Processi, funzioni ecologiche e riduzione del carico inquinante nel reticolo idrografico minore

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1 Processi, funzioni ecologiche e riduzione del carico inquinante nel reticolo idrografico minore P. Viaroli,, M. Bartoli,, D. Longhi,, D. Nizzoli Dipartimento di Scienze Ambientali, Università di Parma Foto D. Longhi Fasce tampone vegetate e reticolo idrografico di pianura: uso e gestione integrata del territorio Reggio Emilia, 20 gennaio 2009

2 Canali e ambienti acquatici marginali sono inseriti nel sistema agricolo e costituiscono la prima interfaccia tra sistema acquatico principale e fonti di inquinamento Le interfacce sono reattori metabolici dai quali dipendono trasformazioni e variazioni dei carichi inquinanti Likens, G. E., Beyond the shoreline: a watershed ecosystem approach. Verh. Internat. Verein. Limnol. 22: Wetzel, R.G., Land-water interfaces: metabolic and limnological regulators.verh. Internat. Verein. Limnol. 24: Ewel K.C. et al., Managing Critical Transition Zones. Ecosytems 4: Allan, J.D., Landscapes and riverscapes: the influence of land use on stream ecosystems. Ann. Rev. Ecol. Syst. 35: Seitzinger S. et al., Denitrification across landscape and waterscape a synthesis. Ecological Applications 16:

3 Ogni interfaccia è costituita da un sistema di vegetazione e suoli ad un diverso livello di umidità che forma un filtro che trattiene e trasforma le sostanze inquinanti rilasciate dall ambiente antropizzato Trasformazione di nutrienti e composti dei metalli ad opera dei microorganismi Dipende da ossigeno, potenziale red-ox, ph Rimozione delle forme reattive di nutrienti e metalli per uptake e assimilazione delle piante (macrofite). Ogni specie necessita di elementi chimici in proporzioni ben definite (es. C:N:P:Fe = 700:35:1:0.5). La rimozione di un elemento dipende dalla disponibilità degli altri Ritenzione degli elementi nelle biomasse. Dipende dalla refrattarietà o resistenza alla decomposizione della materia organica (in genere è funzione del contenuto di materiali lignocellulosici)

4 elofite Zone umide ed ambienti acquatici di transizione sono regolatori metabolici all interfaccia tra sistema terrestre ed dominio acquatico (Wetzel, 1990) Fattori chiave: durata sommersione/profondità lama d acqua vegetazione e variabili correlate (es. O 2 ) carico azotato (Howarth & Marino, 2006) processi biogeochimici sedimentari macrofite sommerse CO 2 CH O 2 O 2 org-c CO 2 CH 4 CO 2 CH 4 O 2 fitoplancton pleustofite O 2 CO 2 CH 4 microfitobentos

5 Ruolo della vegetazione Supporto per comunità di epifiti Fotosintesi, uptake dei nutrienti, produzione di ossigeno e biomassa N,P O 2 CO 2 CO 2 N,P,Fe Trasporto e perdita radiale dell ossigeno (ROL) nella rizosfera effetto positivo sui processi microbici e biogeochimici

6 Le lacune che costituiscono i tessuti delle macrofite (aerenchima) favoriscono il trasporto di gas verso e dalla radice. Nei peli radicali è favorita la perdita radiale di ossigeno verso il sedimento anossico

7 La perdita radiale di ossigeno causa la formazione di una micro-interfaccia ossica e ossidata immersa nel sedimento anossico -respirazione aerobica -nitrificazione -ossidazione solfuri -ossidazione metalli (e.g. Fe 2+ Fe 3+ ) O 2 Aerenchima O 2 -denitrificazione -solfato-riduzione -riduzione metalli (e.g. Fe 3+ Fe2 + ) Micro-strato ossico (<< 1mm)

8 penetrazione dell ossigeno nella risosfera di Vallisneria (fiume Mincio) di processi microbici e flussi di nutrienti

9 CH 4 efflux µmol CH 4 m -2 h VL SL VD SD luce buio L emissione di metano dal sedimento nudo è ca. 10 volte più elevata che nei letti di Vallisneria (dati e foto di Marco Bartoli)

10 Scala Minima Risorgive Canali Laghi di piccole dimensioni

11 Esempio di misure sperimentali delle varaizioni delle concin un canale di adduzione (Minara) e uno di scolo (Ronca) della BPMS a Novellara Sm S1 S2 S4 S3 A4 A3 A2 A1

12 Il cavo di adduzione

13 Il cavo di scolo

14 DIN 24/05 concentrazione (µg l -1 ) /08/01 Azoto inorganico disciolto + NH 4 - NO 2 - NO 3 DIN 100% 80% 60% 40% 20% 0% A1 A2 A3 S1m S1v S2 S3 S4 DIN 01/08 0 A1 A2 A3 stazioni 100% 80% 60% 40% % % A1 A2 A3 S1m S1v S2 S3 S4 DIN (µg/l) /05/ /08/ /09/ % 80% DIN 11/ % % 0.0 A1 A2 A3 S1m S1v S2 S3 S4 20% 0% A1 A2 A3 S1m S1v S2 S3 S4 NH4+ NO2- NO3-

15 Fontanili di Corte valle Re Luce Buio PPL -10 Consumo bentico di ossigeno mg O 2 m -2 h mg O 2 m -2 h Testa B Testa E -600 Elodea Potamogeton /08/ /02/2005 µg N-NH 4 + m -2 h Luce Buio µg N 2 m -2 h Denitrificazione totale Testa B Testa E Elodea Potamogeton 19/08/ /02/2005 Denitrificazione: mg N m -2 d -1

16 20000 DW DIN net consumption mmol N m -2 d /02 01/04 01/06 01/08 01/10 01/12 Potamogeton pectinatus 01/02 01/04 01/06 01/08 01/10 01/12 microalghe bentoniche Andamento della denitrificazione totale (DW) e dell abbattimento dell azoto inorganico disciolto nel litorale di un lago di cava con e senza vegetazione a macrofite sommerse

17 Relazione tra ambienti marginali e sistema acquatico principale

18 10 10 NO 3-8 NO Lago Palazzolo sull'oglio Pontoglio Calcio-Urago Rudiano a monte dep. Soncino-Orzinuovi Acqualunga Bordolano-Quinzano Pontevico-ponte ferrovia Seniga Ostiano Isola Dovarese Canneto sull'oglio Calvatone Marcaria Gazzuolo Ponte di Barche [NO3 - ], mg l Nord Stazioni Sud 0 Castel de Conti Ponte A4 Palazzolo sull'oglio Cividate Calcio-Urago Soncino-Orzinuovi Acqualunga Bordolano-Quinzano Pontevico Seniga Ostiano Isola Dovarese Canneto sull'oglio Calvatone Marcaria Gazzuolo Ponte di Barche Nord Stazioni Sud Nord Stazioni Sud - ], mg l -1 [NO3 - ], mg l -1 [NO3 Scarico meteorico+industriale Dep.Cividino Cherio Canale Scolmatore Roggia Saverona Strone Seriola Pontevico Dep.Pontevico Scolmatore Grumone Seriola Mandregola Seriola Luzzaga Dep.Seniga Mella Dep.Gabbioneta ingresso dopo ponte di Ostiano Dep.Ostiano Dugale Aspice Ingresso Lanca Morta Ingresso prima Gambara Seriola Gambara Molina Cidellara Piave Roggia Seriolazza Ingresso prima Garzagetto Naviglio Impianto idrovoro Regonella Dep. Canneto sull'oglio Colatore Laghetto+Diversivo Chiese Dep. Acquanegra sul Chiese Ingresso Valli di Mosio-Dep Seriola Tartaro Fuga Dugale Delmona Scolo Cavata Torbiere Marcaria Ingresso prima S.Michele Dep. San Michele in Bosco Canale acque alte Ingresso ConsorzioMS Impianto idrovoro di Cesole Fossola NO Dep. Paratico Dep.Cividino Scarico meteorico+industriale Dep. Molino Dep. Palazzolo Dep. Pontoglio Dep. Rudiano Roggia Gambalone Roggia Saverona Strone Seriola Pontevico Seriola Luzzaga Seriola Mandregola Dep.Seniga Ingresso prima Seniga Mella Canale in mezzo Ostiano ingresso prima ponte di Ostiano Ricettore Dep.Ostiano Ingresso Lanca Morta Ingresso dopo Gambara Molina Naviglio d'isorella Chiese Fossa Acquanegra (dep.) Seriola Tartaro Fuga Scolo Cavata Uscita da torbiere Marcaria (dep.) Scolo Tartaro Ricettore dep. San Michele in Bosco [NO3 - ], mg l -1 Fiume Oglio Principali tributari dati di Racchetti & Bartoli febbraio luglio NO Nord Stazioni Sud

19 Tassi di denitrificazione in 18 zone lanche (fiume Oglio) Dw inverno Dw estate Dn inverno Dn estate Dw inverno Dw estate Dn inverno Dn estate μmol N m -2 h μmol N m -2 h OG1 OG2 OG3 OG4 OG5 OG9 OG12 0 OG6 OG7 OG8 OG10 OG11 OG13 OG14 PO1 PO2 PO3 PO4 PO5 PO6 Lanche collegate al fiume - concentrazioni nitrati elevate - denitrificazione elevata ~1000 kg N ha -1 y -1 Lanche non collegate al fiume - concentrazioni nitrati basse - nitrificazione assente - denitrificazione bassa ~100 kg N ha -1 y -1 dati di Racchetti & Bartoli

20 Un confronto con la letteratura Tipologie differenti di zone umide (naturali e artificiali): µmol N m -2 h -1 [Kallner Bastviken et al., 2005; Hernandez & Mitsch, 2007] Denitrification rate (mol N m -2 y -1 ) ambienti collegati ambienti isolati eutrophic shallow lakes TASSO ANNUALE TASSO RELATIVO AL MESE DI MAGGIORE TEMPERATURA DELLE ACQUE modificato da Piña-Ochoa & Álvarez-Cobelas, 2006

21 Misure di metabolismo e denitrificazione nelle fasce laterali del Po A = velocità corrente 0.5 m s -1 e sedimento sabbioso B = velocità corrente 0.2 m s -1 e sedimento limoso C = lanca di retro-pennello Progetto finanziato dall Autorità di bacino del Po

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27 Metabolismo Misure di metabolismo lungo un gradiente di umidità Produzione netta e lorda Respirazione

28 fiume zona emersa fiume zona emersa dati di Bolpagni et al.

29 Identificare le scale appropriate Quanti km 2 di ambienti marginali o di reticolo idrografico minore? Conservare - Riconnettere - Ricostruire Foto D. Longhi