Composti Organici Volatili nel Regno Vegetale e loro benefici per la salute umana e l'ambiente urbano

The research work aimed to deepen the understanding of the dynamic interactions between plants, Volatile Organic Compounds (VOCs) and the environment. In particular, the responses of plants to acoustic stimuli and the effects of VOCs on human health and urban air quality were examined. Volatile Organic Compounds (VOC) are organic molecules characterized by the ability to evaporate at room temperature, coming from a variety of sources such as plants, microorganisms, and anthropogenic activities. Plant communication through VOC, as a “chemical language”, allows plants to coordinate responses to environmental stimuli and stressful situations. A specific experimental focus was dedicated to the study of VOC emissions in response to acoustic stimuli in aromatic plants like lavender and rosemary. Through quantitative and qualitative analyses using GC/MS, a change in the relative abundances of VOCs was highlighted, suggesting a mechanism of communication via these compounds. Simultaneously, essential oils, a natural source of VOCs, have been investigated for their effects on human health, particularly in the context of Shinrin-yoku or "Forest Bathing". Using an innovative methodology based on VibraImage technology, the psychophysiological responses to olfactory stimulation induced by essential oils were evaluated. The results showed a significant increase in positive behavioral parameters and a simultaneous decrease in negative ones, contributing to an overall improvement in the well-being of the subjects. The research extended its scope to the analysis of VOCs from both natural and anthropogenic sources in different areas of the city of Reggio Emilia, Italy. VOCs, while influencing the formation of air pollutants such as ozone (O3), secondary organic aerosol (SOA) and particulate matter (PM), exert beneficial effects on human health. Urban vegetation plays a fundamental role in purifying and improving air quality through metabolic processes and physical mechanisms. The spatial analysis of the qualitative and quantitative variations of VOCs highlighted that areas with greater vegetation cover, such as urban parks, have lower total VOC concentrations than those with less vegetation. In conclusion, this research work outlines the complexity of the interactions between plants, VOCs and the environment, providing scientific basis for the development of sustainable strategies to preserve the health of both plants and citizens. The evidence collected can inform urban policies aimed at improving air quality, highlighting the importance of vegetation in urban contexts.

La ricerca di questi tre anni di dottorato si è proposta (Il lavoro di ricerca si è proposto) di approfondire la comprensione delle interazioni dinamiche tra piante, Composti Organici Volatili (VOC) e ambiente, esaminando in particolare le risposte delle piante agli stimoli acustici e gli effetti dei VOC sulla salute umana e sulla qualità dell'aria urbana. I Composti Organici Volatili (VOC) sono molecole organiche caratterizzate dalla capacità di evaporare a temperatura ambiente, provenienti da una varietà di sorgenti quali piante, microrganismi, e attività antropiche. La comunicazione tra piante tramite VOC, in una sorta di "linguaggio chimico", consente alle piante di coordinare le risposte a stimoli ambientali e situazioni di stress. Uno specifico focus sperimentale è stato dedicato allo studio delle emissioni di VOC in risposta a stimoli acustici nelle piante aromatiche lavanda e rosmarino. Attraverso analisi quantitative e qualitative tramite GC/MS si è evidenziato un cambiamento nelle abbondanze relative dei VOC, suggerendo un meccanismo di comunicazione tramite questi composti. In parallelo, gli oli essenziali, fonte naturale di VOC, sono stati oggetto di indagine per gli effetti sulla salute umana, in particolare nel contesto dello Shinrin-yoku o "Bagno nella foresta". Utilizzando una metodologia innovativa basata sulla tecnologia VibraImage, sono state valutate le risposte psicofisiologiche alla stimolazione olfattiva indotta dagli oli essenziali. I risultati hanno mostrato un aumento significativo dei parametri comportamentali positivi e una concomitante diminuzione di quelli negativi, contribuendo ad un miglioramento complessivo dello stato di benessere dei soggetti. La ricerca ha esteso il suo ambito all’analisi dei VOC derivanti sia da fonti naturali che antropiche in diverse zone della città di Reggio Emilia, Italia. I VOC, pur influenzando la formazione di inquinanti atmosferici come l'ozono (O3), l'aerosol organico secondario (SOA) e il particolato (PM), esercitano effetti benefici sulla salute umana. La vegetazione urbana svolge un ruolo fondamentale nella purificazione e nel miglioramento della qualità dell’aria attraverso processi metabolici e meccanismi fisici. L’analisi spaziale delle variazioni qualitative e quantitative dei VOC ha evidenziato che le zone con maggiore copertura vegetale, come i parchi urbani, presentano concentrazioni totali di VOC inferiori rispetto a quelle con minore vegetazione. In conclusione, questo lavoro di ricerca delinea la complessità delle interazioni tra piante, VOC e ambiente, fornendo basi scientifiche per lo sviluppo di strategie sostenibili volte a preservare la salute sia delle piante che dei cittadini. Le evidenze raccolte possono informare politiche urbane finalizzate al miglioramento della qualità dell'aria, sottolineando l'importanza della vegetazione in contesti urbani.