Carichi di azoto ed impatti in Pianura Padana · acque sotterranee e superficiali. In particolare...

Reggio Emilia, 4 Giugno 2015

Carichi di azoto ed impatti in Pianura Padana

Flavia Saccomandi, Nicoletta CalaceISPRA

Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale

Saccomandi, Calace

I contenuti di questa presentazione costituiscono parte dello studio oggetto di una Convenzione MIPAAF-ISPRA finalizzata ad affinare il livello conoscitivo circa l’origine del contenuto dei nitrati nelle acque sotterranee e superficiali.In particolare sono stati valutati i contributi derivanti dalle diverse sorgenti sulla base di conoscenze ambientali e territoriali, e cioè dei numerosi processi fisici, chimici e biologici che intervengono e dei dati, delle informazioni e delle analisi di monitoraggio dello stato dei suoli e delle acque. Lo studio è stato focalizzato sui territori delle Regioni Piemonte, Lombardia, Emilia Romagna, Veneto e Friuli Venezia Giulia e ha visto il coinvolgimento operativo di ISPRA e delle ARPA.

Reggio Emilia, 4 Giugno 2015 Saccomandi, Calace

Lo studio ha previsto attività suddivise in due fasi:

- la prima fase relativa allo sviluppo di una metodologia atta ad ipotizzare il pericolo di impatto sull’acquifero delle diverse sorgenti di nitrati di origine agricola e civile che insistono sul e nel suolo attraverso la definizione di un indice parametrico complesso (INDICE SPEC)

- la seconda fase relativa alla sperimentazione di un modello di miscelamento isotopico idoneo a stimare l’apporzionamento dell’impatto dei nitrati nelle acque superficiali e sotterranee rispetto alle sorgenti incidenti sul territorio (apporzionamento isotopico)


Il modello parametrico, basato su l’utilizzo di un numero limitato di dati d’ingresso, reperibili in modo omogeneo anche su vaste aree di territorio, ha permesso d’individuare le porzioni di territorio interessate a scala comunale dalle diverse tipologie di sorgenti di nitrati (fertilizzanti minerali, fertilizzanti organici, fanghi e scarichi civili) ed i relativi e conseguenti “impatti” potenziali sulla qualità delle acque.

PRIMA FASE – INDICE SPEC


Indice parametrico basato sull’assegnazione dei carichi di azoto a scala comunale (kg di massa in un anno per ettaro) suddivisa per le differenti coperture del suolo definite dal Corine Land Cover 2006.Sono stati assegnati punteggi a: Sorgenti (Fertilizzanti minerali, reflui zootecnici, fanghi di depurazione, perdite fognarie e fosse settiche)Carico di azoto (kg/ha/anno)Fattori ambientali di Controllo che influiscono sulla lisciviazione dei nitrati in falda (Contenuto di N nel suolo, Clima, Metodi di irrigazione, Classificazione granulometrica, Soggiacenza)


PRIMA FASE – INDICE SPEC


cfomtot HIHIHIHIHI


PRIMA FASE – INDICE SPEC (Risultati)


LOMBARDIA EMILIA ROMAGNA


distribuzione delle “aree impattate” da nitrati nelle classi di pericolo

Classi

N° aree impattate ricadenti nelle classi di pericolo

Piemonte LombardiaEmilia

RomagnaVeneto

Friuli Venezia Giulia

Minimo 0 0 0 1 0

Basso 2 8 1 2 0

Medio 4 5 17 1 0

Alto 5 2 14 4 4

Elevato 31 18 4 8 2

Totale Aree 42 33 36 16 6



Dal calcolo…al confronto con la misura di campo

Rete nitrati

Fertilizzanti mineraliZootecnicoFanghi di depurazioneScarichi civili


Mentre il calcolo attraverso lo SPEC dell’Hi tot può trovare riscontro attraverso la rete nitrati (che ci restituisce il valore del nitrato totale in falda), la “validazione” dell’apporzionamento calcolato necessita di altri dati.

cfomtot HIHIHIHIHI

L’analisi isotopica, condotta su atomi il cui rapporto, ad esempio 15N/14N, è facilmente misurabile (rapporto isotopico) ci aiuta nella risoluzione della nostra domanda in quanto nei processi naturali sia chimici, fisici che biologici tali rapporti isotopici variano e le indagini ambientali possono pertanto essere finalizzate alla definizione in termini isotopici di tali variazioni.

Saccomandi, Calace Reggio Emilia, 4 Giugno 2015

APPORZIONAMENTO ISOTOPICOSECONDA FASE


-

…. dalla letteratura alla realtà …..

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35

δ 18O (‰)

δ 15N (‰)

CivING

Zoo

Min

Nsuolo

CivUSC

Nacqua

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35

δ 18O (‰)

δ 15N (‰)

CivING

Zoo

Min

Nsuolo

CivUSC

Nacqua

Analisi degli eluati dei suoli per definire i fattori di correzione

Diagramma delle nostre sorgenti

Regioni Aree taratura Tipo di sorgente

Piemonte Bianco

Piemonte Sorgente singola Minerale

Lombardia Sorgente singola Zootecnica

Emilia Romagna Sorgente multipla Minerale + Zootecnica

Veneto Sorgente multipla Minerale + Fanghi di depurazione

Friuli Venezia Giulia Denitrificazione Minerale + Zootecnica Reggio Emilia, 4 Giugno 2015 Saccomandi, Calace

6 aree di taratura caratterizzate da pratiche agricole e processi ambientali diversi per individuare gli intervalli dei valori delle marcature isotopiche caratteristiche dell’area d’indagine:§ “bianco”: area caratterizzata dall’assenza di pressioni antropiche, § sorgente singola: area caratterizzata dall’utilizzo di fertilizzanti minerali§ sorgente singola: area caratterizzata dall’utilizzo di effluenti zootecnici§ sorgente multipla: area caratterizzata dall’uso di fertilizzanti minerali e

effluenti zootecnici§ sorgente multipla: area caratterizzata dall’uso di fertilizzanti minerali e fanghi

di depurazione§ denitrificazione: area caratterizzata dall’assenza di impatto da nitrati

nonostante l’insistenza di pressioni antropiche di differente origine.


Comune NO3 (mg/l) Comune NO3 (mg/l) Comune NO3 (mg/l)CASTEL BOLOGNESE 80,0 LANGHIRANO 41,0 PONTENURE 55,5CASTELFRANCO EMILIA 61,5 MODENA 61,5 RIMINI 81,0CASTELVETRO DI MODENA 43,5 MONTECCHIO EMILIA 16,5 SAN CESARIO SUL PANARO 76,5CESENA 129,5 MONTECHIARUGOLO 65,0 SAN CLEMENTE 14,5CESENA 82,5 NOCETO 61,0 SAN GIOVANNI IN MARIGNANO 56,5COLLECCHIO 87,0 PARMA 100,5 SANTARCANGELO DI ROMAGNA 45,5FAENZA 51,0 PARMA 46,0 SARMATO 56,5FAENZA 41,0 PARMA 70,0 SASSUOLO 64,0FONTEVIVO 42,5 PIACENZA 44,5 SPILAMBERTO 34,0FORMIGINE 61,0 PIACENZA 49,0 VIGNOLA 52,5GAZZOLA 8,0 PIACENZA 42,5 ZOLA PREDOSA 27,5GRAGNANO TREBBIENSE 40,5 PODENZANO 70,5 ZOLA PREDOSA 32,5GRAGNANO TREBBIENSE 35,5 PODENZANO 76,0

84 aree vulnerate individuate sulla base dei seguenti criteri:§ punti di monitoraggio con concentrazione di nitrato maggiore di 40

mg/l§ punti di monitoraggio con un trend crescente della concentrazione di

nitrati§ punti di monitoraggio distribuiti sul territorio, tenendo in

considerazione la definizione dei corpi idrici riportata nei Piani di Gestione regionale;

§ punti di monitoraggio caratterizzati da un elevato grado di incertezza rispetto alle potenziali pressioni incidenti



DATI INPUT: ISOTOPI DELLE ACQUE SOTTERRANEE


denitrificazione

…il contributo percentuale di ciascuna sorgente è ciò che non conosciamo e che vorremmo conoscere…

δ 15Nδ 18O


dall’analisi qualitativa alla quali-quantitativa…quindi misuriamo il contenuto isotopico delle sorgenti e delle acque….per riuscire a calcolare matematicamente i contributi percentuali

Falda

? x% ? Y% ? w% ? k%

CIV MINSUO ZOO

Falda

? x% ? Y% ? w% ? k%

CIV MINSUO ZOO

Falda

? x% ? Y% ? w% ? k%

CIV MINSUO ZOO

Falda

? x% ? Y% ? w% ? k%

CIV MINSUO ZOO CIV MINSUO ZOO CIV MINSUO ZOO CIV MINSUO ZOO CIV MINSUO ZOO CIV MINSUO ZOO CIV MINSUO ZOOZOOZOO

i risultati delle aree lombarde riportati in termini di concentrazione di nitrato (mg/l) ascrivibile a ciascuna sorgente nei punti di monitoraggio mostrano che, in alcuni casi, il solo contributo zootecnico supera i 20 mg/l, come pure in alcuni punti il contributo minerale sembra da solo poter generare delle situazioni di grave impatto. Busto Arsizio, Cavenago, Mezzago e Saronno presentano un contributo ai nitrati maggiore di 20 mg/l ascrivibile alla fonte civile. Reggio Emilia, 4 Giugno 2015 Saccomandi, Calace

LOMBARDIADALLA MISURA ISOTOPICA ALL’ APPORZIONAMENTO

480000 500000 520000 540000 560000 580000 600000 620000 640000 660000 680000

4960000

4980000

5000000

5020000

5040000

5060000

5080000

5100000

5120000

5140000

5160000

NO3_TOT

480000 500000 520000 540000 560000 580000 600000 620000 640000 660000 680000

4960000

4980000

5000000

5020000

5040000

5060000

5080000

5100000

5120000

5140000

5160000

NO3_CIV

480000 500000 520000 540000 560000 580000 600000 620000 640000 660000 680000

4960000

4980000

5000000

5020000

5040000

5060000

5080000

5100000

5120000

5140000

5160000

NO3_ZOO

480000 500000 520000 540000 560000 580000 600000 620000 640000 660000 680000

4960000

4980000

5000000

5020000

5040000

5060000

5080000

5100000

5120000

5140000

5160000

0 to 10 mg/l 10 to 25 mg/l 25 to 45 mg/l 45 to 115 mg/l

NO3_MIN


LOMBARDIADALLA MISURA ISOTOPICA ALL’APPORZIONAMENTO

0,0 4,5 5,8 5,4 7,8 1,8 0,2 2,6 6,7 6,1 0,9 3,1 4,3 3,0 8,60,5 0,0 0,7 2,0 4,5 0,0 1,8 4,4 0,9 5,8 3,1 8,6 2,8 0,0

7,2 1,511,7 9,1 8,9 6,8 2,8 0,3

21,5 6,120,0 15,2 8,5

12,84,8 4,3

11,122,0 39,1 36,0

56,6 57,3

17,2 27,1 25,9

50,1

9,7

31,4

20,3

58,0

17,7 25,73,7

0,0

25,2

0,0 0,00,0

19,4

54,444,6

23,5

0,00,0 3,0

34,5

19,8

12,9 21,645,1

19,5

0,0

18,4

21,1

37,22,6 0,0

21,8 19,1

11,1 13,8

34,30,0

4,0

17,9

17,8

1,2

0,00,0

20,048,2

17,2

12,730,6

57,6 26,0

19,4

22,348,6

37,3

26,011,0

0,6

10,15,8

6,9

9,2

1,4

3,0

17,2

16,7

10,6

0,022,0

4,421,1

4,14,6

9,815,0

0,8

10,2

23,4

0,0

11,917,0

23,1

24,510,5

12,1

2,0

15,2

4,1

44,0

6,6 0,0

1,4 27,7

0,1

05

101520253035404550556065707580859095

100105110115120125130

SAR

MA

TO…

GR

AG

NA

NO

TR

EBB

IEN

SE…

PIA

CEN

ZA…

PIA

CEN

ZA…

POD

ENZA

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…

GR

AG

NA

NO

TR

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IEN

SE…

GA

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PIA

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ZA…

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…

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PR

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…

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…

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SAN

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MEN

TE…

NO3SUO NO3ZOO NO3MIN NO3CIV


EMILIA ROMAGNADALLA MISURA ISOTOPICA ALL’APPORZIONAMENTO

Formigine mostra una prevalenzazootecnica e Castel Bolognese chepresentando una prevalenza minerale

Legenda

0 to 10 mg/l 10 to 25 mg/l 25 to 45 mg/l 45 to 130 mg/l

550000 600000 650000 700000 750000 800000

4850000

4900000

4950000

550000 600000 650000 700000 750000 800000

4850000

4900000

4950000

NO3

550000 600000 650000 700000 750000 800000

4850000

4900000

4950000

NO3 CIV

550000 600000 650000 700000 750000 800000

4850000

4900000

4950000

NO3 MIN

NO3 ZOO


EMILIA ROMAGNADALLA MISURA ISOTOPICA ALL’APPORZIONAMENTO

SPEC ISOTOPI


Modello teorico versus modello sperimentale

CONCLUSIONI

Il metodo isotopico è risultato uno strumento efficace per la stima, seppur probabilistica e affetta da un certo grado di incertezza, dell’apporzionamento della concentrazione di nitrato misurata nelle acque in relazione alle potenziali sorgenti incidenti.I risultati ottenuti nelle aree vulnerate oggetto del presente studio hanno evidenziato:§ la presenza di un valore di fondo di nitrati imputabile al processo

di mineralizzazione della sostanza organica naturalmente presente nei suoli

§ la presenza, in alcuni casi, di un contributo di origine civile non trascurabile

§ la discriminazione dei contributi minerale e zootecnico § aree caratterizzate da fenomeni di denitrificazione


I limiti dei risultati sin qui ottenuti dall’applicazione del metodo isotopico “sperimentale”, e della significatività del confronto di questi con quelli ottenuti con il modello parametrico “teorico”, sono:• un’appena sufficiente numero di punti di monitoraggio

utilizzati per i rilievi, le misure e le analisi• la mancanza dell’uso di alcuni ulteriori parametri che,

seppur di non facile definizione e caratterizzazione come i trasferimenti intercomunali di reflui zootecnici, appaiono necessari per confermare la robustezza della modellazione “teorica”

CONCLUSIONI


Il confronto tra il metodo parametrico ed il metodo isotopico ha evidenziato, tenuto conto anche delle incertezze associate ad entrambe le metodologie, un sufficiente accordo tra i due. Il metodo parametrico (calcolato) si può configurare come un buon metodo “previsionale”.


CONCLUSIONI

L’analisi isotopica del boro produrrebbe un ulteriore passo avanti nella modellizzazione isotopica; la composizione isotopica del boro rappresenta, infatti, un’informazione significativa in termini di identificazione e discriminazione dei contributi derivanti da diverse fonti.


Propositi futuri…

http://www.sintai.sinanet.apat.it/

Il Rapporto Nitrati e i contributi completi delle ARPA e della Seconda Università di Napoli, sono pubblicati alla voce “progetto nitrati” del seguente indirizzo:

http://www.sintai.sinanet.apat.it/

Grazie per l’attenzione“La mente è come un paracadute: funziona solo se si apre.” A. Einstein

Reggio Emilia, 4 Giugno 2015

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