IL RUOLO DELLA ZONA INSATURA NELLA LISCIVIAZIONE DEI NITRATI VERSO LE ACQUE SOTTERRANEE IN PROVINCIA DI FERRARA

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1 IL RUOLO DELLA ZONA INSATURA NELLA LISCIVIAZIONE DEI NITRATI VERSO LE ACQUE SOTTERRANEE IN PROVINCIA DI FERRARA M. Mastrocicco 1, N. Colombani 1, G. Castaldelli 2 1 Dipartimento di Scienze della Terra Università degli Studi di Ferrara 2 Dipartimento di Ecologia ed Evoluzione Università degli Studi di Ferrara

2 APPROCCIO METODOLOGICO Quote di nitrati non asportate da colture e da processi di diluizione e degradazione possono passare dal terreno alle acque sotterrane Vanno compresi e quantificati i fattori che determinano genesi, migrazione ed attenuazione dei nitrati Raccolta dati di campagna Approfondimenti in laboratorio ELABORAZIONI Validazione dei risultati e del grado di comprensione CAMPIONAMENTI

3 Quote di nitrati non asportate da colture e da processi di diluizione e degradazione possono passare dal terreno alle acque sotterrane

4 Quote di nitrati non asportate da colture e da processi di diluizione e degradazione possono passare dal terreno alle acque sotterrane

5 Vanno compresi e quantificati i fattori che determinano genesi, migrazione ed attenuazione dei nitrati Alte [ 3 ] sono spesso temporalmente e spazialmente variabili (Bohlke et al., 2002) a causa di variazioni nella direzione di flusso e nella capacità di attenuazione del suolo (Almasri, 2007) l andamento delle [ 3 ] nella Provincia di Ferrara non sembra smentire tali affermazioni! atmosphere atmosphere (NH 2 ) 2 CO 2 NH UreaN 46% Ammonification is it a fast process? N 2 Nitrification how long does it take? Denitrification is it important? is organic matter content sufficient? 3 Surface water aquifer aquifer aquifer

6 Raccolta dati di campagna Approfondimenti in laboratorio Tali fenomeni sono ƒ di: pratiche agricole, tipo di suolo e tipo di lavorazione dello stesso, tipo di coltura, tecniche di irrigazione, tipo e dose di fertilizzante, distribuzione delle precipitazioni, etc tutti termini estremamente sito specifici!! T A MI S A MI 13.1% 13.2% Monticelli 11.7% 30.2% 9.3% 22.5%

7 Raccolta dati di campagna Approfondimenti in laboratorio PRECIPITAZIONI CENTRALINA METEO FISSAGGIO N 2 DATA LOGGER N 2 O 0 25 PRELIEVO TERRENI EVAPORAZIONE MISURA RUFF VOLATILIZZAZIONE NH 3 DRENI FERTILIZZANTI urea NH TENSIOMETRI SONDE DI TEMPERATURA IMMAGAZZINAMENTO SCARPA DI LAVORAZIONE DOTAZIONE LISIMETRI 2 3 INFILTRAZIONE PERCOLAZIONE 150 FALDA

8 BILANCIO IDRICO BILANCIO DELL AZOTO PRECIPITAZIONI CENTRALINA METEO FISSAGGIO N 2 DATA LOGGER N 2 O 0 25 PRELIEVO TERRENI EVAPORAZIONE MISURA RUFF VOLATILIZZAZIONE NH 3 DRENI FERTILIZZANTI urea NH TENSIOMETRI SONDE DI TEMPERATURA IMMAGAZZINAMENTO SCARPA DI LAVORAZIONE DOTAZIONE LISIMETRI 2 3 INFILTRAZIONE PERCOLAZIONE 150 FALDA

9 BILANCIO IDRICO BILANCIO DELL AZOTO PRECIPITAZIONI CENTRALINA METEO FISSAGGIO N 2 DATA LOGGER N 2 O 0 25 PRELIEVO TERRENI EVAPORAZIONE MISURA RUFF VOLATILIZZAZIONE NH 3 DRENI FERTILIZZANTI urea NH TENSIOMETRI SONDE DI TEMPERATURA IMMAGAZZINAMENTO SCARPA DI LAVORAZIONE DOTAZIONE LISIMETRI 2 3 INFILTRAZIONE PERCOLAZIONE 150 FALDA

10 Raccolta dati di campagna Approfondimenti in laboratorio PRECIPITAZIONI CENTRALINA METEO FISSAGGIO N DATA LOGGER PRELIEVO TERRENI EVAPORAZIONE VOLATILIZZAZIONE NH 3 FERTILIZZANTI urea MISURA Surface electrical resistivity tomography and hydrogeological characterization to constrain groundwater flow modeling in an agricultural field RUFF site near Ferrara (Italy); M. Mastrocicco, G. Vignoli, N. Colombani and N. Abu Zeid; ENVIRONMENTAL EARTH SCIENCES; Volume: 61 Issue: DRENI NH + 2 Pages: , Published: Monitoring and modelling nitrate persistence in a shallow aquifer; M. Mastrocicco, N. Colombani, G. Castaldelli, N. Jovanovic; WATER AIR & SOIL POLLUTION, DOI: /s SONDE DI The role of the unsaturated zone in determining nitrate leaching to groundwater; M. Mastrocicco, N. Colombani, G. Castaldelli, E. Salemi, 2 F. TEMPERATURA SCARPA DI LAVORAZIONE Vincenzi; XXXVIII IAH Congress, Krakow (1217/09/2010) Numerical assessment of effective evapotranspiration from maize plots to estimate groundwater recharge in lowlands; M. Mastrocicco, N. 3 Colombani, E. Salemi. G. Castaldelli; AGRICULTURAL IMMAGAZZINAMENTO WATER MANAGEMENT; Volume: 97 Issue: DOTAZIONE 9 Pages: , Published: SEPT 2010 LISIMETRI Reactive modeling of denitrification in soils with natural and depleted organic matter; M. Mastrocicco, N. Colombani, E. Salemi, G. Castaldelli; Submitted TENSIOMETRI to WATER AIR & SOIL POLLUTIONDOI /s Surface and subsurface water continuous monitoring INFILTRAZIONE to quantify nitrate leaking to groundwater from maize plots; PERCOLAZIONE M. Mastrocicco, N. Colombani, E. Salemi (2011); HydroEco 2011 Vienna, Austria, 25 Maggio Modelling and measuring mass transfer to determine groundwater nitrate load from maize plots; M. Mastrocicco, N. Colombani, G. Castaldelli, E. Salemi, F. Vincenzi; XXXVIII IAH Congress, Krakow FALDA (1217/09/2010) N 2 O

11 Raccolta dati di campagna Approfondimenti in laboratorio PRECIPITAZIONI CENTRALINA METEO FISSAGGIO DATI IDROMETEREOLOGICI, IDROGEOLOGICI E PEDOLOGICI (dal 2008) N DATA LOGGER Precipitazione giornaliera (mm) Granulometria (%) Umidità relativa media (%) PRELIEVO TERRENI EVAPORAZIONE Temperatura media dell aria a 2m ( C) Velocita' media vento a 10m (m/s) MISURA RUFF Pressione media al livello della stazione (mbar) Umidità relativa massima (%) VOLATILIZZAZIONE NH 3 Densità apparente (g/cm 3 ) Sostanza organica (%) Temperatura oraria ( C) Potenziale matriciale (cbar) DRENI Anioni e cationi (mg/l) N 2 O FERTILIZZANTI urea NH SONDE DI 2 TEMPERATURA SCARPA DI LAVORAZIONE Improved gravitational grain size separation method; E. Salemi, U. Tessari, N. Colombani, M. Mastrocicco; APPLIED CLAY SCIENCE, Volume: 3 48 Issue: 4 Pages: , Published: IMMAGAZZINAMENTO MAY 2010 DOTAZIONE LISIMETRI The role of permeability distribution on nitrate fate and transport, in different scales experiments under saturated condition; M. Mastrocicco, N. Colombani, TENSIOMETRI G. Castaldelli; GQ10, 7 th IAHS Groundwater Quality Conference, Zurich (1318/06/2010) Large tank experiment on nitrate fate and transport: INFILTRAZIONE the role of permeability distribution; M. Mastrocicco, N. Colombani, PERCOLAZIONE S. Palpacelli, G. Castaldelli; ENVIRONMENTAL EARTH SCIENCES, DOI: /s Fertilizers mobilization in alluvial aquifer: laboratory experiments; Mastrocicco M., Colombani N., Palpacelli S.; ENVIRONMENTAL GEOLOGY Volume: 56 Issue: 7 Pages: , FALDA Published: FEB 2009

12 ELABORAZIONI PET media annua: mm (663 mm from May to Oct.; 118 mm from Nov. to April) Potential groundwater and surface water contamination from fertilizers loadind in the Ferrara Province (IT); M. Andreotti, S. Bolognesi, G. Castaldelli, N. Colombani, M. Mastrocicco, E. Salemi, E. Tamburini, F.Vincenzi; ISONITRATE Paris (1011/12/2009) Fertilization management in zones vulnerable to nitrate: a new perspective based on G.I.S. mapping of residual nitrogen availability; E. Salemi, M. Mastrocicco, N. Colombani (2011); HydroEco 2011 Vienna, Austria, 25 Maggio Groundwater nitrogen speciation in intensively cultivated lowland areas; N. Colombani, E. Salemi, M. Mastrocicco, G. Castaldelli; Accepted to 9 th International Hydrogeological Congress, Kalavrita, Greece, October 57, 2011 Assessment of groundwater nitrogen contamination risk using LOS indices in the Ferrara Province, Italy; E. Salemi, N. Colombani, V. Aschonitis, M. Mastrocicco; Accepted to 9 th International Hydrogeological Congress, Kalavrita, Greece, October 57, 2011 Assessment of the intrinsic vulnerability of agricultural land to water and nitrogen losses, via deterministic approach and regression analysis. Part I: methodology development; V.G. Aschonitis, M. Mastrocicco, N. Colombani, E. Salemi, N.Kazakis, K. Voudouris, G. Castaldelli; Submitted to WATER AIR & SOIL POLLUTION, Reference: WATE6271 Assessment of the intrinsic vulnerability of agricultural land to water and nitrogen losses, via deterministic approach and regression analysis. Part II: case studies in Italy and Greece; V.G. Aschonitis, M. Mastrocicco, N. Colombani, E. Salemi, N.Kazakis, K. Voudouris, G. Castaldelli; Submitted to WATER AIR & SOIL POLLUTION, Reference: WATE6288

13 Influenza della zona satura e del rapporto C/N Dagli studi pregressi, l estensione della zona satura e la presenza di materia organica labile sembrano essere i fattori che maggiormente influenzano il tasso di percolazione del nitrati nella piana ferrarese. Per verificarlo sono stati considerati due siti a mais fertilizzati con urea a 300 kgn/ha: l uno CCR in terreni limoso argillosi poveri di materia organica e l altro MON in terreni sabbiosi (intrinsecamente più vulnerabili alla percolazione) ammendati con pollina CCR MON

14 Influenza della zona satura e del rapporto C/N Le [ 3 ] nel 2010 rimangono elevate in falda poiché la condizione di morbida della falda ha mobilizzato le specie azotate intrappolate nella zona vadosa, la bassa piovosità ha contribuito a concentrare i 3 e le basse temperature hanno parzialmente inibito la denitrificazione E comunque evidente come a MON le [ 3 ] siano di gran lunga inferiori che a CCR confermando un più alto tasso di denitrificazione (cfr [ 2 ] e [CH 3 COO] ) CCR MON Le concentrazioni misurate sono state corrette per densità apparente e contenuto d acqua. Le barre di errore indicano la deviazione standard di tre repliche.

15 Influenza della zona satura e del rapporto C/N CCR A CCR le [ 3 ] sono legate, con un certo ritardo, all oscillazione della tavola d acqua, condizionata dall andamento del vicino canale più che dalle precipitazioni. L EC non è direttamente correlabile con le [ 3 ] MON A MON le [ 3 ] sono meno legate all oscillazione della tavola d acqua e risultano comunque basse confermando che il tasso di denitrificazione è maggiore laddove i terreni sono ammendati con pollina. L EC non è direttamente correlabile con le [ 3 ] ed è strettamente legata alla piovosità.

16 CONCLUSIONI Nel terreno sabbioso (MON) il rilascio di substrati organici dalla mineralizzazione della pollina è stato sufficiente per evitare la lisciviazione dei 3. In particolare, la pollina ha fornito una fonte di carbonio labile in forma di acidi organici a basso peso molecolare, tra cui l'acetato, usato come substrato per il processo di denitrificazione. Nel terreno argilloso limoso (CCR) la carenza cronica di materia organica ed in particolare delle frazione labile, non ha potuto evitare perdite di azoto verso la falda acquifera superficiale. In accordo con le raccomandazioni contenute Direttiva Quadro sulle Acque (2006/118/EC) inerenti le pratiche agricole sostenibili per prevenire l'inquinamento delle acque sotterranee, l approccio qui descritto ha dimostrato che, anche nelle aree intrinsecamente più vulnerabili (terreni sabbiosi), una cessione relativamente bassa ma costante di substrati organici è stata sufficiente per evitare perdite di 3 verso la falda acquifera superficiale. Validazione dei risultati e del grado di comprensione Questi risultati richiamano l attenzione sulla necessità di proseguire con ulteriori ricerche sulla mitigazione dell inquinamento da nitrati in relazione al tipo di ammendante organico utilizzato ed al tipo di suolo presente.

17 Grazie per l attenzione!