Consiglio Nazionale delle Ricerche Istituto per lo Studio degli Ecosistemi Sede di Verbania Ricerche sull evoluzione del Lago Maggiore Aspetti limnologici RAPPORTO SULLO STATO DI AVANZAMENTO DELLE RICERCHE Luglio 2009 Commissione Internazionale per la Protezione delle Acque Italo Svizzere
1. INDAGINI SUL BACINO IMBRIFERO Caratteristiche meteorologiche e idrologiche Pluviometria Sono stati analizzati i primi mesi del 2009 dal 1 di Gennaio al 15 di Aprile. In questo periodo le precipitazioni (nevose e piovose) all interno del bacino imbrifero sono state superiori alla media soprattutto a Febbraio, più del doppio di quelle del periodo di riferimento 1971-2008 e, a Marzo, anche se in misura minore. I primi 15 giorni di aprile (Tab. 1) sono stati comunque caratterizzati da una certa piovosità, mediamente 50 mm. Tab. 1. Valori mensili di pioggia del 2009 di alcune stazioni caratteristiche del bacino del Lago Maggiore e loro periodo di riferimento (valori parziali). Gennaio Febbraio Marzo Aprile Totale periodo Cicogna 72 221 273 58 623 Cursolo 28 185 188 32 431 Pallanza 62 128 204 53 447 Sambughetto 55 198 215 86 555 Crodo 16 114 118 38 286 Devero 38 541 117 42 738 Druogno 12 148 148 41 349 Someraro 54 213 249 56 572 Varzo 33 122 116 61 333 Cannobio 38 162 190 21 411 Mottarone 19 50 150 52 271 Domodossola 21 166 154 51 391 Mottac 48 32 96 57 233 Candoglia 36 145 175 43 399 media 2009 38 173 171 49 382 media '71-'08 76 70 105 161 251 Per quanto riguarda il mese di Aprile 2009, il confronto con lo stesso mese per il periodo di riferimento non è possibile in quanto sono disponibili solamente dati parziali. Anche quest anno si sono registrati degli eventi piovosi intensi, soprattutto alla fine di Maggio e ai primi di Giugno. Per questi eventi e per quelli degli anni precedenti si stanno confrontando i dati ottenuti dalle stazioni automatiche con quelli totali raccolti dai campionatori bulk e wet relativi ad alcune stazioni poste all interno del bacino del Lago Maggiore: Domodossola, Pallanza, Devero, Monte Mesma. Questo allo scopo di verificare l attendibilità strumentale in occasione di eventi particolarmente intensi come quelli registrati in questi ultimi anni. Idrologia Per quanto riguarda l andamento delle portate dei principali corsi d acqua del Lago Maggiore, nei primi mesi del 2009 esse hanno risentito molto delle piogge cadute nel mese di Febbraio, facendo registrare in quasi tutti i corsi d acqua, Toce escluso, portate superiori alla media di quasi il 50 %. 1
Anche a Marzo le portate sono state superiori alla media del mese, tranne che per la Margorabbia. Nei primi 15 giorni di Aprile si sono registrate portate molto elevate in tutti i corsi d acqua, soprattutto nel Cannobino e nel San Bernardino; si sta verificando se si è avuto un evento estremo da identificare come fenomeno di piena. Si è poi effettuato un sopralluogo sul Torrente San Giovanni, in occasione dell evento intenso di pioggia del 5-6 Giugno identificando fenomeni franosi che hanno portato una quantità considerevole di materiale nel torrente; data la mancanza di dati per il non funzionamento dello strumento si è anche valutata l intensità dell evento di piena dalle tracce lasciate dal materiale. I dati raccolti sono in via di elaborazione. 2. VALUTAZIONE DEL TEMPO DI RESIDENZA DELLE ACQUE LACUSTRI La ricerca è proseguita con una nuova serie di simulazioni condotte con modalità simili a quelle effettuate nel 2008 ma implementando i parametri di input. Si sta utilizzando un reticolo di integrazione molto più fitto in direzione verticale (circa il doppio), per un numero complessivo di 50 strati, in totale 877.500 celle, focalizzato sulla calibrazione del sotto-modello di turbolenza. Si procederà poi con la simulazione della propagazione di uno sciame di traccianti privi di massa immessi all istante iniziale (ora 0.0 del 1 Gennaio 2001); questi sono situati in parte nei vari affluenti naturali ed altri sono collocati in vari punti della zona Nord del lago a diverse profondità. È in corso di studio il percorso dei 72 markers introdotti inizialmente, che verrà analizzato nel corso dei primi dodici mesi di simulazione. I markers sono intesi privi di massa e volume e quindi viaggiano esclusivamente con la velocità locale (calcolata) del lago. Le equazioni di moto sono quindi puramente cinematiche (lagrangiane) ed hanno forme semplici: x p t+ dt = x p t + u(x p t, y p t, z p t )dt y p t+ dt = y p t + v(x p t, y p t, z p t )dt z p t+ dt = z p t +w(x p t, y p t, z p t )dt dove (x, y, z) sono le coordinate (rispettivamente trasversale, da W ad E, longitudinale da S a N, e verticale) del generico marker p; dt è l incremento temporale; l apice t è per le variabili valutate al tempo precedente ; l apice t+dt è per le variabili valutate al tempo corrente ; (u,v,w) sono le componenti cartesiane della velocità dell acqua nel lago fornite puntualmente istante per istante dalla simulazione (per ogni incremento dt del tempo) e che nel contesto delle tre equazioni vanno intese quelle calcolate per la cella computazionale in cui giace il marker p all istante precedente ; t l incremento temporale con il quale vengono eseguite le simulazioni è di 120 secondi. 3. INDAGINI SULLO ZOOPLANCTON E SULLA RETE TROFICA PELAGICA Così come previsto a conclusione della campagna 2008, l attività in corso è improntata ad estendere le analisi anche a quei taxa zooplanctonici per i quali non era 2
stato possibile ottenere materiale sufficiente a causa del loro basso peso individuale. In particolare, s intende ottenere i segnali istotopici di Bosmina e Diaphanosoma, estremamente interessanti sia per l individuazione di fonti non pelagiche nella dieta, sia per valutarne il ruolo trofico. Onde poter migliorare le conoscenze relative ai segnali isotopici degli apporti di materiale alloctono si sta procedendo al campionamento di invertebrati acquatici (anfipodi e larve di ditteri chironomidi) provenienti dal Fiume Toce e di organismi zooplanctonici prelevati anche in prossimità della Foce del Torrente San Bernardino. Questo, al fine di meglio caratterizzare i segnali isotopici non pelagici e la loro variabilità spaziale. 4. DINAMICA STAGIONALE E DISTRIBUZIONE ORIZZONTALE DI FITOPLANCTON, CARBONIO ORGANICO E BATTERIOPLANCTON Le indagini su fitoplancton, carbonio organico e batterioplancton hanno comportato, per i primi sei mesi dell'anno, un campionamento a Gennaio, uno a Febbraio, due in Marzo, Aprile, Maggio, Giugno e Luglio, prelevati con le modalità consuete nella stazione di Ghiffa. Si prevede di continuare ad effettuare due campionamenti mensili per tutta la fase in cui lo sviluppo del fitoplancton è normalmente più intenso, vale a dire fino ad Ottobre compreso. In concomitanza saranno pure prelevati campioni per l analisi, con le modalità consuete, del carbonio organico e del batterioplancton. Inoltre, nel mese di Luglio sarà effettuata la raccolta di dati per la valutazione della distribuzione orizzontale del fitoplancton, carbonio organico e batterioplancton. Fitoplancton Al momento attuale sono disponibili solamente i dati relativi alla concentrazione della clorofilla a, in quanto i campioni per il conteggio del fitoplancton non sono ancora stati completamente esaminati. La concentrazione della clorofilla a è stata determinata fino alla data del 10 Giugno. Il valore minino del periodo (0,80 mg m -3 ) è stato misurato a metà Febbraio, mentre quello massimo (3,64 mg m -3 ) al 10 Giugno. La prima fase di sviluppo dei popolamenti fitoplanctonici ha avuto luogo nella seconda metà di Marzo, sebbene il primo picco primaverile abbia fatto segnare un modesto valore di concentrazione, pari a 2,72 mg m -3. La concentrazione della clorofilla si è mantenuta su valori modesti per tutta la fase di crescita primaverile: il secondo picco della stagione, misurato verso la fine di Aprile, ha raggiunto solo 3,57 mg m -3. In generale, tutto il periodo analizzato ha mostrato valori di clorofilla fluttuanti tra circa 2 e circa 3,5 mg m -3, tra i più bassi misurati negli ultimi anni (Fig. 1). Infatti, mediando il valore di clorofilla per il periodo Marzo-Maggio e per il quinquennio 2004-2008, si ottiene un valore di 5.16 mg m -3, con due anni (2004 e 2007) nei quali la media primaverile aveva superato i 6 mg m -3. Nel 2009 la media primaverile ammonta a soli 2,26 mg m -3. È possibile che, ancora una volta, le vicende meteoclimatiche siano state determinanti nel generare condizioni ambientali sfavorevoli per lo sviluppo del fitoplancton: tuttavia, per avere un quadro attendibile dello svolgimento della successione algale, anche in rapporto alle tendenze evolutive a lungo termine, è necessario disporre della serie completa dei dati, nonché delle informazioni relative a meteorologia ed idrologia, che descrivono l andamento di quei parametri fisici divenuti decisivi nel guidare lo sviluppo delle specie algali nell attuale fase di oligotrofizzazione. 3
7 6 5 mg m -3 4 3 2 1 0 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Fig. 1. Valori medi di concentrazione della clorofilla a per il periodo Marzo-Maggio tra il 2004 e il 2009. Carbonio organico Ad oggi sono state effettuate le misure del carbonio organico totale e disciolto (TOC e DOC) e si sono preparati i campioni per la determinazione del carbonio organico particellato (POC), concentrandoli per filtrazione e conservandoli fino al momento dell analisi che sarà eseguita a campionamento concluso. Al momento la concentrazione del TOC lungo la colonna d acqua non ha presentato valori anomali rispetto agli anni precedenti, superando di poco il mg C l -1 nella zona fotica. Batterioplancton I campioni per il conteggio del batterioplancton sono stati raccolti e conservati con le modalità consuete e la loro analisi è tutt ora in corso. Da quelli fin qui esaminati per la determinazione dell abbondanza del batterioplancton totale sono emerse densità di popolamento confrontabili con quelle dell anno precedente. 5. IDROCHIMICA LACUSTRE E DEI TRIBUTARI Idrochimica dei tributari Da Gennaio a Giugno 2009 sono stati eseguiti i campionamenti mensili dei 14 principali tributari del Lago Maggiore e del Ticino emissario, con le stesse modalità utilizzate nelle indagini recedenti. La chimica dei corsi d acqua, ed in particolare le concentrazioni dei nutrienti, dai dati finora raccolti non ha differenze rilevanti rispetto a quanto riscontrato gli anni precedenti nello stesso periodo di studio. Il calcolo dei carichi, e quindi degli apporti di nutrienti al lago di tributari, potrà essere eseguito solo nella prima metà del 2010, una volta disponibili i dati della chimica dei corsi d acqua per i restanti mesi dell anno e delle portate giornaliere. 4
Idrochimica lacustre Nel primo semestre del 2009 sono proseguiti i campionamenti delle acque del lago Maggiore nella stazione di massima profondità, a Ghiffa, con frequenza mensile e con le stesse modalità utilizzate nelle indagini precedenti. I campioni sono stati prelevati alle seguenti profondità: 0, 5, 10, 20, 30, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 360 m. In aggiunta a questi campionamenti, nel mese di Marzo è stato eseguito un prelievo nella stazione di Lesa, collocata nella parte meridionale del lago, alle profondità di 0, 5, 10, 20, 30, 50, 100 m. In figura 2 sono riportati i valori di ph e saturazione di ossigeno nello strato superficiale. Come si può osservare, i minimi invernali di entrambe le variabili sono stati del tutto simili o leggermente inferiori a quelli del 2008. Come già descritto nelle precedenti relazioni, dai dati dell ultimo decennio si osserva una tendenza all aumento dei minimi invernali di ph, che sono passati da 7,3-7,4 nel 1999-2000 agli attuali valori di 7,5-7,6. La saturazione di ossigeno è risultata compresa tra 83 % a Gennaio e 105 % a Giugno, valori pressoché identici a quelli del 2008. Anche il ph in ipolimnio non ha presentato variazioni rispetto agli altri anni (Fig. 2). Le concentrazioni medie dei composti dell azoto in epilimnio nel primo semestre del 2009 non hanno presentato differenze significative rispetto a quelle del 2008 o degli anni precedenti (Fig. 3). Le concentrazioni epilimniche di azoto nitrico e totale sono risultate comprese tra 0.81 e 0.89 mg N l -1 e 0.91 e 0.97 mg N l -1 rispettivamente. Anche i valori dell azoto organico, compresi tra 0.05 e 0.16 mg N l -1, appaiono in linea con quelli rilevati nelle acque lacustri nell ultimo decennio (Fig. 3). Per quanto riguarda invece le concentrazioni medie su tutta la colonna d acqua, riportate in figura 4, i dati del 2009 confermano la tendenza all aumento delle concentrazioni di azoto nitrico, passate da 0.80-0.82 mg N l -1 nel 1999-2000 agli attuali valori di 0.88-0.89 mg N l -1. Non si osserva invece alcune tendenza per le concentrazioni di azoto totale, probabilmente a causa di una maggior dispersione dei valori. Le concentrazioni di fosforo reattivo e totale nella prima metà del 2009 sono risultate comprese tra 7 e 9 µg P l -1 e tra 8 e 10 µg P l -1 rispettivamente, valori del tutto simili a quelli riscontrati nel 2008 (Fig. 5). I dati del 2009 confermano la tendenza ad un ulteriore riduzione delle concentrazioni di fosforo totale a partire dal 2006, da quando non si sono più misurati valori estivi superiori a 11 µg P l -1, ma per una conferma sarà necessario considerare i dati per i restanti mesi del 2009. Nei primi mesi del 2009, lo strato profondo, al di sotto dei 200 m di profondità, è stato interessato da un parziale recupero del contenuto medio di ossigeno, risalito da 7.2-7.3 mg N l -1 nei mesi invernali a 7.8 mg O 2 l -1 in Giugno (da 62 a 65 % come percentuale di saturazione), valori comunque ancora tra i più bassi rilevati dal 1999, anno in cui si è verificata una piena circolazione delle acque (Fig. 6). Un giudizio più completo sull ossigenazione delle acque nel corso del 2009 potrà essere dato solo dopo aver considerato i dati per i restanti mesi dell anno. 5
ph 9,0 ph epilimnio ph ipolimnio ossigeno epilimnio O 2 % sat 125 8,5 100 8,0 75 7,5 50 7,0 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 25 Fig. 2. Lago Maggiore: ph e saturazione di ossigeno nel periodo Gennaio 1999 - Giugno 2009 (valori medi ponderati sui volumi nella stazione di massima profondità a Ghiffa). mg N L -1 1,20 azoto organico azoto nitrico azoto totale 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Fig. 3. Lago Maggiore: concentrazioni di azoto organico, nitrico e totale nello strato epilimnico nel periodo Gennaio 1999 - Giugno 2009 (valori medi ponderati sui volumi nella stazione di massima profondità a Ghiffa). 6
mg N L -1 1,10 azoto nitrico azoto totale 1,00 0,90 0,80 0,70 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Fig. 4. Lago Maggiore: evoluzione delle concentrazioni medie di azoto nitrico e totale nel periodo Gennaio 1999 - Giugno 2009 (valori medi ponderati sui volumi dalla superficie al fondo nella stazione di massima profondità a Ghiffa). µg P L -1 14,0 Fosforo totale Fosforo reattivo 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Fig. 5. Lago Maggiore: evoluzione delle concentrazione medie di fosforo totale nel periodo Gennaio 1999 - Giugno 2009 (valori medi ponderati sui volumi dalla superficie al fondo nella stazione di massima profondità a Ghiffa). 7
mg O 2 L -1 11 10 contenuto medio % di saturazione % O 2 sat. 85 75 9 65 8 55 7 45 6 35 5 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 25 Fig. 6. Lago Maggiore: andamento delle concentrazioni di ossigeno nello strato al di sotto dei 200 metri di profondità nel periodo Gennaio 1999 Giugno 2009 (valori medi ponderati sui volumi nella stazione di massima profondità a Ghiffa). 6. PROGETTO PILOTA PER UNO STUDIO MUTLIDISCIPLINARE ED INTEGRATO SU UN SOTTOBACINO DEL LAGO MAGGIORE Nel 2009, passati i primi mesi dell anno caratterizzati da abbondanti nevicate, si è ritornati sul fiume ad Aprile, per ulteriori applicazioni del metodo e per il campionamento dei macroinvertebrati associato. Il campionamento dei macroinvertebrati è previsto anche a valle della diga di Creva, per definire gli impatti di questo manufatto sull ecologia del corso d acqua. Senza che ce ne fosse data comunicazione, la diga di Creva è stata quasi completamente svuotata, con portate in uscita intorno ai 30 m 3 s -1. Non è stato possibile effettuare un nuovo campionamento e, anche quando la diga sarà richiusa e saranno ripristinate portate più basse, ci vorrà comunque del tempo perché la fauna macrobentonica ricolonizzi la zona e sia sufficientemente stabile da dare indicazioni sulla qualità ecologica del fiume. Si sta comunque procedendo con ulteriori applicazioni del metodo. Da Aprile ad oggi si sono effettate quattro applicazioni del CARAVAGGIO dalla diga verso monte, indagando in totale circa 2 km di fiume. Le successive elaborazioni (Fig. 7) hanno mostrato l elevato impatto morfologico della diga (transetto I-9300071) ed una diminuzione delle alterazioni morfologiche con un aumento della qualità ambientale procedendo verso monte (transetti I-900801, I- 900301, I-900101). Il lavoro è ancora in itinere, soprattutto sono necessarie altre applicazioni del metodo CARAVAGGIO fino al Lago di Lugano, per poter descrivere in modo completo ed esaustivo le alterazioni morfologiche e la qualità ambientale e, soprattutto, per capire le 8
caratteristiche della fauna presente, indicatore dell ecologia del fiume. In particolare si vogliono trovare indicazioni di zone biologicamente ed ecologicamente in buone condizioni, e quindi da preservare, e zone particolarmente alterate, dove può essere necessario intervenire per ripristinare una migliore funzionalità fluviale e quindi migliorare la qualità ecologica globale del corso d acqua. 120 100 80 60 40 HMS HQA 20 60 50 40 30 20 10 0 0 I-900501 I-900011 I-900301 I-900101 I-900801 I-903024 I-903013 I-930071 I-900053 I-900401 Fig. 7. Applicazioni CARAVAGGIO. I-903013 è il Tresa nell ultimo tratto, quello dalla foce a 500 m verso monte (prima applicazione CARAVAGGIO); I-903024 Tresa località Ronchetto (seconda applicazione CARAVAGGIO); I-9300071 Diga di Creva (terza applicazione, settimo sweep up); I- 900801 500 m a monte della diga (quarta applicazione, ottavo sweep up); I-900301 1 km a monte della diga (quinta applicazione, nono sweep up); I-900101 1.5 km a monte della diga (sesta applicazione, decimo sweep up); Scala dell indice HQA a sinistra, scala dell indice HMS a destra. Sarà necessario anche riuscire ad effettuare un campionamento di macroinvertebrati in alcuni punti chiave nel fiume. Dalla precedente analisi granulometrica effettuata nel 2008 si è anche proceduto all analisi dei sedimenti per una maggior caratterizzazione dell habitat dei macroinvertebrati. I primi risultati permettono di rilevare il notevole contenuto d acqua all interno dei sedimenti, un contenuto in sostanza organica sempre inferiore al 20 % ed una scarsa presenza di carbonati. In Aprile 2009 è stato eseguito un primo campionamento della fauna bentonica alla foce del Fiume Tresa. Fino ad oggi non è stato possibile procedere con i campionamenti lungo l asta fluviale a seguito delle avverse condizioni meteorologiche che si sono susseguite nel corso dell anno ed a causa di lavori posti in atto che hanno interessato la diga di Creva fino a Giugno 2009. I campioni alla foce sono stati prelevati in periodo corrispondente alla circolazione primaverile del lago. La scelta dei punti di campionamento è stata eseguita tenendo conto della zonazione verticale del lago (litorale, sublitorale e profonda) e del tipo di sedimento. Proprio quest ultimo, insieme alla disponibilità di nutrimento (detrito organico fresco o già in avanzato stato di decomposizione), di ossigeno ed alla eventuale presenza di macrofite acquatiche nella zona fotica, condiziona la struttura in specie, al di là dell azione modificatrice indotta dall impatto ambientale determinato dalle attività umane. In questo studio il sedimento lacustre è stata suddiviso per zona di provenienza in base al profilo della profondità qui schematizzato: o Zona Litorale: corrisponde alla parte più illuminata della zona eufotica ed è compresa tra la linea di costa ed alcuni metri di profondità; in genere coincide con il limite di sviluppo delle macrofite sommerse (Myriophyllum spicatum e Ceratophyl- 9
lum demersum). Nell ambiente qui considerato si estende dalla riva a 5/6 metri di profondità; o Zona Sublitorale: corrisponde ad una zona più scarsamente illuminata che si estende fino al metalimnio (= termoclinio estivo, quando il lago si trova nella condizione di massima stratificazione); nei laghi con buona trasparenza delle acque si estende oltre il limite inferiore della fascia colonizzata da macrofite sommerse; spesso è una zona di deposito di conchiglie di molluschi (shell zone). Nell ambiente qui considerato si estende da 5/6 a circa 20 metri di profondità; o Zona Profonda: corrisponde alla zona ipolimnica del lago, poco o nulla illuminata, ed è costituita in genere da sedimento fine. Nel nostro caso oltre 20 metri di profondità. La scelta del tipo di campionatore per il prelievo della fauna macrobentonica è stata effettuata basandosi sulle indicazioni previste dalla ISO 9391 (1993) e nella tabella 2 vengono elencati gli strumenti e i loro limiti di campionamento per tipologia di substrato. La draga di Ponar (dimensioni 15.8 x 16.6 area utile 262.3 cm 2 ) è generalmente ritenuta idonea per campioni qualitativi o quantitativi su fondali con sedimento molle (fango) e ghiaia fine, o in presenza di piccoli ciottoli fino ad una dimensione massima di 16 mm. Tab. 2. Elenco schematico dei campionatori quantitativi idonei per differenti tipi di substrato. *: utilizzabile su un certo tipo di substrato; F: può fallire per vari motivi quali imperfetta chiusura, ecc.; --: non idoneo (ISO 9391, 1993 modificata). Substrato Fango Ghiaia fine Ghiaia fine piccoli ciottoli Piccoli ciottoli Ciottoli grossolani Sassi Dimensioni particella (mm) < 0,1 0,5 4 0,5 32 16 32 64 128 > 128 Campionatori quantitativi Carotatore Jenkin * * * -- -- -- Draga di Ponar * * * -- -- -- Draga di Ekmann * *F -- -- -- -- La draga adottata ha dimensioni più piccole di quella standard (560 cm 2 ) per ottimizzare sia il campionamento, reso più facile dalla maggior maneggiabilità della draga e dal prelievo di un numero inferiore di repliche (minimo tre) rispetto all adozione di un carotatore, sia il tempo da dedicare allo smistamento, prendendo quantitativi di sedimento minori. La fauna bentonica è stata quindi prelevata in 3 stazioni, in triplo, raccogliendo uno strato di sedimento spesso circa 10-15 cm. Lo strumento è stato calato sul fondo tramite una corda metrata. Una volta a contatto con il sedimento superficiale le ganasce vi sprofondano e si chiudono, intrappolando i macroinvertebrati e il substrato nel quale vivono. L attività di determinazione è attualmente in corso. 10