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

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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 Viaroli Dipartimento di Bioscienze - Università degli Studi di Parma

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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 Viaroli - PowerPoint PPT Presentation

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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*[email protected]

Page 2: Dinamiche dell’azoto in un bacino idrografico ad alto carico zootecnico:

~ 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

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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

Page 4: Dinamiche dell’azoto in un bacino idrografico ad alto carico zootecnico:

- 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

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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

Page 6: Dinamiche dell’azoto in un bacino idrografico ad alto carico zootecnico:

Bilancio dell’azoto nel bacino dell’Oglio

sublacuale

50%35%

Carico N civile ~ 5.800 t N anno-1

Page 7: Dinamiche dell’azoto in un bacino idrografico ad alto carico zootecnico:

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

INPUT OUTPUT SURPLUS

kg N ha-1 anno-1

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

Anno 2008

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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

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Diffusa contaminazione da azoto in tutti i comparti acquatici del bacino

Campagne di campionamento 2007-

2010

Page 10: Dinamiche dell’azoto in un bacino idrografico ad alto carico zootecnico:

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?

Page 11: Dinamiche dell’azoto in un bacino idrografico ad alto carico zootecnico:

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)

Page 12: Dinamiche dell’azoto in un bacino idrografico ad alto carico zootecnico:

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

Page 13: Dinamiche dell’azoto in un bacino idrografico ad alto carico zootecnico:

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)

Page 14: Dinamiche dell’azoto in un bacino idrografico ad alto carico zootecnico:

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

Page 15: Dinamiche dell’azoto in un bacino idrografico ad alto carico zootecnico:

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

Page 16: Dinamiche dell’azoto in un bacino idrografico ad alto carico zootecnico:

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

Page 17: Dinamiche dell’azoto in un bacino idrografico ad alto carico zootecnico:

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

Page 18: Dinamiche dell’azoto in un bacino idrografico ad alto carico zootecnico:

… 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

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GRAZIEGRAZIE!!

Fiume Oglio, Palazzolo sull’Oglio (BS)

Dr. Elisa SoanaDipartimento di Bioscienze Università degli Studi di [email protected]