Il contributo della ricerca per il monitoraggio e la definizione delle aree vulnerabili nell'applicazione della Direttiva Nitrati

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1 Il contributo della ricerca per il monitoraggio e la definizione delle aree vulnerabili nell'applicazione della Direttiva Nitrati Prof. Fabio Terribile Dr. Angelo Basile

2 Effetti dell assunzione di Nitrati nell uomo Tossicità primaria: Solo come nitrati, se la concentrazione supera i 50 mg/l, si possono generare disturbi a livello intestinale Tossicità secondaria: i nitrati sono ridotti a nitriti possono provocare la Metaemoglobinemia (cianosi ed asfissia). La fascia di popolazione ritenuta più a rischio è quella dei neonati fino a tre mesi di età (Blu Baby sindrome) nei quali il 100% dei nitrati ingeriti vengono trasformati in nitriti negli adulti questa percentuale è circa il 10 %. Tossicità terziaria: La reazione nitrito/n-nitroso può formare nitrosamine e generare, quindi, agenti potenzialmente cancerogeni. (Pavoni B., 2003). La nitrosazione endogena, e quindi la formazione di nitrosammine, è stata messa in relazione con il rischio di cancro allo stomaco (Santamaria P., 2002).

3 Direttiva 676/91 Direttiva Nitrati Finalizzata alla protezione delle acque dall inquinamento da nitrati di origine agricola OBIETTIVI: Ridurre l inquinamento idrico esistente da nitrati di fonte agricola, diretto o indiretto Impedire l ulteriore inquinamento in futuro AZIONI RICHIESTE AGLI STATI MEMBRI 2. Controllo periodico del contenuto dei nitrati nelle acque. 3. Individuazione delle aree vulnerabili ai nitrati di origine agricola entro il Programmi d azione nelle NVZ individuate entro il Predisposizione di un Codice di Buona Pratica Agricola entro il 1996.

4 Decreto Legislativo n. 152/99 (integr. D.L. 258/2000) L'individuazione delle zone vulnerabili deve essere effettuata tenendo conto dei carichi (specie animali allevate, intensità degli allevamenti e loro tipologia, tipologia dei reflui che ne derivano e modalità di applicazione al terreno, coltivazioni e fertilizzazioni in uso) e dei fattori ambientali che possono concorrere a determinare uno stato di contaminazione. Tali fattori dipendono: Dalla Vulnerabilità intrinseca degli acquiferi ai fluidi inquinanti (caratteristiche litostrutturali, idrogeologiche e idrodinamiche del sottosuolo e degli acquiferi); Dalla Capacità di attenuazione del suolo nei confronti dell'inquinante (caratteristiche di tessitura, struttura, contenuto di sostanza organica ed altri fattori relativi alla sua composizione e reattività fisica, chimico-biologica); Dalle condizioni climatiche e idrologiche; Dal tipo di ordinamento colturale e dalle relative pratiche agronomiche.

5 I nitrati influenzano notevolmente la qualità delle risorse idriche Vi sono input diretti ed indiretti di nitrati (processi a carico di queste sostanze) NO 3 - INPUT SUOLO Trasporto attraverso Fenomeni Convettivi,Dispersivi e Diffusivi Lisciviazione Ap Bw1 Bw2 NO 3 - Adsorbimento Trasformazione Assorbimento Risorse idriche C

6 Il compito della ricerca applicata Comprenderne e definirne le caratteristiche funzionali Individuare e riconoscere i sistemi ambientali (atmosfera-suolo-sottosuolo) Fornire uno STRUMENTO di carattere conoscitivo e di supporto nelle scelte strategiche programmatiche

7 La Ricerca applicata in Campania sui Nitrati Ricerche a carattere Agronomico (dosi ottimali di N per colture tipiche) UNINA (Agraria), CRA Ricerche a carattere Ambientale (Monitoraggio della concentrazione di Nitrati nelle acque di falda,) UNINA (Ingegneria), ARPAC Ricerche Integrate (Monitoraggio nel suolo e nella pianta, Modellistica Ambientale su base fisica, Mappe di Vulnerabilità...) Gruppo di IDROPEDOLOGIA CNR-UNINA + ARPA Campania Finanziato dalla Regione Campania

8 LO SCHEMA CONCETTUALE DEL NOSTRO APPROCCIO MODELLO (simulatore della realtà)

9 LE SCALE DEL PROBLEMA E QUELLE DI INDAGINE PUNTO/LABORATORIO (unità di base per lo studio dei processi - variabilità entro il campo) Mineralogia Micromorfologia Proprietà idrauliche CAMPO (unità di aggregazione spaziale a cui si opera) Descrizione dei suoli Monitoraggio di variabili ambientali e agronomiche Calibrazione/Validazione di Modelli di Simulazione AZIENDA (sede decisionale, interazione tra economia, ambiente ecc, sede decisionale del management dei campi) Caratterizzazione Idrologica Azienda Improsta (Regione Campania) Variabilità spaziale e agricoltura di precisione TERRITORIO (dimensione gestibile dal decisore politico, fruibilità per il pubblico) Modellistica Ambientale (un esempio in altre realtà) Integrazione delle informazioni

10 QUALI MODELLI? SWAP 2.07 Modello Idrologico MACRO 5.0 Modello Idrologico CROPSYST Modello Idrologico Ciclo dell azoto Sviluppo Coltura (biomassa)

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12 EVOLUZIONE DELL N NEL SUOLO Perdita CO2 Incorporazione residui e morte radici C/N Fertilizzazioni. organiche Pool humus C/N Pool residui Pool letame Tasso mineral. f(t, wc) Tasso mineral. f(t, wc) Tasso mineral. f(t, wc) Fertilizzazioni chimiche + Pool NH 4 Tasso nitrificaz. f(t, wc, no 3- /nh 4+ ) - Pool NO 3 Tasso denitrificaz. f(t, f(t, wc, wc, nono 3- /nh 3-4+ /NH ) 4+ ) Dinamica H 2 O, diffusione volatilizzazione / Adsorbimento min. Assorbimento pianta - simulazione dinamica assorbimento denitrificazione lisciviazione Tasso volatilizzazione f(t, ph, H 2 O,vento, radiazione)

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14 Prelievo di campioni indisturbati per la determinazione in laboratorio di: parametri di trasporto (coefficiente di ritardo, di dispersione idrodinamica, etc) Proprietà idrauliche (curve di ritenzione idrica e di conducibilità idraulica)

15 Monoliti indisturbati di suolo per seguire i processi di moto dell acqua e di trasporto in laboratorio alla scala di pedon

16 LABORATORIO Proprietà Idrauliche - Sistema modulare esecuzione prove Proprietà Idrauliche Unità di controllo Proprietà Idrauliche Software di gestione prove

17 P5 - Cgk θ (cm 3 cm -3 ) van Genuchten unimodale Ross & Smettem bimodale misurati P5 - Cgk h cm 1.E+00 k (cm d -1 ) 1.E-01 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 1.E-09 1.E-10 Mualem bimodale da Ross & Smettem Mualem unimodale da van Genuchten h cm

18 MICROMORFOLOGIA Bt1-Bt2

19 MICROMORFOLOGIA Bk

20 MINERALOGIA BC ,87 3,33 11,78 4,95 3, C 14,02 3,34 7,25 4,98 3,53 TQ La Vermiculite ha un elevata capacità di adsorbire l ammonio

21 Campo sperimentale di Scafati

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23 Campo sperimentale Azienda Improsta

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25 SISTEMI DI ACQUISIZIONE DATI

26 Test di laboratorio sonde TDR Sonde TDR Trifilare autocostruita Calibrazione q(ka) Test algoritmi di calcolo Calibrazione travel time Dt = (t cavo - Dt) Calibrazione Rc - resistenze lungo il cavo e la linea Calibrazione Kc - costante di cella per misure di EC

27 umidità relativa e temperatura dell aria velocità del vento radiazione netta datalogger pannello solare

28 CALIBRAZIONE MANTOVA 2002 z= 42 cm 0,50 Improsta 2004 contenuto d'acqua 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 Misurati -42 SWAP CROPSYST MACRO 0,20 13/2/02 Apr 4/4/02 Mag 24/5/02 Giu 13/7/02 Lug 1/9/02 Ago 21/10/02 Set 10/12/02 data

29 VALIDAZIONE 0,50 MANTOVA 2003 z= 42 cm Improsta 2005 contenuto d'acqua 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 29/1/03 Apr 20/3/03 Mag 9/5/03 Giu 28/6/03 Lug 17/8/03 Ago 6/10/03 Set 25/11/03 data Misurati -42 SWAP CROPSYST MACRO

30 CALIBRAZIONE MANTOVA 2003MANTOVA 2004 z= 100 cm Improsta 2004 z= 100 cm 0,50 contenuto d'acqua 0,45 3/03 0,40 0,35 Misurati SWAP CROPSYST MACRO 0,30 0,25 Misurati SWAP CROPSYST MACRO 0,20 Lug Set Nov Gen 14/1/04 28/6/03 4/3/04 23/4/04 20/9/0414/1/04 9/11/04 29/12/04 9/5/03 17/8/03 12/6/04 6/10/031/8/04 25/11/03 data data

31 VALIDAZIONE MANTOVA 2004 z= 100 cm Improsta ,50 contenuto d'acqua 0,45 0,40 0,35 Misurati SWAP CROPSYST MACRO 0,30 0,25 0,20 Gen 14/1/04 Mar 4/3/04 Mag 23/4/04 Lug 12/6/04 Set 1/8/04 Nov 20/9/04 Gen 9/11/04 29/12/04 data

32 Contenuti NO3 - (5-20 cm) /5 13/6 3/7 23/7 12/8 1/9 21/9 11/10 31/10 20/11 10/12 30/12 19/1 8/2 28/2 20/3 9/4 29/4 19/5 8/6 28/6 18/7 7/8 27/8 16/9 6/10 26/10 15/11 5/12 25/12 Stimat CS Misurati Stimati AN. Kg NO3 - /ha Tempo Contenuti NO3 - (20-35 cm) 24/5 13/6 3/7 23/7 12/8 1/9 21/9 11/10 31/10 20/11 10/12 30/12 19/1 8/2 28/2 20/3 9/4 29/4 19/5 8/6 28/6 18/7 7/8 27/8 16/9 6/10 26/10 15/11 5/12 25/12 Stimati CS Misurati Stimati AN. Kg NO3 - /ha Tempo

33 ATTIVITÀ Eboli az. IMPROSTA Eboli az. IEMMA SCAFATI N. sensori TDR installati Giorni di acquisizione dati TDR N. acquisizioni giornaliere TDR N. acquisizioni Contenuto d acqua 24 sonde X 6 acq. X 410 gg sonde X 6 acq. X 170 gg sonde X 6 acq. X 300 gg N. tensiometri installati Giorni di acquisizione dati tensiometri N. acquisizioni giornaliere dati tensiometri 24-6 N. acquisizioni potenziale dell acqua 10 tens. X 24 acq. X 410gg tens. X 6 acq. X 50 gg N. sonde di temperatura Giorni di acquisizione dati sonde di temperatura N. acquisizioni giornaliere temperatura N. giorni di prelievo per determinazione N N. campioni (acqua o suolo) per determinazione N Prelievi di campioni di biomassa 3 3 2

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36 Due piccoli esempi di analisi su coltura di MAIS acqua (mm) N (kg ha -1 ) Percolazione H 2 0 (mm) Lisciviazione N (kg ha -1 ) Biomassa (kg ha -1 ) (+ 10 %) (+100 %) (+40 %) (+150 %) (+ 1 %)

37 Produzione MAIS (Kg/ha) % 160Kg_Sito2 160Kg_Sito3 400Kg_Sito2 400Kg_Sito3 160Kg_Sito2 160Kg_Sito3 400Kg_Sito2 400Kg_Sito Lisciviazione N (Kg/ha) Kg_Sito Kg_Sito2 +35% 160Kg_Sito3 400Kg_Sito2 160Kg_Sito2 160Kg_Sito3 400Kg_Sito2 400Kg_Sito3 50 0

38 IL FUTURO LE ANALISI A SCALA TERRITORIALE ATTRAVERSO SCENARI:

39 Territorio di ha di cui di suolo utile Ci sono: 75 tipologie di suolo identificate 45 Unità cartografiche 32 Profili rappresentativi

40 Capacità protettiva dei suoli Superficie sul totale (%) Classico(Ersaf) Approccio integrato Modellistico Elevata Moderata Bassa

41 LE COMPETENZE Marco Acutis MINERALOGIA MICROMORFOLOGIA CHIMICA DEL SUOLO E DELLA PIANTA PEDOLOGIA IDROLOGIA DEL SUOLO AGRONOMIA AMBIENTALE MODELLISTICA DELL ACQUA E DEI NITRATI VARIABILITA SPAZIALE GIS IDROGEOLOGIA Angelo Basile Antonello Bonfante Roberto De Mascellis Tommaso Di Meo Eugenio Feole Fulvio Fragnito Adriana Impagliazzo Piero Manna Giuseppe Onorati Nadia Orefice Antonio Sollo Fabio Terribile Simona Vingiani