Variazione giornaliera della comunità fitoplanctonica del Fiume

Adige a Boara Pisani

Andrea Zignin

IASMA Research and Innovation Centre Fondazione Edmund Mach – Area Ambiente, Programma Biocomplessità e Dinamiche degli Ecosistemi

Obiettivi e risultati attesi

• Gli studi effettuati a scala giornaliera sono importanti per valutare l’esistenza di variazioni della comunità fitoplanctonica in periodi brevi; ciò permette di interpretare correttamente le variazioni osservate nei campionamenti svolti a scala settimanale e/o mensile.

• Formulazione di modelli previsionali di sviluppo di biomassa algale in funzione delle principali variabili forzanti.

• Valutare la variazione giornaliera delle principali variabili chimiche-fisiche

• Valutare se esiste un controllo bottom up e top down sullo sviluppo della comunità fitoplanctonica

• Stimare l’aumento di portata in cui l’effetto wash-out diventa significativo• Valutare se un aumento di portata induce una riduzione della biodiversità della comunità fitoplanctonica

• Valutazione di eventuali situazioni idrologiche che potrebbero innescare bloom algali.

Inoltre:

Ambiente di studio

Vicenza

Padova

Trento

Venezia

Rovigo

VeronaLakeGarda

Bolzano

LakeResia

LakeS. Giustina

Ad

riatic

Se

a

Switzerland

Austria

ADIGE

AD

IGE

ADIGE

LakeIdro

50 km

N

S

W E

Italy

Campionamenti ogni 8 ore8.00-16.00-24.00

Settimana 8-14 settembre 2008

Fondo melmosoScarsa presenza di sassi e

vegetazione sommersa

No “dead zone”

Assenza di affluenti

Variabili fisiche chimiche e biologiche

Portata (mPortata (m33 s s-1-1))

Alta pressione in tutto il bacino

Rilascio d’acqua causatadall’entrata in funzione delle centrali idroelettriche presenti nella parte settentrionale del bacino

Prelievi per l’irrigazione

Forti temporali con pioggia intensa

Velocità media settimana 1.02 m s -1

0.95 m s-1

1.10 m s-1

15

16

17

18

19

20

8 16 lunedì

24 8 16 martedi

24 8 16mercoledì

24 8 16 giovedì

24 8 16 venerdì

24 8 16 sabato

24 8 16domenica

24

Tem

p (

°C)

La temperatura mostra un evidente andamento ciclico giornaliero,significativamente dipendente con l’andamento della portata

Acqua fredda meteorica

8.0

8.1

8.2

8.3

8 16 lunedì

24 8 16 martedi

24 8 16mercoledì

24 8 16 giovedì

24 8 16 venerdì

24 8 16 sabato

24 8 16domenica

24

pH

fotosintesi Nei momenti di bassa portata il pH è influenzato dall’attività fotosintetica del fitoplancton

240

260

280

300

8 16 lunedì

24 8 16 martedi

24 8 16mercoledì

24 8 16 giovedì

24 8 16 venerdì

24 8 16 sabato

24 8 16domenica

24

Co

nd

. 25°

(m S

cm

-1)

La conducibilità risulta influenzata dall’andamento della portata e dall’immissione di acqua proveniente da altre fonti.

9

10

11

8 16 lunedì

24 8 16 martedi

24 8 16mercoledì

24 8 16 giovedì

24 8 16 venerdì

24 8 16 sabato

24 8 16domenica

24

WIN

KL

ER

(m

g l-1

)

92

96

100

104

108

8 16 lunedì

24 8 16 martedi

24 8 16mercoledì

24 8 16 giovedì

24 8 16 venerdì

24 8 16 sabato

24 8 16domenica

24

(% O

2)

8.5

9.0

9.5

10.0

15 16 17 18 19 20

T (°C)

O2 (m

g l-1

)

r2 = 0.63p< .01n=21

Nelle acque correnti l’ossigeno è contenuto quasi sempre in quantità prossime al valore di saturazione. Ciò significa che la sua concentrazione è strettamente

dipendente alla temperatura

100

140

180

220

0 20 40 60 80 100 120 140

Portata (m3 s-1)

Dry

weig

ht (m

g l

-1)

r2=0.51p <.05n=21

0

10

20

30

40

50

0 20 40 60 80 100 120 140

Portata (m3 s-1)

Torb

idità

(NTU

)

r2=0.70 p <.01n=21

0

20

40

60

80

100

120

140

8 16 lunedì

24 8 16 martedi

24 8 16mercoledì

24 8 16 giovedì

24 8 16 venerdì

24 8 16 sabato

24 8 16domenica

24

Dry

Wei

gh

t (

mg

l-1)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

8 16 lunedì

24 8 16 martedi

24 8 16mercoledì

24 8 16 giovedì

24 8 16 venerdì

24 8 16 sabato

24 8 16domenica

24

Tu

rbid

ity

(NT

U)

Zeu= 21.3 x NTU -0.70 (Salmaso & Zignin,submitted)

met

ri

Superficie del fiume

52%

20%20%

30% MEDIA DELLA ZONA EUFOTICA

0

5

10

15

20

25

30

35

8 16 lunedì

24 8 16 martedi

24 8 16mercoledì

24 8 16 giovedì

24 8 16 venerdì

24 8 16 sabato

24 8 16domenica

24

RP

(m g

l-1

)

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

8 16 lunedì

24 8 16 martedi

24 8 16mercoledì

24 8 16 giovedì

24 8 16 venerdì

24 8 16 sabato

24 8 16domenica

24

DIN

(m

g l-1

)

2.0

2.5

3.0

8 16 lunedì

24 8 16 martedi

24 8 16mercoledì

24 8 16 giovedì

24 8 16 venerdì

24 8 16 sabato

24 8 16domenica

24

silic

e re

atti

va (

mg

l-1)

> 10 mg l-1

> 0.1 mg l-1> 0.2 mg l-1

0

20

40

60

80

100

120

140

8 16 lunedì

24 8 16 martedi

24 8 16mercoledì

24 8 16 giovedì

24 8 16 venerdì

24 8 16 sabato

24 8 16domenica

24

TP

(mg

l-1)

Nutrienti Algali

X=20.2 + 3.9 X= 63.8 + 29.3

X= 0.91 + 0.06 X= 2.27 + 0.15

0

500

1000

1500

2000

8 16 lunedì

24 8 16 martedi

24 8 16mercoledì

24 8 16 giovedì

24 8 16 venerdì

24 8 16 sabato

24 8 16domenica

24

den

sità

(in

d m

-3)

Zooplancton

Keratella cochlearis

Kellicottia longispina

Bdelloidea Keratella cochlearisLecane sp. Keratella quadrataNotholca sp.Kellicottia longispinaCephalodella sp.Naupli di ciclopoidi

Den

sità

cre

scen

teLecane sp.

Keratella cochlearis

Can a community of small-bodied grazers control phytoplankton in rivers?Can a community of small-bodied grazers control phytoplankton in rivers?V. Gosselain,J.P Descy Freshwater Biology (1998)

La biomassa fitoplanctonica sembrerebbe controllata da fattori biotici solo nel periodo estivo di bassa portata.

0

1000

2000

100 120 140 160 180 200 220

Portata (m3 s-1)

den

sità

zo

op

lan

cto

n (

ind

m- 3

) r2=0.82p <.01n=21

0

1000

2000

0 20 40 60 80 100 120 140

Dry Weight (mg l-1)

de

ns

ità

zo

op

lan

cto

n (

ind

m-3

) r2=0.67p <.05n=21

0

500

1000

1500

2000

0 20 40 60 80 100 120 140

Dry Weight (mg l-1)

den

sità

zo

op

lan

cto

n (

ind

m-3

)

Suspended clay and the population dynamics of planktonic rotifers and cladocerans (Kevin L. et al. 1990)

50-100 mg l-1 causa una drastica riduzione nella crescita di popolazione di rotiferi e copepodi

0

100

200

300

400

500

600

700

800

8 16 lunedì

24 8 16 martedi

24 8 16mercoledì

24 8 16 giovedì

24 8 16 venerdì

24 8 16 sabato

24 8 16domenica

24

Bio

vo

lum

e (m

m3m

-3)

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

8 16 lunedì

24 8 16 martedi

24 8 16mercoledì

24 8 16 giovedì

24 8 16 venerdì

24 8 16 sabato

24 8 16domenica

24

Ch

l a (

m g l-1

)

r2=0.82p <.01n=21

0

100

200

300

400

500

600

700

800

100 120 140 160 180 200 220

Portata (m3 s-1)

Biov

olum

e (m

m3 m

-3)

0

1

2

3

4

100 120 140 160 180 200 220

Portata (m3 s-1)

Chl a

(m

g l-1

)

r2=0.73p <.01n=21

X= 1.77 + 0.83

X= 402.2 + 178.9

Descrittori di biomassa algale

Comunità fitoplanctonica

0102030405060708090

8 16 lunedì

24 8 16 martedi

24 8 16mercoledì

24 8 16 giovedì

24 8 16 venerdì

24 8 16 sabato

24 8 16domenica

24

(mm

3 m-3

)

AA1Nostocales AA2OscillatorialesAA3coccoid CA1ChlorococcalesCA2Chlamydomonadales CAZ_DesmidiaceaeGA1Ochromonadales HD1PeridinialesLA1Cryptophyceae KA1katablephariodophytaEA1Euglenales

0

100

200

300

400

500

600

700

8 16 lunedì

24 8 16 martedi

24 8 16mercoledì

24 8 16 giovedì

24 8 16 venerdì

24 8 16 sabato

24 8 16domenica

24

(mm

3 m

-3)

GF2Pennales GF1Centrales

Gruppi algaliGruppi algali63 taxa63 taxa

Chlorophyceae 14 taxa

Bacillariophyceae 30 taxa

Cryptophyceae 8 taxa

Euglenophyceae 1 taxon

Dinophyceae 4 taxa

Chrysophyceae 2 taxa

Cianophyceae 5 taxa

biod

iver

sità

cre

scen

te

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

-0.25 -0.15 -0.05 0.05 0.15 0.25

NM

DS

2

NMDS 1

stress=0.16Gruppi morfo-funzionali

-0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

1A1B1C

2A

2B 2C

3A

3B

3C

4A

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4C

5A

5B5C

6A

6B

6C7A

7B7C

T

NTUD.W

Q

zooZeu

Chla

BV

NM

DS

2

NMDS 1

lunedì

domenica

-0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

NMDS1

NM

DS

2

Portata

-0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

NMDS1

NM

DS

2 18

20

22

24

26

28 30

32 34

Torbidità

L’analisi statistica multivariata della comunità fitoplanctonica mette in evidenza come le variabili fisiche siano i principali fattori in grado di selezionare anche le specie algali

•Le concentrazioni dei nutrienti algali non risultano mai essere limitanti per lo sviluppo del fitoplancton.

• Lo sviluppo temporale della comunità fitoplanctonica è determinato dalle portate idrauliche e dai fattori ad esse connesse.

• Le diatomee costituiscono il gruppo algale più abbondante.

• La bassa densità di zooplancton osservata esclude un controllo top down sulla comunità fitoplanctonica

Conclusioni

• Le basse concentrazioni di biovolume sono motivate considerando il tipico regime alpino del fiume Adige

Pubblicazioni prodotte nei primi due anni di ricerca

Lavori ISI

Centis B., Tolotti M., Salmaso N., 2008. Struttura delle comunità diatomica del Fiume Adige lungo un gradiente idrologico. XVIII Congresso della Società Italiana di Ecologia (SitE). Parma, 1-3 settembre 2008.Zignin, A.,Cerasino, L.& N. Salmaso. Modificazioni temporali della struttura della comunità fitoplanctonica lungo gradienti longitudinali: il caso del Fiume Adige. XVIII congresso della Società Italiana di Ecologia. Parma 1-3 settembre 2008. Book of Abstracts 49Centis B., 2009. The importance of being river Adige (North-Eastern Italy): physical constraints, diatom ecology and shear stress. Seminario su invito presso il Canadian Museum of Nature (Ottawa- Canada) e Trent University (Quebec, Ontario- Canada), 14 maggio 2009.Centis B., Tolotti M., Salmaso N., 2009. Physical constrains on riverine diatoms: a case study from Adige River (North-Eastern Italy). Atti del convegno NABS (North American Benthological Society). Grand Rapids, Michigna (USA), 17-23 maggio 2009.Centis, B., Tolotti, M., Zignin, A. & N. Salmaso. Planktonic and benthic diatoms of the river Adige. Congresso CEDiatoms 2. Trento 13- 15 giugno 2008. Book of Abstracts:41Centis, B., Tolotti, M., Zignin, A., Dell'Acqua, N., Sartori, P. , Zambiasi, M. ,N. Salmaso. Planktonic and benthic diatoms of the river Adige. V Convegno Ricerca zoologica e botanica in Alto Adige.Bolzano 4-5 settembre 2008 Book of Abstracts Salmaso, N., Zignin, A., Centis, B., Sartori, P.& N. Dell'Acqua. Il plancton fluviale come strumento di conoscenza della qualità ecologica e per la gestione delle acque del Fiume Adige. Workshop 03 Autorità di bacino del Fiume Adige: Rovereto, 18 ottobre 2007 : Workshop 03: 47-49.Zignin, A. N. Salmaso. Lo studio del plancton fluviale come strumento di conoscenza della qualità delle acque del fiume adige : il progetto PlanAdige. I Congresso congiunto AIOL- S.It.E. Ancona 17-20 settembre 2007. Book of Abstracts: 45Salmaso, N., Sartori, P., Zignin, A.,Centis, B. & N. Dell’Acqua - Il plancton fluviale come strumento di conoscenza della qualità ecologica e gestione delle acque del Fiume Adige. Conferenza Nazionale 2007 sui Cambiamenti Climatici. Roma 12-13 settembre 2007.Zignin, A. – Il plancton fluviale come strumento di conoscenza della qualità ecologica e gestione delle acque del Fiume Adige. Italian meeting of PhD student in aquatic ecosystem. Lecce 26-27 Gennaio 2007Zignin A, N. Salmaso - Phytoplankton as a tool to investigate the ecological quality of river Adige (north east italy): the project PlanAdige. SEFS 5. Palermo 8-13 luglio 2007. Book of Abstracts: 272

Salmaso, N., Zignin,A. At the extreme of physical gradients:phytoplankton in high flowing,large rivers. Hydrobiologia, submitted Centis B., Tolotti M., Salmaso N., 2008. Structure of the diatom community of the River Adige (North-Eastern Italy) along an hydrological gradient. Hydrobiologia, submitted.

Pubblicazioni senza IFSalmaso, N., Zignin, A.,Centis B., Maiolini, B.,Bruno, M.C., Sartori, P.,Zambiasi, M. & N. Dell'Acqua. Caratteristiche ecologiche del Fiume Adige lungo gradienti longitudinali: effetti della regimazione idrologica: effetti della regimazione idrologico. Biologia Ambientale, 2009Zignin, A. – Il plancton fluviale come strumento di conoscenza della qualità ecologica e gestione delle acque del Fiume Adige. Lettera ai Soci S.It.E numero 1 Aprile 2008. Extended abstract: 29Centis B.- Physical constraints on diatom ecology: the case study of river Adige. Incontro dei dottorandi in Ecologia. Lettera ai Soci S.It.E,2009. Extended abstract.

Partecipazioni a congressi

Ringraziamenti

Nelle stazioni di Bolzano e Boara Pisani questa ricerca è resa possibile grazie al lavoro di numerose persone coinvolte nelle attività di prelievo e rilevazione di misure nel fiume. Vogliamo ringraziare in particolare:

APPA Bolzano: Helmuth Cont, Marco Covi, Gianni Scalzer e Andrea Scapin, Luca Dal Bello

ARPAV Rovigo: Luca Boldrin e Monica Lionello