Presentazione preparata con il contributo Europeo LIFE+ 2008 Programme (European Commission) L importanza della zona iporreica e dell idromorfologia nella ritenzione dei nutrienti: esperienze condotte nel torrente Curone (LC) Alessandro Lotti, Cristina Arese, Raffaella Balestrini IRSA-CNR, Via del Mulino 19, Brugherio (MB) 20047, Italia.
OBBIETTIVI Studio delle proprietà geochimiche, biologiche ed idromorfologiche della zona iporreica. Monitoraggio delle specie ioniche dell iporreico e dell acqua superficiale, con particolare attenzione ai principali nutrienti quali nitrati, ammonio e fosforo totale. Individuazione di possibili relazioni tra le concentrazioni misurate nell iporreico e i fattori abiotici al fine di valutare l importanza delle alterazioni idromorfologiche e delle pressioni antropiche nella chimica del comparto iporreico
DINAMICHE DEI NUTRIENTI IN AMBIENTE FLUVIALE spiraling dei nutrienti: ciclo dei nutrienti combinato con la traslocazione dovuta alla portata del fiume Transient storage (As, m2): zona del fiume dove si riscontra una diminuzione del flusso dell acqua superficiale. Ecosistema Lotico Ritenzione temporanea dei nutrienti (ritenzione idrologica + ritenzione biologica + ritenzione chimica) Concetto di spiraling dei nutrienti: ritenzione vs trasporto
ZONA IPORREICA zona di transizione satura situata tra l acqua superficiale e l acquifero sottostante in cui si ha miscelazione di entrambe le acque. (Bencala,1993;With,1993; Winter,1995; Hinkle et al.,2001) Sequestro, trasformazione e rilascio dei nutrienti Ecotono dinamico Aspetti idrologici Aspetti biologici Aspetti chimico - fisici
AREA DI STUDIO Torrente Curone: Parco regionale di Montevecchia e della Val Curone Sorgenti pietrificanti Lunghezza ( km ) 12.35 Superficie ( kmq ) 8.905 Portata (mediana) Monte 3 l/s Portata (mediana) Valle 21 l/s
AREE SPERIMENTALI 1- Monte Area di riferimento WFD 2000/60/CE 1,2 km dalla sorgente Profondità circa 10-20 cm Larghezza alveo bagnato di circa 2,5 m 11 miniwell a circa 30 cm di profondità nell alveo a 10m di distanza per un tratto complessivo di 100m 4 piezometri sulla ripa a circa 70-125cm di profondità (captazione acqua sotterranea)
2- Vivaio Situata a valle, moderatamente antropizzata, presenza di rettificazione delle rive, presenza di immissioni urbane, uso antropico del suolo adiacente alle rive (presenza vivaio) Profondità 30-40 cm larghezza dell alveo bagnato 200-300 cm 11 miniwell a circa 30 cm di profondità nell alveo a 10m di distanza per un totale di 100m AREE SPERIMENTALI
ATTIVITA SVOLTA Campionamento acqua superficiale Campionamento acqua dell iporreico Campionamento annuale con cadenza mensile Parametri analizzati: Ossigeno disciolto, temperatura, ph, conducibilità, principali specie ioniche (NO 3, NO 2, SO 4, Cl, Ca, Mg, K, NH 4 ), TDN e TDP. 3 Campagne di Aggiunta di nutrienti
Caratterizzazione dell idromorfologia (applicazione del metodo CARAVAGGIO) Caratteristiche idromorfologiche ed habitat fluviali Sviluppato dal River Habitat Survey (RHS) inglese Studio delle principali caratteristiche idromorfologche quali portata, conducibilità idraulica e Vertical Hydraulic Gradient (VHG) Colonna d acqua Zona iporreica IMMAGINE Livello acqua sup Livello acqua nel mini-well
1- Monte 0 < VHG < -0.2 VHG Scambi tra acqua superficiale e sotterranea coinvolgono flussi piuttosto deboli, lenti e in prevalenza costituiti da acqua superficiale che entra nei sedimenti. C9 C1 C9 presenza di depositi argillosi poco permeabili Valori tra 0,1 e 0,2 Prevalenza di flussi di acqua sotterranea
2- Vivaio 0 < VHG < -0,1 VHG Scambi tra acqua superficiale e sotterranea coinvolgono flussi piuttosto deboli, lenti e in prevalenza costituiti da acqua superficiale che entra nei sedimenti. V8 V8-0,4 Substrato ghiaioso Zona riffle con accentuata deposizione
CHIMICA DELLE ACQUE SUPERFICIALI Acque ricche di carbonati Valori di alcalinità, ph, Calcio, Magnesio e conducibilità caratteristici dell habitat Cratoneurion Processi di travertinizzazione Differenze significative tra valle e monte per TDP e TDON ph c20 C T.Alc. N-NO 3 SO 4 Cl TDP P-PO4 µs cm -1 meq L -1 mg L -1 mg L -1 mg L -1 µg L -1 µg L -1 media Monte 8,19 428,9 3,505 2,208 13,67 ** 9,86 5 ** 2 media Vivaio 8,15 472,1 4,874 2,359 17,91 ** 13,52 35 ** 10 N-NH 4 TDN DON O2 T Ca Mg Na K mg L -1 mg L -1 mg L -1 mg L -1 C mg L -1 mg L -1 mg L -1 mg L -1 media Monte 0,013 2,350 0,150 * 9,30 14,1 77,58 7,64 5,31 0,98 media Vivaio 0,021 2,725 0,397 * 11,00 14,0 69,47 10,80 6,56 1,58 Livello di significatività *=p<0,05; ** = p<0,005
CHIMICA ACQUE SUPERFICIALI vs ACQUE IPORREICHE Differenze significative per O 2 e N-NO 3 tra acqua superficiale ed iporreico. Fiume vs miniwell monte C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 O2 * *** ns * * *** *** * *** *** T ns ns ns ns * ns ns ** ns ns ph ns ns ns ns ns ns * ns ns ns N-NH4 ns ns * *** ns ns ns * ns ns N-NO3 *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** SO4 ns * ns *** ns ns ns *** ns ns Cl ns * ns *** ns *** ns *** ns * P-PO4 ns ns ns ns ns ns * ns ns ns TDP ns ns ns ns ns * ns ns ns ns TDON ns ns ns * ns * ns ns ns ns Ca ns ns ns ns ns ns * *** ns ns Mg ns ns ns ns ns ns ns *** ns ns Na * * * * ns * ns ns * * K ns ns ns ns * ns ns ns ns ns n.s = non significativo; * = p<0,05; ** = p<0,01; ***= p<0,005
CHIMICA ACQUE SUPERFICIALI vs ACQUE IPORREICHE Differenze significative per O 2, N-NO 3, P-PO 4 e TDP tra acqua superficiale ed iporreico. Fiume vs miniwell "Vivaio V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 O2 ** ** ** ** ** ** ** ns ** ** ** T ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns ph * * *** *** * * ns ns ns * * N-NH4 ns ns ns *** ns ns ns ns ns ns ns N-NO3 ns * *** *** *** ns *** ns ns *** *** SO4 ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns Cl ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns P-PO4 ns ns ns ns ns *** ns ns ns *** * TDP ns ns ns ns ns *** *** ns ns * ns TDON ** ** ns ns ns * ns ns ns ns ns Ca ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns Mg ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns Na ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns K ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns ns n.s. = non significativo; * = p<0,05; ** = p<0,01; *** = p<0,005
N-NH4 mg/l TDP µmg/l O2 mg/l N-NO3 mg/l Ossigeno disciolto medio annuo 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 vivaio H2O iporreico H2O sup Monte Azoto ammoniacale medio annuo 0.180 0.160 H2O iporreico 0.140 H2O sup 0.120 0.100 0.080 0.060 0.040 0.020 0.000 vivaio Monte 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 60 50 40 30 20 10 0 Azoto nitrico medio annuo vivaio H2O iporreico H2O sup TDP medio annuo vivaio H2O iporreico H2O sup Monte Monte Attività biotica: Riduzione assimilativa del nitrato; Riduzione dissimilativa del nitrato
CONCENTRAZIONI MISURATE vs FATTORI ABIOTICI 4,0 3,5 N-NO3 mg/l 60 Profondità cm 3,0 50 2,5 40 2,0 1,5 30 N-NO3 mg/l 1,0 0,5 Prof. Alv. cm 20 0,0 10-0,5 V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 streamv 0 V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 streamv 14 12 O2 mg/l 10 8 O2 mg/l 6 4 2 0 V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 streamv
Prof. Alv. cm SUBSTR. 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 5.8 5.6 5.4 5.2 5.0 4.8 4.6 4.4 Pool and riffle Mean Mean±SE Profondità cm V1 V2 V3 V4 V5 Mean Mean±SE Substrato STUDIO IDROMORFOLOGICO V6 V7 V8 V9 V10 V11 streamv FLUSSO 2.8 2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 Pool Tipo di flusso Mean Valore numerico Non Percepibile 0 Regolare (laminare) 1 Increspato ecc 2 Onde 2.5 Onde ed Increspature 3 Mean±SE Tipo di substrato Valore numerico Ciottolo 6 Ghiaia/Ciottoli (Prevalenza ciottoli) 5.5 Ghiaia/Ciottoli 5 Ghiaia/Ciottoli (prevalenza ghiaia) 4.5 Sabbia 4 Limo 3 Argilla 2 Torba 1 Artificiale 0 Acqua ristagna più tempo, flusso più lento, maggiore colonna verticale d acqua, Maggior attività biotica Flusso 4.2 4.0 0.4 V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 streamv 3.8 V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 streamv
Prof. Alv. cm 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 SUDIO IDROMORFOLOGICO Pool and riffle Tipo di flusso Valore numerico Non Percepibile 0 Regolare (laminare) 1 Increspato 2 Onde 2.5 Onde ed Increspature 3 Tipo di substrato Valore numerico Ciottolo 6 Ghiaia/Ciottoli (Prevalenza ciottoli) 5.5 Ghiaia/Ciottoli 5 Ghiaia/Ciottoli (prevalenza ghiaia) 4.5 Sabbia 4 Limo 3 Argilla 2 Torba 1 Artificiale 0 FLUSSO 15 10 5 3.0 2.8 2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 SUBSTR. 5.8 5.6 5.4 5.2 5.0 4.8 4.6 4.4 4.2 4.0 1.0 0.8 3.8 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 0.6 C1 C2 C3 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11
N-NO3 mg/l N-NH4 mg/l % rimozione N-NO3 NUTRIENTI E RIMOZIONE BIOLOGICA 80 specie conservativa 70 60 50 40 30 20 10 Cloruri Calcolo % acqua di falda acqua iporreico [ Cl - ] acqua di falda Monte(GD2) Vivaio 0 Calcolo [N-NO 3- ] teorico lungo il transetto 3 confrontato con concentrazioni N-NO3 registrate V4 nell iporreico 0.900 0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 5-giu 20-giu 13-lug 8-ago 5-set 16-set 31-ott 20-dic 13-feb 9-mag N-NH4 2 Attività biotica: Riduzione assimilativa del nitrato; Stima della rimozione biologica in atto 1.5nella Riduzione zona iporreicia dissimilativa del 1 nitrato 0.000 0 13-mag 2-lug 21-ago 10-ott 29-nov 18-gen 9-mar 28-apr 17-giu 2.5 0.5
ADDITION Studio delle principali caratteristiche fluviali tramite l aggiunta dei nutrienti e traccianti. 3 short term addition Portata; velocità media Scambi a livello idrologico Uptake lenght (Sw) A: Advection B: Advection + Dispersion C: Advection + Dispersion + Transient Storage
Progetto Life INHABIT Project INHABIT - LIFE08 ENV/IT/000413 Local hydro-morphology, habitat and RBMPs: new measures to improve ecological quality in South European rivers and lakes Analizzare le relazioni esistenti tra ritenzione di nutrienti, caratteristiche idromorfologiche e condizioni delle comunità acquatiche in due regioni (Piemonte e Sardegna) in siti fluviali naturali, semi-naturali e alterati Action group I2 Esperimenti di aggiunta di nutrienti (Short term addition)