UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PARMA DIPARTIMENTO DI SCIENZE ... · for the sustainable use of aquatic...
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L'Indice di Funzionalità Fluviale: strumento di gestione e pianificazioneTrento, 19-20 Novembre 2009
Ricerca ecologica e riqualificazione fluviale
Pierluigi Viaroli & Marco Bartoli
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PARMADIPARTIMENTO DI SCIENZE AMBIENTALI
Struttura, processi e funzioni degli ecosistemi Struttura, processi e funzioni degli ecosistemi fluviali: idee per una gestione sostenibile dei fluviali: idee per una gestione sostenibile dei
corsi dcorsi d’’acqua e delle risorse idricheacqua e delle risorse idriche
Pierluigi ViaroliPierluigi ViaroliDipartimento di Scienze Ambientali, UniversitDipartimento di Scienze Ambientali, Universitàà di Parmadi Parma
Complessità degli ecosistemi fluviali e del reticolo idrografico minore: dalla dimensione locale alla scala del bacino idrografico
•Ward J.V., 1978. Riverine-wetland interactions freshwater wetlands and wildlife. DOE Symposium Series No. 61.•Vannote, R. L.,G. W. Minshall, K. W. Cummins, J. R. Sedell, C. E. Cushing, 1980. The river continuum concept. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 37: 130-137•Likens, G. E., 1984. Beyond the shoreline: a watershed ecosystem approach. Verh. Internat. Verein. Limnol. 22: 1-22.•Junk W.J., Bayley P.B., Sparks R.E. 1989. The flood pulse concept in river-floodplain systems. Canadian Special Publications Fishery Aquatic Science 106: 110-127.•Wetzel, R.G., 1990. Land-water interfaces: metabolic and limnologicalregulators.Verh. Internat. Verein. Limnol. 24: 6-24.•Zalewski M., Janauer G. A., Jolánkai G., 1997. Ecohydrology: a new paradigm for the sustainable use of aquatic resources. IHP, UNESCO, Paris•Allan, J.D., 2004. Landscapes and riverscapes: the influence of land use on stream ecosystems. Annual Review Ecology Systematics 35: 257-284.•Seitzinger S. et al., 2006. Denitrification across landscape and waterscape a synthesis. Ecological Applications 16: 2064-2090.
La gestione degli ecosistemi fluviali nel contesto del cambiamento globale e di una accresciuta pressione antropica diretta: connettività e frammentazione di ecosistemi e habitat
•Corsi d’acqua di ordine basso – prevalentemente montani
•Tratti fluviali planiziali
•Canali e reticolo idrografico minore della pianura
sviluppo monte-valle
tratto planiziale
golena aperta sezione trasversale
Le zone di confine e le interfacce tra fasi sono regolatori metabolici che operano a diverse scale: sistemi adiacenti, acqua-sedimento, radici-sedimento, foglie-acqua etc. (Wetzel R.G., 1990 )
Alla scala più grande 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
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CH4
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macrofite sommerse
microfitobentos
elofite
fitoplancton pleustofite
Nelle zone di transizione la vegetazione è il principale regolatore metabolico (Wetzel, 1990, Mitsch, 2000)Fattori chiave:durata sommersione/profondità lama d’acquavegetazione e variabili correlate (es. O2)carico azotato (Howarth & Marino, 2006)processi biogeochimici sedimentari
La gestione degli ecosistemi fluviali nel contesto del cambiamento globale e di una accresciuta pressione antropica diretta -connettività e frammentazione di ecosistemi e habitat
Alterazione dei sistemi fluviali e del reticolo idrografico (connettività longitudinale)
Impianto idroelettrico sul Po a Isola Serafini (Piacenza)
Alterazione della connettività laterale
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periodo del rilevamento
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Ambienti acquatici permanenti nella golena del Po in provincia di Piacenza dal 1970 al 1998
A
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Connettività laterale
Isolamento e pensilizzazione di un
sistema di lanche nella golena di Stagno
(Roccabianca, PR)
A’A
Rettificazione e impermeabilizzazione del reticolo idrografico artificiale e/o semi-naturale
Accelerazione del deflusso superficiale come risposta ai cambiamenti globali e alle modificazioni a livelo locale
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relazione tra portate del F. Taro a S. Secondo e deposizione umida a S. Maria del Taro
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1/1/91 5/6/93 8/11/95 12/4/98 14/9/00 17/2/03 22/7/05 25/12/07data
Change Point Analisys dei dati di portata del Po dal 1991 al 2007. Sono evidenziati gli intervalli temporali che presentano valori medi statisticamente diversi tra di loro e con il periodo di riferimento (linee rosse, 1961-1990). I limiti superiore e inferiore delle aree rappresentano i valori massimo e minimo di un dato periodo.
Numero di giorni con portata < 500 m3 s-1 (linea) and < 250 m3 s-1 (istogrammi)
1996 1998 2000 2002 2004 20060
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Q < 500 m3s-1
Q < 250 m3s-1
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P. Viaroli et al., 2008. Studio per l’approfondimento delle variazioni dei carichi di azoto e fosforo transitati nella stazione di Pontelagoscuro e per l’analisi dei processi rilevanti ai fini della composizione e delle trasformazioni dei carichi. Studio finanziato dall’Autorità di bacino del Fiume Po
Sistema idrografico del Mincio sub-lacuale
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Mincio
Virgilio25-30 m3 s-1
5-15 m3 s-1
Derivazione delle acque del Mincio nel canale Virgilio a valle della diga di Salionze
Daily load of Total Phosphorus
Days since January 1st, 2003
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flood events
Alterazioni dell’idrologia e carichi inquinanti
Analsi per Comune
Stazioni
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Nord Sud
Solo interventi a livello di bacino possonoessere risolutivi per il controllo dei carichiazotati nel fiume
Calcolo del surplus azotato su suolo agrario nel bacino del fiumeOglio sublaculale e analisi di NO3
- nelle acque del fiume da monte a valle
A livello di bacino risulta un surplus complessivo di azoto di oltre 157.000 t y-1, corrispondente ad una disponibilità teorica di circa 600 kg N y-1 per ettaro di superficie coltivata. La situazione più critica in termini di surplus risulta quella della porzione centrale del bacino; nella stessa porzione di fiume i tenori di nitrato aumentano in modo considerevole a seguito di probabili interazioni con falde superficiali inquinate.
gen/04 gen/05 gen/06 gen/07 gen/08 gen/09
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Ca’ Stanga
Ca’ Morta
Nitrati: variazioni delle concentrazioni medie (pesate sui volumi) in due laghi di cava nel comune di Piacenza
Oglio
Mincio
Po
MI1 MI3
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)Importanza della connessione idraulica tra fiume e aree di pertinenza fluviale
Relazione con la dentrificazione(Racchetti et al, Biogeochemistry, in review)
01/02 01/04 01/06 01/08 01/10 01/12 01/02 01/04 01/06 01/08 01/10 01/12
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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 a macrofite sommerse
Ricostruzione del reticolo idrografico
Azioni nel corso d’acqua per recuperare almeno in parte processi e funzioni biogeochimiche
Azioni sulle aree laterali (in particolare in quelle golenali) per ricostruire o salvaguardare struttura, processi e funzioni del sistema fluviale
Azioni sul sistema idrografico minore per salvaguardare il corso d’acqua principale
il reticolo idrografico minoreil reticolo idrografico minore
canali canali Regione Emilia Romagna: 19 000 km di canali di bonificaRegione Emilia Romagna: 19 000 km di canali di bonifica
laghi di piccole dimensionilaghi di piccole dimensioniCirca 200 laghi di cava tra Piacenza, Parma e Reggio EmiliaCirca 200 laghi di cava tra Piacenza, Parma e Reggio Emilia
Progetto di riqualificazione ecologica del Canale Navarolo (MN)
Foto Malaggi-Longhi
suolo inondabile poco produttivo
Ricostruzione delle fasce riparie
ambiente agricolo improduttivo e difficile da lavorare
Impianto a canneto misto
sistema agricolo produttivo, ma inondabile e soggetto ad erosione
zona umida con acque relativamente profonde
SCENARI GESTIONALI PER I LAGHI DI CAVA NELLA GOLENA DEL PO
Un esempio: recupero di corpi idrici e attività
estrattiva
E’ possibile il recupero degli ambienti golenali e delle loro funzioni ecologiche? Lago di cava di isola Giarola (Villanova
sull’Arda – PC). Parco Comunale dal 2007.
Profondità max 12.0 mProfondità media 5.0 mSuperficie 19.2 haVolume 962000 m3
PROGETTO PILOTA DI RECUPERO SPERIMENTALELanca dei Francesi, Comune di Roccabianca (PR) Regione Emilia
Romagna – Coord. Prof. G. Rossi
Le indicazioni della direttive europee: Le indicazioni della direttive europee: quali basi scientifiche e quali livelli di quali basi scientifiche e quali livelli di fattibilitfattibilitàà??
Le basi scientifiche per la gestione Le basi scientifiche per la gestione sostenibile degli ecosistemi fluviali e sostenibile degli ecosistemi fluviali e delle risorse idriche: una sfida delle risorse idriche: una sfida impossibile?impossibile?
91/676/CEE Protezione delle acque dall’inquinamento da nitrati di origine agricola
91/271/CEE Trattamento delle acque reflue urbane
2000/60/CE Direttiva quadro sulle acque
2006/118/CE Protezione delle acque sotterranee dall’inquinamento e dal deterioramento
2007/60/CE Valutazione e gestione dei rischi dalle alluvioni
2008/60/CE Marine strategy directive
79/409/CEE Conservazione degli uccelli selvatici
92/43/CE Conservazione degli habitat naturali e seminaturali e della flora e della fauna selvatiche
riferimento normativo e conoscenza scientifica
Fattori limitanti: occupazione e uso del suolo
Azzurro = fondo, nessuna luce/mare apertoNero = luce intensa presente nel 1992-93 e nel 2000 Rosso = luce molto più intensa nel 2000.Giallo = luce presente nel 2000 non nel 1992-93Grigio chiaro = luce soffusa stabile nel 1992-93 e nel 2000Blu = Luce meno intensa o scomparsa nel 2000NOAA-NESDIS National Geophysical Data Center, Boulder, Colorado,USA
Pianificazione e interventi sono basati su conoscenze
• non aggiornate• frammentarie• serie temporali brevi
Roberto Marchetti (ed), 1993. Problematiche del sistema idrografico padano. Acqua & Aria, vol. 6 e 7, 1993.
Fattori limitanti
Le nuove sfide- identificare le funzioni ecologiche- rilevanza della stechiometria ecologica (ciclo dell’azoto)-variazioni sensibili del regime idrologico
-Cambiamento climatico-Bacinizzazione-DMV
•Naiman R.J., Bunn S.E., Nilsson C., Petts G.E., Pinay G., Thompson L.C., 2002. Legitimating fluvial ecosystems as users of water: an overview. Environmental Management 30: 455-467.•Pinay G., Clemént J.C., Naiman R.J., 2002. Basic principles and ecological consequences of changing water regimes on nitrogen cycling in fluvial systems. Environmental Management 30: 481-491.•Bunn S.E., Arthington A.H., 2002. Basic principles and ecological consequences of altered flow regimes for aquatic biodiversity. Environmental Management 30: 492-507.•Humborg C., Venugopalan I., Cociasu A., Bodungen B.V., 1997. Effects of Danube River dam on Black Sea biogeochemistry and ecosystem structure. Nature 386: 385-388
Integrazione delle politiche ambientali
Integrated River Basin Management (IRBM)
Integrated Coastal Zone Management (ICZM)
Integrated Coastal Area and River BasinManagement (ICARM)(http://www.encora.eu)
IRBM ∩ ICZM ICARM