Dinamiche dell’azoto in un bacino idrografico ad alto carico zootecnico:

bilanci di massa, export fluviale, accumulo nelle acque di falda

e riciclo attraverso acque di risorgenza

Elisa Soana*, Alex Laini, Erica Racchetti, Marco Bartoli, Pierluigi ViaroliDipartimento di Bioscienze - Università degli Studi di Parma*elisa.soana@nemo.unipr.it

~ 1.200.000 abitanti

~ 650.000 bovini

~ 2.100.000 suini

156 km

~ 3.800 km2

province BG, BS, CR e

MN

> 60% terre coltivate

Fiume Oglio sublacuale

Incremento marcato delle concentrazioni (fino a ~ 500

µM) in un tratto di circa 25 km

Non imputabile a ingressi puntiformi (scarichi, tributari,

etc.)

N-N

O3

- (µM

)

Estate 2009“anomalia del

NO3-”

Progressiva chilometrica (km)Lago d’Iseo

Confluenza in Po

- input e output (bilancio di massa) - carico esportato tramite trasporto fluviale - rimozione tramite denitrificazione negli ambienti acquatici- acque di falda come sink di N- fontanili come hotspot per il riciclo di N in superficie

Analisi di sorgenti, sink e trasformazioni dell’azoto a scala di bacino idrografico

Soil system budget (Oenema et al., 2003)

- reflui zootecnici- fertilizzanti chimici- deposizioni atmosferiche- fissazione biologica- fanghi di depurazione

- asportazione colture- volatilizzazione di NH3

- denitrificazione

INP

UT

OU

TP

UT

Dati: Censimento Generale dell’Agricoltura – ISTATSistema Informativo Agricolo – Regione Lombardia

∑ INPUT - ∑ OUTPUT=

(+) SURPLUS(-) DEFICIT

Bilancio dell’azoto nel bacino dell’Oglio

sublacuale

50%35%

Carico N civile ~ 5.800 t N anno-1

a) b) c)a) b) c)

INPUT OUTPUT SURPLUS

kg N ha-1 anno-1

<100101 - 170171 - 240241 - 340341 - 400401 - 550>550

Anno 2008

Relazione tra densità di popolazione e carico di

nitrato esportato in diversi bacini idrografici

(modificato da Caraco & Cole, 1999)

Carico di azoto esportato dal bacino tramite

trasporto fluviale

~ 13.000 ton N anno-1 90% in forma di nitrato

333 abitanti km-2 vs

2,950 kg N-NO3- km-2

Population density (inhabitants km-2)

1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0

N-N

O3

- exp

ort

(kg

N k

m-2

yr-1

)

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

Po

lower Oglio

Cherio

Mella

Chiese

Oglio

Diffusa contaminazione da azoto in tutti i comparti acquatici del bacino

Campagne di campionamento 2007-

2010

INPUTton N anno-1

100.000

OUTPUT 60.000

SURPLUS 40.000

EXPORT 13.000

“MISSING NITROGEN” 26.000

Quali processi possono spiegare la discrepanza tra surplus ed export?

Rimozione dei azoto negli ecosistemi acquatici

(zone umide)12 zone umide (lanche, bodri, stagni, paludi, etc.) connesse idraulicamente al fiume o

isolate

misura di tassi di denitrificazione in carote intatte di sedimento

(Racchetti et al., 2011 - Biogeochemistry)

Modificato da Pina-Ochoa et

al., 2006

Tasso medio di denitrificazione 400 kg N ha-1 anno-1

(range 150–1260)

Potenziale massimo di rimozione delle

zone umide nel bacino dell’Oglio

sublacuale~ 250 t N yr-1

(<1% “missing N”)

Estensione zone umide ~ 200 ha↓

Estensione terre coltivate ~ 250.000 ha

INPUTton N anno-1

100.000

OUTPUT 60.000

SURPLUS 40.000

EXPORT 13.000

“MISSING NITROGEN” 26.000

Reticolo minore > 12.000 km

Densità media ~ 5,5 km km-2 SAU

Fasce riparie > 9.500 km

Basi Ambientali della Pianura – Idrologia Regione Lombardia

Rimozione di azoto negli ecosistemi acquatici (reticolo idrografico secondario)

Reticolo idrografico secondario

Modello di Christensen et al. (1990)

Dati di input: ossigeno, nitrato, domanda sedimentaria di ossigeno

Tassi teorici di denitrificazione

0,6 – 23,8 mg N m-2 h-1

Rimozione massima ~5.500 t N anno-1

Tassi massimi di denitrificazione dalla

letteratura ~ 22,4 mg N m-2 h-1 (Mander et al., 1997)

Fasce riparie

Rimozione massima

~3.000 t N anno-1

Zone umideReticolo idrografico secondario

N-SINKS

250 (<1% “missing N”)8.500 (32% “missing

N”)

Possono le acque di falda rappresentare un potenziale sink di azoto nel bacino

dell’Oglio?

INPUTton N anno-1

100.000

OUTPUT 60.000

SURPLUS 40.000

EXPORT 13.000

“MISSING NITROGEN”

26.000

Rete di monitoraggio ARPA delle acque sotterranee(dati 2002 – 2008)

N

EW

S

Concentrazione del nitrato nelle acque sotterranee

Confini provincialiCorso fiume Oglio sublacualeConfine bacino Oglio sublacuale

2020

15

10

0

5

mg N_NO3- l-1

Elaborazione ArcGIS - Spatial Analyst

fontanili, risorgive

Carico medio in uscita dai fontanili:

~ 170 kg N-NO3-

d-1 (max 450)

700 fontanili censiti in

Lombardia

Laini et al., 2011 Chemistry & Ecology

… Concludendo …

tentativo di includere la dimensione verticale nei bilanci di N

necessità di studi interdisciplinari

acquifero superficiale: accumulo temporaneo di NO3- e

N2O

fontanili: hot-spot di riciclo di N

politiche mirate alla riduzione dei carichi azotati nell'agro-ecosistema possono risultare inefficaci nel breve termine

potenzialità del reticolo secondario quale sink di azoto

GRAZIEGRAZIE!!

Fiume Oglio, Palazzolo sull’Oglio (BS)

Dr. Elisa SoanaDipartimento di Bioscienze Università degli Studi di Parmaelisa.soana@nemo.unipr.it