Fasce tampone vegetate e reticolo idrografico di pianura: uso e gestione integrata del territorioReggio Emilia, 20 gennaio 2009

Processi, funzioni ecologiche e Processi, funzioni ecologiche e riduzione del carico inquinante nel riduzione del carico inquinante nel

reticolo idrografico minorereticolo idrografico minore

P.P. ViaroliViaroli, M., M. BartoliBartoli, D., D. LonghiLonghi, D., D. NizzoliNizzoliDipartimento di Scienze Ambientali, UniversitDipartimento di Scienze Ambientali, Universitàà di Parmadi Parma

Foto D. Longhi

Canali e ambienti acquatici marginali sono inseriti nel sistema agricolo e costituiscono la prima interfaccia tra sistema acquatico principale e fonti di inquinamento

Le interfacce sono “reattori metabolici” dai quali dipendono trasformazioni e variazioni dei carichi inquinanti

Likens, G. E., 1984. Beyond the shoreline: a watershed ecosystem approach. Verh. Internat. Verein. Limnol. 22: 1-22.

Wetzel, R.G., 1990. Land-water interfaces: metabolic and limnological regulators.Verh. Internat. Verein. Limnol. 24: 6-24.

Ewel K.C. et al., 2001. Managing Critical Transition Zones. Ecosytems 4: 452-460.

Allan, J.D., 2004. Landscapes and riverscapes: the influence of land use onstream ecosystems. Ann. Rev. Ecol. Syst. 35: 257-284.

Seitzinger S. et al., 2006. Denitrification across landscape and waterscape asynthesis. Ecological Applications 16: 2064-2090.

Ogni interfaccia è costituita da un sistema di vegetazione e suoli ad un diverso livello di umidità che forma un filtro che trattiene e trasforma le sostanze inquinanti rilasciate dall’ambiente antropizzato

Trasformazione di nutrienti e composti dei metalli ad opera dei microorganismiDipende da ossigeno, potenziale red-ox, pH

Rimozione delle forme reattive di nutrienti e metalli per uptake e assimilazione delle piante (macrofite). Ogni specie necessita di elementi chimici in proporzioni ben definite (es. C:N:P:Fe= 700:35:1:0.5). La rimozione di un elemento dipende dalla disponibilità degli altri

Ritenzione degli elementi nelle biomasse. Dipende dalla refrattarietà o resistenza alla decomposizione della materia organica (in genere è funzione del contenuto di materiali ligno-cellulosici)

CO2

CO2

CH4

CH4

O2

O2

CO2

CO2 CH4

CH4

org-C

O2

O22 4

macrofite sommerse

microfitobentos

elofite

fitoplancton pleustofite

Zone umide ed ambienti acquatici di transizione sono regolatori metabolici all’interfaccia tra sistema terrestre ed dominio acquatico (Wetzel, 1990)Fattori chiave:durata sommersione/profondità lama d’acquavegetazione e variabili correlate (es. O2)carico azotato (Howarth & Marino, 2006)processi biogeochimici sedimentari

CO2

CO2

O2

N,P,Fe

N,P

Trasporto e perdita radiale dell’ossigeno (ROL) nella rizosfera

effetto positivo sui processi microbici e biogeochimici

Supporto per comunità di epifiti

Ruolo della vegetazione

Fotosintesi, uptake dei nutrienti, produzione di ossigeno e biomassa

Le lacune che costituiscono i tessuti delle macrofite (aerenchima) favoriscono il trasporto di gas verso e dalla radice.

Nei peli radicali è favorita la perdita radiale di ossigeno verso il sedimento anossico

La perdita radiale di ossigeno causa la formazione di una micro-interfaccia ossica e ossidata immersa nel

sedimento anossico

O2O2

Aerenchima

Micro-strato ossico (<< 1mm)

-denitrificazione-solfato-riduzione-riduzione metalli(e.g. Fe3+ Fe2+)

-respirazione aerobica-nitrificazione-ossidazione solfuri-ossidazione metalli(e.g. Fe2+ Fe3+)

penetrazione dell’ossigeno nella risosfera diVallisneria (fiume Mincio) di processi microbici e flussi di nutrienti

VL SL VD SD

µmol

CH

4 m-2

h-1

0

50

100

150

200

250

CH4 efflux

luce buio

L’emissione di metano dal sedimento nudo è ca. 10 volte più elevata che nei letti di Vallisneria(dati e foto di Marco Bartoli)

Scala MinimaRisorgive

Canali

Laghi di piccole dimensioni

A1A2A3

Sm S1

S2S3

S4

A4

Esempio di misure sperimentali delle varaizioni delle concin un canale di adduzione (Minara) e uno di scolo (Ronca) della BPMS a Novellara

Il cavo di adduzione

Il cavo di scolo

Azoto inorganico disciolto

stazioniA1 A2 A3

conc

entra

zion

e (µ

g l-1

)

0

200

400

600

800

1000

NH4+

NO2-

NO3-

DIN

01/08/01

DIN 24/05

0%

20%

40%

60%

80%

100%

A1 A2 A3 S1m S1v S2 S3 S4

DIN 01/08

0%

20%

40%

60%

80%

100%

A1 A2 A3 S1m S1v S2 S3 S4

DIN 11/09

0%

20%

40%

60%

80%

100%

A1 A2 A3 S1m S1v S2 S3 S4

NH4+ NO2- NO3-

0.0

500.0

1000.0

1500.0

2000.0

2500.0

3000.0

3500.0

4000.0

A1 A2 A3 S1m S1v S2 S3 S4

DIN

(µg/

l) 24/05/2001

01/08/2001

11/09/2001

Elodea Potamogeton

mg

O2

m-2

h-1

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

Luce Buio PPL

Elodea Potamogeton

µg N

-NH

4+ m

-2h-1

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

LuceBuio

Fontanili di Corte valle Re

Consumo bentico di ossigeno

19/08/2004 15/02/2005

mg

O2 m

-2 h

-1

-50

-40

-30

-20

-10

Testa BTesta E

Denitrificazione totale

19/08/2004 15/02/2005

µg N

2 m-2

h-1

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

Testa B Testa E

Denitrificazione: 2-300 mg N m-2 d-1

01/02 01/04 01/06 01/08 01/10 01/12 01/02 01/04 01/06 01/08 01/10 01/12

mm

ol N

m-2

d-1

0

5000

10000

15000

20000DW DIN net consumption

Potamogeton pectinatus microalghe bentoniche

Andamento della denitrificazione totale (DW) e dell’abbattimento dell’azoto inorganico disciolto nel litorale di un lago di cava con e senza vegetazione amacrofite sommerse

Relazione tra ambienti marginali e sistema acquatico principale

Stazioni

Lago

Pal

azzo

lo s

ull'O

glio

Pont

oglio

Cal

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Ura

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[NO

3- ], m

g l-1

0

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4

6

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10NO3

-

Nord Sud

StazioniC

aste

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A4

Pala

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Pont

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0

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8

10

NO3-

Nord Sud

Stazioni

Scar

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Dep

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[NO

3- ], m

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2

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10

12

14

NO3-

Nord SudStazioni

Dep

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Dep

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Serio

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Man

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Dep

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so d

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[NO

3- ], m

g l-1

0

2

4

6

8

10

12

14NO3

-

Nord Sud

febbraio luglio

Fiume Oglio

Principalitributari

dati di Racchetti &Bartoli

OG

1

OG

2

OG

3

OG

4

OG

5

OG

9

OG

12

μ mol

N m

-2 h

-1

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500Dn invernoDn estate

Dw invernoDw estate

OG

6

OG

7

OG

8

OG

10

OG

11

OG

13

OG

14

PO

1

PO

2

PO

3

PO

4

PO

5

PO

6

μ mol

N m

-2 h

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0

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150

200

250Dn invernoDn estate

Dw invernoDw estate

Lanche collegate al fiume- concentrazioni nitrati elevate- denitrificazione elevata ~1000 kg N ha-1y-1

Tassi di denitrificazione in 18 zone lanche (fiume Oglio)

Lanche non collegate al fiume- concentrazioni nitrati basse- nitrificazione assente- denitrificazione bassa~100 kg N ha-1y-1

dati di Racchetti & Bartoli

Un

co

nfr

on

to c

on

la l

ett

era

tura

Un

co

nfr

on

to c

on

la l

ett

era

tura

Tipologie differenti di zone umide (naturali e artificiali):

12 – 1780 µmol N m-2 h-1

[Kallner Bastviken et al., 2005; Hernandez & Mitsch, 2007]

modificato da Piña-Ochoa & Álvarez-Cobelas, 2006

TASSO ANNUALE

TASSO RELATIVO AL MESE DI MAGGIORE TEMPERATURA DELLE ACQUE

Den

itrifi

catio

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ol N

m-2

y-1

)

0

2

4

6

8

10

ambienti collegati

ambienti isolati

“eutrophic shallow lakes”

Misure di metabolismo e denitrificazione nelle fasce laterali del PoA = velocità corrente 0.5 m s-1 e sedimento sabbioso B = velocità corrente 0.2 m s-1 e sedimento limosoC = lanca di retro-pennello

Progetto finanziato dall’Autorità di bacino del Po

Metabolismo

Produzione netta e lorda

Respirazione

Misure di metabolismo lungo un gradiente di umidità

fiume zona emersa

dati di Bolpagni et al.

fiume zona emersa

Conservare - Riconnettere - Ricostruire

Foto D. Longhi

Identificare le scale appropriate

Quanti km2 di ambienti marginali o di reticolo idrografico minore?