamo.
E’ possibile trarre indicazioni sulla qualità dell’aria tramite i licheni semplicemente contando la
presenza di diverse specie all’interno di una griglia, di forma e dimensioni standardizzate, posta su
un albero. Ripetendo la stessa operazione su un certo numero di alberi si otterrà l'Indice di
Biodiversità dei Licheni (IBL), che corrisponde a un indice di qualità dell'aria. L’area campionata
sarà successivamente visualizzata su una mappa georiferita e, con un semplice calcolo effettuato dal
programma GIS (Geographical Information Systems) utilizzato, una scala di colori mostrerà le
caratteristiche dell’aria e come tali caratteristiche variano nell’area analizzata.
Il modulo non richiede conoscenze specifiche delle specie di licheni: la distinzione di un lichene
dall’altro è semplice e intuitiva, in quanto è formulata sulla base della sua forma e/o del colore.
Comunque il modulo è utile anche per studiare direttamente sul campo la morfologia e le
caratteristiche delle tallofite e delle cormofite.
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CONOSCENZE PRELIMINARI NECESSARIE
Sarebbe utile che gli studenti ai quali è rivolto il presente modulo avessero nozioni su alghe, funghi
e alberi e nozioni relative all'inquinamento atmosferico. Inoltre è necessario conoscere come si
utilizza un GIS (Geographic Information Systems).
CONTENUTI
Un lichene è dato dalla simbiosi di due organismi. Si tratta di un fungo (il micobionte) e di un’alga
(o cianobatterio: il ficobionte). Il ficobionte produce cibo per il fungo dalla fotosintesi e il fungo
protegge l'alga trattenendo l’acqua e procurando i nutrienti minerali.
Nella maggior parte dei casi la forma del lichene è definita dal fungo. Alcuni licheni assumono un
aspetto foglioso (licheni fogliosi), altri coprono il substrato come una crosta (licheni crostosi) o
hanno il tallo che si ramifica quasi a ricordare una forma arbustiva (licheni fruticosi). Il tallo di un
tipico lichene foglioso è formato da quattro strati. Lo strato più esterno (la corteccia) è costituito da
ife fungine che formano uno strato di protezione. Sotto la corteccia c’è lo strato algale, composto di
cellule algali (o del cianobatterio) incastrate nelle ife fungine intrecciate piuttosto densamente. Al di
sotto di questo strato vi è il midollo, un terzo strato di ife fungine poco intrecciate e senza cellule
algali. Infine la corteccia inferiore assomiglia a quella della parte superiore e si compone di ife
fungine densamente intrecciate e spesso presenta strutture simili alle radici, conosciute come rizine,
che attaccano il tallo al substrato.
Molti licheni si riproducono asessualmente per mezzo dei soredi, piccoli gruppi di cellule algali
circondate da filamenti fungini (senza corteccia), e degli isidi, estensioni della superficie del tallo,
che vengono dispersi dal vento. Molti funghi che troviamo in simbiosi licheniche si riproducono
sessualmente producendo le spore negli apoteci e nei periteci, come i funghi che non formano
simbiosi.
Poiché i licheni sono organismi poichiloidrici, senza veri organi, il loro stato di idratazione è legato
all'umidità dell'aria (su cui si basa anche la loro nutrizione minerale). A causa di queste
caratteristiche i licheni sono molto sensibili agli inquinanti gassosi, in particolare al biossido di
zolfo, tanto da essere ampiamente utilizzati in tutto il mondo come organismi indicatori
dell’inquinamento. Negli studi dell’inquinamento atmosferico si osservano parametri come il
cambiamento della popolazione e dei caratteri morfologici, poiché, a causa delle sostanze inquinanti
nell’aria, la clorofilla viene distrutta e, di conseguenza, la fotosintesi risulta inibita.
MATERIALI
- Computer palmare o portatile
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- GPS
- Metro pieghevole o a nastro
- Griglia costruita a mano (la griglia è formata da 5 quadrati di lato 10 cm, vedi Appendice 1)
- Libro per l’identificazione dei licheni (se richiesto)
- Coltellino a serramanico e piccoli sacchetti per la raccolta dei licheni (se richiesto, si veda il
paragrafo sulle estensioni del modulo)
- Macchina fotografica digitale
- Programma GIS
- Carta georiferita dell’area in cui si farà lo studio
CONTESTO
Questo modulo può essere sviluppato in qualsiasi zona dove siano presenti degli alberi. È possibile
scegliere piccole aree, come il giardino della scuola, il parco comunale, o aree più grandi, come
l'intera città, la campagna, i boschi, e così via. Gli Autori hanno scelto uno dei parchi più grandi
della città di Ferrara (Parco Massari). Questa città è stata iscritta nella lista del Patrimonio Mondiale
dell'UNESCO come un chiaro esempio di città rinascimentale che ha mantenuto praticamente
intatto il suo centro. I criteri alla base di questa scelta sono i seguenti:
1 - Le residenze della dinastia estense nel Delta del Po illustrano in modo straordinario l'influenza
della cultura del Rinascimento sul paesaggio naturale;
2 - Il Parco del Delta del Po è un eccezionale paesaggio culturale pianificato che conserva in
notevole misura la sua forma originale (http://whc.unesco.org/en/list/733).
Parco Massari
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Il centro della città dispone di due aree verdi particolarmente estese in aggiunta ai molti giardini
privati, ma nella periferia della città si trova un polo chimico che può incidere negativamente sulla
qualità dell'aria. Gli effetti negativi vengono immediatamente registrati dai licheni che vivono sulla
corteccia degli alberi dentro e intorno la città.
http://www.panoramio.com/photo/667679
ISTRUZIONI
Lezione 1 – In classe (Preparatoria)
Durata – 3 ore
Obiettivi – Gli studenti acquisiscono le conoscenze di base sui licheni e preparano i semplici
strumenti da utilizzare nel parco per l'applicazione del metodo. Essi prendono confidenza con gli
strumenti tecnologici palmari, e vengono informati sul sito patrimonio dove andranno e sul corretto
comportamento da tenere.
L'insegnante verifica le idee, i preconcetti e/o gli equivoci che gli studenti hanno su come misurare
l'inquinamento atmosferico. Poi, eventualmente anche con l’ausilio di un video, illustra il metodo
basato sulla presenza di licheni che vivono sulla corteccia degli alberi.
Gli studenti sono introdotti all'uso del computer palmare e del GPS.
Prendono confidenza coi licheni basandosi sui loro colori e forme, usando fotografie e/o manuali o
navigando in Internet.
Gli studenti preparano la griglia (vedi appendice 1), la lista dei licheni (vedi appendice 2) e il foglio
di calcolo per il calcolo dell’indice della biodiversità dei licheni (IBL) (vedi appendice 3).
Infine l’insegnate da loro tutte le informazioni relative al sito patrimonio dove l'esperimento verrà
effettuato.
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Lezione 2 – In esterno
Durata – 2 ore
Obiettivi – Gli studenti controllano e registrano la frequenza dei licheni nell'area di studio per
esaminare il livello di inquinamento atmosferico.
La raccolta dei dati necessari al calcolo dell’IBL (Indice di Biodiversità Lichenica) migliorerà le
competenze degli studenti nell’osservazione della natura e la loro precisione nella misurazione dei
parametri.
Il lavoro di gruppo contribuirà a migliorare la loro capacità di cooperazione.
Il corretto comportamento degli studenti migliorerà la loro coscienza civica.
Se il modulo deve essere applicato in una zona protetta, l'insegnante deve fare tutte le richieste per i
permessi di visita e/o per raccogliere i campioni.
Gli studenti sono divisi in piccoli gruppi in modo che tutti possano partecipare alla raccolta dei dati.
Ogni gruppo è responsabile dei dati di una stazione di rilevamento.
Ogni gruppo controlla almeno tre alberi al fine di calcolare l’Indice di Biodiverità Lichenica della
stazione.
Gli alberi scelti non devono avere la corteccia acida, ad esempio i tigli (Tilia) o le querce (Quercus),
mentre gli alberi con corteccia acida (ad esempio le conifere) sono preferibilmente da evitare.
L'albero dovrebbe avere le seguenti caratteristiche:
- circonferenza di almeno 60 cm;
- inclinazione del tronco <10 °;
- assenza di danni evidenti.
Gli studenti quindi mettono la griglia sull’albero a circa 1 metro di altezza, in una posizione più o
meno orientata verso un punto cardinale (N, E, S, W). Bisogna evitare le aree della corteccia
danneggiate e le aree con copertura eccessiva di muschi o di alghe.
Griglia posizionata sull’albero campionato
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Per ripetere lo studio (ad esempio, negli anni seguenti), devono essere registrati in modo preciso:
- l'ubicazione dell’albero con il GPS;
- l’orientamento della griglia, con l'aiuto del GPS o di una bussola;
- l’altezza della griglia rispetto la base del tronco;
- la circonferenza del tronco su cui viene messa la griglia.
Ogni albero viene anche fotografato per consentire una corretta identificazione in qualsiasi
momento, finalizzata alla ripetizione del conteggio.
Gli studenti registrano quindi la presenza delle specie di licheni all’interno delle cinque maglie della
griglia (frequenze da 0 a 5). Se lo stesso tipo di lichene è presente in più di una maglia, il suo valore
di frequenza sarà la stessa del numero delle maglie in cui è presente (Figura 1, Appendice 3).
I licheni si distinguono in base alla loro morfologia e al loro colore o in base alla specie (se
conosciuta).
Se necessario per l'identificazione delle specie in laboratorio, gli studenti possono prendere un
piccolo campione o fotografare i licheni osservati.
Per ogni albero controllato, l’Indice di Biodiversità Lichenica (IBL) è dato dalla somma delle
frequenze dei licheni conteggiate per ogni punto cardinale, mentre l’IBL della stazione di
rilevamento è dato dalla media degli IBL di tutti gli alberi controllati in quella stazione. I calcoli
(vedi Appendice 3) possono essere effettuati direttamente sul luogo o successivamente in aula, con
il foglio di calcolo elaborato durante la lezione preparatoria.
Dopo il completamento del lavoro, l'insegnante guiderà i ragazzi in una breve discussione e
nell'analisi dei dati raccolti.
Lezione 3 – In classe (Conclusione)
Durata – 3 ore
Obiettivi – Gli studenti calcolano e interpretano l’Indice di Biodiversità Lichenica come un indice
indiretto della purezza dell’aria e visualizzano il risultato in una mappa utilizzando la tecnologia
GIS.
Capiscono l'idea centrale del modulo e rispondono alle domande trainanti.
In classe gli studenti visualizzano la mappa georiferita del sito patrimonio con le aree campionate,
utilizzando il programma GIS. Caricano le coordinate degli alberi controllati e calcolano l'IBL (se
non già fatto sul campo).
Il GIS è in grado di individuare ogni punto controllato utilizzando colori diversi sulla base del
valore di IBL ottenuto, avendo in tal modo la possibilità di vedere immediatamente dove l'aria è
pulita o meno (Figura 2, Appendice 3).
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Mostrando l'immagine della mappa con l'IBL su uno schermo, l'insegnante può guidare gli studenti
in una discussione sui risultati ottenuti. Alcuni argomenti di discussione potrebbero essere la salute
degli esseri viventi in relazione con la qualità dell'aria; diversi metodi per analizzare la qualità
dell'aria trovati con una ricerca in Internet; la distanza tra il punto più inquinato e la fonte
inquinante ipotizzata.
Gli studenti possono confrontare i dati raccolti su alberi diversi e in zone diverse della città.
Se necessario, gli studenti possono osservare campioni di licheni al microscopio e identificare le
specie mediante l'uso di manuali e/o Internet.
Obiettivi del modulo
Alla fine del modulo gli studenti avranno capito:
- come la qualità dell'aria influenza gli organismi viventi;
- come alcuni organismi viventi possono essere utilizzati per lo studio della qualità dell'aria;
- il modo di studiare l'inquinamento atmosferico;
- la diretta influenza delle attività umane sull'ambiente.
Gli studenti avranno imparato anche a utilizzare un computer palmare, un GPS e la tecnologia GIS.
POSSIBILI ESTENSIONI
Gli studenti possono:
- confrontare l’IBL che hanno calcolato con i dati ufficiali rilevati dalle agenzie per l'ambiente;
- inviare i loro risultati all’agenzia per l’ambiente locale, sollecitando alcune contromisure se le
ritengono necessarie;
- ripetere la stessa indagine in luoghi diversi, più vicino e più lontano dalle potenziali fonti di
inquinamento atmosferico.
- confrontare le diverse tecniche (dirette e indirette) per il monitoraggio dell'inquinamento
atmosferico.
VALUTAZIONE
Per gli studenti
In piccoli gruppi, gli studenti presenteranno i loro lavori per la classe, se necessario con la
presentazione di diapositive, per mostrare:
- la loro abilità nel fare ipotesi sui risultati;
- la loro comprensione della correlazione tra la qualità dell'aria e la salute degli esseri viventi
attraverso la salute dei licheni;
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- la loro conoscenza dei diversi metodi di misurazione degli inquinanti atmosferici;
- le loro competenze nell'uso di computer palmari e GPS;
- le loro competenze nell'uso del GIS.
La qualità della presentazione può dare una buona indicazione sulla capacità degli studenti di
lavorare in gruppo.
Per verificare la preparazione individuale, l'insegnante può:
- chiedere l'interpretazione delle mappe dell’IBL ottenute;
- chiedere che l'esperimento sia ripetuto nel giardino della scuola o in quello dello studente;
- fare domande sull’identificazione e sulla morfologia dei licheni e dell’albero;
- verificare la capacità di utilizzare il GIS con la creazione di una mappa, o di una nuova tabella
degli attributi;
- effettuare una prova finale.
Per gli insegnati in formazione e gli insegnanti in servizio
Relativamente a questo modulo cosa pensate riguardo a:
- il livello di interesse negli studenti?
- l’importanza all’interno del programma didattico?
- l’integrazione con le altre materie?
- l’adattabilità al vostro specifico metodo di insegnamento?
Avete commenti o suggerimenti rivolti agli insegnanti di sostegno?
Quali cambiamenti introdurreste?
Cambiereste la sequenza delle attività? Se sì, in quale modo?
Avete trovato facile l’insegnamento di questo modulo nella vostra scuola? Se no, perché?
Secondo voi le attività suggerite hanno aiutato i vostri studenti ad apprendere importanti concetti
scientifici? Se sì, quali? E in che modo?
I vostri studenti hanno avuto particolari difficoltà nell’affrontare qualcuna delle attività suggerita?
Se sì, quale?
Quali cambiamenti introdurreste la prossima volta?
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BIBLIOGRAFIA
Riferimenti bibliografici nel testo del modulo:
Capello, B. (2007). Documenting your emergent curriculum. Childcare Australasia, 3, 32-33.
Fleer, M., Edwards, S., Hammer, M., Kennedy, A., Ridgway, A., Robbins, J., et al. (2006). Early Childhood Learning Communities: Sociocultural Research Practice. Frenchs Forest: Pearson Education.
Glass, B., Baker, K., Ellis, R., Bernstone, H., & Hagan, B. (2007). How Does an Inclusive Environment Enhance the Learning of All Children? New Zealand Childcare Conference. Paihia, New Zealand.
Lee, W., Hatherly, A., & Ramsey, K. (2002). Using ICT to Document Children’s Learning. Early Childhood Folio, 6, 10-15.
MacNaughton, G., & Williams, G. (2004). Teaching young children: Choices in theory and practice. Berkshire: Open University Press.
Riferimenti bibliografici relativi all’inquinamento atmosferico
(da http://www.lbl.gov/Education/ELSI/Frames/pollution-library-refs-f.html, modificato):
Edelson, Ed. (1992). Clean Air. New York: Chelsea House.
Gay, K. (1991). Air Pollution. New York: F. Watts.
Lucas, E., Challand, H.J., & Stubbs, H. (1991). Acid Rain. Chicago: Children's Press.
Oliver, D.J. (1996). Killer Air Plagues. Bay Area: Oakland Tribune.
Revkin, A. (1992). Global Warming: Understanding the Forecast. New York: Abbeville Press.
Rock, M. (1992). The Automobile and the Environment. New York: Chelsea House.
Sandak, Cass, R.A. (1990). Reference Guide to Clean Air. Hillside, NJ: Enslow.
Tyson, P. (1992). Acid Rain. New York: Chelsea House.
Riferimenti bibliografici relativi ai licheni
(da http://ocid.nacse.org/lichenland/html/short_ref_list.html, modificato):
Casselman, K.L. (1993). Craft of the Dyer - Color from Plants and Lichens. New York: Dover Publications.
Esslinger, T.L., & Egan, R.S. (1995). A Sixth Checklist of the Lichen-forming, Lichenicolous, and Allied Fungi of the Continental United States and Canada. The Bryologist, 98(4), 467-549.
Goward, T., McCune, B., & Meidinger, D. (1994). The Lichens of British Columbia Illustrated Keys, part 1 - Foliose and Suamulose Species. British Columbia: Ministry of Forests, Research Program.
Hale, Mason, E., 1979. How to know the lichens, Pictured Key Nature Series.
Hale, M.E. (1983). The Biology of Lichens (3rd Ed). Baltimore: Edward Arnold Publ.
Hawksworth, D.L., & Hill, D.J. (1984). The Lichen-Forming Fungi. New York: Chapman and Hall.
Grant Agreement number: 226646 -CP- 1- 2005-1-IE-COMENIUS-C21(2005-3264)
Galloway, D.J. (1985). Flora of New Zealand Lichens. Wellington: P.D. Hasselberg, Government Printer.
McCune, B., & Goward, T. (1995). Macrolichens of the Northern Rocky Mountains. Arcata, California: Mad River Press.
Thomson, J.W. (1984). American Arctic Lichens. Vol. 1: The Macrolichens. New York: Columbia University Press,.
Riferimenti bibliografici relativi all’utilizzo dei licheni nello studio dell’inquinamento atmosferico (da http://www.thebls.org.uk/content/refren.html, modificato): Bates, J.W., & Farmer, A. (Eds.). (1992). Bryophytes and Lichens in a Changing Environment. Oxford: Oxford Science.
Ferry, B.W., Baddeley, M.S., & Hawksworth, D.L. (Eds.). (1973). Air Pollution and Lichens. London: Athlone Press.
Hawksworth, D.L., & Rose, F. (1976). Lichens as Pollution Monitors. London: Edward Arnold.
Henderson, A. (1990). Literature on Air Pollution and Lichens. XXXII, Lichenologist, 22, 397-404.
Richardson, D.H.S. (1992). Pollution Monitoring with Lichens. Slough: Richmond Publishing.
Riferimenti bibliografici italiani:
A.A.V.V. (2001). Manuale ANPA: I.B.L. Indice di Biodiversità Lichenica. Manuali e Linee Guida 2/2001 ANPA – Dipartimento Stato dell’Ambiente, Controlli e Sistemi Informativi.
Malavasi, C. (2000). Progetto "Licheni in rete" - Labter Crea-Mn.
Pieralli, P., & Traquandi, S. (1991). I Licheni. Guide all’aria pura. Firenze: Editoriale Tosca (Da richiedere alla casa editrice).
Valcuvia Passadore, M., & Malavasi, C. (2002). Relazioni simbiotiche: dai licheni all'agenda 21 locale. Regione Lombardia (Il manuale è disponibile presso il Labter Crea di Mantova).
http://dbiodbs.univ.trieste.it/
http://digilander.libero.it/licheniinrete/prima/home.htm
http://it.wikipedia.org/wiki/Lichene
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APPENDICE 1
Griglia per il campionamento
Materiali
2 bacchette di legno (o plastica o bamboo) lunghi 52 cm, grossi 1-2 cm, un filo di nylon (2-2.5 mm
Ø), un trapano
Metodo di costruzione
Effettuare 6 fori a 10 cm di distanza sulle due bacchette di legno.
Con il filo unire le due bacchette per ciascun foro, mantenendo una distanza di 10 cm tra le
bacchette. Fissare il filo con un nodo.
Si può anche fare un’unica griglia per rilevare simultaneamente i quattro punti cardinali, costruendo
semplicemente quattro griglie nello stesso modo e unendole con un pezzo di filo in modo che
possano scorrere lungo di esso.
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APPENDICE 2
Albero N° Foto N° Area campionata (città, strada, ecc.) Coordinates Specie
Circumferenza IBL N IBL E IBL S IBL W
Candelaria concolor Candelariella reflexa Lecanora allophana Lecanora carpinea
Lecanora chlarotera Lecanora hagenii
Lecidella elaeochroma Micarea sp.
Caloplaca pyracea Rinodina pyrina
Parmelia acetabulum Parmelia caperata
Parmelia elegantula Parmelia exasperatula Parmelia subrudecta
Parmelia sulcata Parmelia tiliacea
Phaeophyscia orbicularis Physcia adscendes
Physcia biziana Physcia clementei Physconea grisea Ramalina fastigiata Evernia prunastri
Xanthoria parietina Orthotricum diaphanum
Orthotricum striatum Tortula papillosa
Hypnum cupressiforme var. fili. Esposizione della griglia
Altezza della griglia sull’albero
Se non si conoscono le specie dei licheni, si deve usare un metodo pratico per distinguere le diverse
specie, basandosi sul loro colore e/o la loro forma (morfologia: crostosa, fogliosa e fruticosa)
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APPENDICE 3
Indice di Biodiversità Lichenica
IBL del campione (un albero): somma dei licheni presenti in una singola maglia della griglia per
ogni punto cardinale;
IBL del punto cardinale di una stazione di rilevamento (tutti gli alberi): somma di tutti gli IBL
campionati relativamente ad ogni punto cardinale;
IBL della stazione di rilevamento (tutti gli alberi e tutti i punti cardinali): somma degli IBL dei
punti cardinali divisa per il numero degli alberi campionati.
Figura 1 – Esempio del calcolo dell’IBL
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IBL COLORI IBL PUREZZA/ALTERAZIONE COLORE
7 0 Inquinamento molto alto Rosso scuro
6 1 ≤ IBL ≤ 15 Inquinamento alto Rosso
5 16 ≤ IBL ≤ 30 Inquinamento medio Arancione
4 31 ≤ IBL ≤ 45 Inquinamento basso/purezza bassa Giallo
3 46 ≤ IBL ≤ 60 Purezza media Verde
2 61 ≤ IBL ≤ 75 Purezza alta Verde scuro
1 IBL > 75 Purezza molto alta Blu
Figura 2 – Colori assegnati ai diversi valori dell’Indice di Biodiversità Lichenica