Gli impatti dell’inquinamento atmosferico sugli ecosistemi naturali e antropici” Roma, 23-24 gennaio 2014 Il ruolo delle deposizioni atmosferiche negli apporti di azoto agli ecosistemi acquatici Michela Rogora C.N.R. Institute of Ecosystem Study, Verbania Pallanza, Italy - http://ise.cnr.it Nitrogen: too much of a good thing Aumento netto nella produzione di N reattivo a partire dagli anni ’50 (da 15 a 165 Tg N y-1), con conseguente aumento delle emissioni di Nr in atmosfera e delle deposizioni di N Human activity is radically altering the world’s nitrogen cycle through food and energy production… some food-producing systems are generating excess nitrogen, affecting air, land, and freshwater, and ultimately environment and human health.” (UNEP 2004) Effetti negativi dell’eccessivo input di N agli ecosistemi terrestri ed acquatici: acidificazione, eutrofizzazione (corpi idrici limitati da N), sbilanci nutritivi, riduzione della biodiversità Deposizioni atmosferiche come principale veicolo di N alle acque in aree scarsamente antropizzate Sala et al. 2000. Science 287 Nitrogen cycle Nitrogen cascade NOx from burning fossil fuels N2 in air Acid rain Global warming Attività antropiche N2, NOx, N2O N-fixation by bacteria Industrial Aerosols fixation ground level O3 (fertilizers) smog Denitrifying bacteria and fungi NOx N2O Lightning Plants Nitrates NO3- Animals Ammonia NH3 Decay and animal waste Batteri nitrificanti Batteri nitrificanti Nitrites NO2Runoff, leaching (eutrophication) Galloway et al. 2003. Bioscience 53 N-saturazione ed effetti sulle acque N saturazione: input totale di N dalle deposizioni supera il fabbisogno dell’ecosistema, e l’azoto in eccesso (come NO3) viene lisciviato alle acque superficiali (Aber et al. 1989. Bioscience) Wet and dry deposition Winter/Spring Summer/Autumn Wet and dry deposition NO3- NH4+ NO NH4+ 3 N2 + N2O Mineralisation Litterfall Uptake Mineralisation Nitrification Nitrification Denitrification Traaen, T.S. & J.L. Stoddard. 1995 Groundwater Modello di Stoddard: 4 stadi di saturazione delle acque in base a concentrazioni mensili di NO3 CNR ISE: attività e programmi di ricerca sul tema dell’azoto Monitoraggio a lungo termine delle deposizioni atmosferiche in ecosistemi forestali (CONECOFOR, FUTMON) parte del Monitoraggio di Livello II, co-finanziato da EU e UN-ECE ICP Forest) Studi sul Lago Maggiore e i suoi tributari finanziati dalla CIPAIS (Commissione Internazionale per la Protezione delle Acque Italo Svizzere) Monitoraggio a lungo termine della chimica delle acque superficiali in area alpina e subalpina (partecipazione al programma UN-ECE ICP WATERS finanziata dal Ministero Ambiente) kg ha-1 y-1 Deposizioni di N in siti forestali 35 Fagus sylvatica 30 Picea abies 25 BOL1 PIE3 LOM1 VAL1 Larix decidua FRI2 20 TRE1 Quercus cerris VEN1 VEN2 PIE1 15 Quercus ilex 10 EMI1 Quercus robur, Quercus5 petraea MAR1 TOS1 0 TOS2 LAZ1 ABR2 ABR1 PUG1 ON LAZ2 NH4 CAM1 NO3 SAR1 CAL1 SIC1 Throughfall Runoff nelle aree forestali 80 NO3 runoff (µeq L-1) Runoff - siti forestali 60 40 20 0 30 55 80 105 130 155 180 N dep (meq m-2 y-1) Il rilascio di NO3 alle acque è evidente al di sopra di una soglia critica di deposizione (~ 10-15 kg N ha-1 a-1) Focus sull’area alpina e subalpina Fonte: EMEP http://www.emep.int Measured N deposition (2000-2001) over the Alps Nud SP25 Pay Kuf Wer Reu Cha Rig Son CH Rob Dev Gra A Mas Hoc Inn Pio Acq BOL1 FRI2 Bre Pal Naw Gru Dub F Luz I Rogora et al., 2006. Hydrobiologia, 562. 5 kg ha-1 y-1 30 kg ha-1 y-1 Elevati volumi di precipitazione (circa1800 mm a-1) Elevate deposizioni di inquinanti e di composti azotati (15 -25 N ha-1 a-1) Il bacino del Lago Maggiore Stazioni italiane Area totale: 6600 km2, (tra Italia e Svizzera) Copertura forestale: 50% Marcato gradiente altitudinale (quota media 1270 m s.l.m.) DATI Dati chimici sul Lago Maggiore dagli anni ’50, sui tributari dagli anni ‘70 Dati su piccoli laghi alpini e subalpini dagli anni ‘70-80 14 stazioni per lo studio delle deposizioni atmoferiche; 130 stazioni meteo (volumi di precipitazione) Stazioni svizzere Trend - deposizioni 240 meq m-2 y-1 200 Pallanza SO4= 160 120 80 H+ 40 200 160 meq m-2 y-1 0 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010 NH4+ 120 80 NO3- 40 0 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010 Rogora et al. 2012. Sci. Tot. Envir. 417-418 Trend – Corsi d’acqua Evidenza di una condizione di N saturazione nei bacini nei principali tributari del Lago Maggiore • trend positivo delle concentrazioni di NO3 • da stadio 1-2 (N saturazione bassa o moderata) negli anni ’70-’80 a stadio 2-3 (saturazione avanzata) N-NO3 (µeq L-1) Cann Erno Gion Magg Sber 150 Sgio Tici Toce Tres Verz 125 100 75 50 25 Mean values 1978-82 0 Gen Mar Mag Mean values 2001-05 Lug Set Nov Gen Mar Mag Lug Set Nov Rogora et al., 2007. Biogeochemistry Trend – Laghi 240 60 220 50 200 40 180 30 160 20 140 1980 66 1986 1992 1998 2004 2010 Bilancio dell’N per il bacino del Lago Maggiore Lake Maggiore Lago Maggiore NO3- (µeq l-1) NO3- (µeq l-1) SO4= (µeq l-1) Lago di Mergozzo 62 58 Deposizioni atmosferiche contribuiscono agli input a lago per il 65-80% 54 50 1982 1990 1998 2006 2014 Mosello et al. 2001. J. Limnol. I laghi remoti come indicatori Laghi Paione, Alpi Occidentali (2000-2269 m s.l.m.) Non interessati da disturbo antropico diretto Soggetti alla deposizione di inquinanti trasportati con le masse d’aria dalle zone di emissione Utilizzati come indicatori (early warning systems) delle variazioni climatiche e della composizione chimica dell’atmosfera Svalbard Islands, 3 lakes Central Alps, Italy 35 lakes Serra da Estrela, Portugal, 9 lakes Himalaya, Khumbu-Himal region, Nepal, 31 lakes Laghi remoti Dataset CNR ISE 0.5 0.4 Northern Patagonia 18 lakes Antarctica, Terra Nova Bay, 29 lakes N-NO3 (mg N L-1) 0.3 0.2 0.1 0.0 ALP AND ANT HIM POR SVA Il ruolo del NO3 nell’acidificazione 40 laghi alpini d’alta quota (> 2000 m s.l.m.) Analisi dei trend nella chimica delle acque (dagli anni ‘80) • Recovery dall’acidificazione grazie alla riduzione dell’acidità delle piogge ( SO4) • Importanza del NO3 come anione acidificante, soprattutto al disgelo 100% STA 80% 60% 40% 20% 0% 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010 Rogora et al. 2013. Wat. Air Soil Pollut. Un trend in diminuzione? Analisi delle serie temporali (12 siti, laghi e fiumi): Elevata correlazione temporale tra i siti Andamento sincrono, con trend positivo (1978-2005), seguito da fase di diminuzione (2006 -) 3.0 2.0 Mer - lake LPS - lake LPI - lake Can - river Pel - river PIE1 - river -2 -1 meq m y Sgi - river - river Mag - river 200 Sbe Deposizioni Gio - river Ern - river Pls - river 160 NH4+ 1.0 120 0.0 80 NO3- -1.0 40 -2.0 0 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010 -3.0 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010 Rogora et al. 2012. Sci. Tot. Envir. Fattori meteo-climatici e idrologia °C Temperature Precipitazioni mm 14 2500 13 2000 12 1500 11 1000 10 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010 Staz. Meteo - Pallanza 500 2014 Elevata variabilità interannuale delle precipitazioni (effetti sulle deposizioni a parità di concentrazione) Eventi estremi: picchi di NO3 nelle acque dopo periodi caldi e asciutti seguiti da piogge brevi e intense NH4 e NO3 nelle deposizioni 2.0 1.8 Pallanza N Bellinzago S 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 1984 1988 1992 1996 2000 2004 2008 2012 Rapporto NH4:NO3 aumenta nel tempo: deposizioni di NH4 importanti soprattutto nell’area subalpina, più prossima alla Pianura Padana Alcune conclusioni Le deposizioni di azoto, nonostante una recente tendenza alla diminuzione, rimangono elevate nell’area alpina e subalpina N-Occidentale e contribuiscono in modo rilevante agli apporto di N alle acque in aree “remote” I livelli di NO3 nelle acque superficiali (laghi e corsi d’acqua) rispondono alle variazioni negli apporti atmosferici, con una tempistica che dipende dalle caratteristiche dei bacini Le deposizioni di ammonio stanno assumendo un ruolo sempre più importante in termini di contributo all’acidificazione e di apporti complessivi di N agli ecosistemi I fattori meteo-climatici interagiscono con le deposizioni nell’influenzare I livelli di N nelle acque e le loro variazioni temporali Grazie a …. Aldo Marchetto, Gabriele Tartari, Alfredo Pranzo, Paola Giacomotti, Arianna Orru’, Rosario Mosello, Silvia Arisci www.ise.cnr.it
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