Le componenti ecosistemiche dei corsi d acqua e delle loro fasce laterali: ostacoli o opportunità per la gestione fluviale e delle piene?

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1 PREVENZIONE RIDUZIONE DEL RISCHIO ALLUVIONI E DEL DISSESTO IDROGEOLOGICO: RIORDINO ISTITUZIONALE DELLE COMPETENZE E SOLUZIONI PER LA GESTIONE E IL GOVERNO DELLE ACQUE Le componenti ecosistemiche dei corsi d acqua e delle loro fasce laterali: ostacoli o opportunità per la gestione fluviale e delle piene? Pierluigi Viaroli Dipartimento di Bioscienze, Università di Parma pierluigi.viaroli@unipr.it

2 Cosa dice l ecologia fluviale Vannote, R. L.,G. W. Minshall, K. W. Cummins, J. R. Sedell, C. E. Cushing, The river continuum concept. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 37: Likens, G. E., Beyond the shoreline: a watershed ecosystem approach. Verh. Internat. Verein. Limnol. 22: Junk W.J., Bayley P.B., Sparks R.E The flood pulse concept in riverfloodplain systems. Canadian Special Publications Fishery Aquatic Science 106: Wetzel, R.G., Land-water interfaces: metabolic and limnological regulators.verh. Internat. Verein. Limnol. 24: Zalewski M., Janauer G. A., Jolánkai G., Ecohydrology: a new paradigm for the sustainable use of aquatic resources. IHP, UNESCO, Paris

3 River continuum concept Il sistema fluviale è costituito da un continuum di comunità biotiche che sono determinate da fattori topografici, idrologici e fisico-chimici

4 Spirale dei nutrienti (Ward, 1978) In un corso d acqua le sostanze inquinanti seguono un andamento spiraliforme che dipende dalle interazioni tra acqua, sedimenti e biota. A sua volta il corso d acqua può essere equiparato ad una spirale - un sistema menadriforme è come una spirale con le spire molto ravvicinate - un sistema rettilineo è come una spirale allungata con spire distanti tra di loro - se ci sono interazioni laterali (es. Lanche)si forma una spirale parallela. Più le spire sono vicine e fitte e maggiore è la capacità di ritenzione, trasformazione e di eliminazione degli inquinanti.

5 Zona di transizione aqcquaticaterrestre (ATTZ) - Le variazioni di livello dovute alle piene regolano la struttura biologica e i processi biogeochimici nelle zone laterali che diventano particolarmente reattive Ad esempio Acqua bassa il suolo si ossigena e viene favorita la nitrificazion Pulsazione delle piene Acqua alta il suolo diventa anossico e si ha denitrificazione (Junk et al., 1989)

6 Le variazioni di livello regolano sono influenti su numerose specie acquatiche che passano una parte del ciclo vitale negli ambienti laterali (es. lanche) L interruzione della connettività alveo attivo zona laterale può costituire una minaccia per le specie interessate

7 Connettività laterale lanche, stagni, ambienti umidi formano un filtro che trattiene e trasforma le sostanze inquinanti rilasciate dai sistemi urbani, industriali ed agricoli. L ambiente golenale ha una grande varietà di habitat con centinaia di specie. Le zone umide sono aree di riproduzione e nursery per le specie presenti nel fiume. La funzionalità del fiume dipende dalla connettività laterale e dalla conservazione delle zone umide

8 Tipologie di vegetazione perifluviale

9 Ambiente iporreico - Il letto del fiume che è un reattore biogeochimico costituito da materiale inerte entro il quale l acqua scorre, si ossigena e viene depurata. In pochi centimetri cubici di sedimento ci sono centinaia di specie di batteri, protisti, vegetali e animali che sono il depuratore naturale

10 Sistema rettificato con elementi biologici banali. Scarsa capacità di metabolizzare azoto, fosforo e composti di sintesi

11 UNA SINTESI - Le tre dimensioni spaziali del fiume e le funzioni collegate

12 Studi sul ruolo della vegetazione in ecosistemi di acque correnti

13 Rappresentazione concettuale delle principali interazioni tra processi idrogeomorfici e dinamica della vegetazione che determinano il paesaggio fluviale (da Corenblit et al., Earth-Science Reviews 84: 56 86). In rosso sono evidenziati I controlli della vegetazione sul corso d acqua

14 Schema semplificato dei principali controlli esercitati dai processi idro-geo-morfologici sulla vegetazione lungo il margine laterale del corso d acqua (da Corenblit et al., Earth-Science Reviews 84: 56 86). Reclutamento vegetazione dispersione reclutamento stabilizzazione e mantenimento stadi della successione della vegetazione disturbo idro-geo-morfologico

15 Interazioni e feedback tra vegetazione, corrente e sedimento. La vegetazione modifica la velocità e la profondità del flusso, e controlla la coesività del sedimento con le radici (da Corenblit et al., Earth-Science Reviews 84: 56 86).

16 Effetti dell incisione e della canalizzazione dell alveo sulla stabilità e sulla successione della vegetazione delle fasce laterali Dall alto verso il basso: incisione e allargamento dell alveo con degrado e perdita di vegetazione (da 1 a 4) e successivo raggiungimento di un nuovo quasiequilibrio (5-6). Tratto da Hupp & Osterkamp, Geomorphology 14:

17 Formazione e accrescimento di un isola attorno a un albero morto depositato nell alveo fluviale (A-B) e formazione di isole lungo i margini della golena (C). Tratto da Gurnell et al., Earth Science Reviews 111:

18 Formazione di un letto di macrofite in relazione alle dinamiche fluviali. (A) aumento della sedimentazione nella fascia laterale; (B+C) progressivo crescita di macrofite ruderali e (D) formazione di una prateria diversificata. In parallelo aumenta l abbattimento dei solidi sospesi che si accumulano fino a raccordare il fondo dell alveo con la piana golenale. Tratto da Gurnell et al., Earth Science Reviews 111:

19 Blackwater Frome Tagliamento Interazioni vegetazione-idromorfologia in tre diversi corsi d acqua (Tratto da Gurnell et al., Earth Science Reviews 111: ).

20 Blackwater Frome Fiume Tagliamento. Isole fluviali stabilizzate (i) e in via di formazione (ii), e fasce boscate ai margini di rami fluviali con bassa portata o abbandonati (Tratto da Gurnell et al., Earth Science Reviews 111: ).

21 Formazioni pioniere di greto dipendono dalle condizioni di magra e da Blackwater Frome gradiente idrogeomorfologico esposizione dei sedimenti fluviali qualità del substrato (Bolpagni & Paduano, 2014, Biologia Ambientale 28)

22 Habitat inaspettati e di pregio nell alveo attivo (Fiume Trebbia, Canneto Sotto) Typha shuttleworthii Letti sommersi di caracee

23 Beni e servizi dell ecosistema Un diverso modo di valutare processi e funzioni dell ecosistema acquatico

24 rimozione dell azoto per denitrificazione (NO 3 - N 2 ) Piana golenale di Po, Oglio e Mincio Valutazione sperimentale della denitrificazione in 22 zone umide-rami fluviali con differenti comunità a macrofite 10 connessi e 12 non connessi all alveo fluviale principale misure stagionali in estate e inverno tre metodologie differenti Racchetti E., Bartoli M., Soana E., Longhi D., Christian R. R., Pinardi M., Viaroli P., Influence of hydrological connectivity of riverine wetlands on nitrogen removal via denitrification. Biogeochemistry, 103:

25 Zone umide connesse al fiume e in buone condizioni elevata rimozione di azoto (media annuale: 330 kg ha -1 yr -1 ) Zone umide isolate e in cattivo stato : bassa rimozione di azoto (media annuale : 35 kg ha -1 yr -1 ) Dtot (µmol N m -2 h -1 ) lakes rivers coastal ecosystems estuaries oceans connected sites isolated sites Dove è presente vegetazione acquatica in buona salute si ha una elevata rimozione di azoto dello stesso ordine di grandezza delle quote da fertilizzazione Fertilizzazione azotata per anno Zone vulnerabili a nitrati:170 kg ha -1 nelle zone non vulnerabili: 340 kg ha -1

26 Foto M. Bartoli

27 Cosa fanno le piante acquatiche? Racchetti E., Bartoli M., Ribaudo C., Longhi D., Naldi M., Iacumin P., Viaroli P., Short term changes of pore water chemistry in river sediments during the early colonization by Vallisneria spiralis. Hydrobiologia, 652:

28 Questi processi sono amplificati dalle piante acquatiche Trasporto radicale di O 2 : riveste una grande importanza nella selezione della vegetazione e come supporto ai processi microbici di ossido-riduzione (es. Nitrificazione denitrificazione) Variazioni delle concentrazioni di O 2 (%sat) nella rizosfera di Vallisneria spiralis. Tempo totale: 24 h; luce/buio: 13/11; immagini rilevate ogni 20 minuti (dati di Mazzocchi Univ Southern Denmark & Bartoli Univ Parma)

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31 Servizi dell ecosistema Maes et al., A spatial assessment of ecosystem services in Europe: methods, case studies and policy analysis phase 1. PEER Report No. 3, Ispra: Partnership for European Environmental Research.

32 La riqualificazione ambientale si può fare in suoli marginali poco produttivi

33 e fornisce servizi quali la filtrazione dell acqua, la qualità del paesaggio Grafica di F. Malaggi

34 Ringrazio i colleghi Marco Bartoli, Rossano Bolpagni e Daniele Nizzoli che hanno gentilmente fornito parte del materiale di questa presentazione Parte dei dati presentati in questa nota sono il risultato di numerosi progetti tra i quali si citano: 1. Riqualificazione e valorizzazione dei canali Navarolo, Bogina e Fossola, finanziato da Consorzio Navarolo 2. Progetto di sperimentazione dei rilasci per il deflusso minimo vitale nel f. Oglio sub lacuale, finanziato da Consorzio Oglio, Brescia 3. Valutazione delle relazioni tra idrologia e caratteristiche ecologiche e funzionali del fiume Trebbia, con particolare riferimento al periodo estivo e ai rilasci dalla diga del Brugneto, finanziato da Consorzio di Bonifica di Piacenza 4. Monitoraggio dei carichi di nutrienti veicolati dal Po al mare Adriatico, finanziato da Regione Lombardia Direzione Generale Ambiente, Energia e Sviluppo Sostenibile (in collaborazione con A. Fano, Università di Ferrara) 5. Valutazione di criteri di classificazione dello stato trofico, della suscettibilità all eutrofizzazione dei sistemi fluviali e dei carichi di nutrienti veicolati nelle acque superficiali e delle relative sorgenti, nell ambito degli adempimenti della direttive comunitarie 2000/60 (direttiva quadro acque) e 676/91 (direttiva nitrati), finanziato da Regione Lombardia Direzione Generale Ambiente, Energia e Sviluppo Sostenibile, (in collaborazione con A. Fano, Università di Ferrara)