etwork nazionali e regionali e degliosservatori globali

P. Viaroli*, M. Bartoli*, G. Giordani*, S. Mazzilli#, J.M. Zaldivar§

*DSA, Universit di Parma - #GTOS/SDRN, FAO, Roma - § EC-JRC, IES, Ispra (VA)

LaguNet: rete italiana delle laguneSEANet-L: Southern European Arc Network of LagoonsC-GTOS: coastal module Global Terrestrial Observing SystemLTER-IT: Long Term Ecological Research ItaliaProgetti DITTY e NITIDA: Indicatori

2001)

Gruppo promotore: Viaroli, Giordani, Murray, Zaldivar, Barbanti, Rabitti e Guerzoni

Idea di base: mettere a sistema conoscenze, studi ed esperienze

http://www.dsa.unipr.it/lagunet

I gruppi di ricercaLaguNet

Sacca di Goro

S’Ena Arrubia

Stagnone di Marsala

Laguna di Orbetello

Laguna di Venezia

Laguna di Varano

Valli di Comacchio

Alimini

Capo Peloro

Golfo di Genova

Valle Smarlacca

Piallassa Baiona

Rada di AugustaCapo Feto

Laghetti di Marinello

Acquatina

Laguna di Lesina

Porto di Genova

Torre Guaceto

Lagune Pontine

Sacca di Goro

S’Ena Arrubia

Stagnone di Marsala

Laguna di Orbetello

Laguna di Venezia

Laguna di Varano

Valli di Comacchio

Alimini

Capo Peloro

Golfo di Genova

Valle Smarlacca

Piallassa Baiona

Rada di AugustaCapo Feto

Laghetti di Marinello

Acquatina

Laguna di Lesina

Porto di Genova

Torre Guaceto

Lagune Pontine

� � � −+−= )()()( sinkssourcesoutputinputdt

dM

Σ

Σ ≠

PrecipitationEvaporation

Sea

RunoffGroundwaterOtherResidual

Flux

Exchange

System

PrecipitationEvaporation

Sea

RunoffGroundwaterOther

RunoffGroundwaterOtherResidual

Flux

Exchange

SystemInternal transformations

SeaSys 1 Sys2

sea

Sys 1

Sys2

2 boxes model

2 layers model

∆DIP(Sources-sinks)

net source

net sink

balanced(± 10µmol m-2 d-1)

∆DIN(Sources-sinks)

net source

net sink

in balance(± 0.5 mmol m-2 d-1)

y = -0.6523x + 0.0002R2 = 0.7903

-0.12

-0.10

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0.00

0.02

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

DIP input∆∆ ∆∆

DIP

Piallassa Baiona

y = -0.7466x + 0.1342R2 = 0.8273

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

0 1 2 3 4 5 6 7 8

DIN input

∆∆ ∆∆D

IN

Relazione tra le trasformazioni interne e i carichi di DIN (azoto inorganico disciolto) e DIP (fosforo inorganico disciolto). Unià in mol m-2 y-1

LagoonL-DIP L-DIN NEM (mmol m-2 d-1)

mg m-2 y-1 mg m-2 y-1growth decay

AnnualMean

Alimini Grande 0.06 3.29 +0.3 -0.5 0.0

Valle Smarlacca 0.03 1.79 +2.0 +0.0 +1.1

S’Ena Arrubia 2.63 4.48 +42.0 +3.0 +9.0

Sacca di Gorophytoplankton

0.87 33.02 +17.0 -64.0 -16.0

Sacca di Goromacroalgae

0.87 33.02 +54.0 -201.0 -51.0

Net Ecosystem Metabolism (NEM) derived from the LOICZ biogeochemical model (negative values= heterotrophic; Positive values= autotrophic) (source: LOICZ Report & Studies19, 2001)

y = 66.887x - 0.1174R2 = 0.8925

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

DIP input

NE

M

Piallassa Baiona

Relazione tra NEM espresso in unità di carbonio e carico del fosforo inorganico disciolto. Unità in mol m-2 y-1.

1°attività LaguNet (2002-2003)

Giordani G., P. Viaroli, D. P. Swaney, C. N. Murray, J. M. Zaldivar and J. J. Marshall Crossland (eds), 2005. Nutrient fluxes in transition zones of the Italian Coast. LOICZ REPORTS & STUDIES No. 28.http://www.dsa.unipr.it/lagunet

•Widely applied• Comparable results•Good start point to organise available information

~250 sites

2° attività LaguNet: coastal lagoon typology

Web-Forum organizzato da Basset (Febbraio 2004)

Workshop su Coastal lagoon Typology organizzato da Basset & Carrada a Napoli il 17-19 giugno 2004

Prodotti:

Basset A., L.Sabetta, A. Fonnesu, D. Mouillot, T. Do Chi, P. Viaroli, G. Giordani S. Reizopoulou, M. Abbiati, G. C. Carrada, 2006. Typology in Mediterranean transitional waters: new challenges and perspectives. Aquatic conservation (in stampa)

Tagliapietra D., A.V. Ghirardini, 2006. Some notes about Italian Coastal Lagoon typology in the light of WFD. Aquatic conservation (in stampa)

modified from Pearson & Rosemberg (1978), Hyland et al. (2000), de Wit et al. (2001); Viaroli et al. (2004)

Sedimentary organic matter TOC %DW

AR

BIT

RA

RY

UN

ITS

High stress/Disturbance

Intermediatestress

No effect

Macrobenthic variablesDissolved O2

3°attività LaguNet: BenthOCIndividuazione di indicatori basati sulle relazioni esistenti tra comunitàmacrobentonica e sostanza organica (leader: P. Magni & D. Tagliapietra)

Maggio 2005 – 4°attività LaguNetOrganizzata e coordinata da S. BencivelliSistema di early-warning delle fioriture algali lungo la costa italiana

Febbraio 2006 - 5°Attività LaguNetOrganizzata e coordinata da: E. Cecere, G. Izzo e A. SfrisoCensimento e catalogo delle macrofite bentoniche delle lagune italiane

La scala regionale – Network che sono stati sviluppati sulmodello di LaguNet con il contributo del progetto EU - DITTY

PlaNet21.09.2004 LaguNet

16.04.2002 ElNet20.04.2004

RedMarismas: 22.03.2005

PNEC/SRL 24.02.2006

Sulla base dello schema di LaguNet sono in fase di costituzione due network regionali

NetWork regionale del baltico: BALLOON istituito il 7 ottobre 2005 a Klaipeda (Lituania)

SEANet: Southern European Arc Network (Mediterranean, Lusitanian, Black Sea regions): riunione costituente il 24 febbraio 2006 a Sete (F)

Studio pilota nel Mediterraneo per valutare il “Delivery System” nell’ambito del C-GTOS (S. Mazzilli & G. Giordani)

FAO. 2005. Coastal GTOS Draft Strategic design and phase1 implementation plan. By Christian, R.R., Baird, D., Bowen, R.E., Clark, D.M., DiGiacomo, P.M., de Mora, S., Jiménez, J., Kineman, J., Mazzilli, S., Servin G., Talaue-McManus, L., Viaroli, P. & Yap, H. GTOS Report No. 36. FAO, Rome. 93 pp. http://www.fao.org/gtos/pubs.html

Rete nazionale per le ricerche ecologiche di lungo temine LTER-IT organizzata da CONECOFOR, CNR, SITE, SISEF (Petriccione, Bertoni, Bianchi, Matteucci, Pugnetti, Ravaioli, Viaroli)

Inizio attività 9 marzo 2006, Roma:Adriatico & Golfo di NapoliForeste (3 siti)Acque Interne (Laghi insubrici e Laghi artificiali della Sardegna)AntartidePiramid Lake

Progetti DITTY & NITIDA

Indicatori biogeochimici

-Acqua

-Sedimento

-Metabolismo

D is s o lve d O xye n

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 2 0 0 2 2 0 2 4 0

%S AT

Q-v

alu

e

Indicatore semplice derivato dal Water Quality Index –Lagoon Water Quality Index (LWQI)

fanerogameSaturazione O2, DIN, DIP, Ch-a

macroalghe

Utilizzo di funzioni di utilità e di pesi attribuiti con parere esperto

Lagoon water quality index(Q-pesati)

0

10

20

30

40

50

60

70

80LM

1

LM2

LM3

LM4

LL1

LL2

LL3

LL4

GM

1

GM

2

GM

3

GM

4

GA

1

GA

2

GA

3

GA

4

DIPDINrootedmacroalghechlaDO

L = Lesina ; G = Goro; M = maggio, L = luglio, A = agosto 1, 2, 3, 4 = stazione

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

R iaF o rm o sa

M a r m e no r E ta ng d utha u

S a cca d iG o ro

G e ra

D INS R Pro o t co vM a c co vC hl-aO 2 %

Applicazione del L-WQI nelle 5 lagune del progetto DITTY

Caratteristiche e reazioni biogeochimiche sono legate a produzione primaria e attività microbicaO2 produzione/respirazione ���� disponibilità O2 ���� vie ossidative

O2 deficit ���� solfuri ����reazioni solfuro-ferro ���� FeS, FeS2

Interazioni ferro-solfuri-fosfati

Ammonificazione/nitrificazione/denitrificazione ���� perdita di N

R-NH2 ���� NH4+����NO3

-���� N2

Reazioni e processi contribuiscono al metabolismodell’ecosistema

Net Ecosystem Metabolism (NEM) Buffering functions (BUF)

.

.

===============================================================CATEGORIES CONDITION SYSTEM QUALIFICATIONS

Rates BP/BD Timing-------------------------------------------------------------------------------------------------------------Dystrophy DR=NP <0 1-10 gO2m-2 h-1 H/La STotal heterotrophy DR=NP ≤≤≤≤0 < 1 gO2m-2 h-1 L/La CNet heterotrophy DR < NP≤≤≤≤0 < 1 gO2m-2 h-1 L/R CNet autotrophy 0 < NP≤≤≤≤ |DR| < 1 gO2m-2 h-1 L /R CTotal autotrophy 0 < |DR| < NP < 1 gO2m-2 h-1 L/R CHyperautotrophy 0 < |DR| << NP 1-10 gO2m-2 h-1 H/La S------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Classification of ecosystem metabolism based on oxygenproduction (NP = net production at light saturation) and consumption (DR = dark respiration). BP = biomass peak (L: low, H:High), BD = biodegradability (R: refractory, La: labile) C= NP and DR peaks are coincident, S= DR peak follows the NP peak(Rizzo et al., Estuaries, 1996; Viaroli & Christian, Ecological Indicators, 2003)

1007550250-25

-50

-25

0

GU1

AU2

PU2

0

1 2 3

macroalgae

seagrassbare sediment

Maximun Net Production Rates

Dar

k R

espi

ratio

n R

ates

The extent of oxygen production and consumption reveals a symptom of disturbance within the ecosystem. A large excess of oxygen production is associated to the retention of a large amountof organic matter

Units: mmol m-2 h-1

Lesina

Net Oxygen Production (mmol m-2 h-1)-20 -10 0 10 20 30

Dar

k R

espi

ratio

n (m

mol

m-2

h-1

)

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

GORO

Dar

k R

espi

ratio

n (m

mol

m-2

h-1

)

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

1 Primavera2 Primavera3 Primavera4 Primavera1 Estate2 Estate3 Estate4 Estate

Le stazioni di Lesina sono tendenzialmente autotrofiche (importanza fanerogame?)

Le stazioni di Goro sono tendenzialmente eterotrofiche (importanza vongole?)

Primavera0 1 2 3

Est

ate

0

1

2

3Lesina 1

Lesina 2

Lesina 3

Lesina 4

Goro 1

Goro 2

Goro 3

Goro 4

Goro 5

Goro 6

Orbetello A

Orbetello B

Orbetello C

Orbetello D

Il quoziente respiratorio (flusso CO2/flusso O2) come indicatore della tendenza evolutiva del metabolismo dell’ecosistema a scala stagionale

L1 L2 L3 L4 G1 G2 G3 G4 G5 G6 A B C D

Quo

zien

te r

espi

rato

rio

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

Primavera Estate

La transizione ossico ���� anossica altera gli equilibri sedimentari e favorisce il rilascio di solfuri ���� il rilascio dei solfuri è controllato dalla disponibilità di ferro reattivo labile

La predisposione del sedimento a trattenere/rilasciare solfuri può essere determinata mediante titolazione di un’aliquota di sedimento con del solfuro libero

100ml di slurry di sedimento intatto

Titolazione con solfuro disciolto (100 mM) (da 4 a 6 aggiunte sequenziali di 1 mL ciascuna)

Misura dei solfuri con elettrodo ione specifico ad ago o micro

Misura del pH in parallelo

0

5

10

15

0 50 100 150 200

Fe Labile umol ml-1

DS

fiss

ati u

mol

ml-1

L4 L2

G2

G1

Esperimento sulla capacità del sedimento di precipitare i solfuri disciolti (DS)

Definizioni della buffer capacity dei solfuri nel sedimento della Sacca di Goro (Azzoni et al., 2005, Hydrobiologia, 550)

AVS = solfuro acido volatile (FeS, solfuro libero)

TRIS = AVS+CRS (con CRS = solfuro cromo riducibile, FeS2 e zolfo elementare)

LFe = ferro reattivo labile (estraibile con HCl 0.5 M)

�L = [LFe(II)-AVS]+LFe(III) buffer capacity biogeochimicamodificato da Heijs et al. (2000)

Risposta del sistema ai carichi azotati

Controllo dell’azoto ammoniacale

•MPB poco efficace

•Macrofite con una maggiore efficacia

G M S V 1 2 3 4

mm

ol m

-2 d

-1

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

Disponibilità di NH4+ nella colonna d'acqua

Scambio netto giornaliero di NH4+ attraverso l'interfaccia

SINK

SOURCE

INTERMEDIATE

MAY

G M S V 1 2 3 4

mm

ol m

-2 d

-1

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

SOURCE

INTERMEDIATEJULY

G M S V 1 2 3 4

mm

ol m

-2

0

20

40

60

80

100

120

140

nitrato disponibile in colonna d'acquanitrato denitrificato su base giornaliera

G M S V 1 2 3 4

mm

ol m

-2

0

5

10

15

20

25

30

MAY

JUNE

Denitrificazione e processi microbici poco efficaci

Al crescere del carico organico aumenta il tasso di DNRA (Nizzoliet al., 2006, MEPS in press)

Relazione tra metabolismo netto dell’ecosistema (NEM, mol m-2 y-1) e carico esterno del DIP (mol m-2 y-1) in 17 lagune italiane (Giordani et al. LOICZ R&S 28)

Metodi semplici per un rapid assessment del metabolismo netto dell’ecosistema (NEM) – LOICZ BM

% dw

µmol cm-3

µmol cm-3

-

% dw

-

mol m-2y-1

Days

Units

claySilt-claySand-siltSandGranulometry

<55-2020-40>40Sedimentary carbonates

>150100-15050-100<50Sedimentary AVS

<5050-100100-200>200Sedimentary Reactive Iron

<55-1010-20>20Sedimentary C:N ratio

>105-101-5< 1Sedimentary Organic Matter

< -50-(-5)5-0>5Net Ecosystem Metabolism

>157-151-7<1Water Residence Time

0123Score

VeryHighHighModerateLowPotential Vulnerability Level

(PVL)

APPROCCIO BIOGEOCHIMICO E APPROFONDIMENTI- Metabolismo netto del sistema- Quoziente respiratorio- Rapporto tra consumo batterico e consumo chimico di O2- Importanza relativa dei processi respiratori- Rapporto tra denitrificazione e nitrato ammonificazione- Presenza e Accoppiamento dei processi di nitrificazione- Velocità di comparsa dei solfuri nella colonna d’acqua- Pool sedimentari di Fe, S, Ca

Cosa può essere integrato in questo approccio?-Qualità del detrito organico-Analisi della comunità meio e macrobentonica

PROBLEMI APERTI

1) quanti indici per una laguna? Il problema dell’eterogeneità

Esempi di eterogeneità su piccola scala:-La distribuzione delle microalghe bentoniche-La distribuzione della macrofauna bentonica

2) La stabilità delle interfacce, un buon indicatore?

3) Le transizioni ossico-anossiche e le implicazioni per i processiall’interfaccia