Contenuto in metalli pesanti nei suoli agricoli lombardi

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1 I SUOLI DELLE RISAIE Riflessioni sull acqua, sui suoli e sulla coltivazione del riso AIP - Associazione Italiana Pedologi & IPLA - Istituto per le piante da legno e l ambiente Contenuto in metalli pesanti nei suoli agricoli lombardi le aree risicole della Lomellina Vanna Maria Sale Ente Regionale per i Servizi all Agricoltura e alle Foreste Vannamaria.sale@ersaf.lombardia.it Torino gennaio 2009

2 RAMET La pianura lombarda, in quanto area densamente popolata, industrializzata, e ad utilizzo agricolo intensivo, ha un elevato rischio di contaminazione dei suoli. In tale contesto, al fine di esplorarne lo stato di salute dei suoli presenti, è stato realizzato negli anni il progetto RAMET. RAMET: Realizzazione di Analisi del contenuto di METalli pesanti nei suoli agricoli lombardi. Partner: ERSAF e Università degli Studi di Pavia, cofinanziato da Regione Lombardia e da Ministero Istruzione, Università e Ricerca.

3 RAMET Indagine: lo studio ha riguardato i metalli Cd, Cu, Ni, Pb, Zn, Mn. L attività è stata realizzata attraverso le seguenti fasi: fase1 analisi sui campioni della pedoteca ERSAF per conoscere e rappresentare geograficamente il contenuto attuale in metalli; fase2 approfondimenti mirati a valutare fenomeni di accumulo e migrazione dei metalli nel suolo in specifiche forme di gestione agronomica (utilizzo di fanghi di depurazione, effluenti d allevamento e prodotti fitosanitari in cerealicoltura e di prodotti fitosanitari a base di rame in aree vitate (Oltrepò Pavese).

4 Il contenuto in metalli nei suoli agricoli lombardi Fase 1: Studio: è stato determinato il contenuto totale di metalli nell orizzonte Ap e alla profondità di 100 cm (tipicamente orizzonti C) di oltre 1000 profili di suolo, realizzati tra il 1998 e il 2002, con distribuzione geografica omogenea). Trattamenti: attacco acido in acqua regia a caldo per la determinazione, tramite assorbimento atomico a fiamma, delle concentrazioni pseudototali dei metalli. I dati ottenuti sono stati trattati su base statistica, geostatistica e cartografica e incrociati con informazioni geologiche, pedologiche e di uso del suolo per valutare l incidenza delle più diffuse pratiche di gestione agronomica.

5 Il contenuto in metalli nei suoli agricoli lombardi Analisi statistiche effettuate sui campioni analizzati

6 Il contenuto in metalli nei suoli agricoli lombardi Lombardia Piemonte (ARPA, 2004) Numero e percentuale dei campioni le cui concentrazioni superano i limiti imposti dalle normative vigenti a livello nazionale Confronto tra le concentrazioni medie dei metalli pesanti nell orizzonte superficiale dei suoli lombardi con i dati relativi alla Regione Piemonte I dati emersi sono confrontabili con: - conc. medie suoli agrari mondiali (Alloways, 1995 e Bradl, 2005); - conc. suoli piemontesi (ARPA, 2004); - altri dati prov. PV (Sacchi et al, 2006 e Cenci- Lodigiani, 2006). - Conc. metalli in orizz. Ap maggiori che in orizz. profondo. - N camp che superano val. lim. normative maggiore in Ap.

7 Il contenuto in metalli nei suoli agricoli lombardi Conclusioni In sintesi le elaborazioni sui dati acquisiti (TEF, correlazioni tra metalli, spazializzazioni) supportano le seguenti affermazioni: il contenuto in metalli dei suoli agricoli è generalmente inferiore alle soglie di riferimento dell attuale normativa, con l eccezione delle aree viticole dove gli accumuli di Cu possono raggiungere livelli molto alti; a sud dei grossi centri urbani (MI BG BS), e nella pianura centro orientale, TEF significativi per molti metalli indicano apporti di origine antropica; l arricchimento dei suoli in Cu, Zn, Pb e Cd è da ricondurre a cause di origine antropica, mentre gli elevati tenori in Ni e Mn rilevati in alcune zone sono presumibilmente di origine naturale; l agricoltura apporta metalli ai suoli, soprattutto nelle aree viticole e a zootecnia intensiva, ma in misura nettamente minore rispetto all attività industriale e al traffico veicolare.

8 Il contenuto in metalli nei suoli agricoli lombardi Distribuzione territoriale del fattore di associazione F1 (Cd-Cu-Zn) nell orizzonte superficiale

9 Il contenuto in metalli nei suoli agricoli lombardi Distribuzione territoriale del fattore di associazione F2 (Mn-Ni) nell orizzonte superficiale

10 Il contenuto in metalli nei suoli agricoli lombardi Approfondimento Area della Lomellina centrale (comune di Ottobiano). Ambiente Piana fluvioglaciale e fluviale würmiana (bassa pianura sabbiosa). Ottobiano Suoli profondi, sabbiosi, a drenaggio naturale rapido (rallentato dalle pratiche gestionali collegate alla risicoltura. Limitazioni d uso chimiche (reazione subacida e bassa CSC) e fisicoidrologiche (tessitura grossolana, scarsa riserva idrica, drenaggio). Sono suoli lisciviati, con rideposizione di argilla ed ossidi di Fe e Mn a formare lamelle orizzontali, indagate in questo lavoro per valutarne la capacità di trattenuta nei confronti dei metalli.

11 Il contenuto in metalli nei suoli agricoli lombardi La sommersione periodica praticata nella coltivazione del riso instaura nei suoli condizioni alternativamente ossidanti e riducenti. In funzione delle variazioni stagionali di Eh e ph si formano, negli spazi interstiziali, noduli e concrezioni arricchiti in elementi in tracce, soprattutto Fe e Mn. L'abbassamento dell'eh nei suoli sommersi può comportare la mobilizzazione di Cu, Zn, Cd per desorbimento e l aumento della loro concentrazione nelle acque interstiziali (Sposito; 1989). I metalli rilasciati, vengono riadsorbiti come fasi scambiabili dalle argille e dalla materia organica, stabili a Eh bassi, con evidenti ripercussioni sulla loro biodisponibilità.

12 Indagine 4 diverse situazioni di uso/conduzione su suoli simili. P003, P004, P006 risaie (P004 trattato con fanghi). P005 pioppeto. Analisi suoli: profili descritti, campionati e analizzati per orizzonti; determinazioni chimico-fisiche di routine. Determinazione metalli pesanti: campionamento a 20, 40, 60 ed 80 cm di profondità dalla superficie del suolo. Inoltre: selezionati 3 livelli più argillosi (lamelle); selezionati dal campione P003_60-80cm gli aggregati di colore scuro verosimilmente contenenti ossidi metallici. Trattamenti: attacco acido in acqua regia a caldo per la determinazione, tramite assorbimento atomico a fiamma, delle concentrazioni pseudototali dei metalli. Determinazione di analisi volte ad individuare le fasi minerali responsabili della eventuale ritenzione di questi elementi.

13 Profilo e stazione del sito P003

14 Profilo e stazione del sito P004

15 Profilo e stazione del sito P005

16 Profilo e stazione del sito P006

17 Concentrazioni dei metalli negli orizzonti campionati

18 Analisi mineralogiche sulle lamelle e sugli aggregati (valori in %)

19 Immagini (microscopio elettronico a scansione) degli aggregati selezionati dal campione P003_60-80cm.

20 Andamento dei metalli con la profondità nel profilo P003.

21 Andamento dei metalli con la profondità nel profilo P004.

22 Andamento dei metalli con la profondità nel profilo P005.

23 Andamento dei metalli con la profondità nel profilo P006.

24 Risultati: tenore e distribuzione metalli molto simile nei 4 profili concentrazioni molto basse e < limiti di legge per tutti i metalli Pb mostra TEF >2 (solo in Ap) in tutti e 4 i profili Cu, Ni, Zn mostrano TEF deboli in P004 (risaia trattata con fanghi) e P006 (risaia permanente non trattata) Mn mostra un forte arricchimento con la profondità in tutti i profili, tranne P006 in cui è costante in tutti i campioni in aggregati e lamelle concentrazione Cd, Cu, Ni, Zn, Pb, variabile ma abbastanza simile a quella negli orizzonti di provenienza; Mn sempre fortemente arricchito analisi tessiturali confermano predominanza della sabbia fine (in quasi tutti gli orizzonti sabbia totale >80%) analisi mineralogiche rivelano composizione seguente: quarzo ca. 30%; K feldspato 20-25%; plagioclasio 25-30%; minerali argillosi 15-20% (clorite, illite).

25 Considerazioni: i suoli studiati mostrano scarsa capacità di ritenere i metalli pesanti;la mobilità di questi è evidenziata dalla costanza delle concentrazioni con la profondità. il Pb l unico metallo che mostra arricchimento superficiale potrebbe avere origine naturale vista la sua abbondanza nei feldspati e la sua affinità con la sostanza organica. il Mn, naturalmente scarso nei suoli a dominanza quarzosofeldspatica, mostra elevata mobilità legata alle variazioni di Eh conseguenti l alternanza stagionale di ambiente redox. il debole arricchimento di Mn e Ni in aggregati e lamelle pottrebbe essere legato a trasporto fisico delle particelle di argilla. non sono emerse significative differenze tra il sito P004, trattato con fanghi, e i profili degli altri siti, non trattati.

26 Conclusioni: I profili studiati, rappresentativi di suoli molto diffusi in L., hanno scarsa capacità di ritenere contaminanti e metalli per caratteri di tessitura (assenza di fasi fini bassa CSC), di composizione (abbondanza di quarzo e feldspati acidità del suolo e delle soluzioni interstiziali) e di mineralogia (argille non rigonfianti). Tra le fasi capaci di trattenere i metalli, oltre la S.O. troviamo gli ossidi ferromanganesiferi; essi sono però instabili nelle condizioni redox instaurante dalla sommersione delle risaie e vengono facilmente mobilizzati. Per tali motivi, l utilizzo agronomico di sostanze ad elevato tenore in metalli pesanti su suoli con queste caratteristiche dovrebbe essere improntato alla massima cautela.

27 Sperimentazione condotta nell ambito del progetto RAMET Realizzazione di analisi del contenuto di metalli pesanti nei suoli agricoli lombardi. A cura di Elisa Sacchi 2 Stefano Brenna 1 Stefania Fornelli Genot 2 Vanna Maria Sale 1 Laura Azzolina 1 Maria Alessandra Leoni 1 Contributi specifici : prof. Massimo Setti 2, prof. Gianfranco Ciancetti 2, Marco Pastori 1 e con la collaborazione di: Marco Sciaccaluga 1, Silvia Solaro 1, Maria Nunzia Cambareri 1, Alberto Rocca 1,, Paolo Armano 1, Andrea Quaglino 1, 1 ERSAF 2 Università degli Studi di Pavia