1 - Introduzione Il gruppo di lavoro e le collaborazioni

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1 1 - Introduzione Il 10 settembre 2007 ha avuto inizio il programma di ricerca riguardante l approfondimento dei rapporti esistenti fra l esercizio dell agricoltura e la salvaguardia del lago di Massaciuccoli. Il progetto è stato formalizzato attraverso due convenzioni distinte, ma incardinate sullo stesso obiettivo di ricerca, che sono state stipulate fra il Parco Regionale Migliarino - San Rossore - Massaciuccoli (ente committente) e rispettivamente il LandLab della Scuola Superiore S. Anna di Pisa e il Centro Interdipartimentale di Ricerche Agro-Ambientali E. Avanzi dell Università di Pisa (enti contraenti), in relazione alla diversa specializzazione che le due strutture hanno assunto nel settore della ricerca agronomica. Come è noto il Parco ha promosso, già dal lontano 1992, attività di ricerca anche piuttosto articolate allo scopo di risolvere i molti problemi ambientali e funzionali che affliggono il lago di Massaciuccoli, ma fino ad adesso le competenze messe in campo hanno coinvolto solo marginalmente il settore della ricerca agronomica nonostante le frequenti chiamate di correità che hanno interessato l operato delle aziende agricole. In considerazione anche del ruolo che il Parco è stato chiamate a svolgere nell ambito delle iniziative di risanamento del Lago previste dalla Regione Toscana (Piano Regionale di Azione Ambientale ) e cioè quello di coordinare gli interventi proprio nel settore agricolo, l Ente ha deciso di concentrare gli sforzi della ricerca sulla valutazione critica dei sistemi colturali presenti all interno del comprensorio di riferimento e sulla definizione delle possibili alternative da proporre agli agricoltori. Le domande, cui il progetto è stato chiamato a dare una risposta soddisfacente nel corso del biennio di lavoro, sono state dunque fondamentalmente due: - quali sono le responsabilità del settore agricolo nei processi di degradazione qualiquantitativa della risorsa idrica rappresentata dal bacino del lago di Massaciuccoli? - quali sono le azioni effettivamente percorribili, cioè agronomicamente corrette ed economicamente realizzabili, per ridurre l impatto associabile alla gestione dei sistemi colturali? Il gruppo di lavoro e le collaborazioni Per rispondere adeguatamente alle domande di ricerca proposte dal progetto si è reso necessario procedere alla formazione di un gruppo di lavoro composito in cui, agli agronomi 1

2 chiamati a coordinare il lavoro dell intero team, si sono aggiunti ricercatori di formazione diversa quali chimici, idrologi, geologi, climatologi, ecc. Inoltre il nucleo centrale di ricercatori, costituito dal personale che opera presso i due enti contraenti, si è arricchito del contributo derivante della collaborazione con l Istituto di Geoscienze e Georisorse del CNR (IGG), formalizzata mediante la stipula di una apposita convenzione. In particolare l IGG ha collaborato al prelievo dei campioni di acque superficiali e soprattutto alla determinazione di alcuni parametri analitici per i quali occorreva un livello maggiore di affinamento nelle tecniche di detezione, nonché alla discussione e all interpretazione dei risultati raccolti nel corso dell intera attività di progetto. Infine si devono segnalare i contributi, in termini di dati e/o di informazioni, pervenuti da altri enti che sono risultati comunque preziosi per la buona riuscita della ricerca, fra i quali è doveroso ricordare: - il Consorzio di Bonifica di Versilia-Massaciuccoli; - il Servizio agro-meteorologico dell ARSIA; - il Servizio Idrologico Regionale; - l Autorità di Bacino del Fiume Serchio; - l ARPAT Firenze e i Dipartimenti provinciali di Pisa e Lucca; - la Provincia di Pisa; - la Provincia di Lucca; - Acque Ingegneria Srl. In particolare il Consorzio di Bonifica Versilia-Massaciuccoli ha fornito utili informazioni riguardanti il sistema delle acque superficiali, la loro regimazione e le modalità di gestione degli impianti idrovori, nonché l evoluzione delle condizioni idrauliche subite dal comprensorio nel corso degli ultimi anni. Il Servizio Agrometorologico dell ARSIA ha assicurato la disponibilità dei dati climatici a scansione giornaliera registrati dalla capannina presente nell area di studio, oltre ad offrire un proficuo scambio di opinioni riguardo alle tecniche più idonee per la stima delle esigenze evapotraspirative delle colture. Anche il Servizio Idrologico Regionale ha messo a disposizione dati climatici relativi alle rilevazioni termo-pluviometriche delle stazioni presenti all interno dell area interessata che sono risultate utili per tarare un modello relativo al bilancio idrico del comprensorio. 2

3 Per quanto riguarda l Autorità di Bacino del fiume Serchio lo scambio delle informazioni ha riguardato soprattutto gli aspetti legati al bilancio idrico del lago e al rilievo delle quote del comprensorio effettuato tramite il sistema LIDAR. Con ARPAT si è realizzato un proficuo scambio di dati relativi alla qualità delle acque superficiali e sotterranee, che ha poi condotto allo svolgimento di una campagna di monitoraggio eseguita in cooperazione sulla base della convergenza degli obiettivi perseguiti. Le Amministrazioni Provinciali di Pisa e di Lucca hanno fornito i dati relativi alle stratigrafie di pozzi e ai piezometri presenti nel dominio di studio, mentre Acque Spa ha provveduto a trasmettere le specifiche tecniche del dimensionamento degli impianti di depurazione di Vecchiano e Migliarino e a fornire una valutazione sulla qualità media dei reflui in uscita dai due impianti di depurazione. Infine si deve segnalare il fecondo scambio di idee e di opinioni intercorso con il gruppo di ricerca coordinato dal prof. A. Masoni (DAGA-PI) che si è occupato della gestione delle aree vulnerabili ai nitrati (ZVN) in Toscana, su specifico incarico dell ARSIA e che quindi ha svolto indagini anche all interno del comprensorio del Massaciuccoli La natura dei problemi affrontati Il primo problema affrontato ha riguardato la definizione, all interno del comprensorio di studio, dei meccanismi di circolazione delle acque superficiali e dei complessi rapporti con il sistema delle acque sotterranee, analizzando le variazioni temporali descritte dai deflussi, dalle superfici piezometriche e dalle portate in base ad un reticolo di campionamento pianificato. Parallelamente sono stati valutati i possibili problemi che l esercizio dell agricoltura può indurre sullo stato quali-quantitativo delle risorse idriche dell area; tali aspetti sono stati sostanzialmente identificati dall ente committente con il consumo di acqua attraverso le pratiche irrigue e con il rilascio di fosforo dai campi coltivati, sia che questo processo avvenga per dissoluzione delle sostanze nelle acque, sia che invece risulti associato al trasporto solido delle particelle terrose. Anche se nelle due convenzioni stipulate non si faceva espresso riferimento all azoto, quale specifico obiettivo di ricerca, si è ritenuto fortemente penalizzante, per le risultanze del progetto, escludere tale elemento dal novero delle indagini e si è quindi proceduto - operando con fondi nella disponibilità degli enti contraenti - al suo monitoraggio che però non verrà discusso in questa sede. Non si è fatto invece alcun riferimento ai problemi posti dal possibile 3

4 inquinamento delle acque da fitofarmaci sia perché l argomento risulta completamente alieno rispetto agli obiettivi di ricerca fissati dalle convenzioni, sia perché il fenomeno presenta caratteristiche diverse da quelle che interessano la dispersione dei nutrienti. Al fine di valutare l efficacia di comportamenti tecnici alternativi si è proceduto alla caratterizzazione dei sistemi agricoli presenti nel comprensorio ed alla verifica in campo delle possibili soluzioni proposte. A questo scopo sono stati organizzati anche numerosi incontri con gli agricoltori sia di tipo individuale, per raccogliere informazioni sulle modalità di conduzione tecnica dell azienda, che di tipo collettivo, in cui si è cercato di promuovere il ricorso a soluzioni tecniche più sostenibili o di comprendere le esigenze e le aspettative espresse dalla categoria. In estrema sintesi, dunque, le questioni da approfondire riguardavano il consumo idrico in agricoltura e il rilascio di fosforo dai campi coltivati; di seguito si riportano alcune considerazioni utili ad inquadrare più correttamente le problematiche di interesse e ad evidenziare la difficoltà che un tale tipo di ricerca inevitabilmente comporta. In merito alle problematiche relative al consumo idrico operato in agricoltura si può affermare che le scelte agronomiche in grado di incidere significativamente sull impiego dell acqua e quindi sul bilancio di un comprensorio sono sostanzialmente riconducibili a due ordini di problemi. Il primo riguarda la scelta delle specie coltivate caratterizzate, durante la stagione vegetativa, da una diversa domanda traspirativa che unitamente all evaporazione dal suolo, rappresenta la perdita complessiva di acqua subita dal sistema suolo-pianta-atmosfera. Il secondo è legato all irrigazione, una pratica da considerarsi in molti casi indispensabile al raggiungimento di produzioni qualitativamente e quantitativamente soddisfacenti, ma anche in grado di accrescere significativamente i consumi di una risorsa diventata sempre più preziosa e insostituibile. Il volume di acqua evapotraspirata (cioè complessivamente consumato da un blocco di vegetazione) è però solo in piccola parte costituito dagli apporti idrici distribuiti tramite l irrigazione; per il resto è rappresentato dai contributi naturali derivanti dalle idrometeore e/o dagli apporti di falda. D altra parte si deve considerare anche che una quota parte dei volumi irrigui può non essere utilizzata dalla coltura, disperdendosi nell atmosfera per evaporazione diretta (riducendo il deficit evapotraspirativo dell atmosfera) o percolando nel sottosuolo (andando ad alimentare la falda) e quindi rientrando a far parte del ciclo naturale dell acqua relativamente al comprensorio considerato. Ne risulta che distinguere e quantificare con certezza le diverse componenti coinvolte nel bilancio idrico delle colture agrarie costituisce un operazione complessa, resa più difficile dall impossibilità di misurare direttamente 4

5 l evapotraspirazione delle colture stesse (a causa dei costi e della difficile estrapolazione dei pochi dati disponibili ad una scala territoriale) e dalla mancanza di informazioni certe sui prelievi e sulle pratiche irrigue adottate dagli agricoltori. La metodologia più efficace diventerebbe dunque quella di concentrare l attenzione sulla misura/stima dei prelievi irrigui in considerazione della necessità di quantificare i consumi di acqua specificamente attribuibili alla pratica dell irrigazione, ovvero di definire la quota parte di consumi idrici delle colture sui quali è possibile operare un effettivo controllo e proporre gli eventuali correttivi. In mancanza di un catasto irriguo, risulta però difficile risalire ai volumi effettivamente prelevati all interno del bacino del lago di Massaciuccoli. Gli agricoltori stessi in molti casi non sono in grado fornire indicazioni attendibili sui quantitativi da loro somministrati alle colture, come emerso anche nel corso dei colloqui intercorsi con le aziende del comprensorio. Del resto anche l esame degli unici riferimenti esistenti, costituiti dalla documentazione presentata dalle aziende al Consorzio di Bonifica per il rilascio della concessione irrigua, può risultare fuorviante in mancanza di informazioni certe sulle superfici effettivamente irrigate e sul livello di reintegro dell evapotraspirato adottato per ciascuna coltura. Per quanto riguarda il trasporto di particelle terrose si tratta di un problema che riveste una duplice valenza ambientale: da una parte l asportazione dello strato più superficiale del terreno e la sua rideposizione all interno del lago contribuisce al progressivo interrimento del corpo d acqua riducendo di fatto la già scarsa profondità esistente e quindi il volume utile di invaso. Dall altra, come si legge più avanti, il trasporto solido è unanimemente considerato come una delle più importanti vie di diffusione del fosforo che si muove di preferenza associato, o meglio sorbito, sulle particelle terrose riuscendo in questo modo a percorrere anche notevoli distanze a partire dal punto di rilascio. Com è noto, molti fattori influenzano l entità e la dinamica dell erosione idrica (intensità e altezza delle precipitazioni, natura dei suoli, conformazione e durata della copertura vegetale, tipologia del management agronomico adottato dall agricoltore), ma è soprattutto la sovrapposizione di più condizioni sfavorevoli a generare l accadimento di eventi estremi, spesso responsabili di gran parte delle perdite di terreno registrate nel corso di un intera annata. Da ciò consegue che non essendo possibile agire direttamente sulla natura delle condizioni pedoclimatiche, l unica strada per riuscire a conseguire una mitigazione dei fenomeni erosivi è quella di agire sulla copertura vegetale (durata e composizione dell avvicendamento) e sulle tecniche agronomiche, prima fra tutte sulla modalità di lavorazione del terreno (scelta dell attrezzo, della profondità e dell epoca). Esiste poi la possibilità di mettere in atto da parte dell agricoltore accorgimenti agronomici specificamente dedicati alla riduzione del trasporto solido nelle acque 5

6 (colture di copertura, buffer strip, wetland) che però richiedono generalmente la corresponsione di un qualche incentivo economico per potersi diffondere all interno di un comprensorio agricolo. Infine per ciò che concerne il rilascio del fosforo è prioritariamente necessario ricordare che il suo contenuto nel terreno dipende principalmente dalla natura della roccia madre; si ritiene infatti che mediamente i due terzi dell intero pool di P, siano costituiti da composti inorganici, mentre solo un terzo risulterebbe di origine organica. La consistenza di tale frazione sembra positivamente correlata con il contenuto in azoto del terreno e con il valore assunto dal ph, ma la sua composizione risulta ancora insufficientemente conosciuta dal punto di vista qualitativo. In ogni caso un elevato contenuto di sostanza organica sembra determinare nel terreno un significativo incremento della concentrazione di forme di fosforo assimilabile attraverso l azione di meccanismi indiretti - riconducibili alla liberazione di ioni che competono con gli ioni fosfato per i siti di adsorbimento specifico sui colloidi ed alla formazione di complessi chelati con i metalli - e/o diretti, che consistono nella liberazione di ioni ortofosfato a seguito dei processi di mineralizzazione delle strutture organiche. Quando, in seguito alla distribuzione di un fertilizzante, giunge nella soluzione circolante del terreno una certa quantità di fosfati solubili si assiste, nel volgere di poco tempo, ad una sensibile riduzione della loro concentrazione ad opera del processo di adsorbimento specifico del fosforo solubile sui complessi organo-minerali del terreno; tale fenomeno, che può assumere una diversa intensità in funzione delle caratteristiche del suolo, viene indicato col nome di reazione veloce. In seguito, però, la concentrazione dei fosfati é ancora destinata a diminuire a causa dell azione di un altro processo chimico, inizialmente trascurabile, ma che acquista importanza col passare del tempo: la reazione lenta. Con tale denominazione si intende una serie di trasformazioni chimiche di natura diversa (precipitazione dei fosfati in fase separata e/o loro incorporazione nelle strutture minerali, chelazione dei metalli legati ai fosfati da parte della sostanza organica), che contribuiscono comunque a ridurre la presenza dell elemento nella soluzione circolante e, quindi, a limitarne la disponibilità per le piante. La conduzione tecnica delle colture sembra dunque influenzare solo in misura limitata le perdite di fosforo; la sostanziale immobilità che caratterizza l elemento nel terreno riduce infatti l influenza che le scelte tecniche dell agricoltore possono esercitare sulla dispersione ambientale del nutriente. I principali meccanismi che consentono al fosforo di abbandonare il terreno sono legati al movimento verticale (lisciviazione) e/o orizzontale (deflusso superficiale) dell acqua, nonché dal trasporto solido (erosione). 6

7 Come si può desumere dall esame dei dati riportati in bibliografia le perdite di nutriente attribuibili alla lisciviazione sembrano poco rilevanti, ad eccezione del verificarsi di condizioni pedologiche (terreni sciolti od organici), climatiche (elevate precipitazioni) e idrologiche (ridotta soggiacenza) del tutto particolari. Come già ricordato, la seconda possibilità che il fosforo ha per migrare dal terreno è costituita dal deflusso superficiale (run-off). Si deve notare però che risulta particolarmente difficile distinguere il contributo dello scorrimento superficiale, che dovrebbe riguardare solo forme solubili dell elemento, da quello determinato dal processo erosivo vero e proprio che interessa invece il trasporto di particolato associato a forme di nutriente meno disponibili per le piante, in considerazione del fatto che i due fenomeni appaiono non del tutto indipendenti. E stato infatti dimostrato che il contenuto di fosforo solubile nelle acque di scorrimento superficiale é inversamente correlato con la concentrazione dei solidi sospesi. La spiegazione di tale comportamento risiede nella già ricordata capacità di adsorbimento specifico dei fosfati posseduta dalle particelle più fini del terreno (sedimenti argillosi), che risultando più facilmente erodibili, costituiscono spesso la frazione granulometrica prevalente asportata dal run-off La struttura del progetto Le direttrici operative lungo le quali si è sviluppato il progetto possono essere considerate distinte anche se funzionali e complementari rispetto agli obiettivi di ricerca; in particolare le attività svolte hanno riguardato: la raccolta delle informazioni pregresse, lo studio idrologico del comprensorio, il monitoraggio ambientale, la caratterizzazione dei sistemi colturali presenti, la valutazione di comportamenti alternativi, il ricorso alla modellistica ambientale. Tali tematiche risultano intimamente connesse con la natura dei fenomeni indagati e costituiscono presupposti cognitivi indispensabili alla formulazione di risposte adeguate ai quesiti di ricerca affrontati. In particolare, la raccolta delle informazioni già prodotte nel corso di precedenti ricerche e dei dati a diverso titolo rilevati nel comprensorio ha costituito un passo doveroso e necessario a contestualizzare più efficacemente i risultati ottenuti, consentendone una interpretazione più corretta e compiuta; inoltre le evidenze emerse nel corso della presente ricerca sono state organizzate all interno di un data-base geografico così da renderne più agevole la consultazione, contribuendo ad accrescere significativamente il patrimonio delle conoscenze raccolte all interno dell area. 7

8 Lo studio dei complessi meccanismi idrologici e idrogeologici che regolano la circolazione dell acqua è risultato funzionale a chiarire il bilancio idrico del comprensorio e a tentare una quantificazione dei carichi di nutriente veicolati verso il lago. La decisione di realizzare un esteso lavoro di monitoraggio ambientale è nata, oltre che dalla volontà di pervenire ad una valutazione della dinamica dei fenomeni indagati, anche dalla necessità di verificare i contributi delle possibili sorgenti di nutriente, al fine di correlare la qualità e la quantità delle emissioni con le diverse modalità di conduzione agronomica del comprensorio. La valutazione dei modelli produttivi adottati e la sperimentazione di soluzioni alternative a quelle finora praticate ha costituito una premessa importante nel tentativo di orientare le scelte degli agricoltori verso sistemi colturali progressivamente più sostenibili. Infine, il ricorso alla modellistica ambientale è risultato prezioso nel valutare possibili scenari di riferimento e per formulare ipotesi plausibili riguardo alle dinamiche spazio-temporali dei fenomeni indagati. 8