Ricerche sull'evoluzione del Lago di Lugano

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1 ISSN: 1-00 Commissione Internazionale per la protezione delle acque italo-svizzere Ricerche sull'evoluzione del Lago di Lugano Aspetti limnologici Programma triennale Campagna 01 e sintesi pluriennale Istituto scienze della Terra Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana su mandato della Repubblica e Cantone del Ticino

2 Commissione Internazionale per la protezione delle acque italo-svizzere Ricerche sull'evoluzione del Lago di Lugano Aspetti limnologici Programma triennale Campagna 01 e sintesi pluriennale Istituto scienze della Terra Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana su mandato della Repubblica e Cantone del Ticino

3 I dati riportati nel presente volume possono essere utilizzati purché se ne citi la fonte come segue: Istituto scienze della Terra (IST-SUPSI). 01: Ricerche sull evoluzione del Lago di Lugano. Aspetti limnologici. Programma quinquennale Campagna 01 e sintesi pluriennale. Commissione Internazionale per la Protezione delle Acque Italo-Svizzere (Ed.); pp.

4 Riassunto Questo rapporto presenta i risultati del programma di ricerche limnologiche sul Lago di Lugano realizzate dall Istituto Scienze della Terra dell Università Professionale della Svizzera Italiana (SUPSI) su mandato dell Amministrazione del Cantone Ticino. Vengono presentati in particolare: [1] i risultati delle indagini svolte nel 01, [] una panoramica sulle tendenze a lungo termine dei principali indicatori delle caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche del lago e dei suoi tributari e [] i risultati di un modello previsionale concernente le relazioni tra carichi esterni e concentrazioni di fosforo nel lago. Dal punto di vista meteorologico, il 01 è stato un anno peculiare, caratterizzato da temperature elevate e precipitazioni scarse. Queste condizioni hanno ridotto il carico esterno di fosforo gravante sul lago e hanno indebolito la circolazione tardo-autunnale, soprattutto nel bacino nord. Nonostante questi effetti abbiano a loro volta ridotto l apporto di nutrienti nello strato produttivo del lago, la biomassa fitoplanctonica e la produzione primaria hanno fatto registrare valori elevati, grazie a forti sviluppi di diatomee in inverno e cianobatteri in estate. Lo zooplancton è risultato complessivamente poco abbondante. In particolare, come già negli scorsi anni, la componente erbivora è apparsa particolarmente ridotta nel periodo estivo, probabilmente a causa della scarsa commestibilità del fitoplancton dominante. Questi risultati suggeriscono che anni particolarmente miti favoriscono lo sviluppo di fitoplancton poco edibile e possono quindi temporaneamente contrastare gli effetti del programma di risanamento del lago. Nonostante ciò, dall inizio del programma di indagini (1), grazie a una sostanziale diminuzione dei carichi di fosforo, il livello trofico del lago si è complessivamente ridotto, passando da condizioni di ipertrofia iniziali a condizioni di mesotrofia (bacino nord) o eutrofia (bacino sud) attuali. Infine, i risultati di modelli previsionali indicano che gli attuali carichi esterni di fosforo potrebbero ricondurre il lago a condizioni di mesotrofia in seguito all esaurimento dei carichi interni, anche se questo processo potrebbe richiedere alcuni decenni.

5 INDICE 1. INTRODUZIONE (F. Lepori) 1.1. Prefazione Ubicazione e caratteristiche delle stazioni di prelievo.. METEOROLOGIA DELL?AREALE LACUSTRE (F. Lepori, M. Pozzoni).1. Sintesi annuale (Svizzera) Sintesi e andamento mensile ( Lugano) CARATTERISTICHE FISICHE DEI CORSI D ACQUA (M. Pozzoni).1. Portate..... Temperature CARATTERISTICHE CHIMICHE DEI CORSI D ACQUA E CARICHI DI NUTRIENTI (A. Bruder).1. Caratteristiche chimiche Carichi di nutrienti CARATTERISTICHE FISICHE DELL AMBIENTE PELAGICO (F. Lepori).1. Livello lacustre..... Trasparenza e torbidità Temperatura e bilancio termico.... Profondità di mescolamento CARATTERISTICHE CHIMICHE DELL AMBIENTE PELAGICO (F. Lepori).1. Alcalinità e ph..... Ossigeno disciolto e potenziale redox..... Macronutrienti (azoto, fosforo e silicio) INDAGINI SUL FITOPLANCTON (A. Bruder).1. Specie dominanti Variazioni della biomassa..... Clorofilla e torbidità..... Radiazione fotosinteticamente attiva (PAR) e profondità dello strato trofogeno..... Produzione primaria.... INDAGINI SULLO ZOOPLANCTON (F. Lepori).1. Diversità Struttura tassonomica Struttura trofica

6 . EVOLUZIONE A LUNGO TERMINE (F. Lepori, A. Bruder).1. Temperatura dei corsi d acqua.. Carichi di nutrienti... Temperatura dell ambiente pelagico..... Livello trofico dell ambiente pelagico... Fitoplancton e produzione primaria..... Zooplancton... FOSFORO: CONCENTRAZIONI E PREVISIONI (F. Lepori, A. Bruder).1. Concentrazioni..... Previsioni CONCLUSIONI (F. Lepori). RINGRAZIAMENTI... BIBLIOGRAFIA AUTORI E COLLABORATORI. 1 APPENDICE.

7 INTRODUZIONE 1.1. Prefazione Questo rapporto, il terzo di un triennio di ricerche sul Lago di Lugano promosse dalla Commissione Internazionale per la Protezione delle Acque Italo-Svizzere (CIPAIS), si propone di: [1] riassumere i risultati scientifici conseguiti durante la campagna del 01, [] offrire una sintesi dell evoluzione dello stato del lago dall inizio delle campagne e [] proporre nuove previsioni riguardanti i carichi esterni le concentrazioni di fosforo nel lago. Il rapporto è volto a offrire gli elementi necessari per descrivere l evoluzione del Lago di Lugano in primo luogo per valutare gli effetti delle strategie messe in atto per risanare le sue acque dalle condizioni di eutrofia o ipertrofia in cui erano venute a trovarsi negli anni Inoltre, i dati generati dalle campagne di indagini si stanno rivelando preziosi anche per documentare gli effetti di altri problemi ambientali emersi negli ultimi decenni d indagini, tra i quali spiccano i cambiamenti climatici e l alterazione del chimismo delle acque (per esempio il contenuto salino) a causa del forte uso antropico del bacino imbrifero. Nel corso delle indagini si è prestata cura nel garantire i criteri di qualità e di continuità, sia per quanto riguarda la gestione dell attività di campagna, sia nell ambito della produzione dei dati analitici, sia nella fase di elaborazione e interpretazione dei risultati. L ampio patrimonio di conoscenze limnologiche disponibile sul Lago di Lugano e i suoi tributari costituisce una delle serie temporali d indagine sui laghi profondi sud-alpini fra le più lunghe e complete. Quest ampia disponibilità d informazioni rappresenta un occasione privilegiata per garantire una gestione integrata ed efficace delle problematiche ambientali che gravano sull ecosistema lacustre. Come verrà evidenziato anche in questo rapporto, lo stato di salute di questo corpo idrico non permette di considerare ancora raggiunti gli obiettivi di qualità prefissati. La prosecuzione dell attività di monitoraggio limnologico secondo le attuali direttive dalla CIPAIS risulta quindi indispensabile per seguire in modo appropriato l evoluzione dei carichi eutrofizzanti (esterni e interni) gravanti sui singoli sottobacini, e per valutarne l effetto sulla biocenosi lacustre, che attualmente si presenta ancora in condizioni di elevata instabilità. 1.. Ubicazione e caratteristiche delle stazioni di prelievo La campagna d indagini condotta nel 01 ha coinvolto principalmente 1 stazioni di rilevamento, di cui: o tre stazioni ubicate nella zona pelagica del lago (Gandria, Melide e Figino; Figura 1..1; Tabella 1..); 1

8 o otto stazioni ubicate sui maggiori tributari del lago, non lontano dalla foce, o in chiusura di bacino (Figura 1..; Tabella 1..); o una stazione ubicata sull emissario del lago (fiume Tresa), appena a valle rispetto al punto di uscita dal lago (Figura 1..; Tabella 1..). Le stazioni di prelievo lacustri sono state scelte oltre un trentennio or sono in modo da rappresentare i due bacini principali del lago (nord e sud), che si distinguono per caratteristiche morfologiche, idrologiche e carico trofico (Tabella 1..1). La stazione di Gandria rappresenta il bacino nord, mentre le stazioni di Melide e Figino rappresentano il bacino sud. In queste stazioni sono state raccolte le informazioni trattate nei capitoli inerenti la fisica, la chimica e il plancton dell ambiente pelagico lacustre (Capitoli -). I tributari campionati includono i corsi d acqua maggiori per dimensioni di bacino imbrifero (Vedeggio, Cassarate, Cuccio, Magliasina, Laveggio e Livone), oppure i corsi d acqua di medie dimensioni che producono carichi di nutrienti elevati a causa della forte urbanizzazione del bacino imbrifero (Bolletta e Scairolo). Nelle relative stazioni di prelievo sono state raccolte le informazioni che hanno permesso di valutare le caratteristiche fisico-chimiche dei corsi d acqua e i carichi di nutrienti veicolati al lago (Capitoli -). I dati raccolti presso la stazione ubicata sull emissario Tresa hanno permesso di calcolare i flussi di nutrienti e calore in uscita dal lago, che sono indispensabili per il calcolo dei relativi bilanci (Capitoli e ). Inoltre, per l elaborazione del rapporto si è fatto uso di informazioni provenienti da stazioni appartenenti ad altri programmi di monitoraggio, tra i quali il monitoraggio meteorologico da parte di MeteoSvizzera e il monitoraggio dei deflussi dei corsi d acqua da parte dell Ufficio Federale dell Ambiente (UFAm) e del settore Idrologia dell Istituto Scienze della Terra della SUPSI. L ubicazione di queste stazioni è raffigurata nelle Figure 1..1 e 1...

9 Tabella Lago di Lugano, 01: caratteristiche geografiche e morfometriche del Lago di Lugano e del suo bacino imbrifero. Bacino NORD SUD P. TRESA Area bacino imbrifero [km ]. 0.. Area bacino lacustre [km ] Area bacini a monte [km ] Area totale bacino imbrifero [km ] Volume bacino lacustre [km ] Deflusso annuo emissario [km ] Tempo teorico di ricambio [a] Profondità media [m] Profondità massima [m] 0 Tabella 1... Lago di Lugano, 01: coordinate delle stazioni di campionamento in ambiente pelagico (latitudine e longitudine secondo la Carta Nazionale Svizzera, CNS, e il sistema WGS). Stazione Longitudine Latitudine Longitudine Latitudine CNS WGS Gandria Melide Figino Tabella 1... Lago di Lugano, 01: coordinate delle stazioni di campionamento sui maggiori tributari del lago e sull emissario Tresa (latitudine e longitudine secondo la Carta Nazionale Svizzera). Corso d acqua Località Longitudine Latitudine Area bacino [km ] CNS Bolletta Porto Ceresio Cassarate Pregassona 00. Cuccio Porlezza Laveggio Riva San Vitale Livone Osteno Magliasina Magliaso Scairolo Figino Tresa Ponte Tresa

10 Figura Lago di Lugano, 01: ubicazione delle stazioni di prelievo in ambiente pelagico (Gandria, Melide e Figino) e della stazione meteorologica di MeteoSvizzera a Lugano. 1 Figura 1... Lago di Lugano, 01: ubicazione delle stazioni idrografiche per la misura della portata, delle stazioni di prelievo manuale e automatico sui corsi d acqua e degli impianti di depurazione delle acque.

11 METEOROLOGIA DELL'AREALE LACUSTRE L'andamento meteorologico del 01, esaminato a scala nazionale (.1) e a scala locale (stazione di Lugano,., Figura 1..1), è stato decritto in base a dati forniti dall'ufficio Federale di Meteorologia e Climatologia MeteoSvizzera e l Istituto Scienze della Terra della SUPSI. Sono stati presi in considerazione i parametri che maggiormente influenzano i processi limnologici del lago e il regime idrologico dei suoi tributari, in particolare: la radiazione solare globale, la temperatura atmosferica, le precipitazioni e l'intensità e la direzione dei venti. I valori annuali e mensili del 01 sono stati confrontati con i valori climatici di riferimento (o norme) calcolati sul periodo Sintesi annuale (Svizzera) In Svizzera, il 01 è stato l anno più caldo dall inizio delle misurazioni, ed è stato caratterizzato da una temperatura media di 1. C superiore alla norma. Anche la radiazione solare è stata elevata, a causa di un soleggiamento sostanzialmente maggiore ai valori di riferimento (+1-%). Le precipitazioni sono state invece scarse per esempio, hanno raggiunto solo il 0-% della norma sul versante sudalpino del paese. Per quel che riguarda l andamento stagionale, sul versante sudalpino, l inverno del è stato il secondo più mite dall inizio delle misurazioni nel 1 ( C). La primavera si è suddivisa in una prima fase soleggiata e mite (metà marzo-fine aprile) e una seconda fase piovosa (maggio). L estate si è contraddistinta per le temperature eccezionalmente elevate (+1.-. C). In particolare, luglio ha fatto registrare condizioni torride. Sul versante sudalpino, le temperature giornaliere hanno raggiunto un massimo di. C a Locarno Monti il luglio, anche se temperature sopra la media hanno caratterizzato l intero periodo estivo (giugno-agosto). La calura estiva è stata interrotta a inizio autunno (settembre-ottobre) dall influsso di correnti nordoccidentali fresche, che hanno riportato le temperature attorno ai valori di riferimento. Tuttavia, in novembre si sono ristabilite condizioni insolitamente calde (+.1 C), accompagnate da un forte soleggiamento e un eccezionale scarsità di precipitazioni (0-0%). Il tempo mite, soleggiato e povero di precipitazioni si è protratto fino alla fine di dicembre, posticipando l inizio del periodo freddo e l arrivo delle precipitazioni nevose... Sintesi e andamento mensile (Lugano) A Lugano, nel 01, la radiazione solare globale ha superato del 1% il valore di riferimento (Tabella..1). Questo scarto conferma la tendenza verso irraggiamenti più elevati in atto ormai da almeno un decennio. L andamento mensile (Figura..1) indica che l irraggiamento è stato superiore alla norma tra aprile e luglio, e nuovamente tra ottobre e dicembre. Poiché la radiazione luminosa è la maggior

12 fonte di energia del lago, il forte irraggiamento ha influito sul bilancio di calore, per esempio moderando il raffreddamento delle acque superficiali in autunno (Capitolo ). Come la media su scala nazionale, anche a Lugano la temperatura media annua è stata di 1. C superiore alla norma (Tabella..1). L andamento mensile (Figura..) mostra che la temperatura è stata superiore alla norma in tutti i mesi dell anno eccetto febbraio, settembre e ottobre. Dal grafico emerge distintamente l anomalia del mese di luglio, durante il quale la temperatura media ha superato la norma mensile di ben. C. Le precipitazioni totali annue sono state scarse, raggiungendo solo il % della norma a Lugano (Tabella..1). Tuttavia sono state osservate differenze all interno del bacino imbrifero del lago: il deficit di precipitazioni si è osservato soprattutto nella parte settentrionale del bacino, mentre nella parte meridionale (in particolare nel Mendrisiotto) le precipitazioni sono state solo leggermente inferiori alla norma (Figura..). Sull arco dell anno (Figura..), le precipitazioni sono state inferiori alla norma nel trimestre estivo (in particolare a luglio) e nel periodo tardo autunnale-invernale (novembre-dicembre), durante il quale il tempo è rimasto insolitamente asciutto (a Lugano, con meno di 1 mm di precipitazioni in due mesi, questo periodo è stato il più asciutto registrato negli ultimi anni). Viceversa, precipitazioni abbondanti sono state registrate in gennaio e febbraio, grazie alle nevicate verificatesi in questi mesi. Solo nei mesi di maggio, settembre e ottobre le precipitazioni sono state sostanzialmente conformi alla norma. L intensità media del vento è stata lievemente inferiore al valore di riferimento (%). Tuttavia, l andamento mensile (Figura..) indica che l attività eolica è stata inferiore alla norma solo durante il secondo semestre dell anno (fatta eccezione per settembre). Durante il primo semestre, e in particolare nei primi tre mesi dell anno durante i quali l azione del vento è fondamentale per favorire il mescolamento della colonna d acqua la velocità media del vento è stata paragonabile (gennaio-marzo) o superiore (aprile-maggio) ai valori di riferimento. Per illustrare il quadro annuo della direzione dei venti, è stata riportata su di una rosa dei venti la frequenza (%) dei valori rilevati ogni ora, escludendo le situazioni di calma (velocità media <0. m sec -1 ; Figura..). I dati del 01 sono essenzialmente conformi alla norma, e confermano la predominanza delle correnti settentrionali, provenienti dai quadranti NNW e N. La frequenza delle calme (.1%) è stata simile a quella del periodo di riferimento (.%) e conferma che nel 01 l attività eolica è stata complessivamente vicina alla media.

13 Tabella..1. Lago di Lugano, 01: media annuale (media dei valori mensili) di alcuni parametri misurati presso la stazione meteorologica di Lugano (Biblioteca cantonale) nel 01 e nel periodo di riferimento -0. Media 01 Norma (-0) Radiazione globale 0 [MJ m - ] 0 [MJ m - ] Temperatura atmosferica 1. [ C] 1. [ C] Precipitazioni 1 [mm] 1 [mm] Intensità dei venti.0 [km h -1 ]. [km h -1 ] 1 1 Figura..1. Lago di Lugano, 01: Radiazione globale mensile. Le barre di errore rappresentano d. s Figura... Lago di Lugano, 01: temperatura atmosferica mensile. Le barre di errore rappresentano d. s.

14 Figura... Lago di Lugano, 01: precipitazioni mensili (totale). Le barre di errore rappresentano d. s Figura... Lago di Lugano, 01: carta delle isoiete per il bacino imbrifero.

15 Figura... Lago di Lugano, 01: intensità mensile dei venti. Le barre di errore rappresentano d. s Figura... Lago di Lugano, 01: frequenze (%) della direzione di provenienza dei venti.

16 CARATTERISTICHE FISICHE DEI CORSI D ACQUA Le condizioni fisiche dei tributari e dell emissario del Lago di Lugano (fiume Tresa) sono state descritte mediante le medie annuali e gli andamenti mensili di portata e temperatura. L'andamento delle portate, analizzato per tutti i corsi d acqua considerati dalle nostre indagini (Capitolo 1), è stato decritto in base a dati forniti dall'ufficio Federale di Meteorologia e Climatologia MeteoSvizzera e l Istituto Scienze della Terra della SUPSI. Dati di temperatura con risoluzione temporale almeno giornaliera sono attualmente disponibili solo per i tributari Cuccio, Laveggio, Bolletta, Scairolo, e per l emissario Tresa (dati IST e MeteoSwiss)..1. Portate La Tabella.1.1. presenta i valori di deflusso dei corsi d'acqua monitorati relativi all'anno 01, rispetto alla media pluriennale (per i periodi di riferimento, si vedano le Figure.1.1 e.1.). Come riferito nel Capitolo, il 01 è stato un anno con precipitazioni inferiori alla norma, in particolare nella parte settentrionale del bacino imbrifero del lago. Conseguentemente, anche le portate degli immissari sono state mediamente inferiori alle rispettive medie pluriennali di riferimento (-1%), a eccezione del Laveggio, la cui portata è stata essenzialmente conforme alla norma (+%). La portata media dell emissario Tresa è stata del % inferiore alla norma. Le maggiori differenze rispetto alla norma sono state rilevate sul Cassarate (-%) e sulla Magliasina (-%). Il regime mensile ha visto alternarsi mesi con deflusso leggermente superiore alla media (gennaio, febbraio, marzo, maggio e settembre) a mesi fortemente deficitari quali luglio, agosto e in particolare novembre e dicembre... Temperature Come ci si può attendere in base all andamento meteorologico del 01 (Capitolo ), per la Tresa, l unico corso d acqua di cui disponiamo di una serie di dati ad alta risoluzione relativamente lunga (00-01), il valore medio annuale di temperatura (1. C) è stato superiore alla media (+0. C). L andamento mensile della temperatura (Figura..1) conferma che durante i mesi estivi, in particolare in luglio e agosto, valori elevati di temperatura sono stati registrati in tutti i corsi d acqua inclusi in quest analisi.

17 Tabella.1.1. Lago di Lugano, 01: confronto tra le portate medie mensili e le medie pluriennali dei tributari maggiori e dell emissario (fiume Tresa). I colori caldi evidenziano le portate inferiori alla media, mentre i colori freddi evidenziano quelle superiori. gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic anno Cassarate 1 1% % % % % % % % % % 1% % % Cuccio 1 1% % 1% % 1% % % 1% 1% 1% % 0% % Bolletta 1% % % 0% 1% % % % % 1% % % % Laveggio 1% 1% % % % % % % % 1% % % % Magliasina % 1% 0% % % % 1% % % % % % % Scairolo 1% % 1% % % % % % % % % 1% % Vedeggio 0% 1% 1% 1% % % % % 1% 1% % % % media 1% 1% % % % % 1% % % 1% % % % Tresa 1% 1% 1% % % % % % % % % 0% % 1 tributari del bacino nord tributari dei bacino sud emissario Figura.1.1. Lago di Lugano, 01: regime mensile dei deflussi del fiume Tresa (emissario) nel 01 e nel periodo di riferimento (1-01). Si noti che a partire dal 1 la portata dell emissario è stata modificata artificialmente dalla regolazione.

18 1 1 1 Figura.1.. Lago di Lugano, 01: regime mensile dei deflussi specifici (portata per unità di superficie del bacino imbrifero) dei fiumi Vedeggio (principale immissario del bacino sud), Cassarate e Cuccio (principali immissari del bacino nord) nel 01 e nei rispettivi periodi di riferimento. Temperatura [ C] Temperatura [ C] Temperatura [ C] Tresa 01 Tresa Min 01 Max 01 gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic Scairolo 0-01 Scairolo gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic Bolletta Bolletta gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic Figura..1. Lago di Lugano, 01: andamento mensile della temperatura nei tributari Cuccio, Bolletta, Scairolo e Laveggio e nell emissario Tresa nel 01, confrontato alle medie mensili pluriannuali per il periodo di cui disponiamo di misure. Temperatura [ C] Temperatura [ C] Laveggio 0-01 Laveggio gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic Cuccio 0-01 Cuccio gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic 1

19 CARATTERISTICHE CHIMICHE DEI CORSI D ACQUA E CARICHI DI NUTRIENTI Nel 01, le caratteristiche fisico-chimiche degli otto tributari maggiori e dell emissario del Lago di Lugano (fiume Tresa) sono state misurate 1 volte, con frequenza mensile. I parametri misurati descrivono lo stato acido-base (ph e ALC), lo stato trofico (TP, TN e SiO ), la saprobicità (BOD e O ) e il grado di tossicità delle acque per gli organismi acquatici (Cl -, NH + e NO - ). Inoltre, i carichi dei maggiori nutrienti (TP, TN, DIC, e SiO ) veicolati dai tributari e dagli emissari dei bacini nord e sud sono stati stimati a partire da concentrazioni istantanee e valori di portata mensili. Per i tributari Vedeggio, Cassarate e Laveggio, i carichi di N e P sono stati misurati anche in base a campioni raccolti settimanalmente mediante campionatori automatici. Infine, per i due bacini del lago sono stati stimati i carichi esterni totali di P e N sommando i contributi provenienti da [1] i tributari maggiori, [] i bacini non campionati (rappresentanti il 1% dell area del bacino imbrifero del bacino nord e il % del bacino imbrifero del bacino sud), [] gli abitanti rivieraschi e gli scaricatori di piena al lago (ARSPL), [] le deposizioni atmosferiche sul bacino lacustre e, per il bacino sud, [] l importo ricevuto dal bacino nord tramite il canale che collega i due bacini a Melide. In questo rapporto, i carichi provenienti dai bacini non campionati sono stati stimati tenendo conto del carico idraulico (aggiornato al 01), dell uso del territorio e per l azoto delle deposizioni atmosferiche. I contributi dovuti agli abitanti rivieraschi sono stati stimati in base al numero di abitanti non connessi a sistemi di depurazione e a valori medi di produzione annuale di TN e TP per abitante. I dati sulle deposizioni atmosferiche di azoto sono stati forniti dall Ufficio dell'aria, del clima e delle energie rinnovabili del Cantone Ticino, mentre le deposizioni di fosforo sono state stimate in base a un modello di deposizione globale..1. Caratteristiche chimiche Per quel che riguarda lo stato acido-base, nel 01 sono state osservate le consuete differenze tra Bolletta, Laveggio, Livone e Scairolo, più alcalini, e Cassarate, Vedeggio, Cuccio e Magliasina, più neutrali (Figura.1.1). Queste differenze riflettono la composizione litologica dei bacini imbriferi. Inoltre, l elevata variabilità dei valori di ph misurata nella Tresa è dovuta alla variazione stagionale dell attività fotosintetica nel lago, che causa aumenti di ph durante il periodo vegetativo dovuti al consumo di acido carbonico. Infatti, nella Tresa, i valori di ph più elevati sono stati registrati tra primavera ed estate, in corrispondenza alle massime rate di produzione primaria nel bacino sud (Capitolo ). Lo stato trofico dei tributari dipende essenzialmente dalla concentrazione di TP. Secondo la classificazione adottata dal nostro programma di monitoraggio, i corsi d acqua sono considerati oligotrofici se la concentrazione di TP è inferiore a µg P L -1, eutrofici se la concentrazione è maggiore a µg P L -1 e mesotrofici se la concentrazione è compresa tra questi valori. Secondo questa classificazione, 1

20 anche nel 01, tra i corsi d acqua monitorati, hanno predominato condizioni di mesotrofia. In tre corsi d acqua (Cassarate, Scairolo e Tresa) sono state riscontrate condizioni di oligotrofia, mentre le concentrazioni di TP misurate nel Bolletta (mediana = µg P L -1 ) denotano condizioni di forte eutrofia (Tabella.1.1, Figura.1.1). La saprobicità dipende dalla concentrazione di materia organica e sostanze ridotte quali l azoto ammoniacale e nitroso, che si riflettono nei valori di BOD. Valori < mg O L -1 indicano un carico organico trascurabile, valori tra e mg O L -1 indicano un carico moderato e valori > mg O L -1 indicano un carico cospicuo. In Svizzera, l OPAc fissa a mg O L -1 il limite di BOD tollerabile per acque naturalmente povere di sostanze organiche. In Italia, secondo il decreto legislativo 1/ (D.Lgs.1/), valori di BOD > mg O L -1 indicano uno stato ambientale almeno parzialmente degradato. I valori di BOD misurati nel 01 (Figura.1.) indicano un inquinamento organico mediamente lieve o trascurabile in tutti i corsi d acqua. Nel Bolletta, tuttavia, si sono osservati carichi organici elevati ( > mg O L -1 ) in un giorno di campionamento, in marzo (Figura.1.). Il grado di tossicità dipende dalle concentrazioni di sostanze nocive quali cloruro, ammonio, nitriti e ammoniaca. Secondo la letteratura 1,1, il Cl - causa tossicità cronica a concentrazioni superiori a -0 mg L -1 e tossicità acuta a concentrazioni superiori a 0-0 mg L -1. Nel 01, i valori di Cl - misurati nei corsi d acqua monitorati (massimo = mg L -1 nel Laveggio in aprile) sono stati inferiori a queste soglie (Figura.1.). La tossicità dell ammonio è modulata dalla temperatura. In Svizzera, i criteri OPAc richiedono concentrazioni di ammonio 0. mg N L -1 a temperature > C oppure 0. mg N L -1 a temperature inferiori. In Italia, il D.Lgs.1/ attribuisce uno stato ambientale buono a concentrazioni di ammonio 0.1 mg N L -1 e uno stato di crescente degrado a concentrazioni superiori. Nel 01, l ammonio ha superato le soglie OPAc in almeno un occasione nel Cuccio (giugno: 0.1 mg N L -1 ) e nello Scairolo (ottobre: 0. mg N L -1 ) e due volte nel Bolletta (marzo: 0. mg N L -1 e maggio: 0.0 mg N L -1 ; Figura.1.). Per i nitriti, le soglie di tossicità si situano attorno a 0-00 µg N L -1 (tossicità cronica) e 0-00 µg N L -1 (tossicità acuta), secondo il tenore di cloruro, che ne allevia gli effetti 1. Nel 01, soglie di tossicità acuta sono state superate in almeno un occasione nel Cassarate (febbraio: 1 µg N L -1 ), nel Bolletta (marzo: µg N L -1 ) e nel Laveggio (ottobre: µg N L -1, Figura.1.). Nel Bolletta, anche la concentrazione mediana di nitriti dalle giornate misurate è stata elevata ( µg N L -1 ), ma probabilmente non tale da indurre tossicità cronica, tenuto conto della corrispettiva, elevata concentrazione di Cl - (Figura.1.)... Carichi di nutrienti Nel 01, i carichi esterni di TP sono stati pari a 1.1 t nel bacino nord e 1.1 t nel bacino sud. Come di consueto, circa la metà dei carichi esterni di TP (bacino nord: %, bacino sud: %) è stata veicolata dai tributari maggiori (Figura..1). I carichi maggiori sono giunti dai tributari Cuccio e Livone nel bacino nord, e dal 1

21 canale di Melide e dai tributari Bolletta e Laveggio nel bacino sud (Tabella..1). Tra le altre fonti, in entrambi i bacini, sia le aree non campionate che gli abitanti rivieraschi (ARSL) hanno contribuito carichi relativamente importanti (aree non campionate: % nel bacino nord e 1% nel bacino sud; abitanti rivieraschi: 1% nel bacino nord e 1% nel bacino sud; Figura..1). I carichi di fosforo misurati nel 01 indicano valori conformi agli obiettivi del programma di risanamento del lago, posti a 1 t per il bacino nord e t per il bacino sud 1. I carichi esterni di TN sono stati pari a t nel bacino nord e t nel bacino sud. Come per il fosforo, i tributari hanno contribuito la maggior parte del carico totale (bacino nord: 0%, bacino sud: 1%, Figura..1). Nel bacino nord, i carichi di TN maggiori sono stati veicolati dal Cassarate e dal Livone. Nel bacino sud, carichi particolarmente elevati di TN sono giunti dal canale di Melide, dal Vedeggio e dal Laveggio (Tabella..1). Per entrambi bacini, i carichi di TP e TN calcolati nel 01 sono bassi rispetto ai valori medi osservati nell ultimo decennio (Capitolo ). Questi valori si spiegano in parte con le scarse precipitazioni che hanno caratterizzato il 01 (Capitolo ). Infatti, scarse precipitazioni riducono il carico sia riducendo la lisciviazione di fosforo dal bacino imbrifero, sia riducendo la frequenza degli eventi durante i quali acque miste troppo abbondanti vengono riversate direttamente nei corsi d acqua dagli scaricatori di piena. Nella maggior parte dei casi i carichi stimati in base ai campionatori automatici rientrano nell intervallo d incertezza associato ai valori stimati in base ai campioni istantanei (Tabelle..1 e..). Fanno eccezione il carico di TP del Cassarate e il carico di TN del Vedeggio. Queste differenze sono dovute in gran parte a episodi di portata elevata in maggio e ottobre. Questi eventi, che sono raramente catturati dai campionamenti istantanei, possono condurre ad aumenti episodici delle concentrazioni di nutrienti durante le fasi di rilascio di acque miste da parte degli scaricatori di piena, oppure a un effetto di diluizione al di fuori di queste fasi. Le concentrazioni dei campioni settimanali ottenuti mediante i campionatori automatici integrano questi eventi, e in alcune occasioni possono risultare sostanzialmente diverse rispetto alle concentrazioni istantanee. I carichi di nutrienti generati dai quattro maggiori IDA situati in territorio svizzero (Tabella.., Figura 1..) spiegano il -% del carico di TP e il - % del carico di TN dei rispettivi ricettori misurati in base ai campioni istantanei (Tabella..1). Malgrado questi dati presentino numerose fonti di incertezza (esemplificate dalla forte differenza tra il contributo dell IDA di Mendrisio e il carico di TN nel Laveggio, Tabella..), questi risultati suggeriscono che nel 01, in media, gli IDA hanno contribuito il % dei carichi totali di TP veicolati dai ricettori, mentre il rimanente % è da attribuire a fonti diffuse sul bacino imbrifero e agli scaricatori di piena. 1

22 Tabella.1.1. Lago di Lugano, 01: sintesi dello stato trofico, della saprobicità e del grado di tossicità dei maggiori tributari e dell emissario. Stato trofico: = oligotrofia, = mesotrofia, = eutrofia Saprobicità: = carico organico trascurabile o lieve, = carico moderato, = carico moderato con episodi di carico elevato Tossicità: = acque non tossiche, = rischio di tossicità acuta, = rischio di tossicità cronica Tabella..1. Lago di Lugano, 01: Carichi di nutrienti dei maggiori tributari e dell emissario. I valori riportati sono la stima del carico annuo e, in parentesi, l intervallo di confidenza al %

23 Tabella... Lago di Lugano, 01: Carichi di nutrienti dei maggiori tributari e dell emissario. I valori riportati rappresentano il carico annuale per unità di superficie (m - ) del bacino imbrifero. Tabella... Carichi di TP e TN calcolati in base ai campioni raccolti con i campionatori automatici Tabella... Carichi di nutrienti provenienti dai maggiori impianti di depurazione delle acque. Tra parentesi si riporta il contributo percentuale dell impianto al carico totale del ricettore in base ai valori dei campionamenti manuali (man.) e dei campionamenti mediante campionatore automatico (CA). 1 1

24 Figura.1.1. Lago di Lugano, 01: concentrazioni di alcalinità, H+ (= ph), TP e RP nei tributari maggiori e nell emissario. CAS = Cassarate, CUC = Cuccio, LIV = Livone, BOL = Bolletta, LAV = Laveggio, MAG = Magliasina, SCA = Scairolo, VED = Vedeggio, TRE = Tresa. Tributari del bacino nord in azzurro, tributari del bacino sud in rosso, emissario (Tresa) in verde. 1

25 Figura.1.. Lago di Lugano, 01: concentrazioni di azoto (totale, nitrico, nitroso e ammoniacale) nei tributari maggiori e nell emissario. Le linee tratteggiate denotano soglie di tossicità (si veda il testo per maggiori spiegazioni). CAS = Cassarate, CUC = Cuccio, LIV = Livone, BOL = Bolletta, LAV = Laveggio, MAG = Magliasina, SCA = Scairolo, VED = Vedeggio, TRE = Tresa. Tributari del bacino nord in azzurro, tributari del bacino sud in rosso, emissario (Tresa) in verde. 1

26 Figura.1.. Lago di Lugano, 01: concentrazioni di silice reattiva, cloruro, BOD et ossigeno dissolto nei tributari maggiori e nell emissario. Le linee tratteggiate denotano soglie di tossicità (si veda il testo per maggiori spiegazioni). CAS = Cassarate, CUC = Cuccio, LIV = Livone, BOL = Bolletta, LAV = Laveggio, MAG = Magliasina, SCA = Scairolo, VED = Vedeggio, TRE = Tresa. Tributari del bacino nord in azzurro, tributari del bacino sud in rosso, emissario (Tresa) in verde. 0

27 1 Figura..1. Carichi esterni di TP e TN nei bacini nord e sud, suddivisi per fonte. Trib = tributari maggiori, ANC = area non campionata, Dep = deposizioni, ARSL = abitanti rivieraschi e scaricatori di piena al lago. 1

28 CARATTERISTICHE FISICHE DELL AMBIENTE PELAGICO Come in passato, l analisi dei principali parametri fisici che caratterizzano l ecosistema lacustre si è concentrata sulle variazioni di livello, trasparenza, torbidità e temperatura durante l intero ciclo stagionale. Inoltre, sono stati calcolati gli scambi di calore tra lago e atmosfera, ed è stato costruito un bilancio calorico per valutare il contributo mensile dei diversi elementi costitutivi (radiazione solare, conduzione, ecc.) a questi stessi scambi. Infine, quest anno si è aggiunta una valutazione della massima profondità di mescolamento raggiunta delle acque durante la circolazione tardo-invernale e nel successivo periodo di stratificazione. Il livello del lago è misurato a Melide-Ferrara (dati MeteoSwiss). I valori di temperatura e torbidità sono stati misurati con frequenza bisettimanale mediante una sonda multiparametrica. La trasparenza è stata misurata con la stessa frequenza mediante il disco di Secchi. Gli scambi di calore sono stati calcolati a partire dalle variazioni di contenuto calorico della colonna d acqua, a loro volta calcolati in base ai dati di temperatura. Il bilancio calorico è stato determinato separatamente per i due bacini del lago (nord e sud). Per il bilancio del bacino sud sono stati usati i dati di temperatura delle acque raccolti presso la stazione di Melide, ritenuta rappresentativa dell ambiente pelagico. Inoltre, all equazione usata per il calcolo del bilancio calorico in passato si è aggiunto un termine che denota la componente avvettiva, ovvero i guadagni o le perdite di calore dovute a tributari, emissari e precipitazioni sul lago. La nuova equazione può essere espressa come segue: Q t =Q se -Q b -Q e -Q h -Q a Dove: Q t = flusso di calore netto all interfaccia acqua-aria Q se = flusso di calore radiativo solare (netto) Q b = flusso di calore dovuto a radiazioni a onda lunga (netto) Q e = flusso di calore per evaporazione Q h = flusso di calore per conduzione Q a = flusso di calore per avvezione Le componenti del modello sono state calcolate mediante le equazioni usate dal modello di qualità delle acque RMA- 1, eccetto Q a, che è stato calcolato in base ai flussi di acqua in entrata e uscita nel/dal lago e alle loro temperature 1. La profondità di mescolamento delle acque del lago è stata stimata mediante due criteri: la profondità alla quale la temperatura differisce di almeno 0. C dalla temperatura di superficie (criterio di temperatura) e la profondità alla quale la salinità (Capitolo ) differisce di almeno 0.00 psu ( μs cm -1 di conducibilità) dalla salinità di superficie (criterio di salinità). Il criterio di salinità offre risultati simili a quelli stimati in passato in base all esame (più soggettivo) dei

29 profili di ossigeno e temperatura ottenuti mediante la sonda multiparametrica (FL, risultati non pubblicati)..1. Livello lacustre Nel 01, l'altezza media del livello lacustre è stata pari a 0. m s.l.m. Questo valore è di cm al di sotto della media del periodo di riferimento (1-01). Il minimo annuale è stato toccato il 1 aprile con 0.1 m s.l.m., mentre la punta massima, pari a 0. m s.l.m., è stata raggiunta il 1 maggio. L escursione massima è stata quindi di soli cm (Figura.1.1)... Trasparenza e torbidità Nel 01, i valori di trasparenza medi annui sono stati simili alle medie osservate negli ultimi quinquenni di indagini, e hanno riconfermato il gradiente decrescente secondo il senso di scorrimento delle acque (Gandria=. m, Melide=. m, Figino=. m). Eccetto in gennaio, mese in cui la trasparenza si è ridotta nel bacino nord a causa di un forte sviluppo di diatomee (Capitolo ), l andamento di questo parametro è stato sostanzialmente coerente nelle tre stazioni di campionamento (Figura..1). La fine dell inverno (febbraio-marzo) è stata caratterizzata da una fase di elevata trasparenza delle acque, durante la quale sono stati raggiunti i massimi annuali (Gandria 1. m, Melide 1.1 m, Figino. m). Tra fine marzo e metà aprile, la trasparenza si è ridotta a causa dello sviluppo primaverile di fitoplancton nello strato produttivo (Capitolo ). A fine aprile le acque si sono nuovamente chiarificate a causa dell esaurimento dei nutrienti (silice e fosforo, Capitolo ) e, nel bacino nord, del consumo di alghe da parte dello zooplancton erbivoro (Capitolo ). La fase di chiarificazione è stata più marcata a Gandria (trasparenza fino a 1. m), dove il rifornimento di nutrienti è stato più modesto e lo sviluppo primaverile di zooplancton erbivoro è stato maggiore. L estate è stata contraddistinta da un nuovo ciclo di diminuzione della trasparenza dovuta allo sviluppo di fitoplancton (giugno-agosto) e chiarificazione coincidente con lo sviluppo di zooplancton erbivoro (metà agosto). Infine, a settembre, la trasparenza è diminuita per circa un mese a causa di un insieme di fattori, comprendenti la precipitazione di carbonati (vedi sotto) e l apporto di materiale alluvionale conseguente alle precipitazioni di inizio autunno. Episodi di torbidità (Figura..) sono stati osservati in tutte le stazioni in febbraio-marzo (soprattutto nei pressi del fondo), tra giugno e settembre (attorno al termoclino) e nuovamente in settembre (in superficie e sul fondo). La torbidità osservata durante la prima di queste fasi è dovuta alla circolazione delle acque, a cui consegue la flocculazione di ossidi di manganese e ferro (a loro volta prodotti dall ossigenazione di acque ipolimnetiche ricche di questi elementi). La torbidità sviluppatasi attorno al termoclino nel periodo estivo denota il forte sviluppo estivo delle cianoficee oscillatoriali (Capitolo ). L episodio di intorbidimento autunnale, sviluppatosi dapprima in superficie e in seguito propagatosi verso il fondo, è stato

30 probabilmente causato da precipitazione di calcite. Infatti, quest episodio trova riscontro negli andamenti dell alcalinità (Capitolo ), che indicano un forte rilascio di bicarbonati dai sedimenti in ottobre, dovuto alla soluzione dei carbonati precipitati... Temperatura e bilancio termico L andamento mensile della temperatura (Figura..1) è stato come di consueto caratterizzato dal riscaldamento primaverile-estivo e dal raffreddamento autunnale delle acque superficiali. Tuttavia, nel 01, quest andamento ha presentato caratteristiche inconsuete, attribuibili all andamento meteorologico altrettanto insolito (Capitolo ). A causa dell inverno mite, le temperature registrate durante la circolazione tardo-invernale (febbraio) sono state relativamente alte (.0-. C). Inoltre, a causa dell estate torrida, i massimi estivi di temperatura sono stati tra i più alti registrati dall inizio del periodo di indagini (Gandria=. C, Melide=. C, Figino=. C). Infine, l autunno caldo ha determinato un raffreddamento autunnale particolarmente graduale e tardivo. Per esempio, agli inizi di dicembre, insolitamente, le temperature delle acque superficiali erano ancora superiori a C. L andamento degli scambi di calore tra lago e atmosfera (Figura..) ha riflesso alcune delle anomalie riscontrate nelle variazioni di temperatura. In particolare, dai grafici risulta evidente il forte riscaldamento delle acque superficiali verificatosi nel periodo primaverile-estivo (aprile-agosto) e, soprattutto, il debole raffreddamento delle stesse nel periodo autunnale, tra settembre e novembre. Il bilancio termico del lago (Tabella..1) mostra che gli scambi di calore sono stati determinati in misura preponderante dalla radiazione netta (differenza tra radiazione solare e scambio energetico a onda lunga) e dal calore usato nei processi evaporativi. L importanza dei processi di convezione si è manifestata stagionalmente in primavera e autunno, mentre l importanza dei processi di avvezione è apparsa complessivamente marginale. Inoltre, il bilancio di calore indica che nel periodo autunnale il raffreddamento delle acque è stato probabilmente rallentato dall elevata radiazione solare (- cal cm - d -1 ) e dalla modesta perdita per conduzione (-0 cal cm - d -1 )... Profondità di mescolamento Gli andamenti della profondità massima di mescolamento (Figura..1) e della temperatura (Figura..1) mostrano che nel 01, in tutte le stazioni del lago, il termoclino si è dissolto tra la fine di gennaio e la fine di febbraio. Durante questa fase, le acque si sono mescolate fino alla profondità di m nel bacino nord e 0-. m nel bacino sud (Figura..1). Le acque relativamente fredde penetrate in profondità hanno poi proseguito a scendere, così che le massime profondità di mescolamento sono state raggiunte in marzo, mentre nei pressi della superficie si era già sviluppata la nuova stratificazione termica (Figure..1 e..1). Questo andamento suggerisce che nel 01 non si è assistito a una vera e propria circolazione verticale della colonna d acqua dovuta a moti convettivi, ma piuttosto

31 a un lento sprofondamento di acque fredde verso il fondo. Il mescolamento causato da quest influsso ha raggiunto le profondità massime di. m a Gandria, m (fondo) a Melide e m (fondo) a Figino. Tra maggio e luglio, il limite inferiore dello strato mescolato è rimasto confinato nei primi m di profondità, ed è poi tornato a abbassarsi a partire da agosto, raggiungendo la profondità massima di 0. m alla fine dell anno. Rispetto al 01, il 01 ha segnato un ritorno ai regimi di circolazione abituali del lago, ovvero la meromissi nel bacino nord e l olomissi (circolazione completa) nel bacino sud. Tuttavia, la profondità di mescolamento raggiunta a Gandria (. m) appare modesta se confrontata ai valori abituali (~0-0 m), e indica un mescolamento tutto sommato poco profondo.

32 Tabella..1. Lago di Lugano, 01: componenti del bilancio calorico del lago [cal cm - d -1 ]. Q t (calc) è il flusso di calore netto calcolato mediante l equazione del bilancio riportata nel testo, Q t (mis) è il flusso di calore misurato come variazione mensile del contenuto calorico della colonna d acqua. (Per le altre abbreviazioni si veda il testo) a) Bacino nord Q se Q b Q e Q h Q a Q t Q t (calc) (mis) Gen Feb Mar 0-0 Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic b) Bacino sud Q se Q b Q e Q h Q a Q t (calc) Q t (mis) Gen Feb Mar 0-1 Apr Mag - 1 Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic

33 Figura.1.1. Lago di Lugano, 01: livelli minimi, medi e massimi annuali dal 1 al 01, misurati a Melide-Ferrera. Si presentano anche dati precedenti l inizio della regolazione.

34 Figura..1. Lago di Lugano, 01: andamento quindicinale della trasparenza, misurata con il disco di Secchi [m].

35 Figura... Lago di Lugano, 01: andamento quindicinale della torbidità (misurata mediante sonda multiparametrica) in profondità e nel tempo [FTU].

36 Figura..1. Lago di Lugano, 01: andamento quindicinale della temperatura (misurata mediante sonda multiparametrica) in profondità e nel tempo [ C]. 0

37 Figura... Lago di Lugano, 01: andamento quindicinale del calore scambiato con l atmosfera (calcolato in base ai valori di temperatura, vedi Figura..1) in profondità e nel tempo [cal cm - d -1 ]. 1

38 Figura..1. Lago di Lugano, 01: andamento quindicinale della profondità massima di mescolamento delle acque [m], stimata in base alle differenze di salinità ( sal) e temperatura ( temp) tra le acque superficiali (0- m) e le acque sottostanti.

39 CARATTERISTICHE CHIMICHE DELL AMBIENTE PELAGICO Le indagini sulla chimica dell ambiente pelagico, come quelle concernenti gli aspetti fisici, si sono svolte nelle stazioni di Gandria, Melide e Figino. I dati sono stati raccolti con frequenza quindicinale (ossigeno) oppure mensile (altri parametri). L ossigeno disciolto è stato misurato a intervalli di 0. m di profondità mediante la sonda CTD. Gli altri parametri sono stati misurati a partire da campioni d acqua raccolti mediante bottiglie Niskin a profondità discrete..1. Alcalinità e ph Nel 01, l andamento dell alcalinità (Figura.1.1) ha mostrato il consueto calo estivo nello strato produttivo (0-0 m), dovuto alla precipitazione di carbonato di calcio determinata dall intensa attività fotosintetica, e l aumento estivo nelle acque profonde, dovuto alla mineralizzazione dei sedimenti organici. Inoltre, l andamento illustra anche un inatteso picco di alcalinità nelle acque profonde, verificatosi tra ottobre e novembre. Questo picco è da ricollegare all episodio di precipitazione di carbonati notato nel mese precedente (Capitolo ). Ovvero, è probabile che alla forte precipitazione di carbonati abbia fatto seguito la loro dissoluzione in ioni bicarbonati sul fondo, e che i bicarbonati così prodotti rappresentati la maggior fonte di alcalinità si siano poi diffusi verso l alto, fino al termoclino nel bacino sud e al chemioclino nel bacino nord. L andamento del ph (Figura.1.) è stato simmetricamente opposto a quello dell alcalinità, eccetto che l aumento di ph nello strato produttivo in primavera ha anticipato di 1- mesi il calo di alcalinità. Il ph è inoltre cresciuto lungo circa i tre quarti della colonna d acqua a Gandria e quasi tutta la colonna d acqua a Melide e Figino tra novembre e dicembre, a causa dell influsso di acque alcaline provenienti dal fondo (vedi sopra)... Ossigeno disciolto e potenziale redox Le concentrazioni di ossigeno disciolto (Figura..1) hanno avuto un andamento tipico. Nel bacino nord, gli strati profondi (da ~0 m al fondo) sono rimasti anossici tutto l anno. Nel bacino sud, il mescolamento tardo-invernale delle acque ha rifornito le acque profonde di ossigeno tra marzo e aprile. La massima ossigenazione sul fondo ha seguito, come è da attendersi, il raggiungimento della massima profondità di mescolamento (Capitolo ). Successivamente, nei pressi del fondo si sono ristabilite condizioni ipossiche già in maggio e anossiche a inizio giugno. In questo strato, l anossia è perdurata per il resto dell anno. Nello strato produttivo di entrambi i bacini si è osservato il consueto aumento di ossigeno (diurno) durante il periodo vegetativo, dovuto all attività fotosintetica. In questo periodo, tuttavia, i valori massimi di ossigenazione sono stati osservati a profondità comprese tra e 1 m, in corrispondenza ai densi strati di cianoficee sviluppatisi attorno al termoclino (Capitolo ).

40 Negli strati profondi del lago, a seguito di prolungata anossia, si instaurano potenziali ossidoriduttivi (redox) negativi, che si traducono nella riduzione di manganese, ferro, zolfo (in quest ordine) e infine nella metanogenesi. Nelle acque profonde del bacino nord condizioni redox fortemente negative sono state riscontrate durante tutto l anno, indicate dalla continua presenza di metano (accompagnato da solfuro, ferro e manganese) tra il fondo e ~0 m di profondità (Figure..-..). L apparente diminuzione della concentrazione di ferro osservata sul fondo attorno a maggio è difficilmente spiegabile e potrebbe essere un artefatto dovuto a problemi nello stoccaggio o nell analisi dei campioni. Nel bacino sud, concentrazioni sostanziali di metano ( 0. mg L -1 ) sono state rilevate nei pressi del fondo a partire dal mese di settembre. Solfuro (solo a Melide; Figura..), ferro (quasi solo a Figino; Figura..) e manganese (entrambe le stazioni, Figura..) e sono stati rilevati anche in precedenza, a partire da maggio, secondo la sequenza attesa... Macronutrienti (azoto, fosforo e silicio) Come negli scorsi anni, l azoto totale (TN) è stato rilevato in concentrazioni mediamente minori nel bacino nord ( 1.0 mg N L -1 ) rispetto al bacino sud (1-1. mg N L -1, Figura..1). Nel bacino nord, l azoto ha mostrato una distribuzione eterogenea lungo la colonna d acqua. Le concentrazioni maggiori sono state rilevate nei pressi del fondo e in superficie, mentre le concentrazioni minori sono state rilevate in una fascia compresa tra 0 m e 00 m di profondità, dove predominano i processi di denitrificazione. Nel bacino sud, l azoto ha mostrato un andamento stagionale più marcato, caratterizzato da una diminuzione in superficie durante il periodo estivo e un aumento sul fondo tra settembre e dicembre. All inizio del calo estivo si è osservato un aumento di azoto nelle acque più profonde, indicante un flusso netto verso il fondo. Questo flusso è stato probabilmente mediato dalla sedimentazione di plancton sviluppatosi in primavera e inizio estate (Capitolo ). L'azoto nitrico (NO -N) è stato rilevato in quantità sostanziali ( 0. mg N L -1 ) fino a -0 m di profondità nel bacino nord, e fino al fondo ma in concentrazioni variabili nel bacino sud (Figura..). Per quel che concerne l andamento mensile, in entrambi i bacini si è osservato un aumento a profondità intermedie attorno a giugno-luglio, e una successiva diminuzione nelle acque superficiali durante il periodo estivo-autunnale, che riflette il flusso descritto sopra. L assenza di azoto nitrico nelle acque profonde del bacino nord, e la scomparsa autunnale nel bacino sud, sono dovute ai processi di denitrificazione che si svolgono in acque e sedimenti anossici. L azoto ammoniacale, o ammonio (NH -N), si forma per decomposizione di materiale organico in acque e sedimenti privi di ossigeno (ammonificazione). L andamento mensile dell ammonio (Figura..) appare quindi opposto a quello dell ossigeno (Figura..1) e ricalca quello di altre sostanze ridotte (per esempio il manganese, Figura..).

41 L andamento delle concentrazioni mensili di fosforo totale (TP) nelle acque superficiali (Figura..) mostra l influenza della circolazione tardo-invernale. Nel bacino nord, la debole circolazione (Capitolo ) si è tradotta in un modesto rifornimento di fosforo nelle acque superficiali. In marzo, la concentrazione media di TP nello strato produttivo è risultata di 1 μg P L -1, un valore simile a quello osservato nel 01 (altro anno caratterizzato da una circolazione debole). Questi valori sono i più bassi osservati (alla circolazione) in questo bacino dall inizio delle indagini (1). Nel bacino sud, la circolazione, seppur debole, è stata completa, e le concentrazioni di TP osservate a marzo nello strato produttivo (-1 μg P L -1 ) sono state conformi a quelle osservate nell ultimo decennio (eccetto il 01, anno in cui la circolazione del bacino sud è risultata soppressa). In estate, le concentrazioni di fosforo sono diminuite negli strati superficiali a causa della coprecipitazione con la calcite (Capitolo ) e della sedimentazione del plancton (Capitolo ). Nei pressi del fondo, le concentrazioni di fosforo sono state elevate tutto l anno a Gandria e nel periodo estivo-autunnale a Melide. A Figino, come di consueto, il rilascio di fosforo è limitato da una maggiore presenza di ferro nei sedimenti. Pertanto, le concentrazioni massime di fosforo si sono confermate inferiori a quelle rilevate nelle altre stazioni. Le concentrazioni di fosforo reattivo (SRP) sono state inferiori al limite di quantificazione ( µg P L-1) quasi tutto l anno nel bacino nord e da fine aprile in avanti nel bacino sud (Figura..). In generale, gli andamenti del fosforo reattivo ricalcano da vicino quelli del fosforo totale descritti sopra, in particolare nelle acque profonde, dove il rapporto SRP:TP si avvicina all unità. L andamento mensile delle concentrazioni di silice reattiva (Figura..) ha ricalcato a grandi linee l andamento del fosforo totale. Come il fosforo, infatti, questo nutriente viene esaurito (concentrazioni 0. mg SiO L -1 ) nello strato trofogeno durante il periodo vegetativo e viene rilasciato per mineralizzazione dei sedimenti durante la seconda metà dell anno. Nelle acque superficiali del bacino nord, a causa della debole circolazione, il consueto rifornimento tardo-invernale di silice non ha praticamente avuto luogo. Per il Lago di Lugano, questo mancato rifornimento di silice (e fosforo reattivo, vedi sopra), a causa delle sue conseguenze per le comunità planctoniche (Capitoli e ), è stato uno degli eventi più caratterizzanti del 01.

42 Figura.1.1. Lago di Lugano, 01: andamento mensile dell alcalinità in profondità e nel tempo [meq L -1 ].

43 Figura.1.. Lago di Lugano, 01: andamento mensile del ph in profondità e nel tempo [unità ph].

44 Figura..1. Lago di Lugano, 01: andamento quindicinale dell ossigeno disciolto in profondità e nel tempo [mg O L -1 ].

45 Figura... Lago di Lugano, 01: andamento mensile del metano in profondità e nel tempo [mg L -1 ].

46 Figura... Lago di Lugano, 01: andamento mensile della concentrazione del solfuro in profondità e nel tempo [mg L -1 ]. 0

47 Figura... Lago di Lugano, 01: andamento mensile della concentrazione del ferro disciolto in profondità e nel tempo [µg L -1 ]. 1

48 Figura... Lago di Lugano, 01: andamento mensile della concentrazione del manganese disciolto in profondità e nel tempo [µg L -1 ].

49 Figura..1. Lago di Lugano, 01: andamento mensile della concentrazione dell azoto totale in profondità e nel tempo [mg N L -1 ].

50 Figura... Lago di Lugano, 01: andamento mensile della concentrazione dell azoto nitrico in profondità e nel tempo [mg N L -1 ].

51 Figura... Lago di Lugano, 01: andamento mensile della concentrazione dell azoto ammoniacale in profondità e nel tempo [mg N L -1 ].

52 Figura... Lago di Lugano, 01: andamento mensile della concentrazione del fosforo totale in profondità e nel tempo [µg P L -1 ].

53 Figura... Lago di Lugano, 01: andamento mensile della concentrazione del fosforo reattivo in profondità e nel tempo [µg P L -1 ].

54 Figura... Lago di Lugano, 01: andamento mensile della concentrazione della silice reattiva in profondità e nel tempo [mg SiO L -1 ].

55 INDAGINI SUL FITOPLANCTON Nel corso del 01 le indagini sul fitoplancton e su alcuni parametri complementari (clorofilla, torbidità, trasparenza e produzione primaria) si sono svolte secondo le modalità previste nelle tre stazioni principali del lago (Gandria, Melide e Figino). I campionamenti di fitoplancton sono stati eseguiti con frequenza mensile durante la maggior parte dell'anno, e quindicinale durante il periodo primaverile (marzogiugno). Complessivamente, in ogni stazione sono stati raccolti e analizzati 1 campioni integrali sulla colonna d'acqua compresa tra 0 e 0 m. Per determinare la concentrazione della clorofilla a sono stati raccolti campioni d acqua a profondità discrete (tra 0. m e 0 m) e un campione integrale nell intero strato trofogeno (0-0 m). Questi campioni sono stati raccolti con frequenza quindicinale tra marzo e ottobre e mensile in inverno. La clorofilla a estratta da questi campioni (per filtrazione e estrazione in etanolo) è stata misurata in laboratorio per via spettrofotometrica. La torbidità è stata misurata quindicinalmente con la sonda multiparametrica (Capitolo ). L intensità della PAR alla superficie è stata misurata presso la stazione meteorologica di Lugano - Biblioteca Cantonale (dati Meteoswiss, Figura 1..1). Inoltre, valori istantanei di radiazione fotosinteticamente attiva (PAR) sono stati misurati mensilmente in superficie e a profondità discrete nello strato produttivo del lago (0-0 m) durante la campagna di ricerche. Queste misure hanno permesso di calcolare i coefficienti di estinzione della luce e la profondità della zona fotica, definita come la profondità alla quale la luce è ridotta all 1 % rispetto al valore misurato in superficie (Z 1% ). Le stime di produzione primaria si fondano su valori di assimilazione di carbonio radioattivo misurati mensilmente in bottiglie (contenenti acqua lacustre non filtrata) poste a profondità discrete comprese tra 0. m e 0 m. In ciascuna occasione, le bottiglie sono state incubate durante ore attorno a mezzogiorno. Per stimare i valori di produzione giornaliera, mensile e annuale a partire da questi valori di assimilazioni orari, è stato usato il modello il produzione utilizzato dal nostro programma a partire dal 01, descritto in precedenza 1. Nel 01, inoltre, abbiamo migliorato il modulo per stimare i valori dei parametri fotosintetici a partire da altri fattori limnologici (concentrazione di fosforo e irradianza) 1. Questo modulo ci permette di correggere i valori ottenuti in giornate fortemente nuvolose, durante le quali alcuni parametri fotosintetici (in particolare P b max) non possono essere stimati accuratamente. Nel 01, si è dovuto correggere un solo valore su misure (settembre a Gandria), quindi l influenza di questa correzione sulle stime dei valori di produzione mensili e annuali è stata probabilmente minima.. 1. Specie dominanti Le specie di fitoplancton più abbondanti riscontrate nei diversi mesi dell anno sono riportate nella Tabella.1.1. Tra le diatomee, a inizio anno (dicembre) la specie dominante è stata Diatoma tenuis, che ha raggiunto densità molto elevate soprattutto nel bacino nord. Queste densità rappresentano rispettivamente il culmine (nel bacino nord) o la fase terminale (nel bacino sud) di un forte sviluppo incominciato

56 a fine 01. Successivamente, in aprile, nel bacino sud ha avuto luogo il consueto picco primaverile di diatomee, dominato dalle specie Stephanodiscus parvus, Asterionella formosa e Melosira islandica questo picco, invece, è risultato completamente assente nel bacino nord. Durante il resto dell anno, le diatomee sono state complessivamente poco abbondanti, e sono state rappresentate soprattutto da Fragilaria saxoplanctonica, Fragilaria crotonensis e Stephanodiscus parvus in entrambi i bacini. Le cianoficee hanno mostrato un forte sviluppo durante il periodo estivo in entrambi i bacini. Notevolmente abbondanti sono state le cianoficee filamentose che si sviluppano attorno al termoclino, in particolare Planktothrix rubescens, Oscillatoria limnetica e Pseudanabaena catenata, spesso accompagnate da Aphanizomenon flos-acquae (che può svilupparsi sia nell epilimnio che nel metalimnio). Nel 01, il forte sviluppo di cianoficee è stato probabilmente favorito dalla debole circolazione tardo-invernale e da una stratificazione stabile delle acque nel periodo estivo (Capitolo ). Le cloroficee hanno raggiunto abbondanze elevate soprattutto in estate nel bacino sud (maggio-settembre), mentre sono state meno abbondanti nel bacino nord (giugno-settembre). La composizione di questo gruppo è stata dominata da Kirchneriella irregularis, Scenedesmus costatus e Sphaerocystis schroeteri nel bacino nord e da Mougeotia sp. e Sphaerocystis schroeteri nel bacino sud. Per quel che riguarda gli altri gruppi, le criptoficee sono state rappresentate da Rhodomonas sp. in entrambi i bacini e durante la maggior parte dell anno, mentre le crisoficee sono state riscontrate in entrambi i bacini tra maggio e giugno grazie ad abbondanze elevate di Chrysochromulina sp... Variazioni della biomassa Nel 01, la biomassa media del fitoplancton nello strato produttivo (0-0 m) è stata simile tra i due bacini del lago, mentre le dinamiche stagionali sono apparse distinte (Figura..1). La biomassa media annuale è stata pari a 1.0 g PF m - a Gandria, 1. g PF m - a Melide e 1.0 g PF m - a Figino. Questi valori sono inferiori a quelli misurati nel 01, anno in cui sono stati registrati i valori più elevati dell ultimo decennio. In media, i gruppi che hanno contribuito maggiormente alla biomassa sono stati le diatomee, le cianoficee e le cloroficee (Figura..). Gli andamenti mensili (Figura..1) indicano una notevole abbondanza di diatomee in gennaio e in aprile, sia in termini assoluti che relativi. In gennaio, le diatomee hanno raggiunto il 0% della biomassa totale a Gandria, mentre in aprile hanno raggiunto il 0% del totale a Melide e il % a Figino. Quest abbondanza, soprattutto a Gandria, è una conseguenza del forte sviluppo incominciato attorno alla fine del 01, probabilmente a seguito della dissoluzione tardo-autunnale del termoclino e del risultante apporto di nutrienti verso le acque superficiali. Nel bacino nord, la debole circolazione del 01 (Capitolo ), ha ridotto il rifornimento di nutrienti, inclusa la silice, e ha quindi impedito il consueto sviluppo di diatomee primaverile (Capitolo ). In seguito, le biomasse di diatomee sono crollate già in 0

57 febbraio, probabilmente a causa dell esaurimento della poca silice disponibile (Capitolo ). Questo crollo si è manifestato in una prima fase di chiarificazione delle acque tra febbraio e marzo, indicata da valori ridotti di torbidità (Figura..) e una maggiore penetrazione della luce in profondità (Figura..). Nel bacino sud, le diatomee sono risultate meno abbondanti a inizio anno, ma hanno mostrato un notevole sviluppo in aprile, probabilmente favorito dal maggior rifornimento di silice e fosforo osservato in seguito alla circolazione (Capitoli e ). Dopo una seconda fase di chiarificazione manifestatasi a maggio in entrambi i bacini, l andamento delle biomasse indica forti sviluppi di cianoficee e cloroficee durante il periodo estivo (Tabella.1 e Figura..1). Questo sviluppo è stato più marcato nel bacino sud, dove ha raggiunto il massimo stagionale a giugno. Durante questa fase, le cianoficee hanno contribuito fino al 1 % della biomassa totale a Gandria (agosto), e fino al - % a Figino e Melide, rispettivamente (giugno). Le cloroficee hanno contribuito fino al 1% della biomassa a Gandria (agosto), e fino al -% a Figino e Melide, rispettivamente (giugno e luglio). Tuttavia, lo sviluppo di cianoficee è durato più a lungo nel bacino nord (fino a settembre-ottobre), mentre è apparso in calo già in agosto nel bacino sud. Allo sviluppo estivo di cianoficee e cloroficee ha fatto seguito una terza fase di chiarificazione tra ottobre e novembre, e un nuovo leggero incremento dei di cianoficee (bacino nord) e delle cloroficee (bacino sud) verso la fine dell anno (Figura..1)... Clorofilla e torbidità L andamento mensile delle concentrazioni di clorofilla (Figura..1) riflette essenzialmente l andamento della biomassa del fitoplancton (Figura..1). In particolare, i valori elevati di clorofilla misurati tra inizio anno (bacino nord) e aprile (bacino sud) coincidono con gli sviluppi di diatomee descritti sopra, mentre gli elevati valori estivi coincidono con lo sviluppo di cianoficee e cloroficee. La distribuzione verticale delle concentrazioni di clorofilla (Figura..1) mostra che durante gli sviluppi di diatomee la clorofilla era uniformemente distribuita nello strato trofogeno, mentre durante gli sviluppi di cianoficee era concentrata attorno al termoclino, tra e 0 m di profondità nel bacino nord e e 1 m nel bacino sud. Le concentrazioni di clorofilla dei campioni integrali (strato 0-0 m, Figura..) riflettono le stime di biomassa fitoplanctonica (Figura..1) e le concentrazioni misurate a profondità discrete (Figura..1). Per il bacino nord, queste concentrazioni confermano i forti sviluppi di fitoplancton osservati in gennaio (. mg m - ) e tra giugno e settembre (fino a 1. mg m - ). Per il bacino sud, le concentrazioni confermano picchi di biomassa osservati in aprile (1. mg m - a Melide e 1. mg m - a Figino) e tra giugno e settembre (fino a 1. mg m - a Melide e 1. mg m - a Figino). La concentrazione media annuale di clorofilla nello strato 0-0 m è stata pari a 1. mg m - a Gandria,. mg m - a Melide e. mg m - a Figino. Contrariamente agli scorsi anni, quindi, la biomassa di fitoplancton è stata maggiore nel bacino nord che nel bacino sud. 1

58 La torbidità (Figura..) ha mostrato andamenti simili a quelli della clorofilla a, a conferma del fatto che nell ambiente pelagico lacustre questo parametro è determinato in modo preponderante dalla densità di fitoplancton... Radiazione fotosinteticamente attiva (PAR) e profondità dello strato trofogeno I valori istantanei di PAR misurati durante la campagna di ricerche hanno essenzialmente riflesso i valori medi mensili misurati presso la stazione meteorologica (Figura..1). La profondità della zona fotica (Z 1% ) ha mostrato una sostanziale variabilità nel corso dell anno e tra le stazioni del lago (Figura..). A Gandria, valori minimi ( m) sono stati rilevati all inizio dell anno, in corrispondenza del periodo di forte sviluppo di diatomee. Durante la successiva fase di chiarificazione (marzo, Figura..1), Z 1% è aumentata fino a raggiungere 1. m, corrispondente al massimo annuale. In seguito, Z 1% è diminuita gradualmente durante il resto dell anno. Anche nel bacino sud Z 1% è risultata ridotta in gennaio (1 m e. m a Melide e Figino, rispettivamente), e massima durante la fase di chiarificazione primaverile (1. m e 1. m). Tuttavia, in questo bacino, i valori minimi di Z 1% sono stati raggiunti tra primavera ed estate, in corrispondenza al forte sviluppo di cianoficee e cloroficee che ha caratterizzato questo periodo (minimi annuali: Melide m e Figino. m)... Produzione primaria Nel 01, la produzione primaria annuale (cumulativa) per unità di superficie ha raggiunto g C m - a -1 a Gandria, 1 g C m - a -1 a Melide e g C m - a -1 a Figino. I valori corrispondenti di produzione per unità di volume sono. g C m - a -1 a Gandria,. g C m - a -1 a Melide e. g C m - a -1 a Figino. Come la biomassa e la clorofilla, anche la produzione primaria per unità di superficie ha fatto registrare valori relativamente elevati a Gandria (di norma la produzione nel bacino nord è inferiore rispetto alla produzione nel bacino sud). A questa differenza hanno probabilmente contribuito il maggiore sviluppo di diatomee invernale e la maggior biomassa fitoplanctonica presente tra fine estate e inizio autunno (dovuta a una maggiore abbondanza di cianoficee). L andamento mensile della produzione primaria per unità di superficie (Figura..1) ha riflesso a grandi linee le dinamiche della concentrazione di clorofilla (Figure..1 e..) e della biomassa di fitoplancton (Figura..1). In particolare, sono risultati evidenti gli effetti dei picchi di abbondanza delle diatomee (in gennaio nel bacino nord e in aprile nel bacino sud) e dei forti sviluppi di cianoficee e cloroficee (soprattutto in estate nel bacino sud). Viceversa, la minor biomassa di fitoplancton osservata tra maggio e giugno nel bacino nord (Figura..1) si è tradotta in rate di produzione mediamente inferiori durante la maggior parte di questo stesso periodo. Tuttavia, nel periodo estivo, a Gandria la produzione per unità di biomassa è stata probabilmente inferiore rispetto a Melide and Figino (Figura..), probabilmente perché a Gandria la biomassa era più

59 concentrata negli stati profondi (attorno al termoclino), dove la produzione è relativamente inferiore. La produzione primaria per unità di volume (Figura..1) esprime la produzione ponderata per lo spessore della zona fotica (Z 1% ). L andamento mensile della produzione per unità di volume è stato simile a quello della produzione per unità di superficie, eccetto nel periodo estivo nel bacino sud. In questo bacino, in estate, la forte riduzione delle profondità della zona fotica (Figura..) ha limitato la produzione all interno di uno strato relativamente sottile (0- m) e ha quindi determinato valori di produzione volumetrica relativamente alti.

60 Tabella.1.1. Lago di Lugano, 01: sviluppo delle specie dominanti (densità > 0. cellule L -1 ) di fitoplancton nello strato 0-0 m (valori in cellule per litro). Le densità cellule L -1 sono indicate in grassetto.

61 Figura..1. Lago di Lugano, 01: andamento mensile della biomassa dei maggiori gruppi di fitoplancton [g PF m - ].

62 Figura... Lago di Lugano, 01: composizione della biomassa media annua dei maggiori gruppi di fitoplancton [% PF].

63 Figura..1. Lago di Lugano, 01: densità della clorofilla a [mg m - ] in profondità e nel corso dell anno. L interpolazione è stata eseguita mediante una funzione LOESS.

64 Figura... Lago di Lugano, 01: torbidità dell acqua [FTU] in profondità e nel corso dell anno.

65 Figura... Lago di Lugano, 01: andamento della clorofilla a [mg m - ] nello strato 0-0 m nel corso dell anno.

66 Figura..1. Lago di Lugano, 01: valori di PAR misurati durante i giorni di campionamento e valori medi mensili [E m - d -1 ]. 0

67 Figura... Lago di Lugano, 01: radiazione fotosintetica [% PAR] in profondità e nel corso dell anno. L isolinea corrispondente a Z 1%, che denota la profondità massima della zona fotica, è indicata in bianco. L interpolazione è stata eseguita mediante una funzione LOESS. 1

68 Figura... Lago di Lugano, 01: valori medi mensili della produzione primaria per unità di superficie [linea chiara, in mg C m - d -1 ] e per unità di volume [linea scura, in mg C m - d -1 ].

69 INDAGINI SULLO ZOOPLANCTON La categoria di zooplancton considerata dal nostro programma di ricerche è lo zooplancton da crostacei dell ambiente pelagico. Come in passato, lo zooplancton è stato campionato mediante pescate verticali realizzate con un retino (maglia μm) tra 0 m di profondità e la superficie. I campionamenti sono stati effettuati con scadenza bisettimanale tra marzo e giugno e mensile durante il resto dell anno. L'analisi dei campioni raccolti ha compreso il conteggio delle specie e la stima della loro biomassa 1. Questi dati permettono di fornire un quadro della diversità (numero e identità delle specie presenti), della struttura tassonomica (abbondanza dei gruppi tassonomici) e della struttura trofica (abbondanza delle categorie trofiche) delle comunità presenti in ciascuna stazione e ogni mese dell anno. Per esaminare la struttura tassonomica, i crostacei zooplanctonici sono stati suddivisi in famiglie. Per esaminare la struttura trofica, gli stessi organismi sono stati suddivisi in erbivori, carnivori, omnivori ed erbivori-omnivori (Tabella.1)..1. Diversità Nel 01, la comunità dello zooplancton da crostacei del Lago di Lugano è risultata composta da specie, comprendenti cinque specie di copepodi ciclopoidi (Cyclops abyssorum, C. strenuus, C. vicinus, Thermocyclops crassus e Mesocyclops leuckarti), una specie di copepodi calanoidi (Eudiaptomus gracilis), due specie di cladoceri predatori (Leptodora kindtii e Bythotrephes longimanus) e tre specie di cladoceri filtratori (Eubosmina longicornis, Diaphanosoma brachiurum e Daphnia longispina-galeata). Rispetto agli scorsi anni, non sono stati osservati esemplari di Bosmina longirostris, specie già sporadica nel 01. Le altre unità tassonomiche erano già state rinvenute in precedenza. Le specie presenti (ma non la loro abbondanza, vedi sotto) sono risultate le stesse nelle tre stazioni di campionamento... Struttura tassonomica Nel 01, la densità media annuale dello zooplancton da crostacei (nauplii inclusi) è stata pari a 0. ind m - a Gandria, 0. ind m - a Melide e 0. ind m - a Figino. Le biomasse medie sono state pari a. g m - a Gandria,. g m - a Melide e. g m - a Figino. I copepodi sono stati il gruppo dominante, grazie a biomasse medie superanti di volte le biomasse dei cladoceri. I valori totali di abbondanza e biomassa indicano una leggera ripresa rispetto al 01, anno in cui sono stati raggiunti valori minimi, ma attestano comunque la pluriennale tendenza alla diminuzione che si è evidenziata durante l ultimo decennio di indagini (Capitolo ). L andamento mensile delle densità (non illustrato) e delle biomasse suddivise per gruppo tassonomico (Figure..1 e..) ha indicato differenze tra i due bacini del lago, concernenti soprattutto Daphnia (Daphniidae) e Bythotrephes (Cercopagididae). Daphnia ha mostrato una caratteristica successione stagionale caratterizzata da picchi primaverili e autunnali, separati da un calo estivo solo nel

70 bacino nord (Gandria). Nel bacino sud, coerentemente a quanto osservato negli scorsi anni (0-01), questi picchi stagionali sono risultati più contenuti. Viceversa, il cladocero non-nativo Bythotrephes, rilevato per la prima volta nel Lago di Lugano nel 01, è apparso più abbondante nel bacino sud, dove ha mostrato picchi stagionali in maggio-giugno e ottobre-novembre. In questo bacino, la popolazione di Bythotrephes appare in forte crescita rispetto agli anni precedenti. Altri andamenti sono apparsi simili nei due bacini. Le bosmine (Bosminidae) hanno mostrato uno sviluppo modesto, concentrato nel periodo autunnale. Come di consueto, il cladocero Diaphanosoma (Sididae) è stato rilevato anch esso prevalentemente in autunno. Il cladocero predatore Leptodora (Leptodoridae) ha mostrato uno sviluppo limitato all inizio del periodo estivo. La successione stagionale dei copepodi ha mostrato una presenza continua ma irregolare di ciclopoidi (Cyclopoida: Cyclopidae, dominati da Cyclops abyssorum) e ha confermato l apparente scomparsa estiva dei calanoidi (Calanoida: Diaptomidae, rappresentati da Eudiaptomus gracilis), già osservata nel Struttura trofica La struttura trofica delle comunità di zooplancton da crostacei (Figura..1) ha mostrato anch essa delle differenze tra i due bacini del lago. Nel bacino nord si sono verificati dei picchi primaverili e autunnali di erbivori, che sono apparsi meno marcati nel bacino sud. Questa differenza rispecchia chiaramente l andamento della biomassa di Daphnia (.), che costituisce la componente maggiore (in media) degli erbivori. Inoltre, complessivamente, nel bacino nord gli erbivori sono stati la categoria trofica dominante (media annuale: 1. g m - ), mentre nel bacino sud la categoria trofica dominante è stata quella degli omnivori (Melide: 1. g m -, Figino 1. g m - ). Le indagini sul fitoplancton (Capitolo ) spiegano solo parzialmente queste differenze. Se da un lato l abbondanza di cianoficee (Planktothrix), cloroficee filamentose (Mougeotia) e diatomee di grosse dimensioni (Diatoma) che ha caratterizzato i popolamenti fitoplanctonici del lago da qualche anno a questa parte sfavorisce in generale lo zooplancton erbivoro, è più difficile individuare la causa delle differenze tra bacini. Tuttavia, non si può escludere che la maggior disponibilità di criptoficee (alghe edibili) e la scarsità di grosse diatomee (Asterionella, scarsamente edibili) nel periodo primaverile possa aver avvantaggiato Daphnia nel bacino nord (Gandria). Più in generale, le differenze nella struttura trofica suggeriscono che in primavera e autunno le reti trofiche dei due bacini siano state sostenute da risorse base parzialmente diverse, vale a dire la biomassa algale nel bacino nord (consumata dallo zooplancton erbivoro) e il detrito e nel bacino sud (consumato dallo zooplancton omnivoro direttamente o previo consumo da parte di ciliati e rotiferi). In entrambi i bacini, come negli scorsi anni (in particolare il 01), la biomassa dello zooplancton erbivoro è apparsa fortemente ridotta durante l estate. Questa riduzione stagionale è parzialmente attribuibile alla predazione da parte di cladoceri predatori estivi (Leptodora) sulle popolazioni di Daphnia. Tuttavia, negli

71 ultimi anni di indagine questa riduzione è stata probabilmente accentuata da altri fenomeni, che potrebbero includere la scarsità di fosforo dovuta alle deboli circolazioni delle acque tardo-invernali, il forte sviluppo di cianoficee oscillatoriali (scarsamente appetibili e potenzialmente tossiche) e l aumento dell abbondanza di Bythotrephes. Vista la loro importanza per la struttura trofica dell ecosistema pelagico, questi fenomeni meriterebbero di essere esaminati più approfonditamente in futuro. Tabella.1. Lago di Lugano, 01: categorie trofiche dei maggiori gruppi (o specie) di zooplancton da crostacei dell ambiente pelagico. Taxon Categoria trofica Copepoda nauplii erbivori copepoditi CI-CII erbivori copepoditi CIII-CV omnivori adulti di ciclopoidi omnivori adulti di Eudiaptomus gracilis erbivori-omnivori Cladocera Bosmina longicornis erbivori Daphnia longispina-galeata erbivori Diaphanosoma brachiurum erbivori Lepotodora kindtii carnivori Bythotrephes longimanus carnivori Nell erbivoria viene incluso anche il consumo di protozoi non-fotosintetici.

72 Figura..1. Lago di Lugano, 01: andamento mensile della biomassa dei copepodi calanoidi e ciclopoidi nell ambiente pelagico [g PS m - ].

73 Figura... Lago di Lugano, 01: andamento mensile della biomassa dei cladoceri nell ambiente pelagico [g PS m - ].

74 Figura... Lago di Lugano, 01: andamento mensile della biomassa delle categorie trofiche dello zooplancton da crostacei nell ambiente pelagico [g PS m - ].

75 EVOLUZIONE A LUNGO TERMINE Il termine di un periodo di indagini, in questo caso il triennio 01-01, offre l occasione di riesaminare l evoluzione a lungo termine delle caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche del lago e dei suoi tributari. Considerati gli scopi del nostro programma di ricerche e l interesse crescente nei confronti dei cambiamenti climatici, ci siamo concentrati sulle condizioni termiche e il livello trofico delle acque monitorate. Inoltre, abbiamo esaminato l evoluzione dei popolamenti planctonici e della produzione primaria per descrivere le tendenze inerenti la struttura e il funzionamento della biocenosi lacustre. Quale indicatore delle condizioni termiche abbiamo scelto la temperatura dei corsi d acqua e del lago, poiché di questo parametro disponiamo la serie di dati più lunga e completa. Per seguire l evoluzione della temperatura dei corsi d acqua ci siamo concentrati sulla temperatura estiva (media dei valori misurati tra giugno e agosto). Per seguire l evoluzione della temperatura lacustre ci siamo concentrati sulla temperatura estiva dello strato superficiale delle acque (0- m), rappresentante lo strato ben mescolato (epilimnio), nel quale si concentra l attività planctonica. (Analisi delle tendenze delle temperature in altre stagioni e nelle acque profonde del lago sono state pubblicate di recente,0 ). Per seguire l evoluzione dello strato trofico abbiamo esaminato l andamento dei seguenti parametri: [1] le concentrazioni di fosforo nei tributari, [] i carichi esterni di fosforo, [] le concentrazioni di fosforo nel lago, [] la quantità di biomassa fitoplanctonica (misurata come clorofilla) nel lago e [] la trasparenza delle acque nel lago (misurata con il disco di Secchi). I parametri - sono stati rappresentati dai valori medi estivi. Per l analisi pluriennale del plancton ci siamo concentrati sull andamento delle biomasse suddivise per gruppi tassonomici (fitoplancton e zooplancton) e categorie trofiche (erbivori e carnivori, solo zooplancton) Questa suddivisione è meno accurata di quella adottata nell analisi annuale (Capitolo ), ma viene proposta qui perché coerente con le serie storiche e le analisi presentate in rapporti precedenti..1. Temperatura dei corsi d acqua La temperatura dei tributari e dell emissario Tresa è stata misurata regolarmente dal 1 con frequenze settimanali o mensili. L analisi delle tendenze (Figura.1.1, Tabella.1.1) indica che la temperatura media estiva è aumentata in modo significativo quasi ovunque, fatta eccezione per il Livone e la Tresa. La rata di aumento maggiore è stata misurata nel Bolletta (0. C decennio -1 ). Un recente studio di approfondimento 0 ha attribuito il riscaldamento di questi corsi d acqua a un insieme di fattori, comprendenti delle oscillazioni climatiche (NAO, North Atlantic Oscillation e AMO, Atlantic Muiltidecadal Oscillation ), l urbanizzazione dei bacini imbriferi e il riscaldamento globale.

76 Carichi di nutrienti A partire dagli anni 10, le concentrazioni di fosforo nei maggiori tributari del lago hanno mostrato tendenze verso la diminuzione quasi ovunque (Figura..1). A questa diminuzione ha conseguito un significativo calo dei carichi esterni di fosforo gravanti sui due bacini del lago (Tabella..1, Figura..). In entrambi i bacini, infatti, i carichi si sono essenzialmente dimezzati tra il primo e l ultimo decennio del periodo di indagini (1-1 e 00-01): nel bacino nord, i carichi medi sono passati da t a -1 a 1 t a -1, mentre nel bacino sud sono passati da t a -1 a t a -1.. Temperatura dell ambiente pelagico Secondo i risultati di un analisi pubblicata di recente, aggiornata all anno 01, durante i quattro decenni per i quali disponiamo di misure (1-01), le temperature estive dello strato superficiale della colonna d acqua (0-m) del lago sono gradualmente aumentate a rate di C al decennio (Figura..1, Tabella..1). Queste rate concordano con valori misurati in altri laghi nell emisfero settentrionale, e offrono supporto alla tesi di un diffuso o globale riscaldamento delle acque di superficie. Secondo la nostra analisi, questo aumento correla con l aumento della temperatura globale, mentre non può essere attribuito unicamente all effetto di oscillazioni climatiche naturali. Sembra quindi probabile che l aumento della temperature delle acque superficiali del lago sia da attribuire, almeno in parte, all aumento forcing radiativo causato dalle crescenti concentrazioni di gas a effetto serra nell atmosfera.. Livello trofico dell ambiente pelagico Gli andamenti pluriennale della trasparenza, delle concentrazioni di fosforo e della clorofilla (medie estive; Tabella..1, Figura..1) indicano che il livello trofico del lago è progressivamente diminuito dall inizio delle campagne di ricerca, in particolare nel bacino sud. La trasparenza è aumentata da valori compresi tra.1 m e.1 m nel decennio 1-1 a valori compresi tra. m e. m nel decennio Il fosforo ha mostrato andamenti distinti nei due bacini. Nel bacino nord, le concentrazioni di questo nutriente sono diminuite dall inizio del periodo di indagini (1) alla fine degli anni 10, ma poi hanno mostrato un picco culminato durante le circolazioni eccezionali degli anni 00 e 00. In seguito, le concentrazioni sono tornate a scendere, e hanno raggiunto valori minimi verso la fine del periodo di indagine (per esempio, 1-1 μg L -1 durante l ultimo quinquennio). Nel bacino sud, invece, le concentrazioni di fosforo sono diminuite in modo progressivo, passando da - μg L -1 nel decennio 1-1 a 1-1 μg L -1 nel decennio Infine, la concentrazione di clorofilla è diminuita in tutte le stazioni, passando da.-1. μg L -1 nel decennio -10 a.-. μg L -1 nel decennio Nel 01, tuttavia, le concentrazioni di clorofilla sono apparse molto alte, in 0

77 particolare nel bacino nord, a causa del forte sviluppo di cianoficee oscillatoriali di cui si è trattato nel Capitolo. Tra gli indici utilizzati per la determinazione del livello trofico di un lago, la concentrazione di clorofilla assume un ruolo determinante, poiché esprime le condizioni trofiche in modo diretto e indipendente da altri fattori, e perché la riduzione della biomassa algale è spesso uno degli obiettivi più importanti dei programmi di risanamento 1. I valori medi di clorofilla osservati nell ultimo decennio nelle tre stazioni, scalati in modo da rappresentare le concentrazioni effettive nella zona fotica (che si assume avere uno spessore doppio rispetto alla trasparenza, in metri), sono stati pari a μg L -1 (Gandria), μg L -1 (Melide) e μg L -1 (Figino). Questi valori indicano che le stazioni nel bacino sud versano tuttora in condizioni di eutrofia, mentre la stazione di Gandria, nel bacino nord, versa in condizioni di livello trofico intermedio, o mesotrofia... Fitoplancton e produzione primaria In termini di composizione tassonomica, la comunità fitoplanctonica del Lago di Lugano è stata dominata da diatomee e cianoficee durante l intero periodo di indagini. Tuttavia, mentre l abbondanza relativa delle diatomee è risultata relativamente costante, quella delle cianoficee è variata tra valori attorno al 0% negli anni 10 (percentuale rispetto alla biomassa totale) a valori attorno al - 0% durante il periodo (Figura..1). Inoltre, nell ultimo triennio di indagini (01-01), le cianoficee sono nuovamente aumentate, e la loro abbondanza relativa ha raggiunto il -0%. Quest aumento recente è probabilmente da attribuire alle elevate temperature che hanno contraddistinto l ultimo triennio (in particolare il 01 e il 01), che indeboliscono le circolazioni tardo-invernali e rafforzano le stratificazioni estive. Questi due fattori possono infatti favorire lo sviluppo di cianoficee oscillatoriali. Tra gli altri gruppi tassonomici, le criptoficee hanno mostrato una tendenza all aumento, (dal ~% di biomassa negli anni 10 al 1-0% nell ultimo periodo di indagini). Le cloroficee sono aumentate tra gli anni 10 (~%) e gli anni 10-0 (~1%), ma sono apparse nuovamente in calo nell ultimo triennio (~%). L abbondanza delle peridinee è rimasta relativamente bassa e costante durante tutto il periodo d indagini (valori massimi: ~% negli anni 00-01). Tra il 1 e il 01, la produzione primaria per unità di superficie ha mostrato una tendenza alla diminuzione nel bacino sud, e una sostanziale stabilità nel bacino nord (Tabella..1, Figura..). Questi risultati, insieme a quelli di altre analisi di approfondimento 1, suggeriscono che nel bacino nord la produzione per unità di superficie non è aumentata nonostante la diminuzione dei carichi di fosforo (.), probabilmente perché la zona fotica si è estesa in profondità (.). In passato, il fitoplancton era maggiormente concentrato negli strati superficiali, mentre attualmente è presente in concentrazioni mediamente inferiori, ma fino a profondità maggiori. Queste tendenze hanno effetti compensatori, che possono annullare l effetto netto della riduzione dei carichi di fosforo sulla produzione per unità di superficie. Nel bacino sud, la maggior riduzione del carico di fosforo si è 1

78 tradotta in una diminuzione di produzione proporzionalmente maggiore, che non ha potuto essere compensata dall aumento della profondità della zona fotica... Zooplancton Nelle tre stazioni del lago, durante il periodo di indagini, le biomasse dello zooplancton erbivoro e carnivoro hanno mostrato tendenze non lineari, descritte da curve positive che hanno raggiunto valori massimi durante il ventennio 10-0 (Figure..1 e.., Tabella.1). Nell ultimo decennio, la componente erbivora è diminuita, soprattutto a causa di una forte diminuzione nell abbondanza delle specie dominanti Daphnia longispina-galeata e Eudiaptomus gracilis (Figura..). La componente carnivora è complessivamente diminuita anch essa nel periodo ~000-01, ma ha mostrato un impennata negli ultimi - anni, dovuta allo sviluppo della popolazione del cladocero non-nativo Bythotrephes longimanus (Capitolo ). I grafici in Figura..1 suggeriscono che la componente carnivora ha essenzialmente riflesso la biomassa della componente erbivora, comprendente gran parte delle specie preda. Tuttavia, il recente aumento dovuto a Bythotrephes sembra svincolato da questa dipendenza; in futuro sarà quindi importante valutare se l arrivo di questo predatore non instauri piuttosto un controllo inverso, di tipo topdown, sulla biomassa delle sue prede. La curva positiva mostrata dallo zooplancton erbivoro è in accordo con l ipotesi che le principali specie erbivore, soprattutto Daphnia, raggiungono massime densità a livelli trofici intermedi, probabilmente perché limitate da forte predazione da parte di pesci e da fitoplancton scarsamente edibile in condizioni di forte eutrofia, e da scarsità di cibo in condizioni di oligotrofia,. (Nonostante il livello trofico medio mensile del lago si situi ancora tra mesotrofia ed eutrofia, i nutrienti vengono esauriti velocemente in seguito alla stratificazione estiva e in questo periodo si instaurano temporaneamente condizioni di oligotrofia.) Inoltre, le biomasse minime di erbivori osservate nell ultimo triennio di indagini suggeriscono degli effetti climatici, che potrebbero aver agito attraverso un più scarso rifornimento di fosforo in seguito alla circolazione tardo-invernale, oppure attraverso un effetto sulla qualità o la commestibilità delle risorse algali (.).

79 Tabella.1.1. Lago di Lugano, 01: risultati di test di Mann-Kendall (Z) e pendenza di Sen per l analisi delle tendenze a lungo termine (1-01) della temperatura estiva dei tributari e dell emissario. +=P<0.1, *=P<0.0, **=P<0.01, ***=P< Corso d acqua Z Pendenza di Sen Cassarate.*** 0.0 [ C a -1 ] Cuccio.1* 0.0 [ C a -1 ] Livone 1.0 NS - Bolletta.*** 0.0 [ C a -1 ] Laveggio.** 0.0 [ C a -1 ] Magliasina.0** 0.0 [ C a -1 ] Scairolo.1** 0.0 [ C a -1 ] Vedeggio.1* 0.0 [ C a -1 ] Tresa 0. NS - Tabella..1. Lago di Lugano, 01: risultati di test di Mann-Kendall (Z) e pendenza di Sen per l analisi delle tendenze a lungo termine degli indicatori dello stato termico e trofico del lago. +=P<0.1, *=P<0.0, **=P<0.01, ***=P< Carico TP (1-01) Anomalia T (1-01) Trasparenza (1-01) Fosforo totale (1-01) Clorofilla (1-01) Produzione primaria (1-01) Biomassa erbivori (1-01) Biomassa carnovori (1-01) Stazione Z Pendenza di Sen bacino nord -.*** -0. [t a -1 ] bacino sud -.01*** -1. [t a -1 ] GA.*** 0.0 [ C a -1 ] FI.0*** 0.0 [ C a -1 ] GA.*** 0.0 [m a -1 ] ME.*** 0.0 [m a -1 ] FI.0*** 0.0 [m a -1 ] GA ME FI GA ME FI GA ME FI GA ME FI GA ME FI -1. NS -.*** -.*** -.** -.** -.0** -0. NS -.** -.1** -0. NS ** 0. NS 1.0 NS 1. NS [μg a -1 ] -1.1 [μg a -1 ] -0.1 [μg a -1 ] -0.1 [μg a -1 ] -0.1 [μg a -1 ] [g C m- a-1 ] -. [g C m- a-1 ] [g a -1 ] -0.0 [g a -1 ]

80 Figura.1.1. Lago di Lugano, sintesi pluriennale: evoluzione della temperatura estiva nei maggiori tributari e nell emissario (Tresa) durante il periodo Ciascun valore rappresenta la media dei valori estivi (giugno-agosto). Le medie mobili (passo: anni), in rosso, evidenziano le tendenze a lungo termine.

81 1 1 Figura..1. Lago di Lugano, sintesi pluriennale: evoluzione della concentrazione di fosforo totale nei maggiori tributari e nell emissario (Tresa) durante il periodo 1-01 [μg P L -1 ]. Le medie mobili (passo: anni), in rosso, evidenziano le tendenze a lungo termine.

82 Figura... Lago di Lugano, sintesi pluriennale: carichi esterni di fosforo totale durante il periodo ]. Le medie mobili (passo: anni), in rosso per il bacino nord e in blu per il bacino sud, evidenziano le tendenze a lungo termine. Le frecce rappresentano gli obiettivi del programma di risanamento, posti a 1 t a -1 per il bacino nord e t a -1 per il bacino sud Figura..1. Lago di Lugano, sintesi pluriennale: andamento della temperatura estiva [espressa come anomalia rispetto alle medie pluriennali, in C] delle acque superficiali (0- m) nelle stazioni di Gandria (nel bacino nord) e Figino (nel bacino sud). Le rette di regressione sono state interpolate per stimare la rata di riscaldamento, in C anno -1.

83 Figura..1. Lago di Lugano, sintesi pluriennale: andamento dei valori estivi di trasparenza [m], fosforo totale [μg P L -1 ] e clorofilla [μg L -1 ] nelle tre stazioni del lago. Le linee tratteggiate, indicanti le tendenze a lungo termine, sono state interpolate mediante la funzione LOWESS.

84 Figura..1. Lago di Lugano, sintesi pluriennale: composizione tassonomica dei popolamenti di fitoplancton durante l ultimo triennio (01-01) e nei precedenti periodi (-01) della campagna di ricerca. I grafici rappresentano la biomassa relativa [in %] dei principali gruppi tassonomici.

85 1 1 1 Figura... Produzione primaria per unità di superficie [espressa come somma annuale, in g C m - a -1 ] a Gandria, Melide e Figino. Le medie mobili (passo: anni), in rosso, evidenziano le tendenze a lungo termine.

86 Figura..1. Lago di Lugano, sintesi pluriennale: andamento delle biomasse [g PS m - ] dello zooplancton erbivoro (in verde) e carnivoro (in rosso) nelle tre stazioni lacustri. Le linee tratteggiate, indicanti le tendenze a lungo termine, sono state interpolate mediante la funzione LOWESS. 0

87 Figura... Lago di Lugano, sintesi pluriennale: andamento delle biomasse [g PS m - ] dello zooplancton suddiviso per gruppi tassonomici. 1