air, water and soil quality qualité - ER Ambiente - Regione Emilia ...
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ALMA MAT<strong>ER</strong> STUDIORUM<br />
UNIV<strong>ER</strong>SITA DI BOLOGNA<br />
<br />
<br />
UNIV<strong>ER</strong>SITÄT FÜR<br />
BODENKULTUR WIEN<br />
ASSOCIATION FRANCAISE<br />
DE LIMNOLOGIE<br />
CONSIGLIO NAZIONALE<br />
DELLE RIC<strong>ER</strong>CHE - ISAC<br />
SOCIETÀ ITALIANA DI<br />
SCIENZE DEL SUOLO<br />
SOCIETÀ ITALIANA<br />
DI PEDOLOGIA<br />
AGENZIA REGIONALE<br />
PREVENZIONE E AMBIENTE<br />
DELL'EMILIA-ROMAGNA<br />
Environmental <strong>quality</strong><br />
Qualité de l'Environnement<br />
Qualità ambientale<br />
AIR, WAT<strong>ER</strong><br />
AND SOIL<br />
QUALITY<br />
3<br />
QUALITÉ<br />
DE L'AIR, DE L'EAU<br />
ET DU SOL<br />
QUALITÀ<br />
DELL'ARIA,<br />
DELL'ACQUA<br />
E DEL SUOLO<br />
Edité par/Edited by/A cura di<br />
Manos Dassenakis, Eric Pattee,<br />
Gilmo Vianello, Livia Vittori Antisari<br />
2009
Managing Director "Environmental <strong>quality</strong> / Directeur général "Qualité du<br />
milieu"/ Direttore editoriale "Qualità ambientale"<br />
Gilmo Vianello – Department of Agroenvironmental Sciences <strong>and</strong> Technologies,<br />
Alma Mater Studiorum – Bologna University<br />
Managing Editor "Environmental <strong>quality</strong>" / Directeur de la rédaction "Qualité<br />
de l'Environnement"/ Redattore editoriale "Qualità ambientale"<br />
Giacomo Buganè - GeoL@b onlus<br />
La presente pubblicazione in attuazione del b<strong>and</strong>o INFEA CEA 2008 / 2010<br />
della <strong>Regione</strong> <strong>Emilia</strong>-Romagna<br />
.<br />
© Copyright 2009 by GEOL@B ONLUS , 40026 Imola, Italy"<br />
E’ vietata la riproduzione a scopo di lucro e senza l’autorizzazione formale degli<br />
Autori.<br />
ISBN 10: 88-901261-7-5 ISBN 13: 978-88-901261-7-8<br />
Tipografia Fanti - Imola (BO) Italy - 2009<br />
2
Preface<br />
This third volume of the "Qualità of the Environment" series assembles the<br />
scientific communications presented during the "Air, Water, <strong>and</strong> Soil Quality"<br />
International Congress held at Imola (Imola) on 24 th <strong>and</strong> 25 th of June 2009.<br />
The <strong>air</strong>-<strong>water</strong>-<strong>soil</strong> system influences the life of the plants <strong>and</strong> animals which live<br />
on the Earth. This system governs biodiversity, giving birth to macro-ecosystems<br />
<strong>and</strong> micro- diversifications inside each different system. If the <strong>quality</strong> of one or<br />
more parts of the system decreases, natural biodiversity may be irrevocably<br />
damaged, causing the disappearance of some plant <strong>and</strong> animal species.<br />
Man's presumption at exploiting the ecosystem for his own profit is leading to an<br />
irresponsible waste of the necessary resources for his own life.<br />
Air, <strong>water</strong>, <strong>and</strong> l<strong>and</strong> pollution are henceforth considered conditions that cannot be<br />
avoided when a fictive welfare that does not take account of human health <strong>and</strong><br />
natural sustainability is to be reached.<br />
The aim of the meeting was to take account of the present <strong>quality</strong> of the <strong>air</strong><strong>water</strong>-<strong>soil</strong><br />
system, comparing Italian realities with those in other countries of the<br />
European Union <strong>and</strong> to make known the most efficient measures <strong>and</strong> instruments<br />
for fighting ecosystem degradation <strong>and</strong> the waste of resources.<br />
By this we would like to make our public aware of the importance of protecting our<br />
environment <strong>and</strong> its natural resources.<br />
****************************<br />
Préface<br />
Ce troisième volume de la collection "Qualité de l'Environnement" rassemble les<br />
communications scientifiques présentées au cours du Congrès International<br />
"Qualité de l'Air, de l'Eau et du Sol" tenu à Imola (Italie) les 24 et 25 juin 2009.<br />
L’état du système <strong>air</strong>-eau-sol influence la vie animale et végétale sur la Terre; il<br />
est à l’origine des biodiversités qui ont crée la muntiplicité des macro-écosystèmes<br />
et des micro-diversifications à l’intérieur de chacun d'eux. Si la <strong>qualité</strong> d’un ou de<br />
plusieurs éléments du système s’effondre, la biodiversité naturelle pourra<br />
s'appauvrir au point de créer une situation irréversible conduisant à la disparition de<br />
certaines espèces végétales et animales.<br />
La présomption humaine de pouvoir gérer l’écosystème à notre gré est en train de<br />
conduire à une irresponsable dégradation des ressources essentielles à notre propre<br />
vie.<br />
La pollution de l’<strong>air</strong>, des eaux et la contamination du sol, sont désormais<br />
considerés comme des conditions inévitables pour atteindre rapidement un bienêtre<br />
factice, sans tenir compte de son impact sur les écosystèmes, le développement<br />
durable et la santé de l’humanité.<br />
Le congrès souhaite f<strong>air</strong>e le point de la <strong>qualité</strong> du système <strong>air</strong>-eau-sol en<br />
confrontant les différentes réalités italiennes avec celles des autres pays de l'Union<br />
Européenne.<br />
3
Son but principal est de f<strong>air</strong>e connaître les instruments et les actions les plus<br />
efficaces pour lutter contre la dégradation des écosystèmes et le gaspillage des<br />
ressources ; et, pourquoi pas, nous avons aussi comme objectif de sensibiliser notre<br />
public à la défense et à la valorisation de notre environnement.<br />
Prefazione<br />
***************************<br />
Il terzo volume della Collana "Qualità dell'ambiente" raccoglie le comunicazioni<br />
scientifiche presentate nell'ambito del Congresso Internazionale "Qualità dell'aria,<br />
dell'acqua e del suolo" svoltosi a Imola nei giorni 24-25 giugno 2009. Il sistema<br />
aria-acqua-suolo ha condizionato la vita vegetale ed animale sulla superficie della<br />
Terra d<strong>and</strong>o origine alle biodiversità che hanno condotto ad una molteplicità di<br />
macro ecosistemi e di micro diversificazioni all'interno di ciascuno di essi. Se la<br />
qualità di una (o più) delle componenti del sistema decade, la biodiversità naturale si<br />
impoverisce al punto tale da poter creare condizioni di irreversibilità port<strong>and</strong>o alla<br />
scomparsa di specie vegetali ed animali. La presunzione dell'uomo di potere<br />
governare l'ecosistema a proprio piacimento sta conducendo ad un irresponsabile<br />
degrado delle risorse essenziali per la vita, al punto tale che inquinamento dell'aria<br />
e delle acque o contaminazione del suolo vengono oramai considerate condizioni<br />
inevitabili per giungere in tempi brevi ad un fittizio benessere, che non tiene conto<br />
della salute e della loro sostenibilità. Il convegno ha fatto il punto sullo stato di<br />
qualità del sistema aria-acqua-suolo ponendo a confronto le diverse realtà italiane<br />
con quelle di altri Paesi della Comunità Europea, con il principale scopo di fare<br />
conoscere gli strumenti e gli interventi più efficaci per contrastare gli effetti di<br />
degrado e di perdita delle risorse.<br />
***************************<br />
International Congres "Air, Water <strong>and</strong> Soil Quality" Congrès<br />
Congrès International "Qualité de l'<strong>air</strong>, de l'eau et du sol"<br />
Congresso Internazionale "Qualità dell'aria, dell'acqua e del suolo"<br />
Imola -24-25 June/Juin/giugno 2009 - Italy/Italie/Italia<br />
.<br />
Organising Committee / Comité d'Organisation/ Comitato Organizzatore<br />
Giacomo Buganè, Massimo Gherardi, Francesca Pontalti, Gilmo Vianello<br />
Scientific Committee / Comité Scientifique/ Comitato Scientifico<br />
Domenico Anfossi, Manos Dassenakis, Maria Teresa Dell'Abate, Daniel Gilbert,<br />
Eric Pattee, Franco Prodi, Gorana Rampazzo Todorovic, Gilmo Vianello, Livia<br />
Vittori Antisari, Ermanno Zanini.<br />
Congress Secretariat / Secrétariat du Congrès / Segreteria Organizzativa<br />
GEOL@B ONLUS, C. P 117 succ. 3 - IMOLA (BO) 40026 - ITALY.<br />
Mail: geolab@geolab-onlus.org - www.geolab-onlus.org<br />
4
Analytic index / Index analytique / Indice analitico<br />
Sessione I. Air <strong>quality</strong> / Qualité de l’<strong>air</strong> / Qualità dell'aria pag.<br />
Linda Passoni, Vanes Poluzzi<br />
Atmospheric aerosols in urban <strong>and</strong> rural areas / Aérosols atmosphériques en zones urbaine et<br />
rurale / Aerosol atmosferico in area urbana e rurale. 11<br />
Manuela Cioffi<br />
Air <strong>quality</strong> monitoring with the Lichen Biodiversity Index (LBI) in the district of Faenza<br />
town (Italy) / Monitoring de la <strong>qualité</strong> de l'<strong>air</strong> au moyen de l'Indice de Biodiversité<br />
Lichénique (IBL) sur le territoire de la commune de Faenza (Italie) / Monitoraggio della<br />
qualità dell'aria mediante l'Indice di Biodiversità Lichenica (IBL) nel territorio del Comune<br />
di Faenza (Italia)<br />
Sessione II. Water <strong>quality</strong>/Qualité de l'eau//Qualità dell'acqua<br />
Manos Dassenakis, Eleni Rouselaki, Thanos Kastritis<br />
Effects of the construction of irrigation reservoirs on the distribution of pollutants in<br />
estuarine zones of small Mediterranean rivers. The case of Sperchios river, Greece / Effets de<br />
la construction de reservoirs d’irrigation sur la distribution des polluants dans les zones<br />
estuariennes de petites rivières mediterranéennes. Le cas de la rivière Sperchios, Grèce / Gli<br />
effetti della costruzione di invasi irrigui sulla distribuzione di inquinanti in zone di estuario di<br />
piccoli corsi d'acqua del Mediterraneo. Il caso del fiume Sperchios, Grecia. 27<br />
Riccardo Petrini, Maddalena Pennisi, Aless<strong>and</strong>ra Adorni Braccesi, Barbara Stenni,<br />
Onelio Flora, Umberto Aviani<br />
Application of O-H-B-Sr isotope systematics to the exploration of salinization <strong>and</strong> flushing<br />
in coastal aquifers: preliminary data from the Pialassa Baiona ecosystem (Adriatic Sea) /<br />
Application des systématiques isotopiques O-H-B-Sr à l'étude des processus de salinisation<br />
d'aquifères côtiers: la Pialassa de la Baiona (mer Adriatique) / Applicazione delle<br />
sistematiche isotopiche di O-H-B-Sr allo studio dei processi di salinizzazione di acquiferi<br />
costieri: la Pialassa della Baiona (mar Adriatico) 37<br />
Rosa Cidu, Stefania Da Pelo, Raffaele Caboi,<br />
Preliminary results on the occurrence of Rare Earth elements in the aquatic system of the<br />
Pialassa Baiona, Ravenna (Italy) / Résultats prélimin<strong>air</strong>es sur la présence des éléments de<br />
terres rares dans le système aquatique de la Pialassa Baiona, Ravenne (Italie) / Risultati<br />
preliminari sulla presenza di terre rare nel sistema delle acque della Pialassa Baiona,<br />
Ravenna (Italia). 43<br />
Stefano Piastra<br />
The geopolitical dimension of environmental <strong>quality</strong>. Waters <strong>and</strong> conflict in the Aral Sea<br />
basin / La dimension géopolitique de la <strong>qualité</strong> de l'environnement. Eaux et conflit dans le<br />
bassin de la mer d’Aral / La dimensione geopolitica della qualità ambientale. Acque e<br />
conflitto nel bacino del lago d’Aral. 51<br />
..<br />
5<br />
19
Eric Pattee<br />
The new AFL book for the identification of fresh<strong>water</strong> invertebrate families / Le nouveau<br />
livre AFL destiné à l'identification des familles d'invertébrés des eaux douces / Il nuovo libro<br />
dell'AFL per l'identificazione delle famiglie d'invertebrati delle acque dolci. 63<br />
Carmen I. Burghelea, Dragos Zaharescu, Antonio Palanca<br />
Amphibian asymmetry, a useful tool to assess environmental <strong>quality</strong> / L´asymétrie des<br />
amphibiens, une méthode utile pour évaluer la <strong>qualité</strong> du milieu / L´asimmetria degli anfibi,<br />
un metodo utile per valutare la qualità ambientale. 69<br />
Camilla Iuzzolino, Lorenzo Canciani<br />
Streamflow measures <strong>and</strong> evaluation of hydrometric levels in low <strong>water</strong> conditions river -<br />
Basin F. Reno / Mesures de debit et évaluation des niveaux hydrome-triques pend<strong>and</strong> les<br />
périodes de maigre - Bassin du F. Reno / Misure di portata e valutazione dei livelli<br />
idrometrici nei periodi di magra - Bacino del F. Reno. 75<br />
Carlo Falconi<br />
The <strong>water</strong> cycle <strong>and</strong> the <strong>water</strong> <strong>quality</strong> in the territory of Imola / Le cycle de l'eau et la <strong>qualité</strong><br />
de l'eau du territoire d’Imola / Il ciclo idrico e la qualitá dell’acqua nel territorio Imolese. 85<br />
.<br />
Sessione III. Soil <strong>quality</strong>/Qualité du sol/Qualità del suolo<br />
Gorana Rampazzo Todorovic<br />
Behavior of organic pollutants in <strong>soil</strong> environment - special focus on glyphosate <strong>and</strong> ampa /<br />
comportement des agents polluants organiques dans le sol - focus spécial sur glyphosate et<br />
AMPA / Comportamento degli inquinanti organici nell’ambiente del suolo - focus speciale su<br />
glyphosate e AMPA. 99<br />
Aless<strong>and</strong>ro Buscaroli, Massimo Gherardi, Gilmo Vianello, Livia Vittori Antisari, Denis<br />
Zannoni<br />
Soil survey <strong>and</strong> classification in a complex territorial system: Ravenna (Italy) / Releve<br />
pedologique et classification des sols dans un système territorial complexe: Ravenne (Italie) /<br />
Rilevamento pedologico e classificazione dei suoli in un sistema territoriale complesso:<br />
Ravenna (Italia).<br />
Livia Vittori Antisari, Enrico Dinelli, Aless<strong>and</strong>ro Buscaroli, Stefano Covelli, Francesca<br />
Pontalti, Gilmo Vianello<br />
Potentially toxic elements along the <strong>soil</strong> profiles in urban park, agricultural farm <strong>and</strong> the San<br />
Vitale Pinewood of Ravenna (Italy) / Elements potentiellement toxiques le long des profils<br />
du sol dans un parc citadin, dans une entreprise agricole et dans la Pinede de San Vitale<br />
(Ravenne, Italie) / Elementi potenzialmente tossici lungo profili del suolo in un parco<br />
cittadino, in un'azienda agricola e nella Pineta di San Vitale (Ravenna, Italia). 129<br />
Francesca Castorina, Umberto Masi<br />
Sr isotopic evidence for studying salinization of <strong>soil</strong>s: an example from the Pineta San Vitale<br />
(Ravenna) / Application des isotopes du sr pour l’etude de la salinisation des sols: un<br />
exemple de la Pineta San Vitale (Ravenne) / Applicazioni degli isotopi dello Sr allo studio<br />
della salinizzazione di suoli: un esempio dalla Pineta di San Vitale (Ravenna). 143<br />
.<br />
.<br />
6<br />
115
.<br />
Marina Gatti, Anna Flora Campanale<br />
Preliminary results on distribution <strong>and</strong> solubility of heavy metals in the urban <strong>and</strong> suburban<br />
<strong>soil</strong>s of Ravenna / Resultats prelimin<strong>air</strong>es sur la distribution et solubilite des métaux lourdes<br />
dans les sols urbaines et suburbaines de Ravenne / Risultati preliminari sulla distribuzione e<br />
solubilità di metalli pesanti In terreni urbani e suburbani di Ravenna. 149<br />
Francesca Pedron, Gianniantonio Petruzzelli, Carlo Ciardi<br />
Soil <strong>quality</strong> aspects in the remediation of contaminated sites / Les aspects de la qualite du sol<br />
dans la reclamation des sites pollues / Gli aspetti della qualità del suolo nella bonifica dei siti<br />
contaminati. 161<br />
Paolo Gi<strong>and</strong>on, Roberta Cappellin, Giovanni Gasparetto<br />
Trend of metals <strong>and</strong> metalloids concentration in <strong>soil</strong>s of an area in the northern part of<br />
vicenza province / Tendance de la teneur de certains metaux et métalloïde dans les sols d’une<br />
zone de l’alto vicentino / Andamento del contenuto di alcuni metalli e metalloidi nei suoli di<br />
un'area dell'alto vicentino. 167<br />
Claudio Bini, Gabriella Buffa , Elisa D’Onofrio, Diana Maria Zilioli<br />
The <strong>soil</strong> <strong>and</strong> l<strong>and</strong> qualities influence on forest decline in the Neneto plain (NE Italy) /<br />
Influence de la <strong>qualité</strong> du sol et du terroir sur la degradation de la foret planitielle du Veneto<br />
(NE Italie) / L’influenza della qualità del suolo e del territorio sul declino dei boschi<br />
planiziali in Veneto (Italia nord-est). 175<br />
Emanuela Fabbrizi<br />
Control <strong>and</strong> analysis activities on <strong>soil</strong>, waste <strong>and</strong> sediment samples of ARPA Bologna<br />
department / Activitè de contrôle et analyse sur le matrices sol, dechèt et sediments de<br />
l’Agence règional pour la prèvention et du milieu de Bologna / Attività di controllo ed<br />
analisi sulle matrici suolo, rifiuti e sedimenti di ARPA sezione di Bologna. 183<br />
Cristina Menta<br />
Soil biological <strong>quality</strong> evaluation: the <strong>soil</strong> microarthropod contribution / Relations entre la<br />
qualite du sol et la faune des microarthropodes / Il contributo dei microartropodi edafici<br />
nella valutazione della qualità biologica del suolo. 189<br />
Stefania Papa, Laura Cerullo, Anna Di Monaco, Giovanni Bartoli, Antonietta Fioretto<br />
Trace elements in fruit <strong>and</strong> vegetable / Les traces de métaux dans le secteur des fruits et<br />
légumes / Metalli in traccia in frutta e verdura. 199<br />
Massimo Gherardi, Samantha Lorito, Gilmo Vianello, Livia Vittori Antisari<br />
Soil depletion due to urbanisation in the areas near the Po river (Municipally of Castel S.<br />
Giovanni, Sorbolo, Bondeno - Italy) / Consommation du sol due à l'urbanisation dans des<br />
<strong>air</strong>es adjacentes au fleuve pô (Commmunes des Castel S. Giovanni, Sorbolo, Bondeno -<br />
Italia) / Perdita di suolo per urbanizzazione in aree limitrofe al fiume Po (Comuni di Castel S.<br />
Giovanni, Sorbolo, Bondeno - Italia). 205<br />
Valentino Straser<br />
Mineral horizons, electromagnetic fields <strong>and</strong> circular shapes in the grass / Horizons<br />
minéraux, champs électromagnétiques et formes circul<strong>air</strong>es dans l'herbe / Orizzonti minerali,<br />
campi elettromagnetici e forme circolari nell’erba. 215<br />
.<br />
7
Authors index / Index des auteurs / Indice degli autori<br />
ADORNI BRACCESI Aless<strong>and</strong>ra, 37 GH<strong>ER</strong>ARDI Massimo, 115, 205<br />
AVIANI Umberto, 37 GIANDON Paolo, 167<br />
BARTOLI Giovanni, 199 IUZZOLINO Camilla, 75<br />
BINI Claudio, 175 KASTRITIS Thanos, 27<br />
BUFFA Gabriella, 175 LORITO Samantha, 205<br />
BURGHELEA Carmen I., 69 MASI Umberto, 143<br />
BUSCAROLI Aless<strong>and</strong>ro, 115, 129 MENTA Cristina, 189<br />
CABOI Raffaele, 43 PALANCA Antonio, 69<br />
CAMPANALE Anna Flora, 149 PAPA Stefania, 199<br />
CANCIANI Lorenzo, 75 PASSONI Linda, 11<br />
CAPPELLIN Roberta, 167 PATTEE Eric, 63<br />
CASTORINA Francesca, 143 PEDRON Francesca, 161<br />
C<strong>ER</strong>ULLO Laura, 199 PENNISI Maddalena, 37<br />
CIARDI Carlo, 161 PETRINI Riccardo, 37<br />
CIDU Rosa, 43 PETRUZZELLI Gianniantonio, 161<br />
CIOFFI Manuela, 19 PIASTRA Stefano, 51<br />
COVELLI Stefano, 129 POLUZZI Vanes, 11<br />
D'ONOFRIO Elisa, 175 PONTALTI Francesca, 129<br />
DA PELO Stefania, 43 RAMPAZZO TODOROVIC Gorana, 99<br />
DASSENAKIS Manos, 27 ROUSELAKI Eleni, 27<br />
DI MONACO Anna, 199 STENNI Barbara, 37<br />
DINELLI Enrico, 129 STRAS<strong>ER</strong> Valentino, 215<br />
FABBRIZI Emanuela 183 VIANELLO Gilmo, 115, 129, 205<br />
FALCONI Carlo, 85 VITTORI ANTISARI Livia, 115, 129, 205<br />
FIORETTO Antonietta, 199 ZAHARESCU Dragos, 69<br />
FLORA Onelio, 37 ZANNONI Denis, 115<br />
GASPARETTO Giovanni, 167 ZILIOLI Diana Maria, 175<br />
GATTI Marina, 149<br />
8
Sessione/Session I.<br />
Air <strong>quality</strong><br />
Qualité de l’<strong>air</strong><br />
Qualità dell'aria<br />
9
ATMOSPH<strong>ER</strong>IC A<strong>ER</strong>OSOLS IN URBAN AND RURAL AREAS<br />
AÉROSOLS ATMOSPHÉRIQUES EN ZONES URBAINE ET RURALE<br />
A<strong>ER</strong>OSOL ATMOSF<strong>ER</strong>ICO IN AREE URBANA E RURALE<br />
Linda Passoni*, Vanes Poluzzi<br />
Regional Thematic Centre for Urban Areas<br />
Agency for Prevention <strong>and</strong> Environment (Arpa) of <strong>Emilia</strong> – Romagna Region<br />
*Corresponding author: E-mail:lpassoni@arpa.emr.it Fax 051342642<br />
Summary<br />
The aim of this work is to illustrate the results obtained from studies conducted by<br />
Arpa <strong>Emilia</strong> - Romagna about the chemical <strong>and</strong> physical characterization of aerosols<br />
<strong>and</strong> <strong>air</strong> pollution in urban <strong>and</strong> rural areas. In the monitoring of <strong>air</strong> <strong>quality</strong><br />
around the incinerator of Bologna, Total Suspended Particulate matter (TSP), of<br />
Particulate Matter with diameters less than 10 µm (PM10) <strong>and</strong> less than 2.5 µm<br />
(PM2.5) was chemically analysed in terms of both mass <strong>and</strong> speciation of Polycyclic<br />
Aromatic Hydrocarbons (PAHs). The aim of the "Dust" project was to<br />
chemically <strong>and</strong> physically characterize particulate matter with a diameter between<br />
10 <strong>and</strong> 0.49 µm in urban areas. But the size distribution of the particle numbers<br />
with diameter between 5.6 <strong>and</strong> 560 nanometres in both rural <strong>and</strong> urban area was<br />
also investigated. In all studies, there was a meteorological analysis of the results<br />
obtained.<br />
Keywords: Chemical-physical characterization of aerosols; speciation of PAHs;<br />
size distribution of aerosol particle numbers.<br />
Résumè<br />
Le but du travail était d'illustrer les résultats obtenus à partir d'études effectuées par<br />
Arpa <strong>Emilia</strong> - Romagna sur la caractérisation physique et chimique des aérosols et<br />
de la pollution atmosphérique en milieux urbain et rural. Au cours de la surveillance<br />
de la <strong>qualité</strong> de l'<strong>air</strong> autour de l'incinérateur de Bologne a été effectuée une<br />
caractérisation chimique de la matière particul<strong>air</strong>e totale (PTS) en particules de<br />
diamètre inférieur à 10 µm (PM10) et inférieur à 2,5 µm (PM2.5), tant en termes de<br />
masse que et de la spéciation des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP).<br />
Alors que la finalité du projet "Dust" était la caractérisation physico-chimique des<br />
particules de pollution atmosphérique d'un diamètre compris entre 10 et 0,49 µm<br />
dans les zones urbaines, a également été analysée la distribution de la taille des<br />
particules de diamètre entre 5,6 et 560 nanomètres dans les zones rurales et urbaines.<br />
Dans toutes les études, il ya eu une analyse météorologique des résultats<br />
obtenus.<br />
11
Mots-clés: Caractérisation physico-chimique des aérosols; spéciation des HAP;<br />
distribution granulométrique des particules.<br />
Riassunto<br />
Lo scopo del lavoro è illustrare i risultati ottenuti dagli studi svolti da Arpa <strong>Emilia</strong><br />
– Romagna riguardo la caratterizzazione chimico–fisica dell’aerosol atmosferico<br />
sia in area urbana che rurale. Nello studio di monitoraggio della qualità dell’aria<br />
intorno al termovalorizzatore di Bologna è stata analizzata la caratterizzazione<br />
chimica del materiale particolato totale (PTS), del materiale particolato con diametro<br />
inferiore a 10 µm (PM10) e inferiore a 2.5 µm (PM2.5) sia in termini di massa<br />
che di speciazione degli Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA). Mentre lo scopo<br />
del progetto “Polvere” è stato di valutare la caratterizzazione chimico - fisica del<br />
particolato atmosferico con diametro fra i 10 e i 0.49 µm in area urbana. Si è analizzata<br />
la distribuzione dimensionale del numero delle particelle con diametro fra i<br />
5.6 e i 560 nanometri sia in zona rurale che urbana. In tutti gli studi è stata effettuata<br />
una analisi meteorologica dei risultati ottenuti.<br />
Parole chiave: Caratterizzazione chimico-fisica dell’aerosol; speciazione degli<br />
IPA; distribuzione dimensionale del numero di particelle.<br />
Introduzione<br />
Le particelle di aerosol atmosferico influenzano la qualità della vita umana in differenti<br />
modi. Esse hanno effetti avversi sulla salute dell’uomo (WHO, 2002; Oberdöster,<br />
2005) ed effetti sui cambiamenti climatici (Lohmann <strong>and</strong> Feichter, 2005;<br />
IPPC, 2007). Mentre molte delle evidenze legate alla salute sono state basate sul<br />
PM10, sono sorte questioni specifiche: quale particolare tipo di aerosol potrebbe<br />
essere responsabile e di come il rischio di esposizione per la popolazione può essere<br />
ridotto. Si sospetta che effetti negativi per la salute possano essere provocati<br />
dall’aerosol contenente specie carboniose, metalliche, ioniche e da particelle ultrafini<br />
(diametro
Studi e risultati<br />
Nel corso degli ultimi anni, Arpa ha svolto numerosi progetti riguardo il monitoraggio<br />
e la modellistica dell’aerosol atmosferico. In seguito vengono descritti alcuni<br />
dei principali studi svolti.<br />
1 – La campagna di monitoraggio intorno all’area del termovalorizzatore dei rifiuti<br />
solidi urbani di Granarolo dell’<strong>Emilia</strong> fra l’anno 2005 e 2006 (Arpa <strong>Emilia</strong> - Romagna,<br />
2006), in concomitanza con il rinnovo dell’impianto.<br />
Scopo dello studio è stato il monitoraggio della qualità dell’aria, dell’acqua, del<br />
suolo e delle piante intorno alle zone dell’inceneritore. Inoltre è stata effettuata una<br />
indagine epidemiologica e una valutazione del rischio. Il monitoraggio della qualità<br />
dell’aria è stato effettuato in cinque siti localizzati intorno all’inceneritore. I parametri<br />
monitorati sono stati le PTS, il PM10 e il PM2.5 in un periodo estivo, autunnale<br />
e invernale per la durata di 15 giorni a periodo. Inoltre sulla concentrazione in<br />
massa di PM10 si è eseguita la speciazione degli IPA. Durante la campagna di<br />
monitoraggio della qualità dell’aria è stato effettuato il controllo del flusso di emissione<br />
del termovalorizzatore per gli stessi parametri.<br />
Per tutti e tre i periodi della campagna di monitoraggio, la media dei valori delle<br />
PTS misurati intorno al termovalorizzatore risulta simile ai valori rilevati nella<br />
stazione rurale di Monte Cuccolino, mentre la stazione urbana di San Felice presenta<br />
dei valori nettamente più alti (Fig.1).<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
Media postazioni termovalorizzatore<br />
San Felice<br />
Monte Cuccolino<br />
13<br />
PTS (ug/m 3 )<br />
estate autunno inverno<br />
Figura 1<br />
Valore medio<br />
delle PTS nei<br />
tre periodi<br />
della campagna<br />
di monitoraggio.<br />
Le medie dei valori sia di PM10 che di PM2.5 misurati intorno al termovalorizzatore<br />
risultano invece simili ai valori rilevati nella stazione urbana di San Felice (Fig.2<br />
e Fig.3).<br />
Nella figura 3 è riportato anche il confronto con la stazione rurale di San Pietro<br />
Capofiume che presenta, rispetto alle altre postazioni, valori inferiori di PM2.5,<br />
tranne che nel periodo estivo dove i valori risultano simili in tutti i siti.<br />
Anche per la speciazione degli IPA è stato fatto un confronto fra i cinque siti intorno<br />
al termovalorizzatore, l’area urbana e rurale (Fig. 4)
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
.<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
PostazioneA<br />
PostazioneE<br />
PostazioneD<br />
Media postazioni termovalorizzatore<br />
San Felice<br />
PostazioneB<br />
PostazioneC<br />
Benzo(a)pirene<br />
Benzo(b)fluorantene<br />
Benzo(k)fluorantene<br />
Benz(a)antracene<br />
Dibenzo(a,h)antracene<br />
Fluorantene<br />
Indeno(1,2,3,c,d)pirene<br />
Benzo(g,h,i)perilene<br />
14<br />
PM10 (ug/m 3 )<br />
estate autunno inverno<br />
Media postazioni termovalorizzatore<br />
San Felice<br />
S.Pietro Capofiume<br />
PM2.5 (ug/m 3 )<br />
estate autunno inverno<br />
<br />
<br />
Figura 4 - Speciazione degli IPA effettuata sulla massa di PM10.<br />
Figura 2<br />
Valore medio<br />
del PM10 nei tre<br />
periodi della<br />
campagna di<br />
monitoraggio.<br />
Figura 3<br />
Valore medio del<br />
PM2.5 nei tre<br />
periodi della<br />
campagna di<br />
monitoraggio.<br />
SanFelice<br />
SanPietroCapofiume<br />
Nella speciazione degli IPA si nota un comportamento particolare del Fluorantene<br />
a differenza della altre specie che risultano confrontabili in tutti i siti investigati. Il<br />
Fluorantene, infatti, presenta nei cinque siti intorno al termovalorizzatore e
nell’area rurale un valore simile, mentre nell’area urbana il rapporto calcolato di<br />
Fluorantene risulta più elevato. La speciazione degli IPA effettuata sui gas direttamente<br />
emessi risulta invece simile alla speciazione degli IPA riscontrata in area<br />
urbana sulla massa di PM10.<br />
2 - La caratterizzazione fisico-chimica del particolato atmosferico, progetto “PolveRe”<br />
(Arpa <strong>Emilia</strong> – Romagna, Università degli Studi di Bologna, 2005), svolto<br />
in collaborazione con il dipartimento di chimica “G. Ciamician” dell’Università di<br />
Bologna.<br />
Scopo del progetto è stata la caratterizzazione chimico – fisica del particolato atmosferico<br />
con diametro fra i 10 - 0.49 µm in area urbana. E’ stato utilizzato un<br />
impattore a cascata di tipo Andersen ad alto volume per il campionamento frazionato<br />
di PM10 nelle seguenti sei classi: 10 – 7.2 µm, 7.2 – 3 µm, 3 – 1.5 µm, 1.5 –<br />
0.95 µm, 0.95 – 0.49 µm, < 0.49 µm. Le misure sono state effettuate per 12 mesi<br />
consecutivi presso il dipartimento di Fisica dell’Università di Bologna. Per ciascuna<br />
frazione granulometrica si è determinata la massa, gli IPA (componente organica)<br />
e gli anioni e cationi (componenti inorganiche solubili).<br />
Nel progetto “PolveRe” risulta che un importante contributo nella determinazione<br />
della concentrazione in massa di PM10 proviene dalla frazione del particolato con<br />
diametro inferiore a 0.95 µm (Fig. 5).<br />
17%<br />
9%<br />
11%<br />
9%<br />
13%<br />
41%<br />
15<br />
< 0.49<br />
0.49÷0.95<br />
0.95÷1.5<br />
1.5÷3.0<br />
3.0÷7.2<br />
7.2÷10<br />
Figura 5<br />
Contributo<br />
percentuale<br />
medio di ogni<br />
frazione alla<br />
concentrazione<br />
in massa di<br />
PM10.<br />
Nel contributo percentuale medio di ogni frazione alla concentrazione di PM10 si è<br />
riscontrata una certa influenza meteorologica. Le frazioni di PM comprese tra 7.2 ÷<br />
10 m e tra 3.0 ÷ 7.2 m presentano valori maggiori in primavera ed in estate probabilmente<br />
sia a causa della maggiore turbolenza meccanica e convettiva ed altezza<br />
dello strato di rimescolamento (PBL), sia a causa del contributo del bioaerosol, ed<br />
in particolare di pollini e spore che possono essere presenti nella frazione grossola-
na del materiale particellare atmosferico. Per contro le frazioni 0.49 ÷ 0.95 m e<br />
0.95 ÷ 1.5 m risultano essere maggiori nel periodo invernale ed autunnale rispetto<br />
al periodo primaverile ed estivo, aument<strong>and</strong>o il contributo del materiale particellare<br />
“fine” alla massa di PM10 campionato nei mesi invernali.<br />
Anche dall’analisi della distribuzione percentuale degli IPA nelle frazioni di PM<br />
considerate risulta che il contributo maggiore risulta provenire dalle frazioni “submicroniche”<br />
(diametro inferiore a 0.95 m). Tale distribuzione risulta simile in<br />
tutte le stagioni, ma riguardo l’<strong>and</strong>amento stagionale si è riscontata una concentrazione<br />
(in valore assoluto) degli IPA maggiore in autunno ed inverno che in primavera<br />
ed estate. La diminuzione delle concentrazioni rilevate nei mesi primaverili ed<br />
estivi è legata in parte alle reazioni di fotolisi diretta, con specie radicaliche (OH,<br />
NO2, NO3) o altre molecole reattive presenti in atmosfera, che contribuiscono a<br />
diminuirne il tempo di permanenza, alla diversa ripartizione degli IPA tra la fase<br />
gas e il materiale particellare causata dalla elevata temperatura ambiente, ed in<br />
misura minore dalla maggiore altezza e turbolenza dello strato di rimescolamento.<br />
Riguardo la componente inorganica solubile del PM, il contributo maggiore proviene<br />
dai Solfati i Nitrati e l’Ammonio; il contributo significativo dei Nitrati è stato<br />
riscontrato in autunno ed inverno, mentre quello dei Solfati in primavera ed estate.<br />
3 – L’analisi della variazione spaziale della distribuzione dimensionale del numero<br />
delle particelle con diametro compreso fra 5.6 e 560 nm in un’area urbana, Giardini<br />
Margherita (GM), e in un’area rurale, San Pietro Capofiume (SPC), nei pressi di<br />
Bologna.<br />
La distribuzione del numero delle particelle è stata determinata us<strong>and</strong>o uno spettrometro<br />
Fast Mobility Particle Sizer (FMPS) Modello 3091 – TSI. Lo strumento<br />
fornisce la misura della concentrazione numerica delle particelle nell’intervallo 5.6<br />
– 560 nanometri in 32 canali. La tecnica di misura si basa sulla mobilità elettrica<br />
delle particelle con l’utilizzo di elettrometri multipli (classificatore elettrostatico).<br />
Le variazioni spaziali della distribuzione dimensionale del numero delle particelle<br />
“submicroniche” in un’area urbana (GM) e in area rurale (SPC) sono riportate rispettivamente<br />
nella figura 6 e nella figura 7.<br />
Entrambi i siti presentano una moda di nucleazione con diametro geometrico rispettivamente<br />
di 11 nm e 13 nm, una moda di Aitken con un diametro di 41 nm e 55<br />
nm e una moda di accumulazione con diametro di 105 nm e 98 nm. La concentrazione<br />
del numero di particelle rilevata a SPC (7926 #/cm 3 ) rappresenta l’88% delle<br />
particelle totali misurate ai GM (9037 #/cm 3 ), probabilmente a causa degli alti flussi<br />
di traffico in area urbana (Hussein et al., 2005). Il sito di SPC presenta una concentrazione<br />
di particelle molto più alta nella moda di accumulazione rispetto ai<br />
GM; le condizioni meteorologiche di SPC sono caratterizzate da temperature più<br />
basse e umidità relative più alte che probabilmente portano ad una crescita di particelle<br />
per condensazione e coagulazione.<br />
Durante le campagne sono stati osservati episodi di nucleazione (Curtius, 2006) in<br />
entrambi i siti dopo eventi di perturbazione atmosferica caratterizzati da forti rimescolamenti<br />
d’aria sia a scala locale che sinottica. Gli episodi di nucleazione ac-<br />
16
cadono nelle ore centrali della giornata qu<strong>and</strong>o la radiazione solare è più intensa; la<br />
fotochimica gioca un ruolo importante in questi processi.<br />
Discussione e conclusione<br />
17<br />
Figura 6<br />
Distribuzione<br />
dimensionale<br />
del numero<br />
totale di particelle<br />
a GM.<br />
Figura 7<br />
Distribuzione<br />
dimensionale del<br />
numero totale di<br />
particelle a SPC.<br />
Lo scopo del lavoro è stato di illustrare i risultati ottenuti dagli studi svolti da Arpa<br />
<strong>Emilia</strong> – Romagna riguardo la caratterizzazione chimico–fisica dell’aerosol atmosferico<br />
sia in area urbana che rurale. I principali risultati ottenuti si possono così<br />
sintetizzare:<br />
1 - L’area intorno al termovalorizzatore di Bologna risulta simile ad un’area rurale<br />
sia per le concentrazioni delle PTS che per la speciazione degli IPA sulla massa del<br />
PM10. Mentre per quanto riguarda la concentrazione di PM10, PM2.5 e la specia-
zione degli IPA sui gas direttamente emessi, l’area intorno all’inceneritore risulta<br />
simile ad un’area urbana.<br />
2 - Dalla caratterizzazione chimico - fisica del particolato atmosferico con diametro<br />
fra i 10 e i 0.49 µm in area urbana risulta che la frazione con diametro inferiore ad<br />
1 µm dà il contributo maggiore sia alla concentrazione del particolato che alla concentrazione<br />
degli IPA rilevati nel PM10.<br />
3 - Le distribuzioni dimensionali del numero delle particelle sono caratterizzate sia<br />
in area urbana che rurale dalle tre mode classiche: nucleazione, Aitken e accumulazione<br />
con valori più alti del numero di particelle in area urbana (GM) a causa dei<br />
flussi di traffico più elevati. Le condizioni meteorologiche a SPC sono caratterizzate<br />
da temperature più basse e umidità relative più alte che probabilmente causano<br />
una crescita delle particelle per condensazione e coagulazione. Gli eventi di nucleazione,<br />
accaduti in entrambi i siti, sono stati favoriti da ore diurne caratterizzate<br />
da elevata radiazione solare, precedute da fronti perturbati che, favorendo il rimescolamento<br />
delle masse d’aria, hanno prodotto situazioni di aria “più pulita”.<br />
Bibliografia<br />
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structure <strong>and</strong> spatial-temporal variations of urban <strong>and</strong> suburban aerosols in Helsinki-<br />
Finl<strong>and</strong>. Atmospheric Environment 39:1655-1668.<br />
18
AIR QUALITY MONITORING WITH THE LICHEN BIODIV<strong>ER</strong>SITY<br />
INDEX (LBI) IN THE DISTRICT OF FAENZA (ITALY)<br />
MONITORING DE LA QUALITÉ DE L’AIR AU MOYEN DE L'INDICE<br />
DE BIODIV<strong>ER</strong>SITÉ LICHÉNIQUE (IBL) SUR LE T<strong>ER</strong>RITOIRE<br />
DE LA COMMUNE DE FAENZA (ITALIE)<br />
MONITORAGGIO DELLA QUALITÀ DELL’ARIA<br />
MEDIANTE L'INDICE DI BIODIOV<strong>ER</strong>SITÀ LICHENICA (IBL)<br />
NEL T<strong>ER</strong>RITORIO DEL COMUNE DI FAENZA (ITALIA)<br />
Manuela Cioffi<br />
GeoL@b o.n.l.u.s.<br />
E-mail: manuelastefania8@hotmail.com<br />
Summary<br />
The Lichen Biodiversity Index (LBI) is a method for monitoring <strong>air</strong> pollution. This<br />
method employs lichens living on lime trees because they are sensitive to NOx <strong>and</strong><br />
SOx, <strong>and</strong> it considers the variations in their communities. This study was performed<br />
in 16 stations located in the suburbs of Faenza city town <strong>and</strong> the result<br />
shows a more than acceptable <strong>air</strong> <strong>quality</strong> although in some stations the <strong>air</strong> was affected<br />
by the polluting effects of the vehicle traffic.<br />
Keywords: Bioindicator; lichens; <strong>air</strong> pollution; biodiversity.<br />
Résumé<br />
L’indice de Biodiversité des Lichens (IBL) est une méthode de monitoring de la<br />
pollution atmosphérique. Cette méthode se base sur l’étude de lichens épiphytes<br />
qui colonisent les tilleuls et qui sont sensibles à NOx et SOx, Elle consiste à observer<br />
les variations de leurs communautés. Cette étude, réalisée sur 16 stations des<br />
alentours de FAENZA, a révélé une <strong>qualité</strong> de l’<strong>air</strong> plus qu’acceptable bien que<br />
certaines stations subissent la pollution liée au trafic routier.<br />
Mots-clés: Bioindicateur; lichens; pollution atmosphérique; biodiversité.<br />
Riassunto<br />
L’indice di Biodiversità Lichenica (IBL) è un metodo di monitoraggio<br />
dell’inquinamento atmosferico. Questo metodo utilizza i licheni epifiti che colonizzano<br />
alberi di tiglio, poiché sono organismi sensibili a NOx e SOx, e osserva le<br />
variazioni delle comunità. Questo studio si è svolto in 16 stazioni della periferia di<br />
Faenza e ha dato come risultato una qualità dell’aria più che accettabile nonostante<br />
che qualche stazione risenta degli effetti inquinanti del traffico veicolare.<br />
Parole chiave: Bioindicatori; licheni; inquinamento dell’aria; biodiversità.<br />
19
Discussion<br />
The Lichen Biodiversity Index (LBI) method to monitor the <strong>air</strong> <strong>quality</strong> has been<br />
applied in an investigation about the town of Faenza (Fig. 1). This method has been<br />
published in May 2001 by ANPA, with the title “IBL – Indice di Biodiversità<br />
Lichenica”, freely downloadable from the web <strong>and</strong> adapted to educational <strong>and</strong><br />
popular purposes; it is based on sensitivity of lichens respect to some products<br />
from combustion of fossil fuels, like NOx <strong>and</strong> Sox; in adverse conditions, it can be<br />
observed a variation inside the community (Table 1).<br />
Figure 1 – Map of Faenza town <strong>and</strong> surroundings. In shaded grey squares, numbers of<br />
station are indicated. Map not to scale.<br />
20
Table 1 – Lichens species found. Numbers of station refer to Table 2.<br />
STATIONS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16<br />
LICHENS SPECIES<br />
Am<strong>and</strong>inea punctata <br />
Artonia radiata <br />
C<strong>and</strong>elaria concolor <br />
C<strong>and</strong>elariella<br />
<br />
reflexa/ xantostigma<br />
Evernia prunastri <br />
Hyperphyscia adglutinata <br />
Lecanora carpinea <br />
Lecanora chlarotera <br />
Lecanora hagenii <br />
Lecidella elaeochroma <br />
Parmelia caperata <br />
Parmelia subaurifera <br />
Parmelia subrudecta <br />
Parmelia solcata <br />
Parmelia liliacea <br />
Phaeophyscia orbicularis <br />
Physcia adscendens <br />
Physcia biziana <br />
Physcia tenella <br />
Physconia distorta <br />
Physconia grisea <br />
Xanthoria fallax<br />
Xanthoria parietina <br />
This is the first of this type of interventions in this area; this work could be the first<br />
of a series of periodical monitorings, like, for instance, every five years. We tried<br />
to choose stations (Table 2) having:<br />
well distribution in the whole territory, excepted downtown because it will be<br />
considered in the next studies;<br />
three lime trees (Tilia sp.pl.) where possible, or at least two.<br />
The first seven stations (1-7) are located in the plan to the north of Via <strong>Emilia</strong> (Fig.<br />
1); other nine (8-16) are located on the hill belt to the south of Via <strong>Emilia</strong>. In some<br />
cases the tree choice was very restricted because the trees were not much homogeneous<br />
<strong>and</strong> often in bad conditions: big inner hollows, wounds by bill-posting, steep<br />
slope. Moreover, almost all monitored trees showed dry or yellow leaves edges<br />
because of the draught, probably a usual condition in summer after a long dry period.<br />
As this method suggests, we had to exclude trees st<strong>and</strong>ing where cars stop<br />
with the engine on (traffic-lights, crowded car-parks) unless the work aims at<br />
monitoring local limited situations. Here we chose to use 16 stations in a comparatively<br />
small territory, therefore also local situations are considered in IBL mean<br />
21
values, even if quite different from those of other trees. In Fig. 2 are shown the<br />
monitoring results. IBL values refer to Table 3 about the <strong>air</strong> <strong>quality</strong>.<br />
As shown in the graph (Fig. 2), the <strong>air</strong> <strong>quality</strong> in Faenza area is more than acceptable,<br />
but some stations (though far from the town) show IBL values similar to the<br />
ones from the town (yellow columnes).<br />
Table 2 – Stations, monitoring days, grid references, number of trees observed in each<br />
station <strong>and</strong> Biodiversity Index risulted.<br />
Reference<br />
number<br />
Station Time UTM grid reference<br />
(Latitude, Longitude)<br />
22<br />
Number<br />
of trees<br />
1 Granarolo 08/10/2006 4916289 N, 733985 E 3 47<br />
2 Pieve Cesato 08/10/2006 4913732N, 735851 E 3 53<br />
3 Albereto 08/15/2006 4912205 N, 738515 E 3 40<br />
4 Cassanigo 08/08/2006 4914595 N, 730612 E 3 37<br />
5 Sant'Andrea 08/10/2006 4913621 N, 732368 E 2 49<br />
6 San Pier Laguna 08/08/2006 4912131 N, 729133 E 3 19<br />
7 Pieve di Corleto 09/15/2006 4906225 N, 736776 E 2 46<br />
8 Celle 09/28/2006 4908356 N, 726270 E 3 28<br />
9 San Biagio 09/15/2006 4904100 N, 734640 E 3 36<br />
10 Pergola ( in the vicinity) 09/15/2006 4906588 N, 724720 E 3 34<br />
11 Villa Ragazzina 09/28/2006 4906787 N, 725994 E 3 53<br />
12 Villa Rotonda 09/29/2006 4906590 N, 727326 E 3 24<br />
13 Pieve di Sarna 09/29/2006 4902647 N, 726212 E 3 40<br />
14 Santa Lucia 09/29/2006 4903016 N, 731572 E 3 35<br />
15 Via Salita di Oriolo 09/29/2006 4901978 N, 732808 E 2 45<br />
16 San Mamante 10/01/2006 4901053 N, 733320 E 3 38<br />
Table 3 – Legend about Biodiversity Index <strong>and</strong> Reference Classes of <strong>air</strong> <strong>quality</strong>.<br />
Colors IBL Reference classes<br />
0 Very high alteration (lichen desert)<br />
1 - 10 High alteration<br />
11 - 20 Middle alteration<br />
21 - 30 Low alteration/low naturality<br />
31 - 40 Middle naturality<br />
41 - 50 High naturality<br />
> 50 Very high naturality<br />
The stations having the worst <strong>air</strong> <strong>quality</strong> are in S. Pier Laguna <strong>and</strong> Celle. About S.<br />
Pier Laguna station, the low value obtained probably is due to the presence of the<br />
A14 motorway lying close to it; such a bad influence is not detected in Pieve di<br />
Corleto station, although it lies between the motorway <strong>and</strong> Via <strong>Emilia</strong> as well. The<br />
reason for this difference is likely due to the presence of fields cultivated with intensive<br />
method (lichens are very sensitive to fungicides that kill pathogenic fungi)<br />
or to a vegetation between this station <strong>and</strong> the motorway too poor for absorbing<br />
IBL
pollution coming from the road. To underst<strong>and</strong> this situation we should study better<br />
the geographic distribution of plants, the use of <strong>soil</strong> <strong>and</strong> prevailing winds. The<br />
same applies to Celle station, as far from Via <strong>Emilia</strong> as S. Biagio station but being<br />
one IBL <strong>quality</strong> class under. Clear enough is the situation of Villa Rotonda station,<br />
having low naturality IBL values probably because it is very close to Via Firenze<br />
<strong>and</strong> the parking area of its crowded restaurant.<br />
Figure 2 – Graph about Biodiversity Index <strong>and</strong> frequency for every station. As numbers refer<br />
to Table 2 as shades of grey to Table 3.<br />
So the <strong>quality</strong> of the <strong>air</strong> is affected by the polluting effects of the vehicle traffic<br />
coming from the nearby roads <strong>and</strong> the parking area of the restaurant, where the<br />
station is located. Again the vehicle traffic is responsible for the poor <strong>quality</strong> of the<br />
<strong>air</strong>, although in this area is not as bad as in other similar enviromental conditions.<br />
References<br />
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23
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Reg. Scienze Nat. Torino. 1993.<br />
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all’Agenda 21 locale. <strong>Regione</strong> Lombardia, CREA Lombardia, Università degli Studi di<br />
Pavia. Mantova.<br />
24
Sessione/Session II.<br />
Water <strong>quality</strong><br />
Qualité de l’eau<br />
Qualità dell'acqua<br />
25
26
EFFECTS OF THE CONSTRUCTION OF IRRIGATION RES<strong>ER</strong>VOIRS ON<br />
THE DISTRIBUTION OF POLLUTANTS IN ESTUARINE<br />
ZONES OF SMALL MEDIT<strong>ER</strong>RANEAN RIV<strong>ER</strong>S.<br />
THE CASE OF SP<strong>ER</strong>CHIOS RIV<strong>ER</strong>, GREECE<br />
EFFETS DE LA CONSTRUCTION DE RÉS<strong>ER</strong>VOIRS D’ IRRIGATION<br />
SUR LA DISTRIBUTION DES POLLUANTS DANS LES ZONES<br />
ESTUARIENNES DE PETITES RIVIÈRES MÉDIT<strong>ER</strong>RANÉENNES.<br />
LE CAS DE LA RIVIÈRE SP<strong>ER</strong>CHIOS, GRÈCE<br />
GLI EFFETTI DELLA COSTRUZIONE DI INVASI IRRIGUI<br />
SULLA DISTRIBUZIONE DI INQUINANTI IN ZONE DI ESTUARIO<br />
DI PICCOLI CORSI D'ACQUA DEL MEDIT<strong>ER</strong>RANEO.<br />
IL CASO DEL FIUME SP<strong>ER</strong>CHIOS, GRECIA.<br />
Manos Dassenakis, Eleni Rouselaki, Thanos Kastritis<br />
University of Athens, Faculty of Chemistry,<br />
Laboratory of Environmental Chemistry<br />
* Corresponding author: e-mail:edasenak@chem.uoa.gr Tel: 00302107274269<br />
Summary<br />
Sperchios is a small river in central Greece <strong>and</strong> although its estuary has been characterised<br />
as an Important Bird Area <strong>and</strong> is included in the European network<br />
“NATURA 2000”, it is very poorly managed from an environmental point of view.<br />
The Sperchios basin is one of the most important agricultural regions in Greece but<br />
it is influenced also by industrial <strong>and</strong> urban pollution. An earthen dyke is erected b<br />
every summer about 2km upstream from the river mouth in order to collect the<br />
river <strong>water</strong> for irrigation purposes. The change in the site of the intermixing zone<br />
due to this fact affects the salinity of the <strong>water</strong> <strong>and</strong> the amount of suspended matter<br />
as well as the chemical behaviour <strong>and</strong> partitioning of both heavy metals <strong>and</strong> nutrients.<br />
The suspended matter was found to be the major carrier for most metals e.g.<br />
lead, zinc, copper whereas phosphorus was the limiting factor for the phytoplankton<br />
growth.<br />
Keywords: Sperchios river; <strong>water</strong> pollution; heavy metals; salinity; phytoplankton.<br />
Résumé<br />
Le Sperchios est une petite rivière en Grèce centrale dont l’estu<strong>air</strong>e a été reconnu<br />
comme un territoire important pour les oiseaux et inclus dans le réseau européen<br />
“NATURA 2000”. Néanmoins, d’un point de vue environnemental la rivière est<br />
mal administrée. Le bassin versant du Sperchios est une des régions agricoles des<br />
plus importantes en Grèce, mais il est aussi influencé par la pollution industrielle et<br />
urbaine. Une digue de terre est édifiée chaque été à approximativement 2 km en<br />
amont de l'embouchure de la rivière afin de collecter l’eau de la rivière pour l'<br />
27
irrigation. Le déplacement de la zone de mélange à cause de cet événement modifie<br />
la salinité de l’eau, la quantité de matière en suspension, le comportement chimique<br />
et la concentration en métaux lourds et en composants nutritifs.<br />
La phase en suspension a été trouvée être le transporteur principal pour la plupart<br />
des métaux, comme le plomb, le zinc, le cuivre, mais le phosphore était le facteur<br />
limitant du development du développment de phytoplancton.<br />
Mots-clés: Rivière Sperchios; métaux lourds; pollution de l'eau; salinité;<br />
phytoplancton.<br />
Riassunto<br />
Sperchios è un piccolo corso d'acqua della Grecia centrale il cui estuario presenta<br />
un territorio d'importanza comunitaria per gli uccelli incluso nella rete europea<br />
"NATURA 2000". Al contrario, da un punto di vista ambientale il corso d'acqua è<br />
male amministrato. Il bacino di raccolta dello Sperchio ricade in una delle regioni<br />
agricole più importanti della Grecia, ma è anche interessato da inquinamento di<br />
origine industriele e urbana. A circa 2 km dal suo sbocco in mare il corso è stato<br />
sbarrato con una diga in terra per la creazione di un invaso per scopi irrigui. A<br />
causa di tale intervento è cambiata la regimazione delle acque che risente della<br />
salinità, della quantità del materiale in sospensione, della concentrazione di metalli<br />
pesanti e di sostanze nutritienti. La fase in sospensione costituisce il principale<br />
apporto di metalli, ed in particolare di piombo, zinco e rame, ma il fosforo<br />
rappresenta il fattore limitante per lo sviluppo del fitoplancton.<br />
Parole chiave: Fiume Sperchios; inquinamento dell'acqua; metalli pesanti; salinità,<br />
fitoplancton.<br />
Introduction<br />
Estuarine zones are usually sites of major agricultural, urban <strong>and</strong> industrial<br />
activities that influence their environmental <strong>quality</strong>. The study of processes related<br />
to chemical behaviour, transport <strong>and</strong> accumulation of pollutants in estuarine<br />
environments is particularly important in order of providing a more appropriate<br />
scientific framework for the sustainable management of such critical areas. In most<br />
Mediterranean countries there is not systematic monitoring of the <strong>water</strong> <strong>quality</strong><br />
although a lot of pollution problems have been observed. There is not also adequate<br />
management of <strong>water</strong> resources under scientific guidance. A common practice in<br />
the Mediterranean countries is the creation of small bunds along the rivers for<br />
irrigation purposes during summer when there is generally lack of <strong>water</strong> . These<br />
small dams have usually significant effects in the river <strong>and</strong> estuarine ecosystems as<br />
the marine <strong>water</strong> enter into the river mouth changing the physicochemical<br />
characteristics of the area. Changes in these parameters can be significant in small<br />
rivers that are systems in danger of environmental deterioration or ecological<br />
degradation, without the appropriate management towards sustainability.<br />
<br />
28
(Dassenakis et al., 1997, Waldman <strong>and</strong> Shevah, 1993; GESAMP/UNESCO, 1994).<br />
(GESAMP/UNESCO 1987, Greek Oceanographers Association 1994).<br />
Sperchios is a small river in Central Greece. Its catchment area is 1,640Km 2 , its<br />
length is about 80Km <strong>and</strong> the width up to 20m. The river flow ranges during the<br />
year mainly between 5 <strong>and</strong> 50 m 3 /sec but in some cases it has caused dangerous<br />
floods (Kallidromitou, 1995)<br />
The Sperchios estuary area has been characterised as an Important Bird Area (IBA)<br />
<strong>and</strong> also has been proposed as a Special Protected Area (SPA). It is also included in<br />
the European network “NATURA 2000” according to 92/43 E.U.directive (Pergantis<br />
1995)<br />
The Sperchios basin is one of the most important agricultural regions in Greece.<br />
The agricultural l<strong>and</strong> is about 400km 2 which supports a highly competitive<br />
agricultural sector with dynamic growth. The irrigated area is about 200km 2 . The<br />
main cultures are cotton cereals, olives, <strong>and</strong> pistachio trees, since large areas near<br />
the delta are planted with rice, irrigated with <strong>water</strong> brought by canals from the<br />
river. Agricultural activities enrich the <strong>water</strong> of Sperchios river with nitrogen,<br />
phosphorous <strong>and</strong> pesticides. About 23,000tn of fertilizers <strong>and</strong> 300tn of pesticides,<br />
insecticides, herbicides etc are used annually in the area. The results of this<br />
enrichment are increased phytoplankton populations, green blurred <strong>water</strong>s <strong>and</strong> the<br />
observation of some pollution episodes that led to massive deaths of fishes. In the<br />
area there is also industrial pollution by olive oil refineries, wheat mills, abattoirs,<br />
dying works etc. The illegal disposal of liquid wastes <strong>and</strong> sludge into the river is<br />
quite common. A bund is created every summer about 2km up the river mouth in<br />
order to collect the river <strong>water</strong> for irrigation purposes (Dassenakis et al 2000).<br />
<br />
29 <br />
Figure 1<br />
The studied area<br />
Materials <strong>and</strong> methods<br />
For the purposes of the study, two samplings took place during July <strong>and</strong> December<br />
2005, along the intermixing zone of the estuary. The sampling stations were
ecorded by the use of a GPS <strong>and</strong> the portable YSI 63 <strong>and</strong> YSI 550A equipments<br />
were used for temperature, salinity, conductivity <strong>and</strong> dissolved oxygen<br />
measurements, During summer the samples were collected from the riverbed of<br />
Sperchios whereas in December, the intermixing zone, was outside of the river<br />
mouth, due to increased winter flow of the river. The samples were collected by a<br />
hydro-bios sampling bottle <strong>and</strong> were filtered in succession through pre-weighed<br />
Millipore 8 m <strong>and</strong> 0,45 µm membrane filters. The filters were treated with<br />
concentrated HNO3 in Teflon beakers. Dissolved metals were determined after<br />
preconcentration with Chelex-100 resin columns (Scoullos <strong>and</strong> Dassenakis, 1984,<br />
Rapti 2000). Metal concentrations were determined by flame or flameless atomic<br />
absorption spectrometry. Ammonia, nitrites, nitrates <strong>and</strong> phosphates were<br />
measured spectrophotometrically (Grasshoff et al 1999, APHA 1985). The <strong>quality</strong><br />
of the measurements was reassured by repeatability <strong>and</strong> st<strong>and</strong>ard addition tests.<br />
Results <strong>and</strong> discussion<br />
The main hydrological characteristics of the river were rather typical for small<br />
Mediterranean rivers. The concentrations of dissolved O2 were very close to the<br />
saturation values <strong>and</strong> the pH was 7.2-7.8 in fresh<strong>water</strong> <strong>and</strong> about 8.1 in sea<strong>water</strong>.<br />
The salinities of the samples are presented at Table 1.<br />
<br />
Sample Salinity (psu) Table 1<br />
J1 (July) 15,1<br />
J2 21,3<br />
J3 29,4<br />
J4 31,7<br />
J5 35,5<br />
D1 (December) 0,8<br />
D2 6,8<br />
D3 28,3<br />
D4 33,3<br />
D5 35,5<br />
30 <br />
Salinity of the<br />
collected samples<br />
Two fractions of the Suspended Matter (SPM) were determined: the material with<br />
diameter between 0.45 m <strong>and</strong> 8 m <strong>and</strong> those with diameter larger than 8 m.<br />
During both sampling periods, particles with diameter > 8 m were most abundant,<br />
(percentage 70%). The concentrations of SPM were higher in December due to<br />
increased river flow but the most of the particles precipitated near the river mouth<br />
<strong>and</strong> only a small part came down to the Maliakos gulf. (Meybeck M.1982, Van<br />
Bennekom A.J. <strong>and</strong> W.Salomons 1981).<br />
Nutrient behaviour. The chemical behaviour of nutrients was in general non<br />
conservative as it is clear fro figures 2-5.
Salinity (psu)<br />
31 <br />
Figure 2<br />
Non conservative<br />
behaviour of Dissolved<br />
Organic Nitrogen during<br />
winter.<br />
[C : theoretical dilution<br />
line]<br />
Figure 3<br />
Non conservative<br />
behaviour of phosphates<br />
(in nmol/l) during winter.<br />
[C : theoretical dilution<br />
line]<br />
Figure 4<br />
Non conservative<br />
behaviour of Dissolved<br />
Organic Nitrogen during<br />
summer.<br />
[C : theoretical dilution<br />
line]<br />
Figure 5<br />
Non conservative<br />
behaviour of phosphates<br />
(in nmol/l) during<br />
summer.<br />
[C : theoretical dilution<br />
line]
There were observed seasonal variations in the behaviour of nutrients as well as<br />
different trends between nitrogen <strong>and</strong> phosphorus.<br />
The dissolved organic nitrogen was removed from the estuarine system during winter,<br />
probably due to adsorption to sediments or consumption from the aquatic flora,<br />
whereas it is added to the estuarine <strong>water</strong> during summer probably due to the increased<br />
decomposition of organic matter. (fig. 2, 3, 4).<br />
On the contrary the significantly lower concentrations of phosphates, have the opposite<br />
behaviour probably because there is addition during winter from agricultural<br />
activities (fertilizers), whereas during summer the very low phosphates concentrations<br />
are consumed by the aquatic flora. (fig. 3,5)<br />
Metals behaviour during summer. The chemical behaviour of metals was affected<br />
by variations of salinity, pH <strong>and</strong> SPM. (McKee et al 2004). In general cadmium<br />
was transferred from the river in dissolved form, while zinc, copper, lead <strong>and</strong> manganese<br />
in particulate forms. The concentrations of zinc in the dissolved phase increased<br />
seawards whereas the concentrations of particulate metal were reduced<br />
from the estuary to the sea (Figure 6). Cadmium followed the same trend.<br />
<br />
32 <br />
Figure 6<br />
Zinc concentrations<br />
during July.<br />
(D: dissolved,<br />
P: particulate)<br />
The concentrations of both dissolved <strong>and</strong> particulate copper increased from the estuary<br />
to the sea (Figure 7). Lead followed the same trend as copper, implying that<br />
metal load was transferred from sediments to <strong>water</strong> column because of the bund<br />
construction.<br />
Figure 7<br />
Copper concentrations<br />
during July,<br />
(D: dissolved,<br />
P: particulate)
Both dissolved <strong>and</strong> suspended manganese concentrations were reduced as salinity<br />
raised (Figure 5). The same trend was observed in Mn content of particles (mg/g),<br />
suggesting transfer of manganese from the <strong>water</strong> column to the sediments.<br />
.<br />
<br />
33 <br />
Figure 8<br />
Manganese<br />
concentrations<br />
during July.<br />
(D: dissolved,<br />
P: particulate)<br />
Figure 9<br />
Copper concentrations<br />
during December.
The concentrations of copper in the dissolved phase were reduced as salinity<br />
increased, implying metal transfer from the <strong>water</strong> column to particles, which in<br />
combination with the reduction of particulate matter from the estuary to the sea,<br />
led to reduction in copper concentrations.<br />
Furthermore, the metal load of particles with diameter > 8 m was almost stable<br />
while in particles with diameter 0.45
Phosphorus is the limiting factor for the phytoplankton growth <strong>and</strong> its release<br />
from sediments that occur during winter is probably to favour eutrophication phenomena.<br />
The dissolved phase was the major carrier for some metals e.g. cadmium, while<br />
the suspended phase was for the most metals e.g. lead, zinc, copper.<br />
The change of the site of the intermixing zone, due to human activities, affects<br />
the chemical behaviour of both metals <strong>and</strong> nutrients as well as the salinity of the<br />
<strong>water</strong> <strong>and</strong> the amount of suspended matter <strong>and</strong> have important role in metals partitioning<br />
The study indicates the importance of scientifically guided environmental ma-<br />
nagement in order to achieve sustainable development.<br />
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Pollution Control Federation (1985) St<strong>and</strong>ard Methods for the examination of <strong>water</strong> <strong>and</strong><br />
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<br />
35
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<br />
36
APPLICATION OF O-H-B-Sr ISOTOPE SYSTEMATICS<br />
TO THE EXPLORATION OF SALINIZATION AND FLUSHING IN<br />
COASTAL AQUIF<strong>ER</strong>S : PRELIMINARY DATA FROM THE PIALASSA<br />
BAIONA ECOSYSTEM (ADRIATIC SEA)<br />
APPLICATION DES SYSTÉMATIQUES ISOTOPIQUES O-H-B-SR À<br />
L'ÉTUDE DES PROCESSUS DE SALINISATION D'AQUIFÈRES<br />
CÔTI<strong>ER</strong>S: LA PIALASSA DE LA BAIONA (M<strong>ER</strong> ADRIATIQUE)<br />
APPLICAZIONE DELLE SISTEMATICHE ISOTOPICHE DI O-H-B-Sr<br />
ALLO STUDIO DEI PROCESSI DI SALINIZZAZIONE DI ACQUIF<strong>ER</strong>I<br />
COSTI<strong>ER</strong>I: LA PIALASSA DELLA BAIONA (MAR ADRIATICO)<br />
<br />
Riccardo Petrini (1)* , Maddalena Pennisi (2) , Aless<strong>and</strong>ra Adorni Braccesi (2,1) ,<br />
Barbara Stenni (3) , Onelio Flora (3) , Umberto Aviani (1)<br />
(1) Dipartimento di Scienze della Terra, Università di Trieste<br />
(2) Istituto di Geoscienze e Georisorse, CNR – Pisa<br />
(3) Dipartimento di Scienze Geologiche, Ambientali e Marine, Università di Trieste<br />
* Corresponding author: e-mail: rpetrini@units.it<br />
Summary<br />
O, H, B <strong>and</strong> Sr isotopes were identified from surface-<strong>water</strong>s, ground-<strong>water</strong>s <strong>and</strong><br />
<strong>water</strong>s percolating in <strong>soil</strong>s at the Pialassa Baiona lagoon <strong>and</strong> nearby inl<strong>and</strong> areas.<br />
The preliminary data demonstrate the occurrence of both conservative mixtures<br />
between sea<strong>water</strong> <strong>and</strong> fresh<strong>water</strong>s <strong>and</strong> cation exchange at the salt/fresh <strong>water</strong><br />
interface during the intrusion. The O <strong>and</strong> H isotopes indicate that the fresh<strong>water</strong><br />
component in the binary mixing had the isotopic features of the rain<strong>water</strong> from<br />
Apennine catchments. Coupled O-H-B isotopes also show that the major<br />
contribution of the moving sea<strong>water</strong> was confined to the deeper aquifers <strong>and</strong> some<br />
of the <strong>soil</strong> <strong>water</strong>s. The Sr isotopes highlight the role of cation exchanges when<br />
sea<strong>water</strong> flushes fresh<strong>water</strong> aquifers, <strong>and</strong> allow the recognition of the different<br />
components of the solute. Deviations from these processes as revealed by B<br />
isotopes are interpreted as the evidence of possible anthropogenic inputs.<br />
Key-words: Stable-isotope geochemistry; salt<strong>water</strong> intrusion; coastal<br />
aquifers;Pialassa Baiona.<br />
Résumé<br />
Les isotopes de l'O, H, B et Sr ont été analysés dans les eaux de surface, les eaux<br />
souterraines et les eaux de percolation dans les sols dans la lagune de Pialassa<br />
Baiona et dans les zones côtières voisines. Ces données prélimin<strong>air</strong>es montrent<br />
l'existence de mélanges entre eau de mer et eaux douces et, simultanément,<br />
37
d'échanges cationiques à l'interface eaux douces-eaux salines lors de l'intrusion<br />
marine. Les isotopes stables de l'eau (O, H) indiquent que la composante douce<br />
dans le mélange bin<strong>air</strong>e porte la signature isotopique des eaux de pluie des bassins<br />
versants de l'Apennin. Le couplage O-H-B montre que l'intrusion de l'eau marine<br />
est limitée aux aquifères profonds et à quelques-unes des eaux du sol. Les isotopes<br />
du Sr mettent en évidence le rôle des échanges cationiques et permettent de<br />
discriminer les différentes composantes de la solution. Des déviations de ce<br />
schéma, indiquées par les isotopes du B sont interprétées comme indicatrices de<br />
l'activité humaine.<br />
Mots-clés: Géochimie des isotopes stables; intrusion saline; aquifères côtiers;<br />
Pialassa Baiona.<br />
Riassunto<br />
Sono stati ottenuti dati isotopici di O,H,B e Sr su campioni di acque superficiali, di<br />
falda e di percolazione in suoli nell’area lagunare della Pialassa Baiona e zone<br />
limitrofe costiere del mare Adriatico settentrionale. I dati sono interpretabili in<br />
termini di processi di mescolamento tra acqua di mare e gli acquiferi costieri, con<br />
l’aggiunta di fenomeni di scambio ionico associati alla intrusione. In particolare gli<br />
isotopi di O-H suggeriscono che la salinazione interesserebbe acque dolci di<br />
provenienza appenninica. Gli stessi isotopi, in aggiunta ai dati isotopici di B,<br />
indicano che i maggiori effetti della intrusione interessano le acque dei piezometri<br />
più profondi ed alcune delle acque dei suoli. Gli isotopi dello Sr identificano gli<br />
apporti al soluto da diverse sorgenti e tracciano i fenomeni di scambio che<br />
sembrano più efficaci nella porzione settentrionale dell’area. Deviazioni dai<br />
processi di mescolamento-scambio ionico sono interpretate come evidenza di<br />
apporti antropici.<br />
Parole chiave: Geochimica degli isotopi stabili; intrusione salina; acquiferi<br />
costieri; Pialassa Baiona.<br />
Introduction<br />
Coastal aquifers are complex hydrogeological systems characterized by a high<br />
lateral <strong>and</strong> temporal variability in terms of a number of physico-chemical<br />
properties (Abbiati, 2003; Michael et al., 2005). In these ecosystems elements<br />
undergo transfer through simple mixing between fresh<strong>water</strong> <strong>and</strong> sea<strong>water</strong> <strong>and</strong><br />
consequent formation of brackish <strong>water</strong>s, <strong>and</strong> removal/enrichment processes by<br />
ion-exchange processes, absorption between <strong>soil</strong> <strong>and</strong> solution, sorption on <strong>soil</strong><br />
organic matter <strong>and</strong> the formation of secondary minerals (e.g. Lambrakis, 2006).<br />
The underst<strong>and</strong>ing of cation sources <strong>and</strong> fluxes is hence of primary interest in the<br />
study of the environmental changes related to coastal aquifers.<br />
In this context, isotopes offer a valuable contribution which couples with the major<br />
<strong>and</strong> trace element chemistry. In particular, oxygen <strong>and</strong> hydrogen give indication on<br />
the recharge areas <strong>and</strong> trace the mixing of <strong>water</strong> bodies with different salinity,<br />
<br />
38
while strontium <strong>and</strong> boron add information on the <strong>water</strong>-rock (or <strong>soil</strong>) interaction,<br />
as well as on the contribution of anthropogenic sources.<br />
The Pialassa Baiona is an artificial lagoon system created by the <strong>water</strong> courses<br />
regularization from the 18th century. The lagoon maintenance is possible only with<br />
continuous interventions of control of the input channels.<br />
In the Pialassa Baiona - San Vitale Pinewood system s<strong>and</strong>y facies are dominant<br />
(Marchesini et al., 2000) <strong>and</strong> create several permeable horizons separated by<br />
s<strong>and</strong>y-silt or clay levels <strong>and</strong> with high lateral <strong>and</strong> vertical variability. This fact<br />
causes aquifers differentiation.<br />
Subsurface sediments contain a wide variety of Holocene deposits, with fluvial,<br />
deltaic, coastal <strong>and</strong> shallow-marine facies (Amorosi et al., 1999).<br />
The subsidence natural rate of the study area is about 2.5 mm/year (Gabbianelli et<br />
al., 2003), <strong>and</strong> reached the peak of 110 mm/year after World War II due to the<br />
ground<strong>water</strong> pumping <strong>and</strong> gas production (Teatini et al., 2005). The consequence is<br />
the marine ingression <strong>and</strong> the salinization of deep <strong>and</strong> surface aquifers <strong>and</strong> the<br />
death of the San Vitale Pinewood.<br />
The <strong>water</strong> circulation is complex <strong>and</strong> depends on permeability of the different<br />
deposits facies <strong>and</strong> the hydraulic gradient of the <strong>water</strong> table. Tides cause the<br />
sea<strong>water</strong> inflow through channels <strong>and</strong> the replacement of the brackish <strong>water</strong>s.<br />
Materials <strong>and</strong> methods<br />
Surface <strong>water</strong>s, precipitations, superficial <strong>and</strong> deep stratum <strong>water</strong>s have been<br />
sampled.<br />
Surface stratum <strong>water</strong>s (less than a meter deep) were sampled through <strong>soil</strong> profiles<br />
dug with h<strong>and</strong> drills. Deep stratum <strong>water</strong>s were sampled using the piezometers<br />
which are placed in the San Vitale Pinewood. Rain<strong>water</strong> was sampled through two<br />
pluviometers, one placed in the ITAS Department near the study area <strong>and</strong> the other<br />
placed on the Apennine supply basin. Samples for B <strong>and</strong> Sr isotopic analyses were<br />
filtrated in the field at 0.2 <strong>and</strong> 0.45 microns <strong>and</strong> stored in poliethylene bottles.<br />
Samples for O-H analyses were preserved without any treatment in poliethylene<br />
bottles completely filled to avoid any possible isotopic exchange with the<br />
atmospheric oxygen.<br />
The boron isotopic composition was determined, after an ion exchange procedure,<br />
by positive-thermal ionization mass spectrometry. The boron isotopic composition<br />
is expresses as 11 B, i.e. the permil deviation from the certified composition of the<br />
NIST-SRM 951 st<strong>and</strong>ard.<br />
The oxygen isotopic composition was measured by means of a <strong>water</strong>-CO2<br />
equilibration technique at 25°C using a VG Optima mass spectrometer.<br />
The H isotopic analyses were made by <strong>water</strong>-H2 equilibration technique at 18°C<br />
using a platinum catalizer on a Thermo Finnigan Delta Plus mass spectrometer<br />
with an automatic line HDO Device. Sr isotopes were measured by using a VG<br />
Micromass 54E mass spectrometer <strong>and</strong> st<strong>and</strong>ard procedures.<br />
<br />
39
Results<br />
The oxygen <strong>and</strong> hydrogen isotope ratio on rain<strong>water</strong> (reported as 18 O- D values,<br />
which represent the ‰ deviations with respect to the st<strong>and</strong>ard mean oceanic <strong>water</strong><br />
SMOW allowed a first construction of a local meteoric <strong>water</strong> line, given by D =<br />
7.47* 18 O+9.70. Superficial-<strong>water</strong>, ground-<strong>water</strong> <strong>and</strong> <strong>water</strong>s in <strong>soil</strong>s have 18 O <strong>and</strong><br />
D values in the range -8.53‰ ÷ -0.69‰ <strong>and</strong> -60.1‰ ÷ -5.8‰, respectively; it has<br />
to be noted that <strong>water</strong>s from the deeper piezometers are characterized by less<br />
negative values with respect to the shallower ground-<strong>water</strong>s. Waters in <strong>soil</strong>s cover<br />
a wide range of isotopic compositions. Some of these <strong>water</strong> samples show an<br />
isotopic shift towards the meteoric <strong>water</strong> line following events of heavy rain,<br />
suggesting the direct contribution of precipitation by infiltration. The <strong>water</strong><br />
channels which supply fresh<strong>water</strong> are characterized by the most negative isotopic<br />
composition with respect to all the remaining samples. The Sr isotopic<br />
composition, expressed by the 87 Sr/ 86 Sr ratio, is in the relatively narrow range<br />
between 0.70872 <strong>and</strong> 0.70935, with most samples clustering to 0.7091, a value<br />
which is close to what measured in sea<strong>water</strong> at Pialassa Baiona lagoon.<br />
In superficial-<strong>water</strong>, ground-<strong>water</strong> <strong>and</strong> <strong>water</strong>s in <strong>soil</strong>s 11 B ranges between +5.7‰<br />
<strong>and</strong> +38.6‰; the higher values approach the composition of Mediterranean<br />
sea<strong>water</strong> <strong>and</strong> are recorded by the deeper piezometers <strong>and</strong> some of the <strong>soil</strong> <strong>water</strong>s.<br />
Discussion <strong>and</strong> conclusions<br />
In the 18 O vs. D diagram (Fig. 1), the <strong>water</strong> samples define a straight line which<br />
deviates from the local line of precipitations, <strong>and</strong> is interpreted as the progressive<br />
mixing between fresh<strong>water</strong>s, as defined by the Apennine catchments, <strong>and</strong> sea<strong>water</strong>.<br />
A first modeling quantifies the sea<strong>water</strong> contribution as about the 70-90% <strong>and</strong> 30-<br />
60% for the <strong>water</strong> bodies sampled by the deeper <strong>and</strong> shallow piezometers,<br />
respectively. The contribution of the marine component for most <strong>water</strong>s from <strong>soil</strong>s<br />
would be in the relatively limited range between 40-50%, with the exception of two<br />
samples from the northern side of the area, reaching the 75-80%. The 11 B<br />
correlates with 18 O (Fig. 2) in ground- <strong>and</strong> <strong>soil</strong>- <strong>water</strong>s. A mixing at different<br />
degrees of the recharging fresh, low-B <strong>water</strong> (Lamone river–type) with sea<strong>water</strong><br />
could explain the observed 11 B variation. However, in the Northern sector of the<br />
Pineta di San Vitale boron characteristics in <strong>soil</strong> <strong>water</strong> diverge from the main<br />
fresh-sea<strong>water</strong> mixing trend.<br />
More complex processes are needed to explain the isotopic composition of the<br />
Pialassa Baiona <strong>water</strong>s; as also suggested by the observed range in the 87 Sr/ 86 Sr<br />
ratio (Fig. 3) that indicates the contribution from different sources to the Sr budget.<br />
These processes involve cation exchanges with the solid phase triggered by<br />
sea<strong>water</strong> intrusion, the role of organic matter <strong>and</strong> anthropogenic sources.<br />
<br />
40
Figure 1 - 18 O vs. D correlation diagram.<br />
The lines of local precipitation (solid line) <strong>and</strong> mixing between fresh- <strong>and</strong> sea-<strong>water</strong>s<br />
(dashed) are also superimposed. Symbols are: open triangle: deep piezometers; solid<br />
triangle: superficial piezometers; open circle: <strong>water</strong> in <strong>soil</strong>s; filled circle: <strong>water</strong> channels.<br />
..<br />
Figure 2 - 18 O vs. 11 B correlation diagram for the studied samples. Symbols as in the<br />
previous figure. The star represents sea<strong>water</strong> composition.<br />
<br />
41
References<br />
<br />
42 <br />
Figure 3<br />
Distribution of<br />
the 87 Sr/ 86 Sr<br />
isotopic ratios.<br />
Possibile<br />
sources are:<br />
1) fresh<strong>water</strong>s;<br />
2) sea<strong>water</strong>;<br />
3) rain<strong>water</strong>;<br />
4) <strong>water</strong><br />
involved in<br />
cation<br />
exchanges;<br />
4) fertilizers<br />
ABBIATI M. (2003) Problematiche ambientali delle lagune costiere; La Pialassa della<br />
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PRELIMINARY RESULTS ON THE OCCURRENCE<br />
OF RARE EARTH ELEMENTS IN THE AQUATIC SYSTEM<br />
OF THE PIALASSA BAIONA, RAVENNA (ITALY)<br />
RÉSULTATS PRÉLIMINAIRES SUR LA PRÉSENCE<br />
DES ÉLÉMENTS DE T<strong>ER</strong>RES RARES DANS LE SYSTÈME<br />
AQUATIQUE DE LA PIALASSA BAIONA, RAVENNE (ITALIE)<br />
RISULTATI PRELIMINARI SULLA PRESENZA DI T<strong>ER</strong>RE RARE<br />
NEL SISTEMA DELLE ACQUE DELLA PIALASSA BAIONA,<br />
RAVENNA (ITALIA)<br />
Rosa Cidu*, Stefania Da Pelo, Raffaele Caboi<br />
Dipartimento di Scienze della Terra, Università di Cagliari<br />
* Corresponding author: e-mail: cidur@unica.it<br />
Summary<br />
The Site of Community Importance of the Pineta S. Vitale, bordered by the<br />
Pialassa Baiona lagoon system, is submitted to increasing deterioration due to a<br />
subsiding phenomenon, ground<strong>water</strong> salinization <strong>and</strong> contamination from the<br />
industrial sites of Ravenna. Within a multidisciplinary research project, evaluation<br />
of the background level of Rare Earth Elements (REE, not regulated at present, but<br />
potentially harmful to human health) <strong>and</strong> the characterization of processes which<br />
control their migration <strong>and</strong> retention were performed to contribute to the<br />
knowledge on the present environmental <strong>quality</strong> of the Ravenna area.<br />
Concentrations of total <strong>and</strong> dissolved elements were determined in 40 <strong>water</strong><br />
samples comprising surface <strong>water</strong>s, <strong>soil</strong> <strong>water</strong>s, shallow <strong>and</strong> deep ground<strong>water</strong>.<br />
Dissolved major <strong>and</strong> minor components generally showed increasing<br />
concentrations from West to East (i.e. towards the sea) <strong>and</strong> appeared mostly<br />
derived from a marine source. Marked correlations between dissolved REE <strong>and</strong><br />
Al <strong>and</strong> Fe concentrations in the filtered fraction
ésultant de la contamination par la zone industrielle de Ravenne. Dans le but de<br />
contribuer à la connaissance des conditions de l’environnement actuelles, à<br />
l’intérieur d’un programme de recherche multidisciplin<strong>air</strong>e, on a évalué le teneur<br />
de fond des éléments de Terres Rares (qui sont potentiellement pathogènes mais<br />
pas encore régulés par la normative). On a aussi essayé d’évaluer les processus<br />
géochimiques qui contrôlent la migration et la rétention de ces éléments.<br />
Les concentrations totales et en solution d’éléments majeurs et mineurs ont été<br />
analysées dans 40 échantillons sélectionnés parmi les eaux superficielles, les eaux<br />
de la zone saturée des sols, les eaux des nappes superficielles et profondes. La<br />
plupart des composants montrent une augmentation de la salinité en s’approchant à<br />
la mer. Une corrélation liné<strong>air</strong>e entre les concentrations de REE et celles de Al et<br />
Fe dans la fraction filtrée
Introduction<br />
Elements usually present at trace level in natural <strong>water</strong>s might be potentially<br />
harmful to human health, <strong>and</strong> more generally to the biosphere. Among such<br />
elements, the rare earth elements (REE), although not regulated at present, are<br />
potentially pathogens on the basis of recent epidemiological investigations. The<br />
geochemical behavior of REE in <strong>water</strong> may give a valuable contribution in<br />
distinguishing the natural sources of aqueous components from the anthropogenic<br />
ones. This study is part of an interdisciplinary project being carried out in the<br />
Pialassa Baiona (Ravenna), a complex lagoon system close to the Adriatic Sea. The<br />
study area comprises the Pineta San Vitale, which is part of the Natural Regional<br />
Park of the Po River.<br />
Materials <strong>and</strong> methods<br />
Water samples have been collected at 40 sites in the Pineta San Vitale. They<br />
consist of surface <strong>water</strong> (5 sites including the Lamone River), <strong>soil</strong> <strong>water</strong> (18 sites),<br />
shallow ground<strong>water</strong> (12 sites) <strong>and</strong> deep ground<strong>water</strong> (5 sites) (Fig.1).<br />
<br />
45 <br />
Figure 1<br />
Samples location.
At selected sites, sampling was carried out under different seasonal conditions in<br />
October 2008 <strong>and</strong> March 2009. Physical-chemical parameters, dissolved oxygen<br />
<strong>and</strong> alkalinity were measured at the sampling site. For the determination of<br />
aqueous REE concentrations, different aliquots have been collected: one nonfiltered<br />
(total amount), one filtered through 0.4 µm <strong>and</strong> the other filtered through<br />
0.01 µm pore-size filters. Each aliquot has been stabilized using HNO3 ultrapure<br />
grade.<br />
The difference between the concentration measured in the 0.4 µm filtered aliquot<br />
<strong>and</strong> the 0.01 µm filtered aliquot will be attributed to the colloidal <strong>and</strong> very fine<br />
fraction. In each aliquot, Y, REE e Th have been determined by ICP-MS. On the<br />
0.4 µm filtered aliquot concentrations of major components by ionic<br />
chromatography <strong>and</strong> ICP-OES, <strong>and</strong> the trace elements Li, Be, Al, B, V, Cr, Mn, Fe,<br />
Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Rb, Sr, Mo, Sb, Ag, Ba, Tl, U by ICP-MS were also<br />
determined.<br />
Results <strong>and</strong> discussion<br />
The studied <strong>water</strong>s show near-neutral or slightly alkaline pH values <strong>and</strong> redox<br />
potential varying from oxidizing to reducing conditions. Apart a few <strong>water</strong>s<br />
showing a prevalent bicarbonate component <strong>and</strong> relatively low total dissolved<br />
solids (TDS
47 <br />
Figure 2b<br />
Variation of<br />
major cation<br />
concentrations<br />
with TDS.<br />
Also Br, B, Sr, Li <strong>and</strong> Rb show higher concentrations in the more saline <strong>water</strong>s.<br />
These major <strong>and</strong> minor components generally show increasing concentrations from<br />
West to East (i.e. towards the sea) <strong>and</strong> appear mostly derived from a marine source,<br />
in agreement with previous records indicating an intrusion of sea<strong>water</strong> in the Pineta<br />
San Vitale. Particularly, increasing salinity in ground<strong>water</strong> occurs from West to<br />
East at the same depth, but at the same location salinity increases with depth<br />
(Fig.3).<br />
Figure 3<br />
Variation of<br />
salinity with<br />
locations <strong>and</strong><br />
depth in<br />
ground<strong>water</strong>s s
Moreover, this process is clearly recognized by isotopic data acquired on the same<br />
<strong>water</strong> samples considered in this study (see Petrini et al., 2009, these Proceedings).<br />
Notwithst<strong>and</strong>ing the prominent role of saline intrusion, other processes need to be<br />
considered to explain the observed <strong>water</strong> chemistry. In particular, the dissolution of<br />
minerals, exchange between dissolved cations <strong>and</strong> solid phases <strong>and</strong> sorption<br />
processes may play a significant role in the geochemical behavior of some<br />
elements in the studied <strong>water</strong>s. Concentrations of Y <strong>and</strong> REE show a range of four<br />
orders of magnitude, with the highest values being observed in the <strong>soil</strong> <strong>water</strong>s (Fig.<br />
4).<br />
<br />
48 <br />
Figure 4<br />
Mean <strong>and</strong><br />
st<strong>and</strong>ard<br />
deviations of REE<br />
patterns in 0.4<br />
µm pore size<br />
filtered <strong>water</strong>s.<br />
Concentration<br />
normalized to the<br />
Post-Archean<br />
average<br />
Australian Shale<br />
(PAAS)<br />
A comparison between concentrations measured in non-filtered <strong>and</strong> filtered <strong>water</strong><br />
samples indicate that about 50% of REE occur in the 90% of the REE hosted in the
extraction procedure to a heavy metals contaminated <strong>soil</strong>, show that MREE are<br />
preferentially extracted from the Fe-Mn-Al oxide-hydroxide fraction.<br />
Figure 5<br />
Conclusion<br />
<br />
49 <br />
Plots showing<br />
the REE versus<br />
Al <strong>and</strong> Fe<br />
concentrations<br />
in 0.4 µm poresize<br />
filtered<br />
<strong>water</strong>s.<br />
Although the role of anthropogenic processes on the occurrence of aqueous REE<br />
still needs to be assessed, the acquired data indicate that chemical <strong>and</strong> biological<br />
processes occurring in the <strong>soil</strong> are able to enhance the mobility of REE in the<br />
Pineta San Vitale aquatic system.<br />
Acknowledgements. This research is funded by the Italian Ministero dell'Università e della<br />
Ricerca (PRIN 2007, 20077A9XJA_004 R. Cidu), the University of Cagliari <strong>and</strong> the
Fondazione Banco di Sardegna. Authors are also greteful to CINSA (Cagliari) for making<br />
available the LAMP laboratories.<br />
References<br />
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aquifers: preliminary data from the Pialassa Baiona ecosystem (Adriatic Sea). Proceedings<br />
International Congress on Environmental Quality, Imola 24-25 June 2009, in press.<br />
<br />
50
THE GEOPOLITICAL DIMENSION OF ENVIRONMENTAL QUALITY.<br />
WAT<strong>ER</strong>S AND CONFLICT IN THE ARAL SEA BASIN<br />
LA DIMENSION GÉOPOLITIQUE DE LA QUALITÉ DE<br />
L'ENVIRONNEMENT. EAUX ET CONFLIT<br />
DANS LE BASSIN DE LA M<strong>ER</strong> D’ARAL<br />
LA DIMENSIONE GEOPOLITICA DELLA QUALITÀ AMBIENTALE.<br />
ACQUE E CONFLITTO NEL BACINO DEL LAGO D’ARAL<br />
Stefano Piastra<br />
Department of Economics. Sect. of Geography - University of Bologna<br />
E-mail: stefano.piastra@unibo.it<br />
Summary<br />
In the last decades the Aral Sea, located in Central Asia on the boundary between<br />
Kazakhstan <strong>and</strong> Uzbekistan, experienced a dramatic shrinking, divulged even in<br />
newspapers <strong>and</strong> magazines. Such an ecological catastrophe, renamed the “Aral Sea<br />
Crisis”, was triggered by the artificial diversion of the rivers of the basin during the<br />
Soviet period, in order to irrigate new cotton fields. Nowadays, notwithst<strong>and</strong>ing the<br />
fulfilment of several environmental restoration projects <strong>and</strong> a wide scientific<br />
literature about the process, the general balance about the <strong>water</strong> body, in particular<br />
its Uzbek side, is still critical. This paper, after a synthesis concerning the causes<br />
<strong>and</strong> the consequences of the ecological disaster, analyses the geopolitical<br />
implications connected to the deterioration of the environmental <strong>quality</strong> in the<br />
region <strong>and</strong> to <strong>water</strong> management in Post-Soviet Central Asia, underlining, in the<br />
case of the Aral Sea Basin, the criticities linked to its fast transition from an<br />
internal basin to an international one. Finally, Central Asian <strong>water</strong>-related old<br />
programs <strong>and</strong> future scenarios are discussed.<br />
Keywords: Aral Sea Crisis; Transboundary Water Resources Management;<br />
Sustainable Development; Environmental Policies.<br />
Résumé<br />
Dans les dernières décennies, la mer d’Aral, située en Asie centrale à proximité de<br />
la frontière entre le Kazakhstan et l’Ouzbékistan, a connu un dessèchement<br />
dramatique qui a été divulgué dans la presse. Cette catastrophe environnementale,<br />
rebaptisée la “Crise de la mer d’Aral”, est due à la base au détournement artificiel<br />
des fleuves du bassin pendant la période soviétique dans le but d’irriguer de<br />
nouveaux champs de coton. De nos jours, malgré la réalisation de différents projets<br />
de réhabilitation environnemental et d’une riche littérature scientifique à ce sujet, le<br />
bilan général concernant la mer d’Aral, et en particulier pour ce qui concerne sa<br />
51
ive ouzbèke, est encore critique. Cet article, après une synthèse sur les causes et<br />
les conséquences du désastre écologique, analyse les implications géopolitiques<br />
liées à la détérioration de la <strong>qualité</strong> de l’environnement dans la région et à la<br />
gestion des eaux en Asie centrale post-soviétique, en soulignant, dans le cas de la<br />
mer d’Aral, les criticités liées à la transition rapide de bassin interne à un état de<br />
bassin international. Dernièrement, sont remis en question les anciens programmes<br />
et les nouveaux projets centre-asiatiques concernant la gestion des eaux.<br />
Mots-clés: Crise de la mer d’Aral; gestion des ressources hydriques<br />
transfrontalières; dévellopement durable; politiques environnementales.<br />
Riassunto<br />
Negli ultimi decenni il lago d’Aral, posto in Asia centrale presso il confine tra<br />
Kazakistan ed Uzbekistan, ha sperimentato un disseccamento drammatico,<br />
divulgato persino dai quotidiani e dalle riviste illustrate. Tale catastrofe ecologica,<br />
ribattezzata la “Crisi del lago d’Aral”, è stata innescata dalla diversione artificiale<br />
dei fiumi del bacino durante il periodo sovietico, allo scopo di irrigare nuovi campi<br />
di cotone. Ai nostri giorni, nonostante la realizzazione di diversi progetti di<br />
ripristino ambientale ed un’ampia letteratura scientifica circa questo processo, il<br />
bilancio generale riguardante il corpo d’acqua, specialmente per quel che concerne<br />
la sua sponda uzbeka, è tuttora critico. Questo articolo, dopo una sintesi relativa<br />
alle cause ed alle conseguenze del disastro ecologico, analizza le implicazioni<br />
geopolitiche connesse al deterioramento della qualità ambientale nella regione e<br />
alla gestione delle acque nell’Asia centrale post-sovietica, sottoline<strong>and</strong>o, nel caso<br />
del lago d’Aral, le criticità collegate alla rapida transizione da bacino interno ad<br />
uno stato a bacino internazionale. Da ultimo, sono discussi i vecchi programmi e i<br />
futuri scenari centro-asiatici inerenti le acque.<br />
Parole-chiave: Crisi del lago d’Aral; Gestione delle risorse idriche<br />
transfrontaliere; Sviluppo sostenibile; Politiche ambientali.<br />
Introduction<br />
Nowadays, the Aral Sea shrinking (in the scientific literature renamed the “Aral<br />
Sea Crisis”) represents a sort of symbol, assimilable to an admonishment: after its<br />
acknowledgement as the «worst ecological disaster in the 20 th century»<br />
(FESHBACH, FRIENDLY, 1992) <strong>and</strong> an emblematic example of over-exploitation of<br />
<strong>water</strong> resources (GORE, 2006), scientific community, educational system <strong>and</strong><br />
ecological movements identified in it a paradigmatic case of unsustainable<br />
development.<br />
Notwithst<strong>and</strong>ing a global awareness about the causes <strong>and</strong> the consequences of the<br />
process, Aral Sea criticities have not been solved. This paper, skipping ecological,<br />
hydrological <strong>and</strong> technical issues, focuses its attention to the geopolitical<br />
dimension of the Aral Sea Crisis, emphasizing the limits <strong>and</strong> the potential conflicts<br />
related to nowadays Central Asian Republics self-referring hydropolitics, which<br />
<br />
52
coincides with an old Uzbek proverb: «It is rich not the l<strong>and</strong> owner, but the <strong>water</strong><br />
one».<br />
The Aral Sea holds a strong impact on the regional l<strong>and</strong>scape, being Central Asia<br />
an almost completely arid territory, normally characterized by s<strong>and</strong>y deserts<br />
(Kyzylkum, Karakum) or steppe biome. Located in the middle of the Turolian<br />
lowl<strong>and</strong> between 30 <strong>and</strong> 40 m a.s.l., it receives <strong>water</strong> resources from an endorheic<br />
basin. This definition applies when, because of the orography, rivers <strong>and</strong> streams<br />
do not flow in seas or oceans, forming on the contrary inl<strong>and</strong> <strong>water</strong> bodies. The<br />
Aral Sea Basin (fig. 1) is considerably wide, reaching 1.8 million km 2 <strong>and</strong><br />
involving Kazakhstan, Uzbekistan, Turkmenistan, Tajikistan, Kyrgyzstan (until<br />
1991 included in the USSR), Afghanistan <strong>and</strong> minoritily Iran <strong>and</strong> Popular Republic<br />
of China. In this basin, Amu-Darya <strong>and</strong> Syr-Darya are the main rivers, draining the<br />
most of the superficial <strong>water</strong>s: in both cases they are exotic <strong>water</strong>courses,<br />
conveying downstream sources-originated <strong>water</strong>s, <strong>and</strong> not receiving considerable<br />
contributions from tributaries.<br />
The Amu-Darya river (Oxus in Ancient Greek <strong>and</strong> Latin literature) originates from<br />
Pamir Chain, after the confluence of Pyanj (Afghanistan) <strong>and</strong> Vakhsh (Tajikistan)<br />
rivers. Its total length exceeds 2400 km, <strong>and</strong>, thanks to 70 km 3 annual discharge, it<br />
can be considered as the Central Asian biggest river (GLANTZ, 2005). The Amu-<br />
Darya règime is strongly irregular, influenced by seasonal meltings of Afghan <strong>and</strong><br />
Tajik glaciers; its muddy <strong>water</strong>s are very rich in silt.<br />
The Syr-Darya river (Iaxartes in the Antiquity), 2300 km long, originates from<br />
Tien Shan mountains in Kyrgyzstan, crosses Tajikistan <strong>and</strong> Uzbekistan, <strong>and</strong> finally<br />
reaches Kazakhstan, where flows through a delta in the Aral Sea. Analogously to<br />
Amu-Darya, also Syr-Darya river holds an irregular règime, but its annual<br />
discharge is lesser than the first one.<br />
In the 20 th century, the ’50s meant for the USSR a u-turn in the economical field.<br />
Ceased the Stalin Era, the Soviet Union, under the guide of Nikita Kruscev,<br />
launched a new ambitious agrarian project in Central Asia: the quinquennial plan<br />
<strong>and</strong> several CPSU resolutions ratified, in the central part of the Aral Sea Basin, the<br />
development of cotton cultivation, trying to reach the self-sufficiency about this<br />
sector <strong>and</strong> become the first cotton producer in the world, exceeding the USA<br />
(ZONN, 1999). The official reasons of such an initiative were economical <strong>and</strong><br />
agrarian, but behind this operation there were also propag<strong>and</strong>a reasons within the<br />
Cold War: the USSR intended to demonstrate the superiority of the Socialist model<br />
in comparison with the Capitalist one. Moreover, the giantism of this program is<br />
connected with Soviet Union environmental policies, based on a concept of mere<br />
exploitation of natural resources, considered virtually inexhaustible <strong>and</strong> without<br />
intrinsic values, paradoxically similar to the theories of the contemporary<br />
capitalistic neoclassical economists (ZIEGL<strong>ER</strong>, 1987). Consequently, most of<br />
Uzbekistan <strong>and</strong> part of Southern Kazakhstan (at that time Republics included in the<br />
USSR) were reconverted into a cotton monocolture, collectively driven through the<br />
creation of Kolkhoz <strong>and</strong> Sovkhoz: Kolkhoz were smaller <strong>and</strong> quite similar to<br />
<br />
53
cooperative enterprises; Sovkhoz were governmental companies, extended in the<br />
order of thous<strong>and</strong>s hectares, hierarchically managed by Soviet agronomists.<br />
New cotton fields were irrigated thanks to a myriad of irrigation channels,<br />
diverting great <strong>water</strong> volumes from Amu-Darya <strong>and</strong> Syr-Darya. The cotton<br />
production of Soviet Central Asia grew sensibly, but it never exceed the American<br />
one. Unfortunately, this project had a terrible impact on the environment in general<br />
<strong>and</strong> on the hydrological balance in particular.<br />
Starting from the ’60s of the 20 th century, a decade after the beginning of<br />
Kruscev’s new agrarian approach in Central Asia, the consequences of this<br />
program, at first weakly, then brutally, arose. Deprived of the <strong>water</strong> contribution of<br />
its tributaries, the Aral Sea started a fast regression, because the inflow of the Amu-<br />
Darya <strong>and</strong> Syr-Darya rivers could not balance the evaporation. This shrinking did<br />
not shock Soviet technicians; on the contrary, as a logic result of the increase of the<br />
irrigated area, they had forecasted this process, defining it as a «necessary<br />
sacrifice» for the growth of the Nation (RUM<strong>ER</strong>, 1989). In the last 40-45 years the<br />
sea level shrank for more than 20 meters; the area <strong>and</strong> the <strong>water</strong> volume decreased<br />
of 75% <strong>and</strong> 90% respectively (fig. 2). This process, hidden for a long time by<br />
Soviet authorities <strong>and</strong> spread to the world community only between the ’80s <strong>and</strong><br />
the ’90s (MICKLIN, 1988; ELLIS, 1990; REZNICHENKO, 1992), was so intense that<br />
in 1989-1990 the Aral Sea divided into two separated <strong>water</strong> bodies: the Small Aral<br />
Sea (also called North Aral Sea), fed by the Syr-Darya river <strong>and</strong> entirely settled in<br />
Kazakhstan, <strong>and</strong> the Large Aral Sea (also called South Aral Sea), fed by the Amu-<br />
Darya river <strong>and</strong> shared between Kazakhstan <strong>and</strong> Uzbekistan, at that time Republics<br />
of the Soviet Union.<br />
The Aral Sea fast regressive trend caused a long series of environmental problems.<br />
Because of the reduction of the sea level, <strong>water</strong> salinity grew enormously, passing<br />
from 10 g/l to 160 g/l nowadays verifiable in some areas, changing most of the<br />
Aral from a brackish basin to a hyperaline one. This transition produced serious<br />
repercussions from an ecological point of view, inducing at first the extinction of<br />
local ichthyofauna, artificially replaced by exotic species; then a reduction in<br />
number of the last ones. The Syr-Darya <strong>and</strong> Amu-Darya deltas have undergone an<br />
involution from wetl<strong>and</strong>s to arid zones; in the so-called Priaralye (Aral Sea<br />
region), ground<strong>water</strong> table sank, contributing to <strong>soil</strong> salinization <strong>and</strong><br />
desertification. The Aral Sea shrinking also triggered climate change on a regional<br />
scale: without the mitigation of the <strong>water</strong> body, the climate accentuated its<br />
continental characteristics, suffering hotter <strong>and</strong> drier summers <strong>and</strong> colder winters<br />
than usual. Moreover, whereas the Aral Sea disappeared, the dried bottom of the<br />
<strong>water</strong> body, made up of saline deposits <strong>and</strong> pollutants collected by the rivers of the<br />
basin, is now exposed to wind erosion, causing health problems (in particular<br />
cancers) to local communities. Last but not least, the regressive trend nearly caused<br />
a further splitting of Large Aral into a Western Large Aral <strong>and</strong> a Eastern Large<br />
Aral (Glantz, 2007).<br />
<br />
54
Discussion<br />
The Aral Sea tragedy presents a geopolitical dimension related to <strong>water</strong><br />
management in its basin.<br />
During Soviet times, regarding <strong>water</strong> resources, the five Central Asian Republics<br />
included in the USSR (Kazakhstan, Kyrgyzstan, Tajikistan, Turkmenistan,<br />
Uzbekistan) were part of an integrated system which carried out a top-down basin<br />
solidarity. Jointly to Kruscev program of development of cotton cultivation,<br />
beginning from the ’50s Kyrgyzstan <strong>and</strong> Tajikistan, the uspstream Republics along<br />
the courses of the Syr-Darya <strong>and</strong> Amu-Darya, became the “<strong>water</strong> reservoirs” of<br />
Soviet Central Asia: in those years, several dams were built on these rivers, in<br />
order to store large <strong>water</strong> volumes during winter months, <strong>and</strong> to assign them, in<br />
summer months, to irrigation of downstream cotton fields in Kazakhstan,<br />
Turkmenistan <strong>and</strong> Uzbekistan. The main dams built during Soviet Era were Nurek<br />
(Tajikistan), on Vakhsh river (tributary of Amu-Darya), still today the tallest dam<br />
in the world (300 m), <strong>and</strong> Toktogul (Kyrgyzstan), on Naryn river, tributary of Syr-<br />
Darya. In exchange for <strong>water</strong> storing <strong>and</strong> non-use of <strong>water</strong> resources during winters<br />
for hydropower, Kyrgyzstan <strong>and</strong> Tajikistan received from Kazakhstan,<br />
Turkmenistan <strong>and</strong> Uzbekistan free supplies of coal, natural gas <strong>and</strong> oil, utilized for<br />
civil heating (Sievers, 2002; Kemelova, Zhalkubaev, 2003). In Soviet times,<br />
Kyrgyz <strong>and</strong> Tajik <strong>water</strong> volumes were also used to develop cotton cultivation in<br />
the Turkmen part of the Aral Sea Basin thanks to Karakum canal (former Lenin<br />
canal). This hydraulic infrastructure was begun in 1954 under Stalin will, diverting<br />
<strong>water</strong>s from Amu-Darya <strong>and</strong> conveying them, across Karakum desert, as far as the<br />
Caspian region. It is the longest channel in the world (1370 km), distintive for its<br />
low efficiency in <strong>water</strong> transportation due to its s<strong>and</strong>y bed <strong>and</strong> to the absence of<br />
concrete banks.<br />
The disgregation of the USSR <strong>and</strong> the independence of the five Central Asia<br />
Republics (1991) caused the collapse of such a system: suddenly, <strong>water</strong><br />
management in Central Asia, a basic theme for a arid <strong>and</strong> semi-arid region, from<br />
internal matter of Soviet Union became an international matter among newly<br />
independent Kazakhstan, Kyrgyzstan, Tajikistan, Turkmenistan <strong>and</strong> Uzbekistan.<br />
Russia took no interest in this aff<strong>air</strong>, while every single Central Asia Republic,<br />
getting into line with growing nationalism fed by old Soviet Nomenklatura, now<br />
Republican ruling class (Carney & Moran, 2000), chose a self-referring<br />
hydropolitics, producing a potentially conflictual situation on a regional scale<br />
(Bedford, 1996; Elhance, 1997; Wegerich, 2001; Spoor, Krutov, 2003).<br />
Since the independence, because of the cessation of Turkmen, Kazakh <strong>and</strong> Uzbek<br />
fossil fuel free supplies, Kyrgyzstan <strong>and</strong> Tajikistan decided, during the winter<br />
season, to open the locks <strong>and</strong> let <strong>water</strong>s flow downstream to produce hydropower.<br />
New dams were also projected or are nowadays under construction: the most<br />
important of them is Rogun dam, located in Tajikistan on Vakhsh river just<br />
upstream the Nurek one, not finished yet (Wegerich, 2008). As a direct<br />
consequence of lack of <strong>water</strong>-storing during winter, in the last years Turkmen,<br />
<br />
55
Kazakh <strong>and</strong> Uzbek cotton fields suffered an irregular irrigation during summer,<br />
decreasing their productivity <strong>and</strong> cotton <strong>quality</strong>.<br />
Furthermore, every Central Asian Republic presents specific problems related to<br />
<strong>water</strong> management in the basin: the Aral Sea Crisis can be virtually considered as<br />
the result of the addition of these criticities.<br />
Turkmenistan enlarged irrigated area <strong>and</strong> continued to develop cotton sector,<br />
increasing <strong>water</strong> derivations from Amu-Darya river through the Karakum canal<br />
(Hannan, O’Hara, 1998; O’Hara, Hannan, 1999). Former Turkmen President<br />
Niyazov, died in 2006, coherently with his authoritative-theocratic internal policy,<br />
encouraged the realization of a large artificial basin in the middle of Karakum<br />
desert, pompously called the “Golden Century Lake” (Badykova, 2005). In case<br />
this basin will be finished in the future, it will imply further <strong>water</strong> diversions from<br />
Amu-Darya river, but, until today, Turkmen President Berdymukhamedov,<br />
Niyazov’s successor, has not taken yet an official decision about the continuation<br />
of “Golden Century Lake” project.<br />
Kazakhstan, leaded by President Nazarbayev, thanks to its fossil fuel-pulled<br />
economy, re-organized its agricultural system, reducing the irrigated area <strong>and</strong><br />
improving the channels efficiency. Water derivations from Syr-Darya were<br />
reduced, <strong>and</strong> the river returned to inflow into the Small Aral Sea, entirely located in<br />
Kazakhstan. Kazakh Government also encouraged the construction of a dam in the<br />
Berg Strait, with the aim to prevent <strong>water</strong> exchange from Small to Large Aral Sea,<br />
<strong>and</strong> to keep Syr-Darya <strong>water</strong> inflow only in the first <strong>water</strong> body. Beginning from<br />
the ’90s, Small Aral Sea level arose of several meters; salinity passed from 30 g/l<br />
in 1990, to 17-18 g/l in 2002, to 12 g/l in 2006. These conditions allowed the return<br />
of ichthyofauna (fresh <strong>and</strong> brackish <strong>water</strong> species): in the case of Small Aral, in the<br />
last 15 years the ecological restoration had a strong impact on social <strong>and</strong> economic<br />
fields, permitting, mainly thanks to Danish financial <strong>and</strong> technical support, the<br />
recovery of fishing industry, previously ceased. But, besides strong points, this<br />
process presents also weak points: from one side the dam on Berg Strait improved<br />
<strong>water</strong> <strong>quality</strong> in the Small Aral, but from the other one it condemned the Large<br />
Aral to a further worsening of its ecological situation.<br />
Uzbekistan, leaded by President Karimov, is facing the crisis of the most<br />
problematical <strong>water</strong> body, the Large Aral, which Kazakhstan completely neglected,<br />
focusing its attentions <strong>and</strong> funds only to Small Aral. Moreover, Uzbekistan has got<br />
less fossil fuel than Kazakhstan, <strong>and</strong>, notwithst<strong>and</strong>ing the recent agrarian reform<br />
<strong>and</strong> decollectivization, presents a cotton-based economy, which cannot afford a<br />
sudden reconversion to other less <strong>water</strong>-needing cultivations. Nowadays, <strong>water</strong><br />
derivations from the lower course of Amu-Darya continue, <strong>and</strong> the situation of<br />
Uzbek Large Aral Sea can be considered dramatic: Moynaq, once one of the most<br />
important port on the <strong>water</strong> body, is now located more than 40 km far from the<br />
shores, <strong>and</strong> the fishing industry is here completely cancelled. Finally,<br />
Karakalpakstan, region located on the Southern shores of Large Aral Sea <strong>and</strong><br />
suffering the worst consequences of the Aral Sea Crisis, is formally organized as a<br />
<br />
56
Autonomous Republic included in Uzbekistan, <strong>and</strong> its first ethnic group is<br />
represented by Karakalpak people (ethnic group assimilable to Kazakhs). Recently,<br />
this fact produced autonomist <strong>and</strong> secessionist political movements (HANKS,<br />
2000).<br />
In the last years, UNDP, UNEP <strong>and</strong> World Bank promoted the creation of<br />
international organizations, with the aim to manage the Aral Sea Crisis, solve the<br />
conflicts <strong>and</strong> direct Central Asian Republics towards a sustainable use of <strong>water</strong><br />
resources (Carlisle, 1997; Weinthal, 2002). It dates to 1992 the origin of the<br />
Interstate Council for Addressing the Aral Sea Crisis (ICAS), formed by 25<br />
members designed by the five Central Asian Republics <strong>and</strong> periodically convoked<br />
twice a year: this organ is appointed to manage the international funds granted by<br />
the World Bank. On the basis of an anachronistical, Soviet-style <strong>and</strong> bureaucratic<br />
model, ICAS promoted the establishment of two technical commissions, an<br />
Interstate Commission for Water Coordination (ICWC) <strong>and</strong> a Sustainable<br />
Development Commission (SDC), formerly Interstate Commission for Socio-<br />
Economic Development <strong>and</strong> Scientific Technical <strong>and</strong> Ecological Cooperation<br />
(ICSDSTEC). Both of them meet five times a year. Beginning from 1997, ICAS<br />
was substituted by an International Fund for the Aral Sea (IFAS), fund cofinanced<br />
by the World Bank <strong>and</strong> the five Central Asia Republics through the allocation of<br />
1% of their GNP. Besides this international bodies, Basin-Valley Organizations<br />
(BVO), heritage of the Soviet Era, still keep their technical prerogatives on the<br />
Amu-Darya <strong>and</strong> Syr-Darya courses.<br />
Although governative <strong>and</strong> pro-governative books <strong>and</strong> journals pass positive<br />
judgments on these organizations (e.g. Karimov, 1999; IFAS, 2003a), an impartial<br />
view is forced to strike a negative balance about them. In fact, year after year they<br />
have become lobby bodies, more interested in sharing international funds than<br />
solving the Aral Sea Basin ecological problems. Regarding to this, it is emblematic<br />
the hypertrophic organization chart of IFAS: since 1993, 124 manager for 95<br />
positions (IFAS, 2003b) <strong>and</strong> an indeterminate number of technical <strong>and</strong><br />
administrative employees. Ruling class’ superficiality <strong>and</strong> indifference towards the<br />
Aral Sea Crisis are effectively described by R. Ferguson in his accusation-book<br />
The Devil <strong>and</strong> the Disappearing Sea (2003): called by Uzbek government as an<br />
international expert, Ferguson fails his goals because of local authorities wait-<strong>and</strong>see<br />
policy.<br />
During the ’70s <strong>and</strong> the ’80s, when the Aral Sea regression had already reached an<br />
alarming state, Soviet technicians supposed to raise its level artificially diverting<br />
into it Western Siberian rivers Ob <strong>and</strong> Irtysh (fig. 3). This program, emphatically<br />
renamed “The Project of the Century”, hypothesized the realization of the longest<br />
channel in the world (2200 km long), called “Sibaral” because Siberian <strong>water</strong>s<br />
should have to stop the regressive trend of the Aral <strong>and</strong> re-establish the originary<br />
conditions (Hollis, 1978; Lipovsky, 1995). Analogously to Kruscev’s cotton<br />
development program in Central Asia <strong>and</strong> coherently with Soviet technocratic<br />
approach to Nature, it was a pharaonic project, without any environmental impact<br />
<br />
57
evaluation: if finished, it could perhaps have solved the Aral Sea Crisis, but in the<br />
meantime it would certainly have triggered a new ecological crisis in the Siberian<br />
taiga biome (Micklin, 1987a; Micklin, Bond, 1988). Thanks to the opposition of a<br />
part of Soviet scientific community (Darst, 1988), <strong>and</strong> under the influence of new<br />
Soviet Leader Gorbachev’s Perestroika <strong>and</strong> Glasnost, in 1986 “The Project of the<br />
Century” was officially stopped (Micklin, 1987b).<br />
Around the middle of ’90s, several years after the USSR disgregation, Karimov<br />
<strong>and</strong> Nazarbayev, Uzbekistan <strong>and</strong> Kazakhstan Presidents respectively, exhumed the<br />
Siberian rivers diversion project to fill up the newly born Large Aral Sea, reproposing<br />
it to Russia. This state, even though it emphasizes the high costs <strong>and</strong> the<br />
environmental impact of such a work, assuming an ambiguous position until today<br />
has not rejected the program, perhaps with the aim, in the near future, to keep<br />
influence <strong>and</strong> political pressure towards Uzbekistan <strong>and</strong> Kazakhstan (International<br />
Crisis Group, 2002).<br />
At now, Central Asian economical <strong>and</strong> geopolitical situation persuaded most of the<br />
scholars to consider an Utopia the restoration of the Aral Sea in conformity with<br />
the originary level. If Small Aral Sea does not present alarming criticity <strong>and</strong> it<br />
appears addressed to <strong>water</strong> resources sustainability, the efforts, both theorical <strong>and</strong><br />
practical, are now devoted to the Large Aral Sea. Regarding to it, in the last years<br />
most of the scientists assert a perspective of environmental problems mitigation,<br />
comparing different projects <strong>and</strong> scenarios.<br />
The first one supposes to isolate completely <strong>and</strong> permanently the Western Large<br />
Aral from the Eastern Large one: the Eastern <strong>water</strong> body could keep today’s level<br />
or increase it thanks to surplus <strong>water</strong>s from Small Aral; the Western one, without<br />
any <strong>water</strong> inflow, should be condemned to total dessication. The weak points of the<br />
project consist in the necessity to double <strong>water</strong> inflow from Amu-Darya into<br />
Eastern Large Aral (Islamov, 1999), action very hard to propose to a cotton-based<br />
economy like the Uzbek one. Moreover, real Kazakh receptiveness to let Small<br />
Aral surplus <strong>water</strong>s stream into Eastern Large one should have to be officially<br />
investigated.<br />
A second supposition was drafted firstly by A.T. Salokhiddinnov <strong>and</strong> Z.M.<br />
Khakimov (Salokhiddinnov, Khakimov, 2004), <strong>and</strong> then re-proposed by P. Micklin<br />
(Micklin, 2006; Micklin, 2007): it presents the ambitious aim to conserve, through<br />
years, the three <strong>water</strong> bodies (fig. 4), which should have to be put in<br />
communication each other. In particular, Amu-Darya river should be diverted to<br />
West, inflowing into Western Large Aral <strong>and</strong> increasing its level up to 33 m a.s.l.;<br />
from here, exceeding <strong>water</strong>s could stream, thanks to gravity, through a concretebanked<br />
channel as far as Eastern Large Aral; analogously, the exceeding <strong>water</strong>s of<br />
Small Aral could be conveyed to Eastern Large one through a new channel. In this<br />
vision, Berg Strait must be closed. Such a project could allow to Eastern Large<br />
Aral Sea a transgression up to 29 m a.s.l. Similarly to the first conjecture, such a<br />
program does not face practical problems about the reduction of the irrigated area<br />
<strong>and</strong> Kazakh receptiveness to cede Small Aral Sea surplus <strong>water</strong>s to Uzbekistan.<br />
<br />
58
A third, radical, scenario, perhaps the most realistic of all, advances the hypothesis<br />
of a total dessication of Western <strong>and</strong> Eastern Large Aral Seas. In such a<br />
perspective, Aral Sea dried bottom salty deposits, now exposed to wind erosion <strong>and</strong><br />
potentially dangerous for human health, must be fixed through the seeding or the<br />
plantation of halophilic species (Khamzina et al. 2005). In the Amu-Darya delta,<br />
cotton fields residual <strong>water</strong>s could be used to flood small depressions, in order to<br />
transform them in fresh <strong>water</strong> artificial basins (KINDL<strong>ER</strong>, 1998). Regarding to this,<br />
a pilot-experience consists in Sudoche lake, located about 30 km South-West of<br />
Moynaq: thanks to a project funded by the World Bank, between 1998 <strong>and</strong> 2003 a<br />
new fresh <strong>water</strong> body was created (World Bank, 1998; Schlüter et al. 2007). Its<br />
area is about 10 km 2 ; the <strong>water</strong> volume about 2 km 3 . Sudoche lake holds strong<br />
natural values, because a massive wetl<strong>and</strong> birds frequentation has begun;<br />
moreover, <strong>water</strong> low salinity permitted the introduction of ichthyofauna <strong>and</strong>,<br />
thanks to this, the recovery of a small fishing industry (20-30 fishermen in May<br />
2007; C. Cencini, & S. Piastra, field research data). The Sudoche experience<br />
proves that, in the Amu-Darya delta, environmental restoration projects are<br />
technically feasible, ecologically useful <strong>and</strong> socially <strong>and</strong> economically effective.<br />
But, from the other h<strong>and</strong>, it must be considered the balance between costs <strong>and</strong><br />
benefits: the expensive budget needed for Sudoche lake (4 million USA $),<br />
demonstrates that this strategy cannot be extended on a large scale in the Amu-<br />
Darya delta (Piastra, 2008).<br />
Conclusions<br />
As previously analysed, beginning from the ’50s of the 20 th century the USSR<br />
encouraged in Central Asia the development of cotton cultivation, emphatically<br />
renamed the “White Gold”. In the Aral Sea Basin, <strong>water</strong> resources overexploitation<br />
caused an ecological disaster without any precedents in recent human<br />
history, cancelling a valuable l<strong>and</strong>scape which impressed, for example, Russian<br />
Admiral A.I. Boutakoff, the first to explore this region in the 19 th century (Piastra,<br />
on press). In the case of the Aral Sea, the decreases of level, area <strong>and</strong> volume<br />
created a splitting in three different <strong>water</strong> bodies: the Small Aral, the Western<br />
Large Aral <strong>and</strong> the Eastern Large Aral. The first, entirely located in Kazakhstan, at<br />
now seems to have entered a sustainable strategy about <strong>water</strong> resources; the second<br />
<strong>and</strong> the third, located on the boundary between Kazakhstan <strong>and</strong> Uzbekistan, show<br />
critical conditions.<br />
The international scientific community promoted several appeals to extend to the<br />
Aral Sea the status of UNESCO World Heritage (Glantz, Figueroa, 1997) <strong>and</strong> to<br />
save its Biodiversity (IUCN, 2004), but without any practical results. The key to<br />
solve radically the Aral Sea Crisis is economical <strong>and</strong> political, <strong>and</strong> it is related to<br />
decrease drasticly the irrigated area in the basin; but such a program should involve<br />
a total re-organization of agriculture, nowadays based on cotton, which Central<br />
Asian Republics, except for Kazakhstan, cannot afford. Moreover, Central Asian<br />
leaders have no interest to take unpopular <strong>and</strong> uneconomical decisions in a short<br />
<br />
59
period such as a reduction of cotton production or an introduction of specific taxes<br />
about <strong>water</strong> resources utilization to prevent their waste, because their authority is<br />
based on a populist <strong>and</strong> demagogical policy.<br />
Under this situation, development goals supposed by UNESCO for the year 2025<br />
for Aral Sea Basin (ecological, social <strong>and</strong> economical significative improvements)<br />
(UNESCO, 2000), are unattainable.<br />
Table 1 - List of Acronyms<br />
BVO Basin-Valley Organizations<br />
ICAS Interstate Council for Addressing the Aral Sea Crisis<br />
ICSDSTEC Interstate Commission for Socio-Economic Development <strong>and</strong> Scientific<br />
Technical <strong>and</strong> Ecological Cooperation<br />
ICWC Interstate Commission for Water Coordination<br />
IFAS International Fund for the Aral Sea<br />
IUCN International Union for Conservation of Nature<br />
SDC Sustainable Development Commission<br />
UNDP United Nations Development Programme<br />
UNEP United Nations Environment Programme<br />
UNESCO United Nations Educational, Scientific <strong>and</strong> Cultural Organization<br />
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<br />
62
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F-69140 Rillieux, France - E.mail: lb.pattee@wanadoo.fr<br />
Summary<br />
The former booklet had been reprinted without any changes since 1991. Its text,<br />
drawings, keys <strong>and</strong> ecological tables have now been completely updated by several<br />
specialists, taking account of taxonomic changes <strong>and</strong> immigrant species. Pelagic<br />
lacustrine Microcrustacea have been added <strong>and</strong> Arachnida mentioned. This French<br />
version is the result of a close cooperation between AFL <strong>and</strong> GEOLAB. The<br />
support of AQUAREF makes this book of 188 pages available at the direct-selling<br />
price of 34 euro.<br />
Keywords: Morphology; taxonomy; biology; ecology; international cooperation.<br />
Resumé<br />
Le livret précédent avait été reproduit plusieurs fois sans changement depuis 1991.<br />
Son texte, ses dessins, clés et tableaux écologiques ont été mis à jour par plusieurs<br />
spécialistes en tenant compte des progrès de la taxonomie et de l'apparition<br />
d'espèces invasives en Europe occidentale. Les microcrustacés pélagiques lacustres<br />
ont été ajoutés et les Arachnides ont été mentionnés. Cette version française est le<br />
résultat d'une collaboration étroite entre AFL et GEOLAB. Le support<br />
d'AQUAREF permet la distribution hors commerce du fascicule de 188 pages au<br />
prix modéré de 34 euro.<br />
Mots-clés: Morphologie;taxonomie; biologie; écologie; cooperation internationale.<br />
Riassunto<br />
Il libretto scorso era stato ristampato senza cambiamenti dal 1991. Il suo testo, i<br />
suoi disegni, chiavi e tabelle ecologiche furono aggiornati ad opera di parecchi<br />
specialisti, tenendo conto dei progessi della tassonomia e dell'arrivo di nuove<br />
specie invasive nell'Europa Occidentale. I Microcrostacei pelagici lacustri furono<br />
aggiunti e gli Aracnidi menzionati. Questa versione francese fu un'opera di gr<strong>and</strong>e<br />
collaborazione tra AFL e GEOLAB. Il sostegno di AQUAREF permette la<br />
63
distribuzione fuori commercio del libro di 188 pagine al prezzo moderato di 34<br />
euro.<br />
Parole chiave: Morfologia; tassonomia; biologia; ecologia; cooperazione<br />
internazionale.<br />
Introduzione<br />
Alla fine del 20esimo secolo, il Laboratorio d’Ecologia delle Acque Dolci<br />
dell’Università di Lione aveva degli specialisti che studiavano la biologia,<br />
l'ecologia o il comportamento di diversi gruppi d’invertebrati acquatici,<br />
principalmente d'acque correnti. Da lì è venuta l'idea di registrare le loro<br />
conoscenze tassonomiche in un'opera che permettesse agli studenti d'identificare la<br />
fauna dei ruscelli e fiumi ad un livello elementare senza dover cercare in molti libri<br />
specializzati.<br />
Il libretto comunemete chiamato "faune bleue" (fauna blu) fu realizzato<br />
dall’Università di Lione e dall’Associazione Francese di Limnologia AFL, con il<br />
sostegno del Ministero Francese dell'<strong>Ambiente</strong>, sotto la coordinazione di TACHET,<br />
BOURNAUD e RICHOUX (ultima stampa Tachet et al., 2002) (Fig. 1). Aveva 158<br />
pagine. Consentiva generalmente l'identificazione delle famiglie d'invertebrati e più<br />
raramente dei generi o specie (per esempio qu<strong>and</strong>o ce n'era solo uno in una<br />
famiglia).<br />
Fu aggiornato parecchie volte, l'ultima volta nel 1991, e dopo fu ristampato<br />
identico, ma adesso è esaurito.<br />
Una versione elettronica italiana fu fatta da GEOLAB, scannerizz<strong>and</strong>o i disegni<br />
con ottima cura e traducendo il testo (Tachet et al., 2006) (Fig. 1). I Dottori<br />
Fenoglio e Bo, dall’Università del Piemonte Orientale, ci indicarono quali taxa<br />
erano presenti e non presenti in Italia.<br />
Le chiavi della "fauna blu" furono anche riprodotte in spagnolo nel libretto "Claves<br />
para Observar y Reconocer" dell’Associazione AEMS Rios con Vida, Madrid<br />
(Rodriguez Ruiz, 2006).<br />
Con il volgere degli anni dal 1991, la classificazione degli invertebrati avanzava e<br />
nuovi taxa immigranti apparivano nell'Europa occidentale, parecchi provenienti<br />
dalla regione Ponto-Caspiana. Queste novità furono descritte in un Supplemento<br />
del libretto francese (Dessaix et al., 2006), il quale fu anche adattato all'Italia e<br />
aggiunto alla seconda edizione del libretto italiano.<br />
Gli Indici della qualità delle acque francesi (IBGN = Indice Biologico Globale<br />
Normalizzato) ed italiani (IBE = Indice Biotico Esteso) utilizzano questi libri per<br />
costruire le tabelle che permettono la classificazione dei corsi d'acqua secondo la<br />
loro fauna presente e quindi la loro qualità in cinque categorie. Poi i corsi possono<br />
essere rappresentati su delle mappe con cinque colori dai più puri e naturali (in blu)<br />
ai più inquinati (in rosso).<br />
La Direttiva Europea 2000 sull’acqua è volta alla riqualificazione dei corpi idrici<br />
riavvicin<strong>and</strong>o il più possibile i corsi d'acqua alla loro condizione naturale di<br />
organismi viventi. Nuovi metodi di valutazione della salute dei fiumi sono<br />
<br />
64
attualmente allo studio (Archaimbault, 2008). Tra gli altri, dal punto di vista<br />
tassonomico, questi metodi richiederanno l'identificazione degli invertebrati a<br />
livello dei generi e non più a livello delle famiglie, us<strong>and</strong>o il grosso libro di Tachet<br />
et al. (2000) che descrive 476 taxa in 589 pagine. Una simile identificazione<br />
richiede molto lavoro di iper-specialisti formati per molti mesi.<br />
Figura 1 - Le copertine dei libretti francese del 2002 e italiano del 2006.<br />
Un'inchiesta approfondita fu condotta nel 2008 per decidere se bisognava rinnovare<br />
la piccola "fauna blu" o no.<br />
Da una parte, fu giudicato che ci fosse bisogno di lunghe serie fatte con lo stesso<br />
metodo qu<strong>and</strong>o si voglia stimare la variazione della qualità di un’acqua nel tempo e<br />
l'effetto delle misure di risanamento, quindi gli IBGN e IBE dovranno ancora<br />
essere realizzati per molto tempo, ma tenendo conto non più della fauna descritta<br />
nel libro del 1991 ma della fauna attuale - da questo punto di vista, un nuovo<br />
libretto aggiornato costituirebbe anche un complemento utilissimo al libro di<br />
Tachet (2000).<br />
D'altra parte, la formazione di specialisti nelle scuole e università deve cominciare<br />
con un manuale semplice, di tipo "fauna blu". Quello libretto è sempre ampiamente<br />
utilizzato e richiesto. In più, passeranno ancora un paio di anni prima che i nuovi<br />
indici siano approvati ed applicati.<br />
<br />
65
Risultati<br />
Alla fine, fu deciso di rinnovare completamente il libretto del 1991 sotto forma<br />
elettronica con il titolo "Initiation aux Invertébrés des Eaux Douces" :<br />
(Introduzione agli invertebrati delle acque dolci) (Tachet et al., 2009) (Fig. 2).<br />
<br />
66 <br />
Figura 2<br />
Il libro francese<br />
del 2009<br />
Il testo della vecchia "fauna blu" fu scannerizzato, adattato e completato. Passò da<br />
158 a 188 pagine, menzion<strong>and</strong>o circa 880 taxa e disegn<strong>and</strong>one più di 300, ma
sempre con l'identificazione a livello delle famiglie. Geolab ci inviò amabilmente<br />
gli scansioni delle figure italiane, le cui didascalie furono ritradotte dall'italiano in<br />
francese. E' stata un'opera di gr<strong>and</strong>e collaborazione !<br />
Nella redazione del nuovo libro hanno collaborato altri specialisti : il Prof. Philippe<br />
USSEGLIO-POLAT<strong>ER</strong>A (Università di Metz) ci ha consigliati sui cambiamenti<br />
tassonomici degli insetti, il Dott. Jean WUILLOT (Società IRIS Consultants) ha<br />
completamente rielaborato le pagine degli Oligocheti, sopprimendo la famiglia<br />
polimorfa dei Naididae e fondendola con la famiglia dei Tubificidae. Il Prof. Alain<br />
THIÉRY (Università di Marsiglia) ha aggiunto i microcrostacei Cladoceri,<br />
Copepodi, Ostracodi per soddisfare le dom<strong>and</strong>e frequenti degli studenti. La<br />
Dott.ssa Pâquerette Dessaix (Società ARALEP) ed io abbiamo coordinato<br />
l'introduzione dei nuovi taxa registrati nel Supplemento 2006 e la messa a punto<br />
del libro. Così per esempio, sulle pagine dei Crostacei Malacostraci, sono Mysis,<br />
Dikerogammarus, Crangonyx, Chelicorophium ed Orchestia dei generi invasivi<br />
nuovamente apparsi. E' stata aggiunta una pagina sugli Aracnidi . Le nuove specie<br />
sono state introdotte anche nelle chiavi e nelle tabelle ecologiche che danno i<br />
biotopi dei taxa con la loro corrente (animali limnofili o reofili), il loro cibo e modo<br />
di nutrizione, ed infine alcune osservazioni di comportamento, respirazione o<br />
riproduzione.<br />
L'opera è stata riletta da tre specialisti, corretta parecchie volte, poi stampata<br />
quest'anno a Imola grazie al Dott. Buganè.<br />
Discussione e conclusioni<br />
Gli indici macroinvertebrati sono destinati a valutare dapprima l'inquinamento<br />
organico, ma danno anche una stima dell'inquinamento chimico tossico.<br />
I libri e le mappe dedotte dell'identificazione degli invertebrati permettono il<br />
confronto tra dati antichi e recenti e quindi la valutazione dell'effetto delle misure<br />
prese per combattere l'inquinamento.<br />
Nel suo intervento per completare il ventaglio degli strumenti necessari<br />
dall'attuazione di metodi francesi di valutazione della qualità degli ambienti<br />
acquatici, AQUAREF (il laboratorio francese di riferimento dell'acqua e degli<br />
ambienti acquatici) ha sostenuto la nostra decisione, partecip<strong>and</strong>o al finanziamento<br />
di questo libro ammodernato. Questo ha permesso la vendita del libro fuori<br />
commercio ai soci dell'AFL, scienziati o amministratori dell'ambiente acquatico al<br />
prezzo moderato di 34 euro.<br />
Ringraziamo tutti i partecipanti alla nuova edizione e cominciamo ad accogliere<br />
con piacere osservazioni e suggerimenti di perfezionamento per la prossima<br />
edizione che sarà stampata fra alcuni anni qu<strong>and</strong>o lo stock attuale sarà esaurito.<br />
Ringrazio anche la Signora Pelletta che ha riletto l'Italiano orale e scritto di questo<br />
intervento.<br />
<br />
67
Riferimenti bibliografici<br />
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TACHET, H. , BOURNAUD M., RICHOUX P. (2006) Inroduzione allo studio dei<br />
macroinvertebrati di acqua dolce. Association Française de Limnologie e GEOLAB, Imola.<br />
pp. 1-170.<br />
TACHET H. , BOURNAUD M., RICHOUX P., DESSAIX P., PATTEE E. (2009)<br />
Initiation aux invertébrés des eaux douces. Association Française de Limnologie, Thononles-Bains.<br />
pp 1-190.<br />
<br />
68
AMPHIBIAN ASYMMETRY, A USEFUL TOOL<br />
TO ASSESS ENVIRONMENTAL QUALITY<br />
L´ASYMÉTRIE DES AMPHIBIENS, UNE MÉTHODE UTILE<br />
POUR ÉVALU<strong>ER</strong> LA QUALITÉ DE L´ENVIRONMENT<br />
L´ASIMMETRIA DEGLI ANFIBI, UN METODO UTILE<br />
P<strong>ER</strong> VALUTARE LA QUALITÀ AMBIENTALE<br />
Carmen I. Burghelea*, Dragos Zaharescu, Antonio Palanca<br />
Animal Anatomy Laboratory, Faculty of Biological Sciences,<br />
Vigo University, Lagoas Marcosende, Vigo 36310, Spain<br />
* Corresponding author: bcarmen@uvigo.es<br />
Summary<br />
This study aimed to determine the morphological stress experienced by Rana<br />
perezi, an anuran endemic to the Iberian Peninsula, in an agricultural l<strong>and</strong>scape<br />
with different levels of management impact, by using the fluctuating asymmetry<br />
(FA) of its skeleton. Tibio-fibula, a highly functional trait, had the lowest FA level,<br />
whereas radio-ulna was the most asymmetric. This indicates that traits under<br />
directional selection are more prone to reflect stress than the functionally important<br />
ones. Metatarsus <strong>and</strong> radio-ulna were less able to cope with the stress in rice fields<br />
than in reservoirs. In ontogeny FA level decreased towards the adult stage<br />
suggesting that the mechanism of developmental stability buffered against the<br />
stress. In conclusion metatarsal <strong>and</strong> radio-ulna asymmetry of R. perezi juveniles<br />
can be used to assess environmental disturbances in agricultural l<strong>and</strong>scapes.<br />
Keywords: Rana perezi; fluctuating asymmetry; agricultural l<strong>and</strong>scape;<br />
environmental stress.<br />
Résumé<br />
Cette étude a visé de déterminer le stress morphologique éprouvé par Rana perezi,<br />
un anoure endémique de la Péninsule Ibérique, dans le paysage agricole, en<br />
utilisant l'asymétrie fluctuante (AF) de son squelette. Le tibio-péroné, un trait très<br />
fonctionnel, montrait le plus faible degré d'asymétrie, alors que le radio-cubitus a<br />
était le plus asymétrique. Il révèle que les traits sous sélection directionnelle sont<br />
plus prédisposés au stress que les traits fonctionnels importants. En outre, le<br />
métatarse et le radio-cubitus font moins face aux stress dans les rizières que dans<br />
les réservoirs. Dans l'ontogenèse, le niveau d’AF a diminué en s'approchant du<br />
stade, suggérant que le mécanisme de la stabilité développementale protège contre<br />
le stress. En conclusion, l´AF du métatarse et du radio-cubitus des juvéniles de R.<br />
perezi pourrait être utilisée pour l'évaluation des perturbations environnementales<br />
dans des paysages agricoles.<br />
69
Mots-clés : Rana perezi; asymétrie fluctuante; paysage agricole; stress<br />
environnemental.<br />
Riassunto<br />
Questo studio mira a determinare lo stress morfologico vissuto da Rana perezi, un<br />
anura endemico della Penisola Iberica, nel paesaggio agricolo, utilizz<strong>and</strong>o<br />
l'asimmetria fluttuante (AF) del suo scheletro. Il tibio-perone, un tratto altamente<br />
funzionale, ha mostrato il più basso grado di AF, mentre la radio-ulna è risultata la<br />
più asimmetrica. Si rileva che tratti sotto selezione direzionale sono più inclini a<br />
riflettere stress che tratti funzionalmente importanti. Inoltre, metatarso e radio-ulna<br />
sono meno capaci di far fronte allo stress in campi di riso che in riserve d'acqua. In<br />
ontogenesi, il livello di AF diminuisce verso la fase adulta suggerendo che il<br />
raggiungimento di stabilità nello sviluppo dell'organismo rappresenta una<br />
protezione dallo stress. In conclusione l´asimmetria del metatarso e radio-ulna di<br />
forme giovani di R. perezi può essere utilizzato per valutare disturbi ambientali in<br />
paesaggi agricoli.<br />
Parole chiave: Rana perezi; asimmetria fluttuante; paesaggio agricolo; stress<br />
ambientale.<br />
Introduction<br />
Biotic indexes <strong>and</strong> physiochemical parameters have been largely used for the<br />
assessment of environmental <strong>quality</strong>. Environmental agencies are, however,<br />
constantly looking for economic <strong>and</strong> efficient alternatives which can effectively<br />
measure <strong>and</strong> monitor the condition, integrity <strong>and</strong> long-term sustainability of<br />
ecosystems. A way to examine the environment stress in organisms, before their<br />
decline or extinction occurs is to study their fluctuating asymmetry (FA: small<br />
r<strong>and</strong>om deviations from perfect symmetry, Møller & Swaddle 1997) <strong>and</strong> therefore<br />
indirectly evaluate the environmental <strong>quality</strong>. Amphibians are one of the nature´s<br />
best indicators of overall environmental health as they inhabit two niches (aquatic<br />
<strong>and</strong> terrestrial) <strong>and</strong> are sensitive to local factors such as <strong>water</strong> <strong>quality</strong> <strong>and</strong><br />
microhabitat availability (Pope 2000). Agricultural management of wetl<strong>and</strong>s is one<br />
of the major stressors of amphibian populations (Piha 2006). Reduced survivorship,<br />
altered feeding activity <strong>and</strong> mobility, decreased growth, as well as morphological<br />
deformities <strong>and</strong> increased asymmetry have been reported as main effects of<br />
pesticides use on amphibians (Söderman et al. 2007; Piha et al. 2006).<br />
The objective of the present study was to determine the fluctuating asymmetry of a<br />
number of elements of R. perezi skeleton in two areas with different levels of<br />
agricultural impact: intense <strong>and</strong> low management activity.<br />
Materials <strong>and</strong> Methods<br />
Monegros (NE Spain) is one of the most arid regions of Europe (Herrero & Snyder<br />
1997). The area has been identified as being particularly vulnerable to human <strong>and</strong><br />
<br />
70
climate-induced l<strong>and</strong> degradation (Macklin et al. 1994). R. perezi is a permanent<br />
resident of Monegros irrigated area. A number of 562 individuals were captured<br />
r<strong>and</strong>omly in rice fields <strong>and</strong> their supplying reservoirs, during the dry (January-<br />
May) <strong>and</strong> wet period (July-September) of 2003. The samplings took place in 5<br />
municipalities of Monegros: San Juan del Flumen, Cartuja, Lanaja, Orillena <strong>and</strong><br />
Sariñena. The frogs were classified in sex - size classes <strong>and</strong> X-rayed. Thereupon<br />
they were back released in the environment. Three traits were measured repeatedly<br />
by image analysis: radio-ulna, tibio-fibula <strong>and</strong> the second metatarsal bone.<br />
The absolute values of the difference (R-L) of metatarsus showed significant<br />
correlation with trait size <strong>and</strong> frog size. This was corrected using the expression<br />
FA=|R-L|/ [(R+L)/2] (Palmer & Strobeck, 1986). In addition, we tested for<br />
directional asymmetry by comparing unsigned FA values vs. 0 with t tests, <strong>and</strong> for<br />
antisymmetry with Kolmogorov- Smirnov tests.<br />
ANCOVA helped testing FA differences between l<strong>and</strong>scape type <strong>and</strong> period<br />
(dry/wet). Descriptive statistics are given ±SE.<br />
Results<br />
Measurement error for all traits was smaller than the FA values which indicated<br />
true asymmetry. This followed a normal distribution with mean zero for all traits<br />
considered.<br />
The FA of the 3 studied bones showed significant differences between frog<br />
classes. The most affected by stress was radio-ulna (FA=0.71±0.02), followed by<br />
metatarsal (0.56±0.02) <strong>and</strong> tibio-fibula (0.21±0.007). Along the postmetamorphic<br />
development FA decreased from recently metamorphosed (n=148) <strong>and</strong> juveniles<br />
(n=147) to adult males (n=98) <strong>and</strong> females (n=169) (Fig. 1).<br />
<br />
71 <br />
Figure 1<br />
Fore <strong>and</strong> hind-limbs FA<br />
(adjusted for trait size) in<br />
ontogeny.<br />
Values plotted are means<br />
±SE.<br />
FA = |R-L|/[(R+L)/2],<br />
where R=length of the right<br />
limb, L=length of the left<br />
limb <strong>and</strong> size of the limb =<br />
(R+L)/2.<br />
A one way ANOVA showed significant differences of juveniles´ radio-ulna FA<br />
(F=8.90, P
FA values were higher in rice fields than in reservoirs especially in the dry period<br />
(Fig. 2).<br />
Figure 2 - Fluctuating asymmetry (FA) of tibio-fibula ( ), metatarsal () <strong>and</strong> radio-ulna<br />
() in rice fields <strong>and</strong> reservoirs: (a) recently metamorphosed, (b) juveniles, (c) adult-males<br />
<strong>and</strong> (d) adult-females. *Significant differences of FA between rice fields <strong>and</strong> reservoirs,<br />
P
The highest level of FA was registered by a forelimb trait (i.e. radio-ulna), which is<br />
used by R. perezi males to hold females during copulation. It thus confirms the<br />
hypotheses that traits under directional selection are more sensitive to stress<br />
(Møller & Pomiankowski 1993).<br />
In ontogeny decreasing levels of FA towards the adult stage illustrates that<br />
developmental stability at earlier stage is efficient at buffering against the stress.<br />
The higher degree of FA in the smaller sex (i.e. females) suggests that the sex<br />
difference in FA is indeed related to sex per se, rather than to the degree of sexual<br />
size dimorphism (Söderman et al. 2007).<br />
Our study established a significant connection of metatarsal <strong>and</strong> radio-ulna FA<br />
with the l<strong>and</strong>scape management level suggesting that the intensive agricultural<br />
practices could result in development instability. It seems that less-functional<br />
skeleton traits of R. perezi can be used to estimate the level of environmental<br />
disturbance. Further studies are required to establish which agricultural practices<br />
<strong>and</strong> environmental parameters are more involved in determining the morphological<br />
asymmetries of R. perezi.<br />
In the general context of world amphibian decline (Alford & Richards 1999) FA<br />
may well reflect populations under stress <strong>and</strong> indirectly, the environmental <strong>quality</strong>.<br />
Acknowledgements: We wish to thank our colleagues from Animal Anatomy Laboratory<br />
(Vigo University) for the field work <strong>and</strong> fluctuating asymmetry measurements.<br />
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SÖD<strong>ER</strong>MAN F. (2006) Comparative population ecology in moor frogs with particular<br />
reference to acidity. PhD thesis, Uppsala Univeristy, Sweden.<br />
<br />
74
DISCHARGE MEASURES AND EVALUATION<br />
OF HYDROMETRIC LEVELS IN LOW WAT<strong>ER</strong> CONDITIONS<br />
BASIN OF THE RIV<strong>ER</strong> RENO (ITALY)<br />
MESURES DE DEBIT ET ÉVALUATION DES NIVEAUX<br />
HYDROM<strong>ER</strong>IQUES PENDAND LES PÉRIODES D'ETIAGE<br />
BASSIN DE LA RIVI<strong>ER</strong>E RENO (ITALIE)<br />
MISURE DI PORTATA E VALUTAZIONE DEI LIVELLI<br />
IDROMETRICI NEI P<strong>ER</strong>IODI DI MAGRA<br />
BACINO DEL F. RENO (ITALIA)<br />
Camilla Iuzzolino*, Lorenzo Canciani<br />
Autorità di Bacino del Fiume Reno<br />
* Corresponding author: e-mail: ciuzzolino@regione.emilia-romagna.it<br />
Summary<br />
Beginning from 2005, the Reno Basin Authority has undertaken field <strong>and</strong> office<br />
activity for verifying <strong>and</strong> reporting discharge levels during drought periods in the<br />
main <strong>water</strong> courses of the river basin.<br />
Throughout the year discharge measures were performed in order to verify flows<br />
<strong>and</strong> to maintain the flow scales of the telehydrometic instruments, with detailed<br />
attention to the description of low <strong>water</strong> conditions.<br />
Above all in the summer period was carried out a real-time control of the<br />
hydrometric levels, weekly <strong>and</strong> in concomitance with significant rainfalls, for<br />
learning the state <strong>and</strong> the hydrological behaviour of the river basin, <strong>and</strong> also the<br />
location of eventual critical situations.<br />
The objective was to develop an instrument of aid to management, so that it<br />
concurs to gradually master certain weaknesses, trying to guarantee the greater<br />
number of requirements, with an detailed attention to priority uses.<br />
Keywords: Minimum vital flow; streamflow monitoring<br />
Résumé<br />
À partir de 2005, l’Autorité de Bassin du Reno a entrepris une activité de terrain et<br />
de bureau concernant la vérification et le relevé du fonctionnement des niveaux<br />
hydrométriques qui donnent les débits des principaux cours d'eau du bassin dans le<br />
périodes sèches.<br />
Pendant l'année sont exécutés des mesures de débits pour vérifier les écoulements,<br />
ainsi que l'entretien et la mise à jour des courbes d'étalonnage des instruments<br />
téléhydrométriques, avec une attention particulière à la description des conditions<br />
d'étiage.<br />
Surtout dans la période estivale, est effectué en temps réel le contrôle des niveaux<br />
hydrométriques, hebdomad<strong>air</strong>ement et en concomitance avec les pluies<br />
75
significatives, le but étant de connaître l'état et le comportement hydrologique du<br />
bassin, et de repérer d’éventuelles situations critiques.<br />
L'objectif est de développer un instrument d'aide à la gestion qui permette<br />
d'intervenir graduellement afin de maitriser les dèrives, en cherchant à repondre au<br />
plus gr<strong>and</strong> nombre de besoins, avec une attention particulière aux usages<br />
priorit<strong>air</strong>es.<br />
Mots-clés: Débit minimum vital; suivi de débit.<br />
Riassunto<br />
A partire dal 2005, l’Autorità di Bacino del Reno ha intrapreso attività di campo e<br />
di ufficio indirizzate alla verifica e al reporting sull’<strong>and</strong>amento dei livelli<br />
idrometrici corrispondenti alle portate nei periodi siccitosi relativamente ai<br />
principali corsi d’acqua del bacino.<br />
Durante l’anno vengono eseguite misure di portata per verificare i deflussi, nonché<br />
il mantenimento e l’aggiornamento delle scale di deflusso degli strumenti<br />
teleidrometrici, con particolare attenzione alla descrizione delle condizioni di<br />
magra a portata ridotta.<br />
Soprattutto nel periodo estivo, viene effettuato in tempo reale un controllo della<br />
situazione dei livelli idrometrici settimanalmente e in concomitanza di consistenti<br />
piogge, finalizzato alla conoscenza dello stato e del comportamento idrologico del<br />
bacino, nonché all’individuazione di eventuali criticità.<br />
L’obiettivo è quello di sviluppare uno strumento di aiuto alla gestione, che<br />
consenta di intervenire gradualmente al fine di governare le derivazioni, cerc<strong>and</strong>o<br />
di garantire il maggior numero di fabbisogni, con un’attenzione particolare agli usi<br />
prioritari.<br />
Parole chiave: Deflusso minimo vitale; monitoraggio delle portate.<br />
Introduzione<br />
A partire dal 2005, a seguito della conclusione del lavoro relativo alla<br />
determinazione del DMV sperimentale che ha consentito un’attenta analisi<br />
dell’ambiente fluviale e delle sue specifiche caratteristiche idrologiche, idrauliche<br />
ed ambientali e in fase di approvazione dei Piani di Tutela delle Acque (PTA) delle<br />
Regioni <strong>Emilia</strong>-Romagna e Toscana, l’Autorità di Bacino del Reno ha intrapreso<br />
una serie di attività di campo e di ufficio indirizzate alla verifica e al reporting<br />
sull’<strong>and</strong>amento dei livelli idrometrici corrispondenti alle portate nei periodi<br />
siccitosi relativi alle situazioni monitorate sui principali corsi d’acqua del bacino<br />
del Fiume Reno.<br />
I primi due anni 2005 e 2006 sono serviti innanzitutto a testare ed affinare questo<br />
strumento di controllo: nel tempo si sono selezionate le stazioni più idonee e<br />
rappresentative, valutata la cadenza opportuna, verificata l’attendibilità del sistema<br />
e pianificata l’attività connessa necessaria al mantenimento dello stesso. Le<br />
<br />
76
osservazioni sono quindi proseguite, con una buona affidabilità, anche nel corso<br />
del 2007 e del 2008.<br />
.<br />
<br />
77 <br />
Figura 2<br />
Figura 1<br />
Misure di<br />
portata a<br />
guado<br />
Andamenti di livelli idrometrici<br />
Durante l’anno nei periodi di magra vengono eseguite misure di portata da Autorità<br />
di Bacino ed ARPA-Servizio Idro Meteo e Clima, periodicamente ed in funzione di<br />
specifiche situazioni da monitorare (piogge intense ed improvvise, perdurare di<br />
periodi siccitosi, prelievi e rilasci di volumi d’acqua, etc.), al fine di verificare i<br />
deflussi dei corsi d’acqua, nonché il mantenimento e l’aggiornamento delle scale di<br />
deflusso degli strumenti teleidrometrici presenti sul bacino, con particolare<br />
attenzione alla descrizione delle condizioni di magra a portata ridotta.
78 <br />
Figura 3<br />
Esempio di<br />
scala di<br />
deflusso da<br />
aggiornare.<br />
Le misure di portata vengono effettuate con strumenti specifici differenziati a<br />
seconda delle condizioni idromorfologiche in cui si va ad operare.<br />
Figura 4<br />
Strumenti per rilevamento<br />
portate e livelli.<br />
Fondamentale è lo sfruttamento e l’ottimizzazione della rete idrometrica regionale<br />
esistente gestita da ARPA-SIMC, per poter poi disporre, dopo un’attenta
valutazione delle sezioni idonee, al rilevamento di condizioni di magra ed una volta<br />
definite le scale di deflusso, di un controllo in tempo reale.<br />
La frequenza delle misure di campo necessarie varia in funzione della “stabilità”<br />
delle sezioni e della necessità di aggiornare, rivedere e modificare le scale di<br />
deflusso, in conseguenza di eventi di piena e cambiamenti delle condizioni<br />
idromorfologiche di riferimento.<br />
Ulteriori sopralluoghi poi vengono condotti per specifiche caratterizzazioni del<br />
regime idrologico del corso d’acqua in quei tratti di interesse non provvisti di rete<br />
teleidrometrica sia in territorio toscano (come per esempio l’alto bacino del<br />
Santerno, l’alto corso del T. Senio, il T. Orsigna) che in territorio emilianoromagnolo<br />
(ad esempio i tratti montani dei torrenti Samoggia e Lavino).<br />
Inoltre, soprattutto nel periodo estivo, viene effettuato in tempo reale un controllo<br />
della situazione dei livelli idrometrici a cadenza settimanale e in concomitanza di<br />
consistenti piogge estive, finalizzato innanzitutto alla conoscenza dello stato di<br />
fatto e del comportamento idrologico del bacino, nonché all’individuazione delle<br />
eventuali criticità.<br />
Tali attività sono condizione necessaria al fine di assicurare l’affidabilità del<br />
sistema di verifica diretta dei livelli idrometrici, in particolare in funzione di valori<br />
di portata molto bassi e prossimi allo zero la cui attendibilità e conferma necessita<br />
spesso di misure dirette in campo.<br />
Queste valutazioni costituiscono il punto di partenza per affrontare e ragionare su<br />
problematiche specifiche, necessità e richieste di risorsa, bilanci idrici di dettaglio,<br />
caratterizzazione del deficit superficiale annuale (in termini volumetrici o di giorni<br />
in cui non viene rispettato il DMV), alla luce di una conoscenza di dettaglio del<br />
sistema idropluviometrico e dei suoi comportamenti.<br />
<br />
79 <br />
Figura 5<br />
Castelbolognese, Torrente Senio.<br />
Periodicamente da maggio a ottobre vengono anche redatti dei “bollettini”<br />
riassuntivi che mostrano l’<strong>and</strong>amento dei livelli e quindi dei volumi transitanti nei<br />
periodi più critici.
.<br />
<br />
80 <br />
Figura-6<br />
Tabelle statistiche relative al<br />
numero di giorni in cui il livello<br />
idrometrico è inferiore a quello<br />
corrispondente al DMV<br />
[idrologico (0,160 m3/s) e<br />
sperimentale (0,500 m3/s)].<br />
Figure 7 - 8<br />
Borgo Tossignano,<br />
Torrente Santerno:<br />
stima dei deficit<br />
idrici.
Il livello di “allerta” (visualizzato nei bollettini con colore giallo nei documenti<br />
originali) si riferisce per il 2007 e 2008 all’altezza corrispondente al DMV<br />
idrologico, mentre quello “critico” (in colore rosso nei documenti originali)<br />
corrisponde ad 1/3 del DMV idrologico. Tale valore di DMV, ai sensi di quanto<br />
definito dalle norme del PTA della <strong>Regione</strong> <strong>Emilia</strong>-Romagna, rappresentava la<br />
portata da lasciar defluire obbligatoriamente per tutte le derivazioni in essere alla<br />
data di approvazione del Piano fino al rispetto del DMV idrologico entro il<br />
31/12/2008. Abbiamo ritenuto di assumere tali altezze idrometriche come valori di<br />
riferimento per una valutazione generale dell’<strong>and</strong>amento del regime idrologico su<br />
tutto il bacino del Reno e quindi anche sul territorio toscano.<br />
A partire dal 2009 il livello “critico” viene pertanto riferito al valore di DMV<br />
idrologico ed al momento si è scelto, come “allerta”, il livello corrispondente al<br />
doppio del DMV idrologico.<br />
La scelta di determinare tale valore, soprattutto nei periodi più critici con<br />
concomitanza temporale e spaziale dei fabbisogni in essere, è motivata dalla<br />
volontà di affiancare alla finalità di controllo un approccio gestionale a breve e<br />
media durata.<br />
Ciò potrebbe consentire infatti di intervenire gradualmente al fine di governare e<br />
limitare le derivazioni, cerc<strong>and</strong>o di garantire il maggior numero di fabbisogni, con<br />
un’attenzione particolare agli usi prioritari; questo anche alla luce del<br />
comportamento osservato, per cui il sistema una volta entrato in crisi, stenta a<br />
risollevarsi.<br />
La valutazione per livelli idrometrici di maggiore ordine di gr<strong>and</strong>ezza, può fungere<br />
anche da previsione di scenari futuri come l’applicazione del valore completo di<br />
DMV o il rispetto di valori specifici di portata.<br />
Per monitorare meglio specifiche situazioni, potrebbe essere utile riuscire a stimare<br />
tali comportamenti ed analizzare le correlazioni con gli afflussi meteorici.<br />
L’osservazione e la valutazione delle situazioni dei livelli viene comunque<br />
effettuata anche e volutamente in corrispondenza del verificarsi di eventi meteorici<br />
ritenuti significativi.<br />
Indipendentemente dall’analisi del regime meteorico specifico, in linea generale è<br />
possibile osservare un comportamento ricorrente relativamente alla disponibilità<br />
della risorsa, sia in termini territoriali che temporali.<br />
Le situazione complessivamente meno “critiche” sono facilmente individuabili<br />
dall’assenza di colore Rosso (nei documenti originali) e sono riconducibili a:<br />
1. T. Santerno a Borgo Tossignano: la stazione, localizzata ancora in bacino<br />
montano, a monte della presa significativa del Canale dei Mulini in località<br />
Codrignano, tendenzialmente non presenta problemi specifici;<br />
2. T. Silla a Mulino di Gaggio: tale torrente, alimentato dalle sorgenti e dalle nevi<br />
del complesso montuoso del Corno alle Scale rappresenta uno degli affluenti<br />
principali montani del Fiume Reno;<br />
<br />
81
3. F. Reno a Casalecchio Tiro a Volo: il livello viene opportunamente mantenuto<br />
nei limiti con manovre idrauliche che regolano l’opera di presa del Canale di Reno<br />
situato poco a monte in corrispondenza della Chiusa.<br />
2007<br />
2008<br />
Figura 9 - Situazione dei livelli idrometrici corrispondenti alle portate critiche e di allerta<br />
(maggio-novembre 2007 e 2008).<br />
Nel periodo tardo primaverile cominciano a manifestarsi le prime situazioni di<br />
sofferenza ed entr<strong>and</strong>o nella stagione estiva, una volta raggiunte condizioni di<br />
criticità, il sistema (per la maggior parte dei corsi d’acqua) sembra “collassare”,<br />
mostr<strong>and</strong>o lenti tempi di risposta e recupero ad eventi meteorici significativi e<br />
situazioni climatiche più favorevoli; per una ripresa stabile del complessivo sistema<br />
idrologico bisogna attendere la stagione autunnale (fine ottobre) e comunque<br />
piogge più consistenti e soprattutto continue.<br />
<br />
82
83 <br />
Figura 10 - Situazione dei livelli idrometrici corrispondenti alle portate critiche e di allerta (maggio-agosto 2009).
Conclusioni<br />
In linea generale, per il 2007 e il 2008, le valutazioni meteorologiche di massima<br />
ed i dati di sintesi riportati sugli annali idrologici elaborati da ARPA, per le<br />
stazioni pluviometriche situate nel bacino del Fiume Reno, mostrano che:<br />
tendenzialmente le precipitazioni che “risollevano” maggiormente le portate<br />
dei corsi d’acqua si registrano alla fine di ottobre;<br />
a conferma di situazioni di criticità si assiste a scarsità di afflussi rispetto ai<br />
valori climatici di riferimento dell’ordine del 20% in termini quantitativi e circa del<br />
40% come giorni piovosi;<br />
è la stagione primaverile a mostrare il deficit maggiore rispetto alle medie<br />
climatiche.<br />
Tali conclusioni collimano con le conoscenze del bacino e col quadro osservato<br />
relativo ai livelli idrometrici di magra, in particolare in relazione alla sensibilità del<br />
sistema al protrarsi di periodi siccitosi, al manifestarsi di criticità sin dal principio<br />
della stagione estiva e al recupero raggiunto solo col periodo delle piogge<br />
autunnali.<br />
Il bacino del Reno si dimostra infatti profondamente influenzato dal regime<br />
pluviometrico.<br />
In particolare è possibile individuare sottobacini di piccole dimensione, di medio e<br />
basso appennino (ad esempio il T. Lavino), interessati da forte subalveo (il T.<br />
Samoggia a valle di Savigno) o con ridotta copertura vegetale (per esempio il<br />
bacino del T. Sillaro), caratterizzati da scarsi serbatoi idrogeologici e che sono<br />
fortemente e direttamente condizionati dalle precipitazioni.<br />
Come già evidenziato invece alcuni bacini manifestano una maggiore stabilità dei<br />
deflussi: l’alto Reno alimentato da sorgenti significative (come i due Limentra) e<br />
dalle nevi (attraverso il T. Silla), così come il Santerno ed il Senio, caratterizzati<br />
dalla presenza di maggiori rocce magazzino, mostrano di norma, nei tratti non<br />
ancora profondamente interessati da prelievi antropici, condizioni idrologiche<br />
meno critiche.<br />
<br />
84
THE WAT<strong>ER</strong> CYCLE AND THE WAT<strong>ER</strong> QUALITY<br />
IN THE T<strong>ER</strong>RITORY OF IMOLA<br />
LE CYCLE DE L'EAU ET LA QUALITÉ DE L'EAU<br />
DU T<strong>ER</strong>RITOIRE D’IMOLA<br />
IL CICLO IDRICO E LA QUALITÁ DELL’ACQUA<br />
NEL T<strong>ER</strong>RITORIO IMOLESE<br />
Carlo Falconi<br />
H<strong>ER</strong>A Imola-Faenza S.r.l.<br />
Summary<br />
H<strong>ER</strong>A, the society that manages the integrated <strong>water</strong> service of the territory of<br />
Imola, has put together policies to a conscious exploitation of <strong>water</strong> resources, as<br />
shown, on the <strong>water</strong>works side, the existence of an industrial pipeline <strong>and</strong> the<br />
diversification of supply sources, <strong>and</strong>, on depurative side, the presence of lakes of<br />
finishing to refine the <strong>water</strong> that is released to the environment.<br />
Keywords: Water integrated; <strong>water</strong> service; industrial pipeline; lakes of finishing.<br />
Resumé<br />
H<strong>ER</strong>A, la société de gestion du service hydrique intégré du territoire d'Imola, a mis<br />
en place une politique visant à une exploitation responsable des ressources<br />
hydriques, comme le prouvent, d'un côté, la réalisation de l'aqueduc à usage<br />
industriel et la diversification des sources d'approvisionnement et, de l'autre, pour<br />
ce qui concerne l'épuration des eaux, la présence de bassins d'affinage des eaux qui<br />
sont rejetées dans l'environnement<br />
Mots-clés : Eau; service hydrique intégré; aqueduc industriel; bassins d'affinage.<br />
Riassunto<br />
H<strong>ER</strong>A, gestore del servizio idrico integrato del territorio imolese, ha messo in<br />
campo politiche volte ad uno sfruttamento consapevole della risorsa idrica, come<br />
dimostrano, sul versante acquedottistico, l’esistenza di un acquedotto industriale e<br />
la differenziazione delle fonti di approvvigionamento, e, sul versante depurativo, la<br />
presenza di bacini di finissaggio volti ad affinare l’acqua che viene rilasciata<br />
all’ambiente.<br />
Parole chiave: Acqua; servizio idrico integrato; acquedotto industriale; bacini di<br />
finissaggio.<br />
85
Introduzione<br />
Il territorio imolese, oggetto del presente articolo, comprende essenzialmente la<br />
città di Imola e la media-bassa vallata del Santerno (Casalfiumanese, Borgo<br />
Tossignano e Fontanelice).<br />
Il sistema idrico integrato di questo territorio risulta essere esemplificativo per le<br />
politiche di utilizzo e tutela della risorsa idrica perseguite da H<strong>ER</strong>A al fine di<br />
utilizzare e salvaguardare al risorsa idrica del territorio.<br />
Il sistema acquedottistico<br />
La città di Imola, che conta circa 70.000 abitanti, storicamente è sempre stata e<br />
viene attualmente alimentata da circa una ventina di pozzi insistenti sulla conoide<br />
del fiume Santerno.<br />
La maggior parte delle acque captate da queste fonti sotterranee sono già potabili in<br />
natura, mentre la restante presenta un inquinamento da organoalogenati. Pertanto<br />
tale quota deve essere e viene potabilizzata attraverso un trattamento con filtri a<br />
carbone attivo che eliminano completamente questi inquinanti di origine antropica<br />
(Fig. 1).<br />
<br />
86 <br />
Figura 1<br />
Filtri a carbone<br />
attivo<br />
dell'impianto<br />
di Imola.<br />
Per far fronte all’incremento della dom<strong>and</strong>a idrica civile, conseguente al costante<br />
aumento di popolazione registrato nell’ultimo decennio, e per tutelare la risorsa<br />
idrica sotterranea, limit<strong>and</strong>o il fenomeno della subsidenza, H<strong>ER</strong>A ha previsto di<br />
sfruttare maggiormente la risorsa idrica superficiale disponibile, non insistendo più<br />
sull’acqua delle falde sotterranee.
Questa politica di differenziazione delle fonti e di tutela della risorsa idrica<br />
sotterranea è già stata avviata nel 2008 con la creazione di un impianto da circa 30<br />
l/s che sfrutta acqua di origine superficiale proveniente dal sistema acquedottistico<br />
industriale.<br />
Tutte le acque prelevate dai pozzi e dall’impianto sopra citato vengono convogliate<br />
in un’unica vasca di raccolta (vasca Pontesanto) e da qui pompate in rete previa<br />
un’opportuna disinfezione al fine di garantire la giusta copertura igienico-sanitaria<br />
nelle condotte di distribuzione.<br />
Come accennato, oltre ad un sistema acquedottistico civile, la città di Imola è<br />
dotata anche di un acquedotto di tipo industriale. Questo sistema acquedottistico<br />
viene alimentato da un impianto di trattamento ubicato nel Comune di Mordano<br />
che preleva acqua dal C.E.R. (Canale <strong>Emilia</strong>no Romagnolo) e dal Canale dei<br />
Molini. Il trattamento che subiscono le acque provenienti da questi due vettori<br />
antropici superficiali (il C.E.R. preleva acqua dal fiume Po, mentre il Canale dei<br />
Molini preleva acqua dal fiume Santerno) è essenzialmente un trattamento di<br />
chiariflocculazione e disinfezione.<br />
Tale sistema risulta di fondamentale importanza per la tutela della risorsa idrica. A<br />
livello qualitativo questo sistema acquedottistico “sdoppiato” tra civile e industriale<br />
consente di tutelare la risorsa idrica del territorio, perseguendo due importanti<br />
obiettivi:<br />
- destinazione delle acque pregiate all’utilizzo essenzialmente civile;<br />
- limitazione del prelievo di acque sotterranee, con riduzione e/o eliminazione<br />
del fenomeno della subsidenza.<br />
<br />
87 <br />
Figura 2<br />
Veduta aerea<br />
di un bacino<br />
di accumulo e<br />
dell' impianto<br />
di trattamento<br />
industriale.
La media-bassa vallata del Santerno, che include i centri di Casalfiumanese, Borgo<br />
Tossignano e Fontanelice, per un totale di circa 9.000 abitanti, ha il fulcro del suo<br />
sistema acquedottistico nel territorio del Comune di Borgo Tossignano, dove sono<br />
ubicati sia invasi di raccolta delle acque grezze derivate dal fiume Santerno, sia il<br />
potabilizzatore civile che serve l’intera rete acquedottistica civile della vallata.<br />
Non essendo disponibile in natura altra risorsa idrica che quella superficiale del<br />
fiume Santerno, l’intera rete viene servita dal potabilizzatore che opera tratt<strong>and</strong>o<br />
l’acqua con processi di disinfezione, chiariflocculazione, filtrazione a sabbia,<br />
filtrazione a carboni attivi e disinfezione.<br />
Poiché il fiume Santerno ha carattere torrentizio, per evitare problemi o durante i<br />
periodi di piena o durante le stagioni particolarmente siccitose, in località Rineggio<br />
si sono realizzati due bacini di accumulo di acqua grezza per oltre 90.000 m 3 .<br />
Questi bacini a monte del potabilizzatore consentono di avere notevoli vantaggi<br />
gestionali, oltre che miglioramenti a livello qualitativo sui processi di<br />
potabilizzazione, in quanto:<br />
- si ha una sedimentazione naturale all’interno dei bacini che evitano trattamenti<br />
più spinti di potabilizzazione;<br />
- le caratteristiche qualitative dell’acqua migliorano e diventano pressoché<br />
costanti durante buona parte dell’anno;<br />
- non si è vincolati alla portata del Santerno alquanto volubile, avendo una<br />
riserva idrica di oltre 20 giorni.<br />
Oltre a ciò, anche il fiume e il suo sistema ecologico beneficiano di questi<br />
accumuli, in quanto viene salvaguardato l’afflusso minimo vitale del fiume proprio<br />
nei periodi più siccitosi.<br />
Il sistema fognario-depurativo<br />
Sia la città di Imola (con esclusione di una piccola parte industriale servita da un<br />
piccolo depuratore denominato “Gambellara”) che l’intera media-bassa vallata del<br />
Santerno convogliano i loro reflui al depuratore “Santerno” di Imola. Infatti, oltre<br />
alla rete fognaria imolese sviluppata su tutto il territorio, lungo la vallata del<br />
Santerno è stato realizzato già da diversi decenni un collettore che recupera e<br />
trasporta tutti gli scarichi ad Imola.<br />
Oltre al sistema fognario urbano, si sottolinea che da alcuni anni al depuratore di<br />
Imola giunge anche il percolato rilasciato dalla discarica “Pediano”, attraverso un<br />
collettore dedicato che consente di garantire il miglior trattamento per questi<br />
liquami.<br />
Il depuratore “Santerno” di Imola, della potenzialità di circa 75.000 abitanti<br />
equivalenti (il cui potenziamento è previsto nei prossimi anni per far fronte agli<br />
sviluppi insediativi e industriali della zona) attua sui reflui un trattamento alquanto<br />
st<strong>and</strong>ard composto da un sistema di depurazione a fanghi attivi con<br />
predenitrificazione e da una linea fanghi con digestione anaerobica e<br />
disidratazione.<br />
<br />
88
89 <br />
Figura 3<br />
Schema del<br />
sistema fognariodepurativo<br />
del<br />
territorio<br />
imolese.<br />
La peculiarità del depuratore non è tanto il suo processo di trattamento, quanto<br />
l’esistenza a valle di ben 5 bacini cosiddetti di finissaggio. Il volume di questi<br />
invasi è di circa 416.000 m 3 .<br />
Questi bacini consentono all’acqua in uscita dal depuratore di affinarsi<br />
ulteriormente grazie a processi naturali che riducono:<br />
- particelle ancora in sospensione tramite sedimentazione e decantazione ;<br />
- nutrienti quali fosforo e azoto grazie all’azione di processi vegetali;<br />
- carica batterica attraverso predazione e irraggiamento solare.
90 <br />
Figura 4<br />
Vista<br />
dall’alto del<br />
depuratore<br />
“Santerno” e<br />
dei bacini di<br />
finissaggio.<br />
Grazie sia al processo di depurazione vero e proprio ben dimensionato, sia alla<br />
presenza dei bacini di finissaggio, l’acqua che viene rilasciata al fiume Santerno<br />
presente buone caratteristiche qualitative e non va ad alterare minimamente il<br />
sistema ecologico della zona su cui insiste.
STONE RIV<strong>ER</strong>S: THE EVOLUTION OF THE HYDROGRAPHIC<br />
NETWORK IN PIEDMONT IN THE GLOBAL CHANGE CONTEXT<br />
RIVI<strong>ER</strong>ES DE PI<strong>ER</strong>RES: L'EVOLUTION DU RESEAU FLUVIAL EN<br />
PIEMONT DANS LE CONTEXTE DU CHANGEMENT GLOBAL<br />
FIUMI DI PIETRA: L’EVOLUZIONE DEL RETICOLO IDROGRAFICO<br />
PIEMONTESE NELL’AMBITO DEL CAMBIAMENTO CLIMATICO<br />
Massimo Cammarata (1)* , Stefano Fenoglio (1) , Massimo Pessino (2) , Tiziano Bo (1)<br />
(1)<br />
DISAV Università del Piemonte Orientale -<br />
Via Teresa Michel 11 15121 Aless<strong>and</strong>ria<br />
(2)<br />
University of Illinois, Illinois Natural History Survey<br />
1816 South Oak Street, Champaign IL – USA<br />
Corresponding autor: E.mail: tbo@unipmn.it<br />
Abstract<br />
In this paper we present a brief description of the hydrological situation of running<br />
<strong>water</strong>s in Piedmont, with a special emphasis on the results of two studies related to<br />
the effect of temperature on the nymphal development of two typîcal mayflies of<br />
the plain of the Po.<br />
Keywords: Droughts; rivers of Piemont; temperature; mayflies.<br />
Résumé<br />
Ce document est une brève description de la situation des cours d'eau dans le<br />
Piémont, avec les résultats de deux études sur l'effet de la température sur le<br />
développement nymphal de deux Ephemeropteres typique de la plaine du Po.<br />
Mots clés: Etiages de cours d'eau; rivières en Piémont; température;<br />
Ephemeroptera.<br />
Riassunto<br />
Nel presente lavoro viene presentata una breve descrizione della situazione idrica<br />
dei corsi d’acqua piemontesi ed i risultati di due studi relativi l’effetto della<br />
temperatura sullo sviluppo ninfale di due Efemerotteri tipici dei sistemi lotici della<br />
pianura Padana.<br />
Parole chiave: Secche; fiumi Piemontesi; temperatura; Efemerotteri.<br />
Introduzione<br />
Osserv<strong>and</strong>o dalle Alpi la pianura, nelle giornate terse si notano lunghe strisce<br />
bruno-giallastre, che segnano profondamente il paesaggio agrario, serpeggi<strong>and</strong>o tra<br />
91
coltivi, abitazioni e strade. Ridotti a lunghi nastri di ciottoli e sabbia, torrenti e<br />
fiumi del Piemonte hanno subito negli ultimi decenni un alterazione ecologica<br />
tanto impressionante quanto poco studiata, le cui conseguenze potranno essere<br />
drammatiche. I fiumi della nostra regione sono stati infatti recentemente colpiti da<br />
drastiche variazioni del regime idrico, con lunghi periodi caratterizzati dalla<br />
scarsezza o mancanza d’acqua che si alternano con furiose e violente alluvioni. Nei<br />
fiumi prealpini come il Gesso, il Varaita, il Grana ma anche nei torrenti delle<br />
Langhe e del Monferrato l’acqua manca ormai costantemente per alcuni mesi<br />
all’anno, sia nel periodo estivo che nel periodo invernale. Così, dopo che negli<br />
ultimi anni il livello di inquinamento chimico delle acque correnti piemontesi si era<br />
progressivamente ridotto, i nostri fiumi devono ora affrontare un nuovo ed<br />
insidioso problema, forse ben più difficile da risolvere.<br />
In numerose regioni del mondo, i fiumi sono sistemi di raccolta e trasporto delle<br />
acque meteoriche che ‘funzionano’ solamente in alcuni periodi dell’anno. Tali sono<br />
ad esempio gli intermittent streams dei deserti australiani, le quebradas delle<br />
montagne <strong>and</strong>aluse (figura 1) e le fiumare del nostro Sud: dopo lunghi periodi di<br />
siccità, all’arrivo delle piogge, questi ambienti conoscono una breve parentesi di<br />
vita, per tornare poi nuovamente al loro greto sassoso.<br />
<br />
92 <br />
Figura 1<br />
Rio Despenaperros,<br />
Sierra Morena, Sud<br />
della Spagna.<br />
Al contrario, i sistemi lotici piemontesi hanno sempre avuto regimi idrici<br />
permanenti, alimentati nei diversi casi da apporti pluviali, nivali e glaciali, e solo in<br />
tempi recenti l’acqua ha iniziato a scomparire dagli alvei. Analizz<strong>and</strong>o una serie<br />
centenaria di dati climatologici provenienti da tutta l’Europa, alcuni studiosi inglesi<br />
hanno evidenziato come le regioni dell’area alpina siano state storicamente le meno<br />
interessate dai fenomeni di secca. Tuttavia, consider<strong>and</strong>o una proiezione del<br />
Deutscher Verb<strong>and</strong> für Wasserwirtschaft <strong>and</strong> Kulturbau, i fenomeni di siccità<br />
incrementeranno in durata e frequenza nei prossimi anni anche in queste aree.
Emergono quindi alcuni interrogativi interessanti. Quali sono le ragioni alla base di<br />
questo fenomeno? Gioca sicuramente un ruolo di primo piano il cambiamento<br />
climatico globale, con la diminuzione delle precipitazioni e l’aumento delle<br />
temperature medie nelle regioni temperate. Estati torride, precipitazioni scarse e<br />
concentrate e scioglimento delle riserve idriche alpine hanno progressivamente<br />
alterato il regime dei nostri fiumi. A questo fenomeno globale si affianca poi una<br />
causa più locale, legata all’incremento dell’impatto antropico nei sistemi fluviali:<br />
captazioni idroelettriche nelle testate dei bacini, canalizzazione ed<br />
artificializzazione degli alvei ed eccessiva sottrazione di acqua per le monocolture<br />
cerealicole della pianura sono tra i principali elementi legati all’alterazione idrica<br />
dei nostri fiumi (figura 2).<br />
<br />
93 <br />
Figura 2.<br />
Effetti delle<br />
secche fluviali<br />
sulle comunità<br />
macrobentoniche.<br />
Quali sono gli effetti ecologici e biologici connessi al passaggio da un regime<br />
idrico permanente ad uno intermittente? Quali ripercussioni ambientali avrà sul<br />
lungo periodo la drammatica diminuzione delle acque? Per rispondere a questi<br />
quesiti, la Direzione Pianificazione Risorse Idriche della <strong>Regione</strong> Piemonte ha<br />
recentemente finanziato un progetto di ricerca dell’Università del Piemonte<br />
Orientale (Dipartimento di Scienze dell’<strong>Ambiente</strong> e della Vita). Questo progetto,<br />
iniziato nel 2004, è finalizzato ad analizzare l’impatto delle secche sulle comunità<br />
di macroinvertebrati bentonici, un comparto biologico di estremo interesse<br />
ampliamente utilizzato nel monitoraggio della qualità delle acque. Dall’analisi dei<br />
dati raccolti emerge un quadro preoccupante: la riduzione delle portate comporta la<br />
diminuzione dei microhabitat disponibili, l’aumento dell’eutrofizzazione, il crollo<br />
dell’ossigeno disciolto e quindi la scomparsa di numerosi taxa. Nei casi più<br />
drammatici, l’assenza temporanea dell’acqua distrugge completamente gli<br />
ecosistemi fluviali per lunghi tratti. Le comunità biologiche dei fiumi delle regioni
mediterranee e semiaride hanno evoluto nel tempo strategie e meccanismi per<br />
superare i periodi di stress idrico: uova e stadi resistenti, cicli vitali brevi con<br />
veloce raggiungimento della maturità riproduttiva e soprattutto utilizzo della zona<br />
iporreica, cioè del materasso fluviale, come rifugio durante le secche. I fiumi sono<br />
uno degli ambienti naturali maggiormente sfruttati dall'uomo ed al contempo meno<br />
studiati dal punto di vista ecologico e funzionale. La nuova normativa in materia<br />
ambientale attribuisce alle comunità biologiche il ruolo di sentinella indicatrice<br />
dello stato di qualità globale dei corsi d’acqua: auspichiamo che la gestione delle<br />
nostre acque interne, elemento di primaria importanza nella pianificazione<br />
territoriale, venga affrontata anche in un contesto ecologico e funzionale<br />
affianc<strong>and</strong>o le strategie idrauliche ed ingegneristiche.<br />
Studi sull’effetto della temperatura sugli invertebrati fluviali<br />
Il nostro gruppo ha effettuato due studi sull’effetto della temperatura delle acque<br />
sullo sviluppo ninfale di due Efemerotteri tipici dei corsi d’acqua della Pianura<br />
Padana (Fenoglio et al., 2005; 2008). Nel primo studio, è stata comparata la<br />
crescita di ninfe di Oligoneuriella rhenana in due fiumi piemontesi, contraddistinti<br />
da diversa temperatura delle acque. Nel secondo lavoro, è stata analizzata la<br />
crescita di ninfe di Potamanthus luteus in tre stazioni del fiume Bormida,<br />
caratterizzate da differente temperatura delle acque (figura 3).<br />
<br />
94 <br />
Figura 3<br />
Andamento<br />
della<br />
temperatura del<br />
fiume Bormida<br />
nelle tre stazioni<br />
monitorate.<br />
In entrambi i casi, le ninfe sono state campionate dalla loro comparsa nel fiume<br />
sino allo sfarfallamento; per ogni individuo raccolto, sono state rilevate le<br />
principali misure morfometriche (pronoto, lunghezza totale, femore). I valori<br />
termici sono stati rilevati con l’uso di Dataloggers. Entrambi gli studi mostrano
come anche lievi variazioni della temperatura si possano tradurre in diverse<br />
velocità di sviluppo: le stazioni caratterizzate da temperature maggiori favoriscono<br />
in entrambi i casi uno farfallamento precoce delle ninfe. Nell’ambito del previsto<br />
aumento globale delle temperature, questi dati paiono estremamente interessanti,<br />
sottoline<strong>and</strong>o come aspetti fondamentali del life cycle (quali l’inizio del periodo di<br />
volo delle immagini e quindi della stagione riproduttiva) potranno essere in futuro<br />
drasticamente alterati dall’incremento termico.<br />
Bibliografia<br />
FENOGLIO S., BO T., TI<strong>ER</strong>NO DE FIGU<strong>ER</strong>OA J.M., CUCCO M. (2008) Nymphal<br />
growth, life cycle <strong>and</strong> feeding habits of Potamanthus luteus (Linnaeus, 1767) (Insecta,<br />
Ephemeroptera) in the Bormida River (NW Italy). Zoological Studies, 47(2):185-190.<br />
FENOGLIO S., BO T., BATTEGAZZORE M., MORISI A., 2005. Growth of<br />
Oligoneuriella rhenana (Imhoff, 1852) (Ephemeroptera: Oligoneuriidae) in two rivers with<br />
contrasting temperatures in NW Italy. Zoological Studies, 44 (2):271-274.<br />
<br />
95
96
Sessione/Session III.<br />
Soil <strong>quality</strong><br />
Qualité du sol<br />
Qualità del suolo<br />
97
BEHAVIOR OF ORGANIC POLLUTANTS IN THE SOIL<br />
ENVIRONMENT. SPECIAL FOCUS ON GLYPHOSATE AND AMPA<br />
COMPORTEMENT DES AGENTS POLLUANTS ORGANIQUES DANS LE<br />
SOL. AVEC MENTION SUR LE GLYPHOSATE ET AMPA<br />
COMPORTAMENTO DEGLI INQUINANTI ORGANICI<br />
NELL’AMBIENTE DEL SUOLO.<br />
FOCUS SPECIALE SU GLYPHOSATE E AMPA<br />
Summary<br />
Gorana Rampazzo Todorovic<br />
University of Natural Resources <strong>and</strong> Applied Life Sciences, Wien<br />
E.mail: gorana.todorovic@boku.ac.at<br />
In industrialized countries, <strong>soil</strong> <strong>and</strong> ground<strong>water</strong> contamination by various forms of<br />
harmful substances is a contemporary problem in this highly industrialized age. In<br />
this document, the state of the art regarding the main mechanisms, processes <strong>and</strong><br />
factors governing the fate <strong>and</strong> behavior of organic contaminants in the <strong>soil</strong>-ground<br />
<strong>water</strong> system is reviewed.<br />
The behavior of organic contaminants in <strong>soil</strong>s is generally governed by a variety of<br />
complex dynamic physical, chemical <strong>and</strong> biological processes, including sorption–<br />
desorption, volatilization, chemical <strong>and</strong> biological degradation, uptake by plants,<br />
run-off, <strong>and</strong> leaching. These processes directly control the transport of contaminants<br />
within the <strong>soil</strong> <strong>and</strong> their transfer from the <strong>soil</strong> to <strong>water</strong>, <strong>air</strong> or food. The relative<br />
importance of these processes varies with the chemical nature of the contaminant<br />
<strong>and</strong> the properties of the <strong>soil</strong>. Both the direction <strong>and</strong> rate of these processes<br />
depend on the chemical nature of the organic contaminant <strong>and</strong> the chemical, biological,<br />
<strong>and</strong> hydraulic properties of the <strong>soil</strong>. Some organic contaminants are degraded<br />
in the <strong>soil</strong> within a certain time. On the other h<strong>and</strong> some are degraded only<br />
slowly or are sequestered within <strong>soil</strong> particles thus being inaccessible for microbial<br />
degradation. Persistence in <strong>soil</strong>s increases the potential for environmental consequences.<br />
Mobility in <strong>soil</strong> environments is a key factor in assessing the environmental<br />
risk. Compounds interacting weakly or not at all with <strong>soil</strong> surfaces will be<br />
leached together with the <strong>soil</strong> solution <strong>and</strong> have the potential for contaminating<br />
surface or ground <strong>water</strong> reservoirs far from the point of getting into the <strong>soil</strong>. Clays,<br />
oxides <strong>and</strong> organic matter are the primary constituents in <strong>soil</strong>s responsible for the<br />
sorption of organic contaminants.<br />
Among the organic contaminants used in agriculture, one of the most world-wide<br />
applied herbicides is glyphosate, an organophosphonate product, with broad spectrum<br />
of application.<br />
99
Results of two field experiments conducted in two sites of Austria show the influence<br />
of different tillage systems, vegetation cover, <strong>and</strong> site specific properties on<br />
the risk of surface run off of glyphosate. Better underst<strong>and</strong>ing of the behavior of<br />
glyphosate is needed (e.g. adsorption conditions, environmental influence, specific<br />
<strong>soil</strong> parameters, <strong>soil</strong> microbes behavior) for a better risk assessment of environmental<br />
pollution.<br />
Based on this knowledge time-dependent adsorption, degradation rates <strong>and</strong> consequently<br />
risks of contamination for surface <strong>and</strong> ground<strong>water</strong> involved can be estimated.<br />
Keywords: organic contaminants; risk of environmental contamination; glyphosate;<br />
surface run off; adsorption; <strong>soil</strong> properties; <strong>soil</strong> processes.<br />
Résumé<br />
Dans les pays industrialisés, la contamination du sol et des eaux causée par les<br />
différentes formes des substances dangereuses est un problème très actuel dans<br />
notre époque. Ce document présente l'état de l'art des principaux mécanismes, processus<br />
et facteurs dont dépendent l'évolution et le comportement des polluants organiques<br />
dans le système du sol et des eaux phréatiques.<br />
En ligne générale, le comportement des polluants organiques dans les sols est réglé<br />
par l'ensemble à la fois complexe et dynamique des processus physiques, chimiques<br />
et biologiques, y compris l'adsorption et la désorption, la volatilité, la dégradation<br />
chimiques et biologiques, l'absorption des plantes, le ruissellement de surface<br />
et le lessivage produit par l'eau. Ces processus contrôlent directement le transfert<br />
des contaminants dans les sols et du sol aux eaux, à l'<strong>air</strong> et à la nourriture. L'importance<br />
relative de ces processus varie en fonction de la nature chimique des polluants<br />
et des propriétés des sols. Les deux, c.-à-d. la direction et l'ampleur de ces<br />
processus, dépendent de la nature chimique des polluants chimiques et des propriétés<br />
chimiques, biologiques et hydrauliques des sols. Certains polluants chimiques<br />
se dégradent dans les sols en un certain laps de temps. D'autres ne se dégradent que<br />
très lentement ou bien ils restent séquestrès pris dans des particules de sols en devenant<br />
de ce fait inaccessibles à la dégradation microbiologique. Leur persistance<br />
dans les sols augmente les conséquences potentielles sur l'environnement. La mobilité<br />
dans le sol est le facteur principal pour l'évaluation du risque environnemental.<br />
Des composants qui ne réagissent que faiblement ou qui ne réagissent pas du tout<br />
avec les surfaces du sol sont emportés avec la solution du sol par l'érosion due aux<br />
eaux et ils peuvent polluer les nappes même loin de leur point d'entrée dans le sol.<br />
Les argiles, les oxydes de métaux et la matière organique sont les principaux composants<br />
du sol responsables de l'adsorption des polluants organiques.<br />
Parmi les polluants organiques utilisés en agriculture, un des herbicides les plus<br />
largement utilisés est le glyphosate, un produit organophosphatique au large spectre<br />
d'activité.<br />
Les résultats de deux expériences effectuées en deux localités différentes en Autriche<br />
prouvent l'influence des différents modes de culture du sol, de la couverture<br />
100
végétale du sol et des propriétés spécifiques des différentes localités sur le risque<br />
de ruissellement superficiel du glyphosate. Une meilleure compréhension du comportement<br />
du glyphosate (par exemple, les conditions de l'adsorption, l'influence de<br />
l'environnement, les paramètres spécifiques des sols, le comportement des microbes<br />
du sol) s'impose pour pouvoir mieux évaluer le risque de pollution de l'environnement.<br />
Suite à ce type d'analyse, il est possible d'évaluer l'adsorption, la proportion de<br />
dégradation et les risques dus à la pollution des eaux de surface et des nappes.<br />
Mots clés: Polluants organiques; risque de pollution environnementale; glyphosate;<br />
ruissellement de surface; adsorption; propriétés du sol; processus dans le sol.<br />
Riassunto<br />
Nei paesi industrializzati, la contaminazione del suolo e l’acqua causata dalle diverse<br />
forme delle sostanze pericolose, è un problema molto attuale in questa era<br />
industrializzata. In questo documento, è presentato lo stato dell’arte dei meccanismi<br />
principali, processi e fattori, i quali governano il fato e il comportamento degli<br />
inquinanti organici nel sistema del suolo e le acque freatiche.<br />
Il comportamento degli inquinanti organici nei suoli, è regolato in generale dalla<br />
varietà dei complessi e dinamici processi fisici, chimici e biologici, compreso assorbimento<br />
-desorbimento, volatilità, degradazione chimica e biologica, assorbimento<br />
dalle piante, run-off e dilavamento. Questi processi controllano direttamente<br />
il trasporto dei contaminanti nei suoli e il loro trasferimento dai suoli nelle acque,<br />
l’aria e il cibo. L’importanza relativa di questi processi varia con la natura chimica<br />
degli inquinanti e le proprietà dei suoli. Entrambi, la direzione e la dimensione di<br />
questi processi, dipendono della natura chimica degli inquinanti chimici e le proprietà<br />
chimiche, biologiche e idrauliche dei suoli. Alcuni inquinanti organici sono<br />
degradati nei suoli entro determinato tempo. Dall’altra parte, alcuni possono essere<br />
degradati solamente molto lentamente oppure sono sequestrati dentro le particole<br />
del suolo, e in tale modo diventano inaccessibili per la degradazione microbiologica.<br />
La persistenza nei suoli fa aumentare la potenzialità delle conseguenze circostanti.<br />
Mobilità nel suolo è il fattore principale per valutazione del rischio ambientale.<br />
Componenti che reagiscono debole oppure non reagiscono con la superficie<br />
del suolo, saranno dilavate con la soluzione del suolo e potenzialmente potrebbero<br />
inquinare le acque falde anche lontano dalla entrata nel suolo. Le argille, ossidi dei<br />
metalli e la sostanza organica, sono le componenti principali nel suolo per assorbire<br />
gli inquinamenti organici.<br />
Tra gli inquinanti organici usati nell’agricoltura, uno degli erbicidi più usati nel<br />
mondo, è glyphosate, il prodotto organofosfatico, con il largo spettro delle applicazioni.<br />
Risultati dei due sperimenti condotti nelle due località diverse nell’Austria, dimostrano<br />
l’influenza delle diverse coltivazioni del suolo, la copertura vegetale del<br />
suolo e le proprietà specifiche delle località diverse sul rischio del run-off superficiale<br />
del glyphosate. La comprensione migliore del comportamento del glyphosate<br />
101
è necessaria (per esempio, le condizioni dell’assorbimento, influenza ambientale, i<br />
parametri specifici dei suoli, il comportamento dei microbi del suolo) per la valutazione<br />
migliore del rischio per l’inquinamento dell’ambiente.<br />
Basato su questa comprensione, la valutazione dell’assorbimento, proporzione<br />
della degradazione ed i rischi conseguenti dell’inquinamento delle acque superficiale<br />
e falde è possibile.<br />
Parole chiave: inquinanti organici; rischio dell’inquinamento ambientale; glyphosate;<br />
run-off superficiale; assorbimento; proprietá del suolo; processi nel suolo.<br />
Introduction<br />
Organic pollutants are mainly man-made <strong>and</strong> industrially produced. Nowadays<br />
they are present in <strong>water</strong> systems, run-off, <strong>soil</strong> <strong>and</strong> food (Ternan et al., 1998). Soils<br />
play an important role in the regulation of contaminants in ecosystems. There is a<br />
growing concern about identifying <strong>and</strong> underst<strong>and</strong>ing the mechanisms controlling<br />
the fate of chemicals which are threat for non-target organisms <strong>and</strong> a source of<br />
environmental contamination, especially of <strong>water</strong> sources. Since the organic pollutants<br />
are released in environment often in enormous quantities <strong>and</strong> among the<br />
herbicides the most applied is glyphosate, there is a considerable risk of these pollutants.<br />
A better underst<strong>and</strong>ing of organic behavior in <strong>soil</strong>s is important for the<br />
improvement of environmental protection. There is a need for more specified pesticide<br />
management based on the adaptation of the pesticide type <strong>and</strong> application<br />
rates to the characteristics of the area of application (Eriksson et al., 2007; Crommentuijn<br />
et al., 2000; Zablotowicz et al., 2006; Lupwayi et al., 2007; Peruzzo et<br />
al., 2008; Renaud et al., 2004; Warnemuende et al., 2007; Albrechsten et al., 2001;<br />
Papiernik SK, 2001).<br />
The behaviour of organic contaminants in <strong>soil</strong>s is generally governed by a variety<br />
of physical, chemical <strong>and</strong> biological processes, including sorption–desorption,<br />
volatilization, chemical <strong>and</strong> biological degradation, uptake by plants, run-off, <strong>and</strong><br />
leaching (Fig.1) (Mamy et al., 2005).<br />
Special focus of this presentation is given on glyphosate <strong>and</strong> AMPA. Glyphosate is<br />
an organophosphonate herbicide, nowadays one of the most applied in the world<br />
with increasing importance.<br />
Glyphosate fate <strong>and</strong> behavior in <strong>soil</strong> is affected by different <strong>soil</strong> factors <strong>and</strong> processes,<br />
but depends also on interaction between herbicide <strong>and</strong> <strong>soil</strong> under the specific<br />
local conditions (Locke & Zablotowicz, 2004; Soulas & Lagacherie, 2001; Gimsing<br />
et al., 2004).<br />
Knowledge of glyphosates behavior depends on our underst<strong>and</strong>ing of herbicide<br />
characteristics, environmental influence, specific <strong>soil</strong> parameters <strong>and</strong> <strong>soil</strong> microbes<br />
behavior. Based on this knowledge, time dependent adsorption/degradation rates<br />
<strong>and</strong> consequently risks for environmental pollution involved can be estimated <strong>and</strong><br />
better attenuated.<br />
102
Figure 1 - Role of the <strong>soil</strong> in the fate of contaminants in the environment.<br />
Dissipation ways of the organic pollutants<br />
Dissipation of organic contaminants in <strong>soil</strong>s is generally governed by different<br />
physical, chemical <strong>and</strong> biological processes, including sorption–desorption, volatilization,<br />
chemical <strong>and</strong> biological degradation, uptake by plants, run-off, <strong>and</strong><br />
leaching (Fig. 2). Sorption by <strong>soil</strong> solids is characterized by a number of mechanisms<br />
like hydrophobic interaction, <strong>water</strong> solubility, lig<strong>and</strong> exchange, charge transfer,<br />
hydrogen bonding, ion exchange (Pitter & Chudoba, 1990, Schwarzbauer<br />
2005).<br />
The distribution (horizontally <strong>and</strong> vertically) of organic pollutants in <strong>soil</strong>s depends<br />
on their movement <strong>and</strong> degradation. Movement <strong>and</strong> degradation of organic pollutants<br />
in turn depend on three general factors:<br />
•Properties of the pollutant<br />
•Chemical, biological <strong>and</strong> hydraulic properties of the <strong>soil</strong><br />
•Weather conditions<br />
Movement of the organic pollutants can be due to diffusion <strong>and</strong> mass flow.<br />
On the other h<strong>and</strong>, dissipation ways of contaminants are also time dependent (e.g.<br />
different biodegradation phases; leaching <strong>and</strong> surface runoff-risk) (Nicholls, 1991,<br />
Schwarzbauer, 2005).<br />
103
The attenuation of pollutant toxic concentration in <strong>soil</strong>s is governed by processes of<br />
precipitation, sorption <strong>and</strong> immobilization. Due to these processes particular <strong>soil</strong><br />
components can diminish the risk of <strong>water</strong>, <strong>air</strong> <strong>and</strong> food contamination with organic<br />
pollutants.<br />
104<br />
Figure 2<br />
Dissipation<br />
ways of<br />
organic<br />
pollutants<br />
in <strong>soil</strong><br />
(Andreu &<br />
Pico, 2004).<br />
Glyphosate<br />
Glyphosate is a post-emergency non-selective broad spectrum herbicide which<br />
blocks the shikimic acid pathway for biosynthesis of aromatic amino acids in<br />
plants, also in some microbes, but not in all <strong>soil</strong> microorganisms (Haghani K et al.,<br />
2007).<br />
This herbicide is worldwide used in agriculture, railways, dam protection, surface<br />
<strong>water</strong> systems, urban areas (Nowack, 2002; Ternan et al., 1998; Baylis, 2000).<br />
Usually the persistence is up to 170 with usual half life of 45-60 days (Peruzzo et<br />
al., 2008), but there is also investigations which showed that half-life could be<br />
prolonged up to years (Carlisle <strong>and</strong> Trevors, 1978 in Zaranyika <strong>and</strong> Ny<strong>and</strong>oro,<br />
1993; Eberbach, 1997). Its main metabolite is AMPA (Peruzzo et al., 2008; Locke<br />
& Zablotowicz, 2004; Gimsing et al., 2004).<br />
Soil parameters governing the glyphosate fate in environment. Generally, the<br />
following factors could be stated as crucial (Locke & Zablotowicz, 2004; Soulas &<br />
Lagacherie, 2001; Gimsing et al., 2004):<br />
•total inner surface of the <strong>soil</strong> (total surface of the pore system / pore walls); this<br />
surface is mostly electrically charged <strong>and</strong> therefore of main importance for adsorption<br />
processes. To give a practical example how large this surface can be, if one<br />
assumes 1ha of <strong>soil</strong> at a depth of 20 cm, an average bulk density of 1.5 Mg/m3, a<br />
clay content of 20% <strong>and</strong> a content on OM of 3%, which are rather average values
for <strong>soil</strong>s, it sums up at a total surface of 210.000 km2. Now it can be concluded that<br />
for example the total surface of Germany (about 367.000 km2) is contained in 1.7<br />
ha of <strong>soil</strong> <strong>and</strong> 20 cm depth.<br />
constituents of the inner <strong>soil</strong> surface (e.g. clay minerals, oxides, o.m.), their<br />
specific structures <strong>and</strong> electrical charges (positive/negative);<br />
environmental influence;<br />
specific <strong>soil</strong> parameters;<br />
<strong>soil</strong> microbes behavior;<br />
P availability.<br />
Estimation of time dependent degradation rates <strong>and</strong> consequently risks involved is<br />
very important (e.g. glyphosate biodegradation at the beginning is generally fast,<br />
then slower- with enhanced adsorption processes; Glyphosate leaching <strong>and</strong> surface<br />
runoff-risk is bigger with the rain immediately after the application, before the<br />
plants could adsorb it) (Eriksson et al., 2007; Peruzzo et al., 2008; Zaranyika <strong>and</strong><br />
Ny<strong>and</strong>ro, 1993; Siimes et al., 2006).<br />
Glyphosate sorption in <strong>soil</strong>. Strong sorption of glyphosate to <strong>soil</strong> particles may<br />
decrease degradation rate of glyphosate due to less bioavailability of bounded pesticide.<br />
Glyphosate adsorption on <strong>soil</strong> colloids;<br />
Fe/Al-oxides, clays, calcite, organic matter (?);<br />
Glyphosate complexation with metals.<br />
Availability of glyphosate for decomposition is affected by the rate of desorption.<br />
(Eberbach, 1997; Gimsing et al., 2004; Schnurer et al., 2006; Sørensen et al., 2006;<br />
Rodrígez-Cruz et al., 2006; Kools et al., 2005; Ghanem et al., 2007)<br />
Glyphosate fate is affected by the <strong>soil</strong> processes <strong>and</strong> their influence on <strong>soil</strong> microbial<br />
population <strong>and</strong> activity. Numerous investigations have shown that the next<br />
factors have great influence on pollutant fate in different <strong>soil</strong>s (Mamy et al., 2005;<br />
Albrechsten et al., 2001; Eberbach, 1997; Blume et al., 2002; Kools et al., 2005;<br />
Stenrød M et al., 2005; Stenrød M et al., 2007; Matthies et al., 2008; Fenner et al.,<br />
2005):<br />
Temperature<br />
Moisture<br />
pH<br />
Aerobic/anaerobic conditions (redox conditions).<br />
Sorption of glyphosate in <strong>soil</strong> is mainly due to the inner sphere complex formation<br />
with metals of <strong>soil</strong> oxides, related to the <strong>soil</strong> phosphate adsorption capacity.<br />
Possible binding mechanisms:<br />
Electrostatic bonds in extremely acid media<br />
Hydrogen bonds with humic substances<br />
Especially, covalent bonds with Fe <strong>and</strong> Al oxides.<br />
105
Table 1: Soil properties <strong>and</strong> the KD-values for Glyphosate for different <strong>soil</strong>s <strong>and</strong> silica<br />
s<strong>and</strong> based on literature data (after Mentler et al., 2007).<br />
Mentler et al.,<br />
2007<br />
Mentler et al.,<br />
2007<br />
Mentler et al.,<br />
2007<br />
Mentler et al.,<br />
2007<br />
Sorensen et al.,<br />
2006<br />
Dousset et al.,<br />
2004<br />
Mamy et al.,<br />
2005<br />
KD-value<br />
[l/kg]<br />
pHvalue<br />
Clay<br />
[w/w%]<br />
106<br />
Corg<br />
[w/w.%]<br />
Fe<br />
[w/w.%]<br />
Location<br />
467 - 519 4.5 2.7 0.8 3.2 Wienerwald<br />
13.8 – 29.3 5.8 17.2 3.45 2.2 Phyra<br />
188 - 299 5.2 18.8 6.7 2.1 Euro<strong>soil</strong> 7<br />
1.5 – 2.9 6.4
Lupicka et al., 1997; Krzysko-Lupicka <strong>and</strong> Sudol, 2008; Obojska et al., 1999; Forlani<br />
G et al., 1999; Obojska et al., 2002; Dick <strong>and</strong> Quinn 1995; Vathanomsat <strong>and</strong><br />
Brown, 2007):<br />
Bacterial strains - (Pseudomonas sp., Agrobacter, Arthrobacter sp., Rhizobium<br />
meliloti, Streptomycin, Escherichia coli, Flavobacterium sp. etc.)<br />
Fungi – Fusarium (Phytopathogenic, potentially dangerous in <strong>soil</strong> environment<br />
(Krzysko-Lupicka <strong>and</strong> Sudol, 2007)), Trichoderma harzianum, Scopulariopsis sp.,<br />
Aspergilus niger, Geobacillus caldoxylosilyticus etc.<br />
Yeasts – (Metal complexes affinity?)<br />
Marine diazotroph Trichodesmium<br />
Cyanobacetria Spirulina spp.<br />
Actynomycete Streptomycete isolates<br />
Unculturable <strong>soil</strong> microorganisms<br />
Glyphosate biodegradation pathways. The pathways <strong>and</strong> rates of microbial degradation<br />
in the environment will depend on a wide range of factors regulating microbial<br />
population, size <strong>and</strong> ability to metabolize (Warren et al., 2003). Two major<br />
mechanisms have been described for the utilization of phosphonates by microorganisms:<br />
AMPA pathway due to C-N cleavage by oxidoreductase flavoprotein;<br />
Sorcosine pathway due to C-P cleavage, the product of degradation is glycine.<br />
(Gimsing et al., 2004; Warren et al., 2003; Dyhrman et al., 2006; Hayes et al.,<br />
2000; Liu et al., 1991; Rueppel ML et al., 1977; Lipok et al., 2007; Krzysko-<br />
Lupicka <strong>and</strong> Sudol, 2008; Krzysko-Lupicka et al., 1997; Obojska et al., 1999; Forlani<br />
G et al., 1999; Obojska et al., 2002; Dick <strong>and</strong> Quinn 1995)<br />
Environmental fate of metabolites<br />
There is still a lack of data for better underst<strong>and</strong>ing of environmental fate of<br />
AMPA (Peruzzo et al., 2008). Till know we know that AMPA is slow degraded as<br />
glyphosate, but there is not enough data about AMPA accumulation. There are still<br />
questions to be answered e.g. Should be AMPA considered as POP? What about<br />
other glyphosate metabolites?<br />
Surface run-off. In some previous study the lack of runoff for glyphosate was observed,<br />
probable due to the tight bonding to the <strong>soil</strong> (Rueppel ML et al., 1977).<br />
Since glyphosate is <strong>water</strong> soluble there is a potential risk of run-off in the case of<br />
erosive precipitations very soon after the herbicide application <strong>and</strong> in the regions<br />
with high risk of run-off.<br />
Field experiments conducted in Kirchberg after corn yield (Stiria/Austria) on<br />
cambisol <strong>and</strong> Pixendorf after cereal yield on chernozem (Lower Austria/Austria) in<br />
September 2008 using a rainfall simulator under worst case scenario (e.g. 50 mm<br />
rain in 1 hours immediately after glyphosate application) showed following results:<br />
107
Glyphosate is not equally retained by the <strong>soil</strong> <strong>and</strong> can be dispersed with run off<br />
up to 45% of the applied amounts.<br />
No tillage plots show a much higher concentration of glyphosate in run-off than<br />
conventional tillage. However, the total sum of glyphosate in run off was higher on<br />
conventional tillage on Pixendorf site where the high infiltration capacity of the no<br />
tillage plots prevented the run off. On the Kirchberg site the crusted <strong>soil</strong> surface<br />
caused the high run off as well as corn crop cover.<br />
For drawing final conclusions about the risk of glyphosate dissipation through<br />
erosion processes, not only the classical erosion parameter must be considered, e.g.<br />
erosivity of rain, erodibility of the <strong>soil</strong>, slope, <strong>soil</strong> constituents etc., but even more<br />
the actual structural status of <strong>soil</strong>, like pore size distribution, infiltration rate, hydraulic<br />
conductivity, <strong>and</strong> particular crop protection practices like mulching.<br />
The tillage Pesticide residues in the bottom sediments of the surface <strong>water</strong> systems<br />
may be influenced by a number of factors including runoff potential <strong>and</strong> intrinsic<br />
properties of the pesticides (Krueger et al., 1999)<br />
Dispersion<br />
Solid particles adsorption<br />
Aggregates adsorption<br />
Risk for surface <strong>water</strong> systems!<br />
(Eriksson et al., 2007, Warren et al, 2003; Krueger et al., 1999; Peruzzo et al.,<br />
2008; Warnemuende et al., 2007; Siimes et al., 2006; Widenfalk et al., 2007)<br />
Leaching-preferential flows. The sources <strong>and</strong> transport routes of pesticides to<br />
ground<strong>water</strong> are multifaceted. They can include non-point sources such as agriculture,<br />
with pesticide leaching from top <strong>soil</strong> via:<br />
Matrix-flow in s<strong>and</strong>y aquifers<br />
Preferential flow or macropore flow in eg tills<br />
Surface <strong>water</strong> recharge of ground<strong>water</strong> through “leaky streams”<br />
Soil cracks<br />
Intra-aggregate pores<br />
Inter-aggregate pores<br />
In the study of Rueppel ML et al., (1977), glyphosate was considered as pesticide I<br />
class <strong>and</strong> thereby posses no propensity for leaching. On the other h<strong>and</strong>, in certain<br />
<strong>soil</strong>s <strong>and</strong> under different conditions, there is a risk for ground<strong>water</strong> contamination<br />
as it is shown in some other investigations (Albrechsten et al., 2001; L<strong>and</strong>ry et al.,<br />
2005; Papiernik SK, 2001; Stenrød M et al., 2007). Degradation potential of pesticide<br />
is lower in aquifers than in top <strong>soil</strong>.<br />
Influence of glyphosate on shallow aquifers/aquatic/marine ecosystems. Influence<br />
of glyphosate on different <strong>water</strong> organisms in <strong>water</strong> systems was already in<br />
various investigations shown (Warren et al., 2003;Feng et al., 1990; Tsui <strong>and</strong> Chu,<br />
2007; Peruzzo et al., 2008; Amorós et al., 2007; Widenfalk et al., 2007). There is<br />
still a need for more data for better underst<strong>and</strong>ing the influence <strong>and</strong> behavior of<br />
108
glyphosate <strong>and</strong> metabolites in <strong>water</strong> bodies. Interaction of these pollutants with<br />
different organisms in <strong>water</strong> ecosystems should be more investigated:<br />
In shallow aquifer ecosystems;<br />
In different aquatic ecosystems, influence on plants <strong>and</strong> microbes;<br />
Influence on marine plants <strong>and</strong> microbes.<br />
The importance of investigation of the Glyphosate behavior in <strong>soil</strong>. Better underst<strong>and</strong>ing<br />
of Glyphosates behavior is needed (e.g. adsorption conditions, environmental<br />
influence, specific <strong>soil</strong> parameters, <strong>soil</strong> microbes behavior).<br />
Based on this knowledge time dependent adsorption, degradation rates <strong>and</strong> consequently<br />
risks for surface <strong>and</strong> ground<strong>water</strong> involved can be estimated.<br />
Multi component analyses of organic pollutants. There is a need of methodological<br />
approaches of multi component analyses to measure the trace concentrations in<br />
different ecosystems <strong>and</strong> rate of pollutant transformation in <strong>soil</strong> (Crommentuijn et<br />
al., 2000; Papiernik SK, 2001). These methods should be used for:<br />
Field measurements for monitoring purposes<br />
Laboratory measurements under fully controlled conditions.<br />
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114
SOIL SURVEY AND CLASSIFICATION<br />
IN A COMPLEX T<strong>ER</strong>RITORIAL SYSTEM: RAVENNA (ITALY)<br />
RELEVE PEDOLOGIQUE ET CLASSIFICATION DES SOLS DANS UN<br />
SYSTEME T<strong>ER</strong>RITORIAL COMPLEXE: RAVENNE (ITALIE)<br />
RILEVAMENTO PEDOLOGICO E CLASSIFICAZIONE DEI SUOLI IN<br />
UN SISTEMA T<strong>ER</strong>RITORIALE COMPLESSO: RAVENNA (ITALIA).<br />
Aless<strong>and</strong>ro Buscaroli (1) * , Massimo Gherardi (2) , Gilmo Vianello (2) ,<br />
Livia Vittori Antisari (2) , Denis Zannoni (1)<br />
(1) Interdepartmental Center for Research on Environmental Science (C.I.R.S.A.) -<br />
University of Bologna, via dell'Agricoltura 5 – 48123 Ravenna (Italy)<br />
(2) Department of Agroenvironmental Sciences <strong>and</strong> Technologies – CSSAS,<br />
University of Bologna, via Fanin 42 – 40127 Bologna (Italy).<br />
* Corresponding author: e-mail: aless<strong>and</strong>ro.buscaroli@unibo.it<br />
Summary<br />
In the context of the PRIN 2007-2009 project, “Geochemical evaluation of agroenvironmental<br />
<strong>quality</strong> in a complex territorial system: the case of Ravenna”, thirteen<br />
pedological profiles (nine in a coastal pinewood, two in farml<strong>and</strong> <strong>and</strong> two in<br />
urban park) were established. The profiles were described, sampled <strong>and</strong> analyzed<br />
so as to obtain an overview of the pedological complexity of the studied areas.<br />
Inside the pinewood, the <strong>soil</strong>s were greatly influenced by their topographic location<br />
<strong>and</strong> the vicinity of the superficial aquifer. The deeper layers were Typic Ustipsamments,<br />
the more superficial ones Typic Psammaquents <strong>and</strong> the intermediate<br />
ones Aquic Ustipsamments. The two farml<strong>and</strong> <strong>soil</strong>s were Udifluventic Haplustepts,<br />
with slight differences due to the origin of the <strong>soil</strong> <strong>and</strong> its use. In the park, both<br />
<strong>soil</strong>s were also Udifluventic Haplustepts with a human interfecence evidenced by<br />
the abundance of brick fragments in the profiles.<br />
Keyword: <strong>soil</strong>s classification; <strong>soil</strong> chemistry; pedological profiles; Ravenna pinewood.<br />
Résumé<br />
Dans le cadre du projet PRIN 2007-2009 "Bilan géochimique pour l'évaluation de<br />
la <strong>qualité</strong> agro-environnementale dans un système territorial complexe: le cas de<br />
Ravenne" treize profils ont été caractérisés d'un point de vue pédologique: neuf<br />
d'entre eux se trouvent dans une pinède littorale, deux autres dans une entreprise<br />
agricole et les deux derniers dans un parc citadin. Les profils ont été décrits, échantillonnés<br />
et analysés dans le but de déterminer un premier cadre cognitif de la complexité<br />
pédologique des zones étudiées. Dans la pinède, les sols sont fortement<br />
influencés par la position topographique et par la proximité de l'aquifère superficiel.<br />
Les Typic Psammaquents correspondent aux profondeurs basses de la couche,<br />
115
les Typic Ustipsamments aux profondeurs supérieures et les Aquic Ustipsamments à<br />
la position intermédi<strong>air</strong>e. Les deux sols du domaine agricole font partie des Udifluventic<br />
Haplustepts avec de légères distinctions déterminées par un usage différent<br />
du sol et les origines des dépôts. Dans le parc citadin, les deux sols font partie eux<br />
aussi des Udifluventic Haplustepts mais, dans ce cas, l'interférence anthropique<br />
suggérée par l'abondance de fragments de briques sablées trouvés dans les profils<br />
est évidente.<br />
Mots-clés : Relevé pédologique ; classification du sol ; analyses physiques ; analyses<br />
chimiques, Pinède de Ravenne.<br />
Riassunto<br />
Nell’ambito del progetto PRIN 2007-2009 “Bilancio geochimico per la valutazione<br />
della qualità agro-ambientale in un sistema territoriale complesso: il caso di<br />
Ravenna”, sono stati caratterizzati da un punto di vista pedologico tredici profili:<br />
nove all’interno di una pineta litoranea, due all’interno di un’azienda agricola e due<br />
all’interno di un parco cittadino. I profili sono stati descritti, campionati ed analizzati<br />
al fine di generare un primo quadro conoscitivo della complessità pedologica<br />
delle aree di studio.<br />
All’interno della pineta i suoli risentono in maniera marcata della posizione topografica<br />
e della vicinanza all’acquifero superficiale. A profondità di falda elevate<br />
corrispondono dei Typic Ustipsamments, a profondità limitata dei Typic Psammaquents<br />
ed in posizione intermedia degli Aquic Ustipsamments.<br />
I due suoli dell’azienda agraria rientrano negli Udifluventic Haplustepts con leggere<br />
distinzioni determinate da diverso uso del suolo ed origine deposizionale.<br />
Nel parco cittadino i due suoli rientrano anch’essi negli Udifluventic Haplustepts<br />
ma in questo caso è evidente l’interferenza antropica suggerita dall’abbondanza di<br />
frammenti di laterizio rinvenuti nei profili.<br />
Keyword: : classificazione dei suoli; chimica del suolo<br />
Introduction<br />
The concepts of pedologic research <strong>and</strong> <strong>soil</strong> classification shall be correlated with<br />
paradigms depending on the <strong>soil</strong> <strong>quality</strong>. The knowledge of pedogenetic processes,<br />
the speed they occur at shall be monitored <strong>and</strong> studied in order to link a specific<br />
<strong>soil</strong> evolution with the concept of <strong>quality</strong> so as to choose indicators appropriate to<br />
<strong>soil</strong> pedon (MacEvan, 1997). Pedologic surveys are required in the case of studies<br />
dealing with <strong>soil</strong> utilization or environmental researches such as the one on <strong>soil</strong><br />
sustainability for farming activities. The precision of data involving pedologic surveys<br />
is extremely important to take decisions as to the different research aspects<br />
(Webster <strong>and</strong> Oliver, 1990; Domburg et al., 1994).<br />
The concentration of trace elements in <strong>soil</strong>s depends mainly on the type of bedrock<br />
<strong>and</strong> on pedogenetic processes developed on it. The influence of the lithological<br />
factor tends to decrease with <strong>soil</strong> development. The most important pedogenesis<br />
116
aspects, linked with the destination of the potentially toxic elements (PTE) deal<br />
with chemical alteration processes of the bedrock <strong>and</strong> the eventual PTE release,<br />
<strong>and</strong> with the translocation <strong>and</strong> accumulation processes with iron oxides, clay <strong>and</strong><br />
organic matter, controlled by several pedogenetic processes (Alloway, 1995).<br />
This work is aimed at characterizing <strong>and</strong> classifying <strong>soil</strong>s belonging to three territorial<br />
situations of the Municipality of Ravenna, having different anthropic pressures,<br />
thus becoming preliminary <strong>and</strong> basic elements for additional surveys on the possible<br />
effects of potentially toxic elements. As a matter of fact sites taken into account<br />
have been the San Vitale Pinewood, a Site of Community Importance (SCI) concerned<br />
by subsidence <strong>and</strong> aquifer salinization phenomena, bordering to the South<br />
the petrochemical industrial pole connected with the activities of the harbour of<br />
Ravenna. The urban park inside the town, which is subjected to depositions due to<br />
vehicles traffic <strong>and</strong> the “Luigi Perdisa” extra-urban farm that accounts for the agricultural<br />
heart of Ravenna.<br />
Materials <strong>and</strong> methods<br />
Localization of the area examined. This study has taken into account the observation<br />
<strong>and</strong> monitoring a) of the San Vitale Pinewood <strong>soil</strong>s, along two transects to the<br />
North <strong>and</strong> to the South of the area involved, traced out from West to East; b) of the<br />
<strong>soil</strong>s belonging to the Luigi Perdisa farm, by opening a profile in an orchard <strong>and</strong><br />
one in an arable cultivation; c) of the <strong>soil</strong>s of Ravenna public park in which two<br />
profiles have been opened, depending on the distance to the main road (Fig. 1).<br />
Phytoclimatic features. The warm Mediterranean climate of the area is the typical<br />
climate of mild coastal environments, with about 600 mm of rainfall spread over<br />
the spring-autumn period <strong>and</strong> annual mean temperatures of about 13 °C.<br />
The San Vitale Pinewood is a protected area of about 1222 ha of surface within the<br />
“Parco del Delta del Po” (Park of the Po Delta) <strong>and</strong> represents a remnant of pinewoods<br />
where man has settled, on beach-ridge s<strong>and</strong>s that deposited after the XII<br />
century. The Pinewood develops on a substrate made up of s<strong>and</strong> deposits<br />
(www.regione.emilia_romagna.it) stemming from sediments contributions of an<br />
old branch of the Po Delta (Veggiani, 1974; Bondesan et al., 1995). The duneinterdune<br />
system, which formed in 500 to 1000 years, has an almost parallel trend<br />
to the coastline. The vegetable component derives from the association of dry <strong>and</strong><br />
wet environments where ashes (Fraxinus ornus <strong>and</strong> F. oxycarpa) <strong>and</strong> white poplars<br />
(Populus alba) alternate with umbrella pines (Pinus pinea), maritime pines (Pinus<br />
Pinaster) <strong>and</strong> oaks (Quercus robur), <strong>and</strong> the brushwood is rich in common hawthorn<br />
(Crataegus monogyna), ivy (Hedera helix) <strong>and</strong> dog rose (Rosa canina L.)<br />
(Piccoli et al., 1991).<br />
The area, boasting a remarkable environmental consideration, is subject to subsidence<br />
(Teatini et al., 2005) <strong>and</strong> aquifer salinization phenomena (Aquater, 1988;<br />
Ugolini, 1997; Giambastiani et al., 2007; Antonellini et al., 2008), owing to the<br />
117
closeness to the sea <strong>and</strong> to a lowl<strong>and</strong>s system (Piallassa Baiona) connected to it,<br />
which contributes to the salt<strong>water</strong> intrusion, thus provoking the aquifer salinization.<br />
To the detriment of its intrinsic natural features, the San Vitale Pinewood is located<br />
within a strongly anthropized context, subject to different pressures such as the<br />
contiguousness with an extended industrial area (the Ravenna petrochemical pole)<br />
<strong>and</strong> with a traffic-congested thoroughfare, the SS 309 Romea; hence the possibility<br />
of dry <strong>and</strong> wet deposition phenomena of organic <strong>and</strong>/or inorganic compounds that<br />
might get in <strong>and</strong> accumulate in the environmental system.<br />
118<br />
Figure 1<br />
Localization of examined<br />
<strong>soil</strong> profiles on the <strong>Emilia</strong>-<br />
Romagna region <strong>soil</strong> map<br />
(modified from<br />
http://gias.regione.emiliaromagna.it/suoli.asp).<br />
Profile WGS84-UTM33<br />
E (m) E (m)<br />
PW1 279845 4934006<br />
PW2 280023 4933960<br />
PW3 280408 4933986<br />
PW4 280655 4933957<br />
PW5 280819 4933724<br />
PW6 279119 4928551<br />
PW7 279731 4928557<br />
PW8 280209 4928509<br />
PW9 280253 4928520<br />
GP1 277768 4921580<br />
GP2 277702 4921749<br />
P<strong>ER</strong>1 276899 4923884<br />
P<strong>ER</strong>2 277105 4923765<br />
Pedologic delineations. From the pedologic point of view, the San Vitale Pinewood<br />
falls within delineation 118, which comprises the <strong>soil</strong> complex<br />
C<strong>ER</strong>3/SAV1/PIR1 (www.regione.emilia-romagna.it). It is characterized by s<strong>and</strong>y<br />
<strong>and</strong> calcareous <strong>soil</strong>s formed on consolidated beach-ridge deposits. The mostly<br />
widespread <strong>soil</strong>s are represented by Ustipsamments (SSS, 2006) turning to Psammaquents<br />
in interdune lowl<strong>and</strong>s.
The Luigi Perdisa farm, covering an overall surface of 13.9 ha, is located in the<br />
Northern outskirts the town of Ravenna <strong>and</strong> can be considered as representative of<br />
the agricultural scene of Ravenna surroundings. It st<strong>and</strong>s in an alluvial plain characterized<br />
by the presence of canal, levee <strong>and</strong> river course as well as floodable plain<br />
sediments deposition (R<strong>ER</strong>, 2009). As far as the farm is concerned, cultivation<br />
regulations provide for planting vineyards, pear orchards <strong>and</strong> apple orchards, <strong>and</strong><br />
for a portion dedicated to extensive crops mainly made up of maize <strong>and</strong> wheat in<br />
an annual succession.<br />
The public park, covering a surface of about 3.7 ha, is located within the historical<br />
centre of Ravenna, not far from the railway network <strong>and</strong> from roads with an intensive<br />
vehicles circulation.<br />
It st<strong>and</strong>s in an alluvial plain characterized by the presence of canal, levee <strong>and</strong> river<br />
course sediments deposition (www.regione.emilia_romagna.it). Its realization dates<br />
back to ancient times <strong>and</strong> at present the arboreal vegetation that can be found in is<br />
mainly made up holm oaks (Quercus Ilex). Both delineation, 996 which includes<br />
the “Perdisa” farm, <strong>and</strong> delineation 94, which includes Ravenna public park, are<br />
represented by <strong>soil</strong>s belonging to the Haplustepts great group (SSS, 2006).<br />
The pedologic survey. The pedologic survey has entailed the opening <strong>and</strong> observation<br />
of <strong>soil</strong>s profiles within the three environmental contexts. In the pinewood nine<br />
pedologic profiles have been described <strong>and</strong> sampled; they were distributed along<br />
two transects, with West to East course, positioned in a Northern area (PW1-PW5)<br />
<strong>and</strong> in a Southern area (PW6-PW9), the latter being close to the town industrial<br />
pole.<br />
According to knowledges acquired in previous studies (Zannoni, 2008; Buscaroli<br />
<strong>and</strong> Zannoni, 2009) said sampling strategy has made it possible to intercept the<br />
different microtopographical situations <strong>and</strong> the relevant <strong>soil</strong>s associated to them.<br />
According to the descriptive parameters indicated by Richardson et al. (2001), sites<br />
PW1, PW3, PW5, PW7 <strong>and</strong> PW9 have been detected in low-lying interdune areas,<br />
at a level more or less equal to the sea level. Profiles PW2, PW6 <strong>and</strong> PW8 are located<br />
next to dune tops while profile PW4 can be found at the bottom of a dune<br />
alignment, in a connection position with a wide depression.<br />
Two profiles (P<strong>ER</strong>1 <strong>and</strong> P<strong>ER</strong>2) have been opened in the farm by means of a mechanical<br />
excavator; the first is in an allotment of arable <strong>soil</strong> <strong>and</strong> the second inside<br />
an apple orchard. Two profiles (GP1 <strong>and</strong> GP2) have been observed in the public<br />
park; the first where the arboreal vegetation is very scattered, near the road axis<br />
<strong>and</strong> the second in a much more internal position near a holm-oaks area. Table 1<br />
shows the morphological descriptions of the 13 profiles observed according to<br />
what proposed by Schoeneberger et al. (2002).<br />
The samples of <strong>soil</strong> taken from the different horizons have been <strong>air</strong> dried, h<strong>and</strong>ground<br />
<strong>and</strong> dry-sieved with a 2 mm mesh sieve.<br />
.<br />
.<br />
119
.<br />
.<br />
Table 1 - Main descriptive elements of investigated <strong>soil</strong> profiles. Codes according to<br />
Schoeneberger et al. (2002).<br />
Profile<br />
PW1<br />
PW2<br />
PW3<br />
PW4<br />
PW5<br />
PW6<br />
PW7<br />
PW8<br />
PW9<br />
Hori<br />
zons<br />
Depth Color Munsell<br />
(cm) Dry Moist<br />
120<br />
Structure<br />
(a)<br />
Texture<br />
(b)<br />
Roots<br />
(c)<br />
Rock<br />
(d)<br />
Boundary<br />
e)<br />
Oi 5 - 0 CW<br />
A1 0 - 5 2,5Y 3/2 2,5Y 3/1 gr f1 s 2f 0% CW<br />
A2 5 – 20 2,5Y 5/2 2,5Y 3/2 sg s 1f1m 0% AS<br />
Cg1 20 – 80 2,5Y 7/1 2,5Y 5/1 sg s 1m 0% CW<br />
Cg2 80 - 100 2,5Y 6/1 GLEY1 5/1 sg s 0 0% U<br />
Oi 4 - 2 AW<br />
Oe 2 - 0 AW<br />
A1 0 – 4 2,5Y 4/2 2,5Y 3/2 sg s 2f 0% AW<br />
AC 4– 17/23 2,5Y 5/6 2,5Y 5/4 sg s 2f2m 0% CS<br />
C 17/23 – 70+ 2,5Y 6/3 2,5Y 5/3 sg s 1f2m 0% U<br />
Oi 3 - 0 AW<br />
A1 0 – 5 2,5Y 3/2 2,5Y 2,5/1 gr f1 s 2f 1%fSFB CS<br />
A2 5 – 10 2,5Y 4/1 2,5Y 3/1 gr f1 s 1f1m 1%fSFB CW<br />
ACg 10 – 35 2,5Y 4/1 2,5Y 3/1 sg s 1m 1%fSFB AW<br />
Cg1 35 – 45 2,5Y 6/1 GLEY1 5/1 sg s 1f 0% CW<br />
Cg2 45 - 100+ 2,5Y 6/1 GLEY1 6/1 sg s 0 0% U<br />
Oi 1 - 0 AW<br />
A1 0 - 5 2,5Y 4/2 2,5Y 3/2 gr f1 s 2f2vf 0% CS<br />
A2 5 - 20 2,5Y 6/3 2,5Y 4/2 sg s 2m2co 0% CW<br />
AC 20 - 60 2,5Y 5/4 2,5Y 5/2 sg s 1m1co 0% CS<br />
C1 60 – 80 2,5Y 7/2 2,5Y 7/1 sg s 1m 0% GS<br />
C2 80 – 100+ 2,5Y 6/2 2,5Y 6/1 sg s 1m 0% U<br />
Oi 2 – 1 AW<br />
Oe 1 - 0 AW<br />
A1 0 – 5 2,5Y 4/4 2,5Y 4/2 gr f1 s 3f1m 1%fSFB AS<br />
A2 5 – 15 2,5Y 5/2 2,5Y 4/2 sg s 2f1m 1%fSFB AS<br />
Cg1 15 - 30 2,5Y 7/2 2,5Y 6/2 sg s 1f 0% CW<br />
Cg2 30 - 70+ 2,5Y 7/1 2,5Y 6/1 sg s 1f 0% U<br />
Oi 2 - 0 AW<br />
A1 0 – 3/4 2,5Y 3/2 2,5Y 3/2 gr f1 s 2f2vf 0% CW<br />
A2 3/4 – 20 2,5Y 5/3 2,5Y 4/2 sg s 2f2m 0% CW<br />
C 20 – 80 2,5Y 6/2 2,5Y 5/3 sg s 1f1co 0% GS<br />
Cg 80 - 100 2,5Y 7/2 2,5Y 6/2 sg s 1m 0% U<br />
Oi 3 - 1 AW<br />
Oa 1 - 0 AW<br />
A1 0 - 5 2,5Y 3/1 2,5Y 2,5/1 gr f1 s 2f2vf 0% CS<br />
A2 5 – 13 2,5Y 4/3 2,5Y 4/3 gr f1 s 2f 0% AS<br />
Cg1 13 – 50 2,5Y 7/1 2,5Y 5/2 sg s 1vf1m 0% CW<br />
Cg2 50 – 80 2,5Y 6/2 2,5Y 6/1 sg s 1vf 0% GW<br />
Cg3 80 – 100+ 2,5Y 6/4 GLEY1 6/1 sg s 0 0% U<br />
Oi 5 - 2 AW<br />
Oa 2 - 0 AW<br />
A1 0 – 5 2,5Y 4/3 2,5Y 4/2 gr f1 s 2f2vf 0% CW<br />
A2 5 – 20 2,5Y 5/4 2,5Y 4/4 sg s 2m2co 0% CW<br />
C1 20 - 80 2,5Y 6/3 2,5Y 5/3 sg s 1co1vc 0% CW<br />
C2 80 - 100+ 2,5Y 6/4 2,5Y 5/4 sg s 1m 0% U<br />
Oi 3 – 1 AS<br />
Oa 1 - 0 AW<br />
A1 0 – 5 2,5Y 3/2 2,5Y 2,5/1 gr f1 ls 3f3vf 1%fSFB CS<br />
A2 5 – 10 2,5Y 5/2 2,5Y 4/1 sg ls 2vf 1%fSFB AS<br />
Cg1 10 – 30 2,5Y 6/4 2,5Y 5/3 sg ls 1vf 1%fSFB CW<br />
Cg2 30 – 80 2,5Y 6/3 2,5Y 5/1 sg ls 1vf 0% GW<br />
Cg3 80 - 100+ 2,5Y 5/3 GLEY1 6/1 sg ls 0 0% U
Table 1 - (follows)<br />
Pro<br />
ile<br />
GP1<br />
GP2<br />
P<strong>ER</strong>1<br />
P<strong>ER</strong>2<br />
Hori<br />
Depth oolor Munsell<br />
zons (cm) Dry Moist<br />
121<br />
Structure<br />
(a)<br />
Texture<br />
(b)<br />
Roots<br />
(c)<br />
Rock<br />
(d)<br />
Boundary<br />
(e)<br />
Oi 0,5 - 0 AW<br />
Au1 0 - 3 2,5Y 5/2 2,5Y 4/2 sbk f2 l 2f2vf 1%fA CW<br />
Au2 3 – 7 2,5Y 5/2 2,5Y 4/3 sbk f2 sil 1f1m 1%fA CW<br />
Au3 7 – 25 2,5Y 5/2 2,5Y 4/3 abk m3 sil 1vf1co 3%mA CS<br />
Bwu 25 – 57 2,5Y 7/2 2,5Y 5/4 abk co3 sic 1co 5%mA CS<br />
BCu 57 – 80 2,5Y 7/2 2,5Y 6/3 abk co3 sic 0 3%mA CS<br />
C 80 – 100+ 2,5Y 6/3 2,5Y 5/4 abk co3 sic 0 0% U<br />
Oi 0,5 - 0 CW<br />
Au1 0 – 5 2,5Y 5/2 2,5Y 4/2 sbk f2 sl 2f2vf 5%mA AW<br />
Au2 5 – 30 2,5Y 6/4 2,5Y 5/4 sbk m3 cl 1f1m1c 3%mA CS<br />
BWu 30 - 50 2,5Y 7/4 2,5Y 6/4 abk co3 sicl 1m 5%mA CS<br />
BCu 50 - 65+ 2,5Y 6/4 2,5Y 5/4 abk co3 l 0 7%mA U<br />
Ap 0 – 40 2,5Y 6/3 2,5Y 4/3 sbk m2 sil 2vf1m 1%fA CW<br />
Bw1 40 – 65 2,5Y 7/3 2,5Y 5/2 sbk m2 sil 1vf1f 1%fSFB GW<br />
2Bw2 65 – 81 2,5Y 7/3 2,5Y 5/3 sbk m2 sicl 1vf1f 5%fSFB AW<br />
3Cg1 81 – 110 2,5Y 5/4 2,5Y 5/3 sg sl 1vf1f 0% CS<br />
3Cg2 110 –140 2,5Y 5/4 2,5Y 5/3 sbk f1 sl 0 0% CW<br />
4Cg3 140 - 200+ 2,5Y 7/2 2,5Y 6/2 sbk m2 sic 0 0% U<br />
Oe 3 – 0 AW<br />
Ap1 0 – 28 2,5Y 6/3 2,5Y 4/3 abk m2 sicl 2vf1m 1%fA CS<br />
Ap2 28 – 53 2,5Y 6/4 2,5Y 4/3 sbk m2 sicl 2vf1m 1%fA CS<br />
Bw1 53 – 83 2,5Y 4/3 2,5Y 5/3 sbk co2 sil 1f1co 0% CS<br />
2Bw2 83 – 130 2,5Y 7/3 2,5Y 5/3 sbk co2 sicl 1f1vf 1%fSFB GS<br />
3Cg1 130 – 153 2,5Y 7/3 2,5Y 5/3 sbk m1 sil 1f 0% CS<br />
3Cg2 153 – 194 2,5Y 7/3 2,5Y 5/4 sbk m1 sil 1vf 0% CS<br />
3Cg3 194 – 210+ 2,5Y 6/4 2,5Y 5/2 sbk m1 sil 0 0% U<br />
(a)<br />
Structure 1 = weak, 2 = moderate, 3 = strong, gr = granular, abk = angular blocky, sbk = subangular blocky,<br />
sg = single grain, f = fine, m = medium, co = coarse.<br />
(b)<br />
Texture (field estimation) s = s<strong>and</strong>, ls = loamy s<strong>and</strong>, l = loam, sil = silt loam, sic = silty clay, sl = s<strong>and</strong>y loam,<br />
cl =clay loam, sicl = silty clay loam.<br />
(c)<br />
Roots 0 = absent, 1 = few, 2 = common, 3 = many, vf = very fine, f = fine, m = medium, co = coarse, vc =<br />
very coarse.<br />
(d)<br />
Rock fragments % vol, f = fine, m = medium, co = coarse, SFB = shell fragments, A = artefacts.<br />
(e) Boundary A = abrupt, C = clear, G = gradual, S = smooth, W = wavy, U = unknown.<br />
The fraction having a diameter below 2 mm has been submitted to pH, total<br />
CaCO3, electrical conductivity (EC), total organic carbon (TOC) <strong>and</strong> total nitrogen<br />
content (Tot. N) analytical determinations, carried out according to what provided<br />
for by the Official Methods for <strong>soil</strong> chemical analysis (MiPAF, 2000). The data<br />
obtained from analytical determinations are reported in table 2.<br />
Results <strong>and</strong> discussion<br />
Soils morphological features. Soils of the San Vitale Pinewood highlight a typical<br />
A/C sequence. The organic-mineral horizons (A1 <strong>and</strong> A2), about 20 cm thick, usually<br />
have a darker colour, between 2,5Y3/1 <strong>and</strong> 2,5Y5/4 (dry colour).<br />
.<br />
.
Table 2 - Chemical properties of investigated <strong>soil</strong> profiles.<br />
Profile Horizons Depth<br />
(cm)<br />
pH EC (1:2,5)<br />
dS m<br />
Tot. CaCO3 TOC Tot. N C/N<br />
-1 g Kg -1 g Kg -1 g Kg -1<br />
A1 0 - 5 7,1 1,95 26 71,2 5,5 13<br />
PW1 A2 5 – 20 7,6 0,71 13 36,6 2,4 16<br />
Cg1 20 – 80 8,3 0,17 85 1,3 0,7 2<br />
Cg2 80 – 100+ 8,2 0,15 60 1,8 0,1 34<br />
A1 0 – 4 6,4 0,24 7 52,3 3,0 17<br />
PW2 AC 4– 17/23 8,0 0,12 20 5,0 1,7 3<br />
C 17/23 – 70+ 8,5 0,10 56 0,8 1,0 1<br />
A1 0 – 5 7,3 5,47 9 76,7 5,7 14<br />
A2 5 – 10 6,8 5,18 9 51,7 3,7 14<br />
PW3 ACg 10 – 35 7,0 5,14 7 28,9 2,3 13<br />
Cg1 35 – 45 8,0 2,29 87 4,0 0,3 14<br />
Cg2 80 –100+ 8,2 2,64 89 1,9 0,2 8<br />
A1 0-5 7,4 0,22 20 31,9 3,0 11<br />
A2 5-20 7,8 0,13 18 16,9 1,2 14<br />
PW4 AC 20-60 7,9 0,10 25 11,0 1,0 11<br />
C1 60-80 8,1 0,21 61 1,3 0,2 6<br />
C2 80-100+ 8,3 0,36 82 / 0,2 /<br />
A1 0 – 5 8,3 1,46 18 34,0 2,4 14<br />
PW5 A2 5– 15 8,6 1,86 25 10,8 1,0 11<br />
Cg1 15-30 9,1 0,94 96 0,7 0,2 3<br />
Cg2 30-70+ 8,7 1,61 114 2,9 0,0 96<br />
A1 0 – 3/4 7,4 0,58 11 100,8 6,1 17<br />
PW6 A2 3/4 – 20 7,6 0,23 13 28,1 2,1 13<br />
C 20 – 80 8,1 0,09 31 6,0 0,3 18<br />
Cg 80-100+ 8,4 0,08 51 1,5 0,1 16<br />
A1 0 - 5 7,4 4,25 11 118,1 7,6 16<br />
A2 5 – 13 8,1 4,02 36 25,9 2,2 12<br />
PW7 Cg1 13 – 50 8,6 1,46 116 4,3 0,7 6<br />
Cg2 50 – 80 8,5 1,24 118 6,3 0,2 42<br />
Cg3 80 – 100+ 8,5 1,05 118 2,1 0,2 14<br />
A1 0 – 5 5,8 0,44 0 139,8 6,9 20<br />
A2 5– 20 7,2 0,28 18 46,5 3,0 16<br />
PW8 C1 20-80 8,4 0,18 123 4,2 0,2 24<br />
C2 80-100+ 8,5 0,31 123 7,0 0,2 30<br />
A1 0 – 5 8,1 3,01 11 49,3 4,1 12<br />
A2 5 – 10 8,5 3,00 24 21,4 2,1 10<br />
PW9 Cg1 10 – 30 8,7 2,28 103 3,9 0,5 8<br />
Cg2 30 –80 8,5 3,57 147 2,1 0,3 8<br />
Cg3 80-100+ 8,6 3,56 130 2,0 0,2 9<br />
Au1 0 - 3 7,7 0,60 141 73,1 7,1 10<br />
Au2 3 – 7 7,9 0,49 168 42,9 4,4 10<br />
Au3 7 – 25 8,0 0,33 179 31,8 3,2 10<br />
GP1 Bwu 25 – 57 8,5 0,17 232 5,8 0,8 7<br />
BCu 57 – 80 8,6 0,19 221 2,9 0,8 4<br />
C 80 – 100+ 8,6 0,24 201 0,0 3,2 0<br />
Au1 0 – 5 7,8 0,15 176 33,9 1,0 34<br />
Au2 5 – 30 8,1 0,13 226 6,8 0,8 9<br />
GP2 Bwu 30 - 50 8,4 0,15 234 6.1 0,8 0<br />
BCu 50 - 65+ 8,4 0,13 237 3,5 1,3 3<br />
Ap 0 – 40 7,9 0,19 203 12,4 1,3 10<br />
Bw1 40 – 65 8,3 0,15 208 8,2 1,0 8<br />
2Bw2 65 – 81 8,2 0,22 234 6,4 0,9 7<br />
P<strong>ER</strong>1 3Cg1 81 – 110 8,3 0,21 219 3,2 0,3 10<br />
3Cg2 110 –140 8,3 0,28 214 3,1 0,4 9<br />
4Cg3 140-200+ 8,6 0,40 250 8,5 0,7 13<br />
Ap1 0 – 28 8,5 0,17 203 11,3 1,3 9<br />
Ap2 28 – 53 8,5 0,17 204 9,5 1,1 8<br />
Bw1 53 – 83 8,8 0,20 237 5,9 0,7 9<br />
P<strong>ER</strong>2 2Bw2 83 – 130 9,0 0,48 234 5,6 0,6 10<br />
3Cg1 130 – 153 9,1 0,37 228 3,9 0,4 10<br />
3Cg2 153 – 194 8,7 0,31 241 3,7 0,3 12<br />
3Cg3 194 – 210+ 8,8 0,33 221 2,5 0,4 6<br />
122
C horizons that make up the parent material are characterized by lighter colours,<br />
between 2,5Y6/3 <strong>and</strong> 2,5Y7/2 (dry colour).<br />
Most of the radical apparatus, usually fine <strong>and</strong> very fine, are located in the epipedon,<br />
which are characterised by a fine granular structure that shows an extremely<br />
weak aggregation degree. The parent material has fewer roots, generally having a<br />
medium or sometimes coarse size, destined to the physical anchorage of plant species<br />
present. The trend often turns out to be subhorizontal, mainly as to horizons<br />
subject to periodical <strong>water</strong> saturation, highlighted by the presence of mottles (g).<br />
The texture, assessed in quick way through the sample manipulation, proves to be<br />
always s<strong>and</strong>y, except for the PW9 profile, where it is s<strong>and</strong>y-loam. The rock fragments<br />
are usually absent, except for the presence of scattered fragments of shells,<br />
<strong>and</strong> the distinctness class of the boundaries between the horizons are either abrupt<br />
or clear, having a wavy or smooth topography.<br />
The <strong>soil</strong>s of the “Perdisa” farm are very deep, with a sequence of A/B/C horizons.<br />
The colour shows quite a moderate variability range (2,5Y7/3 – 2,5Y4/3, dry colour)<br />
but with poorly linear trends. This aspect, together with the different texture<br />
<strong>and</strong> structure features that can be observed in both profiles, is referable to transport<br />
<strong>and</strong> deposition of sediments, that occurred in these environments. The texture of<br />
surface horizons is silt loam (P<strong>ER</strong>1) <strong>and</strong> silty clay loam (P<strong>ER</strong>2), while in depth it<br />
becomes s<strong>and</strong>y loam <strong>and</strong> silty clay as to P<strong>ER</strong>1, <strong>and</strong> silt loam as to P<strong>ER</strong>2. The surface<br />
structure, usually sub-angular blocky of moderate degree at surface, becomes<br />
loose (P<strong>ER</strong>1) or weak (P<strong>ER</strong>2) at depth. The biological activity, expressed through<br />
the presence of radical apparatus, is generally present up to a depth of about 100<br />
cm while, as far as the P<strong>ER</strong>2 profile observed inside the orchard is concerned, it<br />
reaches higher depths.<br />
The two profiles observed in the public park of Ravenna show a sequence of A/B/C<br />
horizons. The colours of said horizons are between 2,5Y5/2 <strong>and</strong> 2,5Y7/4 (dry colour);<br />
<strong>and</strong> similarly to what observed for the farm <strong>soil</strong>s, they have irregular textures<br />
<strong>and</strong> structures due to the stratigraphy of river course sediments. However, the remarkable<br />
presence of brick fragments along the profiles (u) shall be highlighted, as<br />
an evidence of rearrangements <strong>and</strong> disturbance actions carried out by man during<br />
the centuries.<br />
Soils chemical-physical features. As far as total organic carbon (TOC) is concerned,<br />
the <strong>soil</strong>s of the San Vitale Pinewood are characterized by significant rates<br />
in the A1 epipedon (139 to 31 g of Corg . kg -1 ), but show a sudden decrease already<br />
in A2 horizon, below 5 cm of depth, with rates between 51 <strong>and</strong> 5 g . kg -1 (Vittori<br />
Antisari et al., 2008).<br />
A similar situation occurs in the profiles of the public park while, as far as the farm<br />
is concerned, the values are remarkably lower <strong>and</strong> typical of tilled <strong>and</strong> cultivated<br />
<strong>soil</strong>s.<br />
Similarly to what observed for TOC, also the total nitrogen content (Tot. N) of<br />
surface horizons turned out to be elevated at surface, in the pinewood <strong>soil</strong>s <strong>and</strong> in<br />
the public park GP1 profile, <strong>and</strong> rapidly decreased next to C horizons. In the Per-<br />
123
disa farm, values are remarkably lower, probably in connection with removals determined<br />
by crops typologies <strong>and</strong> by the homogenization of surface horizons, determined<br />
by periodical tillage activities.<br />
The pinewood <strong>soil</strong>s are usually poorly or weakly calcareous at surface <strong>and</strong> became<br />
moderately or very calcareous in subsurface horizons. Said trend reveals a remarkable<br />
surface decarbonation, favoured by the coarse texture <strong>and</strong> by the consequent<br />
high permeability of these <strong>soil</strong>s. The decarbonation process is also indicated by the<br />
pH trend, which is basically neutral or subacid at surface <strong>and</strong> turns into subalkaline<br />
or moderately alkaline at depth.<br />
The <strong>soil</strong>s of both the public park <strong>and</strong> the farm appear very calcareous from the<br />
surface <strong>and</strong> become strongly calcareous at depth. Therefore in these <strong>soil</strong>s the decarbonation<br />
process seems to be not so evident as against surface horizons, both<br />
due to the reduced permeability (finer textures) <strong>and</strong> to the rearrangement operated<br />
by man. Moreover the values of CaCO3 show a discontinuous trend in relation to<br />
depth, which is suggestive of subsequent sediments contributions, unlike what observed<br />
in almost all the pinewood <strong>soil</strong>s. As a direct consequence of the elevated<br />
rates in CaCO3, the pH value of public park or farm <strong>soil</strong>s prove to be weakly to<br />
strongly alkaline, with trends generally decreasing with depth, except for profile<br />
P<strong>ER</strong>2 that shows non-linear trends.<br />
As to <strong>soil</strong>s electrical conductivity (EC), table 2 shows that no salinization problems<br />
arise either in the public park <strong>soil</strong>s or in the farm ones. However things are different<br />
inside the pinewood where a more articulated situation can be observed.<br />
Some <strong>soil</strong>s have a widespread salinity all along the profile (PW3, PW5, PW7 <strong>and</strong><br />
PW9); others only at surface (PW1), <strong>and</strong> some others absence of salinity (PW2,<br />
PW4, PW6 <strong>and</strong> PWN8).<br />
The electrical conductivity recorded in <strong>soil</strong>s results to be, in said litoraneous environments,<br />
strongly related with the one of ground<strong>water</strong>. Studies recently carried<br />
out in the same area (Zannoni, 2008; Buscaroli <strong>and</strong> Zannoni, 2009) clearly indicate<br />
how, in <strong>soil</strong>s belonging to more elevated areas from a topographical point of view<br />
(PW2, PW4, PW6 <strong>and</strong> PW8), the stratum is located at such a depth as to determine<br />
any possible consequence on deep horizons only (beyond 1 m of depth) while not<br />
affecting the surface.<br />
In inter-dune depressions, where the <strong>water</strong> table is at lower depths, it can significantly<br />
affect the <strong>soil</strong>s characteristics. In particular, when the <strong>water</strong> table is strongly<br />
characterized by salinity as in the case of profiles PW2, PW4, PW6 <strong>and</strong> PW8, the<br />
EC of the whole profiles turns out to be elevated. Moreover, during the summer<br />
period, to coincide with strong surface evapotranspiration phenomena, a large increase<br />
in surface horizons EC has been observed, mainly due to saline accumulations,<br />
which can be observed also in investigated profiles.<br />
Soils classification. Data gathered have made it possible to locate <strong>soil</strong>s from a<br />
taxonomical point of view, according to what provided for in the Keys to <strong>soil</strong> taxonomy,<br />
10 th edition (SSS, 2006), up to the family hierarchical level (table 3).<br />
124
The <strong>soil</strong>s of the San Vitale Pinewood fall into the Psamments suborder. Studies<br />
carried out in the same area (Zannoni, 2008; Buscaroli <strong>and</strong> Zannoni, 2009) have<br />
highlighted how, under conditions similar to those of profiles PW3, PW7 <strong>and</strong> PW9,<br />
values of Sodium Adsorption Ratio (SAR) <strong>and</strong> of Exchangeable Sodium Percentage<br />
(ESP) observed are such so as to make <strong>soil</strong>s fall within the Sodic subgroup<br />
(SSS, 2006).<br />
Besides a strict taxonomic arrangement, the presence of soluble bases <strong>and</strong> even<br />
more their mutual relation (SAR) can substantially affect the flora development.<br />
With this respect, some authors (Álvarez-Rogel et al., 1997, 2007; Alaoui-Sossè et<br />
al., 1998) stress how, within environmental contexts similar to those under study,<br />
the variations in <strong>soil</strong>s salinity are among the main variables in the diffusion of plant<br />
species. Other authors (Gerdol et al., 1985; Piccoli et al., 1991; Blaylock, 1994;<br />
Reinman <strong>and</strong> Breckle, 1995; Álvarez-Rogel et al., 2001) associate the presence of<br />
plant species to the relation of some ionic forms <strong>and</strong> to the <strong>soil</strong> S.A.R..<br />
Profile Soil Survey Staff, 2006<br />
PW1 TYPIC PSAMMAQUENTS, mixed, calcareous, mesic<br />
PW2 TYPIC USTIPSAMMENTS Mixed, calcareous, mesic<br />
PW3 SODIC PSAMMAQUENTS Mixed, calcareous, mesic<br />
PW4 AQUIC USTIPSAMMENTS Mixed, calcareous, mesic<br />
PW5 TYPIC PSAMMAQUENTS Mixed, calcareous, mesic<br />
PW6 AQUIC USTIPSAMMENTS Mixed, calcareous, mesic<br />
PW7 SODIC PSAMMAQUENTS Mixed, calcareous, mesic<br />
PW8 TYPIC USTIPSAMMENTS Mixed, calcareous, mesic<br />
PW9 SODIC PSAMMAQUENTS Mixed, calcareous, mesic<br />
GP1 UDIFLUVENTIC HAPLUSTEPTS Fine-silty, mixed, mesic<br />
GP2 UDIFLUVENTIC HAPLUSTEPTS Coarse-loamy, mixed, mesic<br />
P<strong>ER</strong>1 UDIFLUVENTIC HAPLUSTEPTS Fine-loamy, mixed, superactive<br />
P<strong>ER</strong>2 UDIFLUVENTIC HAPLUSTEPTS Fine-silty, mixed, superactive<br />
Conclusions<br />
125<br />
Table 3 –<br />
Classification<br />
of <strong>soil</strong> profiles<br />
(SSS, 2006)<br />
Chemical-physical pedologic surveys carried out on 13 <strong>soil</strong>s profiles have made it<br />
possible to confirm the taxonomic definitions indicated in the pedologic delineations<br />
of the <strong>Emilia</strong>-Romagna region <strong>soil</strong> map (R<strong>ER</strong>, 2009). The survey carried out<br />
in the San Vitale Pinewood, along two transepts located at right angles with the<br />
dune system, has highlighted such a close relation between microtopography, surface<br />
stratum depth <strong>and</strong> relevant saline concentration as to enable a taxonomic<br />
selection at subgroup level, within the Ustipsamments/Psammaquents complex<br />
(Fig. 2).<br />
In the specific instance, profiles PW2, PW4, PW6 <strong>and</strong> PW8 located in the highest<br />
spots of the dune structure suffer either moderately (Aquic Ustipsamments, PW4<br />
<strong>and</strong> PW6) or not at all (Typic Ustipsamments, PW2 <strong>and</strong> PW8) the presence of the<br />
<strong>water</strong>-table.
Figure 2 – Topographical position of <strong>soil</strong> profile in regard to <strong>water</strong>-table.<br />
On the contrary, profiles PW1, PW3, PW5, PW7 <strong>and</strong> PW9 localized in positions<br />
that are morphologically depressed, are involved by a periodical hydric saturation<br />
(Typic Psammaquents, PW1 <strong>and</strong> PW5) that may sometimes affect the chemism,<br />
owing to the high saline concentration (Sodic Psammaquents, PW3, PW7, PW9).<br />
This last condition shall be taken into account in future analytical determination<br />
regarding cation exchange capacity (CEC) <strong>and</strong> metal extraction.<br />
Acknowledgment. Research co-financed of Ministry of University <strong>and</strong> Research, within<br />
the frame of the project 20077A9XJA_PRIN 2007 Subproject 003 (L. Vittori Antisari) of<br />
Bologna University, “Diffusion of PTE in the <strong>soil</strong>-plant system in environments characterized<br />
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.<br />
.<br />
128
POTENTIALLY TOXIC ELEMENTS ALONG SOIL PROFILES<br />
IN AN URBAN PARK, AN AGRICULTURAL FARM,<br />
AND THE SAN VITALE PINEWOOD (RAVENNA, ITALY)<br />
ELEMENTS POTENTIELLEMENT TOXIQUES LE LONG DES PROFILS<br />
DU SOL DANS UN PARC URBAIN, UNE EXPLOITATION AGRICOLE<br />
ET DANS LA PINEDE DE SAN VITALE (RAVENNE, ITALIE)<br />
ELEMENTI POTENZIALMENTE TOSSICI LUNGO PROFILI DEL<br />
SUOLO IN UN PARCO CITTADINO, IN UN'AZIENDA AGRICOLA E<br />
NELLA PINETA DI SAN VITALE (RAVENNA, ITALIA)<br />
Livia Vittori Antisari (1) *, Enrico Dinelli (2) , Aless<strong>and</strong>ro Buscaroli (2) ,<br />
Stefano Covelli (3) , Francesca Pontalti (1) , Gilmo Vianello (1)<br />
(1)<br />
Department of Agroenvironmental Sciences <strong>and</strong> Technologies – CSSAS,<br />
University of Bologna, via Fanin 44–Bologna (Italy).<br />
(2)<br />
Interdepartmental Center for Research on Environmental Science (C.I.R.S.A.) -<br />
University of Bologna, via dell'Agricoltura 5-Ravenna (Italy)<br />
(3)<br />
Department of Geological, Environmental <strong>and</strong> Marine Sciences –<br />
University of Trieste, via Weiss 2–Trieste (Italy).<br />
*Corresponding author: E-mail: livia.vittori@unibo.it Tel: +39 0512096210.<br />
Summary<br />
Potentially toxic elements (PTEs) abundances in top <strong>soil</strong> <strong>and</strong> along the <strong>soil</strong> profiles<br />
from areas affected by different anthropogenic inputs were investigated.. The<br />
study area is located within the Ravenna Municipality, a complex territorial system<br />
highly affected by industrial (a large petrolchemical complex) agricultural activities.<br />
Three zones with distinct environmental features were identified: the San<br />
Vitale Pinewood affected by atmospheric deposition pollutans from the industrial<br />
complex (PW1, PW4, PW6 <strong>and</strong> PW8 <strong>soil</strong> profiles); a public garden within the Ravenna<br />
city center, mainly affected by traffic pollution (GP1 <strong>soil</strong> profile); the "Luigi<br />
Perdisa" farm located immediately northwards Ravenna was selected due to the use<br />
of fertilizers as well as atmospheric deposition (P<strong>ER</strong>2 <strong>soil</strong> profile). The total concentration<br />
of PTEs (Ba, Cr, Cu, Cr, Ni, Pb, Zn) was determined by X ray fluorescence<br />
spectrometry (XRF), <strong>and</strong> the pseudo-total concentration with aqua regia digestion<br />
(AR) <strong>and</strong> ICP-OES quantification in order to evaluate the extractability of<br />
the elements. Results showed a significant increase of some PTEs (Cu, Pb, Zn) in<br />
the top <strong>soil</strong> compared to the pedological substrate. In the Ravenna urban park<br />
(GP1 station), Pb <strong>and</strong> Zn concentrations exceeded the threshold values established<br />
by current Italian laws for <strong>soil</strong>s from "public, residential <strong>and</strong> private areas" (D. Lgs<br />
152/2006). The correlation between top <strong>soil</strong> <strong>and</strong> the sub<strong>soil</strong> highlighted that some<br />
PTEs, such as Cu, Pb <strong>and</strong> Zn, are anthropogenic <strong>and</strong> they are mainly associated to<br />
129
the deposition of <strong>air</strong>borne pollutants, whereas other elements (Cr <strong>and</strong> Ni) are<br />
lithologenic.<br />
Key-words: heavy metals; enrichment factor; <strong>soil</strong> profiles; Pinewood San Vitale;<br />
ICP-OES;XRF<br />
Résumé<br />
Le but de cette étude est d'évaluer le taux de concentration d'éléments potentiellement<br />
toxiques (EPT) dans les horizons supérieurs et le long du profil de sols intéressés<br />
par les différents impacts anthropiques. Les études ont été conduites dans la<br />
zone qui englobe la commune de Ravenne, caractérisée par un système territorial<br />
complexe en raison de la présence d'un pôle pétrochimique mais aussi d'une agriculture<br />
très productive. Trois zones avec des impacts différents pour l'environnement<br />
ont été identifiées : la Pinède de San Vitale touchée par des dépôts atmosphériques<br />
dérivant de l'activité de l'industrie pétrolochimique (profils pédologiques<br />
PW1, PW4, PW6 et PW8) ; un jardin public qui se trouve dans le centre historique<br />
de la ville de Ravenne et qui subit une pollution due à la circulation automobile<br />
(profil pédagogique GP1). Pour finir, l'entreprise agricole "Luigi Perdisa" située<br />
immédiatement au nord-est de Ravenne a été choisie aussi bien à cause de la<br />
contamination possible par des produits chimiques utilisés en agriculture que pour<br />
les différents types de dépôts atmosphériques (profil pédologique P<strong>ER</strong>2). Les études<br />
ont permis de déterminer les concentrations totales en spectrométrie de fluorescence<br />
aux rayons X (XRF) mais aussi pseudo-totales avec solubilisation dans l'eau<br />
régale (AR) de certains métaux lourds (Ba, Cr, Cu, Cr, Ni, Pb, Zn), à la suite de<br />
quoi a eu lieu la lecture en ICP-OES dans le but d'évaluer dans quelle mesure ces<br />
éléments peuvent être extraits.<br />
Les déterminations effectuées démontrent un enrichissement significatif de certains<br />
EPT (Cu, Pb, Zn) dans les horizons de surface par rapport au substrat pédologique.<br />
Dans le parc urbain de Ravenne (GP1), les concentrations de Pb et Zn sont supérieures<br />
aux limites prévues par la législation italienne (Décret Législatif 152/2006)<br />
dans les zones résidentielles et les espaces verts. La corrélation entre les valeurs de<br />
concentration de certains EPT comme CU, Pb et Zn rencontrés dans les horizons<br />
en surface et en profondeur met cl<strong>air</strong>ement en évidence leur origine anthropique<br />
due en majeure partie à des dépôts d'agents polluants présents dans l'atmosphère<br />
t<strong>and</strong>is que l'origine d'autres éléments (Cr et Ni) résulte de type lithologique.<br />
Mots-clés : EPT ; facteur d'enrichissement ; profils du sol ; Pinède de San Vitale ;<br />
ICP-OES ; XRF.<br />
Riassunto<br />
Scopo di questo studio è la valutazione del grado di anomalia di elementi potenzialmente<br />
tossici (EPT) negli orizzonti superficiali e subsuperficiali di suoli soggetti<br />
a differenti iuput antropogenici. L'area di studio ha interessato il comune di Ravenna,<br />
caratterizzata da un sistema territoriale complesso per la presenza di un polo<br />
130
petrolchimico, ma anche soggetta ad un'attività agricola intensa ed altamente produttiva.<br />
Sono state identificate tre zone potenzialmente impattate da differenti attività<br />
antropiche: la Pineta di San Vitale interessata da deposizioni atmosferiche<br />
derivanti dall'attività dell'industria petrolchimica (profili pedologici PW1, PW4,<br />
PW6 e PW8); un giardino pubblico presente nel centro storico della città di Ravenna,<br />
interessato da inquinamento da traffico veicolare (profilo pedologico GP1);<br />
l'azienda agricola "Luigi Perdisa" collocata immediatamente a nord-est di Ravenna<br />
scelta sia per la possibile contaminazione da prodotti chimici usati in agricoltura sia<br />
per i diversi tipi di deposizioni atmosferiche (profilo pedologico P<strong>ER</strong>2). Di alcuni<br />
metalli pesanti (Ba, Cr, Cu, Cr, Ni, Pb, Zn) sono state determinate sia le concentrazioni<br />
totali in spettrometria di fluorescenza a raggi X (XRF), sia quelle pseudo<br />
totali con solubilizzazione in aqua regia (AR) e successiva lettura in ICP-OES con<br />
lo scopo di valutare il livello di estraibilità di tali elementi.<br />
Le determinazioni effettuate mostrano un significativo arricchimento di alcuni EPT<br />
(Cu, Pb, Zn) negli orizzonti di suolo superficiale rispetto al substrato pedologico;<br />
nel parco urbano di Ravenna (GP1), le concentrazioni di Pb e Zn sono superiori ai<br />
limiti previsti dalla legislazione italiana (D. Lgs 152/2006) per le aree residenziali e<br />
di verde pubblico. La correlazione tra i valori di concentrazione di alcuni EPT,<br />
quali Cu, Pb e Zn, riscontrati negli orizzonti superficiali e di profondità evidenzia<br />
chiaramente la loro origine antropica per lo più dovuta a deposizioni di contaminanti<br />
presenti in atmosfera, mentre per altri elementi (Cr e Ni) la loro provenienza<br />
risulta litologenica.<br />
Parole chiave: EPT; fattore di arricchimento; profili del suolo; Pineta di San Vitale;<br />
ICP-OES; XRF.<br />
Introduction<br />
The environmental <strong>quality</strong> of urban <strong>soil</strong> is closely related to human health (De<br />
Miguel et al, 1998; Madrid et al., 2002) so that monitoring potenzially toxic elements<br />
(PTEs) environmental compartments has gained considerable importance<br />
nowadays. Their increase due to anthropic activities, has very often reached critical<br />
thresholds of toxicity (Alloway et al., 1990; Adriano et al., 1992). The vehicular<br />
traffic is one of the main <strong>and</strong> more significant sources, wich has increased the<br />
fluxes of atmospheric pollutants. For a sound evaluation of the impact of anthropogenic<br />
activities on heavy metals distribution it is essential to know the natural<br />
(background) level in an undisturbed situation geologically similar to the study<br />
setting (Plant et al., 2001). Only knowing that, it is possible to evaluate the bias<br />
compared to natural conditions (Reimann & Garrett, 2005) <strong>and</strong> to, quantify the<br />
alteration using different approaches such as a Geoaccumulation Index (Igeo,<br />
Müller, 1979; Förstner & Müller, 1981) or an Enrichment Factor (Rubio et al.,<br />
2000) calculation.<br />
These approaches have been applied to several sites within the Ravenna city centre<br />
<strong>and</strong> its close surroundings which have been extenaively affected by all the potential<br />
sources of contamination (urban, agricultural, industrial). Soil samples were col-<br />
131
lected from some profiles excavated in a urban garden located in the city centre, in<br />
a agricultural field just north of the city. In addition, several profiles were "opened"<br />
<strong>and</strong> subsampled in the San Vitale Pinewood, a protected area close to a large industrial<br />
complex.<br />
Among all the investgated profiles, six of them were selected to compar total<br />
(XRF) <strong>and</strong> pseudo-total (aqua regia) (Alloway, 1990) metal concentrations. Total<br />
element concentrations are more relevant if a geochemical interpretation of data is<br />
requited as in this specific study. Besides, direct comparison with available geochemical<br />
data on sedimentary deposits in the area is also possible. Following the<br />
pseudo-total approach, result describe the maximum concentration of an PTE that<br />
can be released from a parent materials in natural environment. The aqua regia<br />
leach or digestion procedure is normally used for simulating this characteristic in<br />
the laboratory. It is potentially extremely interesting, althoug it can be affected by<br />
many uncertainties regarding the operating procedures. In any case, the comparison<br />
of the two results ìs a useful approach to discuss <strong>and</strong> to gain an insight into metal<br />
stability in the <strong>soil</strong> environment.<br />
Materials <strong>and</strong> methods<br />
Sites description <strong>and</strong> <strong>soil</strong> profiles sampling. The study area belongs to the Ravenna<br />
Municipality (<strong>Emilia</strong> Romagna region), a complex territorial system<br />
chatacterized by the development of petrolchemical industrial complex <strong>and</strong>,, also,<br />
by an intensive agricultural activity. The monitoring sites selected in Ravenna city<br />
were: the Central Urban Park (GP) located in the historical city, the ITAS “L. Perdisa”<br />
extra-urban farm (P<strong>ER</strong>), <strong>and</strong> the San Vitale Pinewood (PW), an importance<br />
community site (ICS).<br />
Geographical location. Three zones of different anthropogenic impact were identified:<br />
the San Vitale Pinewood probably affected by atmospheric deposition that<br />
could be derived from the petrolchemical industry or from vehicle exhaust (<strong>soil</strong><br />
profiles PW1, PW4, PW6, <strong>and</strong> PW8); a public garden within Ravenna city, mainly<br />
affected by traffic pollution (<strong>soil</strong> profile GP1); the farm "Luigi Perdisa" located<br />
immediately northwards of Ravenna was selected because of the use of fertilizers<br />
<strong>and</strong> also subject to various types of atmospheric deposition (<strong>soil</strong> profile P<strong>ER</strong>2). All<br />
the sites were georeferenced (UTM33-WGS’84 reference systems) using a GPS<br />
system (Fig.1).<br />
Pedological survey. The San Vitale Pinewood is located along the 118 pedological<br />
delineation of the <strong>Emilia</strong> Romagna region (www.regione.emilia-romagna.it).<br />
C<strong>ER</strong>3/SAV1/PIR1 <strong>soil</strong>s were present. The San Vitale Pinewood is characterized<br />
by s<strong>and</strong> <strong>and</strong> calcareous <strong>soil</strong>s forming upon deposits of s<strong>and</strong> bar consolidated by old<br />
reforestation. Cerba (C<strong>ER</strong>3), <strong>and</strong> Aquic Ustipsamments (USDA, 2006) are the<br />
most commonly represented <strong>soil</strong>s; in those areas which are morphologically higher,<br />
San Vitale <strong>soil</strong>s, Typic Ustipsamments (SAV1) are present whereas in those lower<br />
areas, between the dunes, Pirottolo <strong>soil</strong>s are recognized (PIR1,Typic Psamma-<br />
132
quents). The extra urban farm ITAS "L. Perdisa" is placed along the 996 pedological<br />
delineation <strong>and</strong> the SMB1 <strong>soil</strong>s (www.regione.emilia-romagna.it). The<br />
pedological substrate of both farm (P<strong>ER</strong>2) <strong>and</strong> urban park (GP1) is plane flooded<br />
deposits <strong>and</strong> the <strong>soil</strong> is Udifluventic Haplustepts (USDA, 2006). The <strong>soil</strong> of Ravenna<br />
urban park is classified Udifluventic Haplustepts (USDA, 2006) <strong>and</strong> this<br />
belongs to the 94 pedological delineation introducing the <strong>soil</strong> complex<br />
VIL1/SMB1, characterized by canal deposits.<br />
Soil sampling. At each site (Fig. 1), a <strong>soil</strong> profile was open down to 150 cm depth,<br />
<strong>and</strong> each horizon was sampled . Moreover, at each site also the <strong>soil</strong> material between<br />
0-20 <strong>and</strong> 80-100 cm was collected <strong>and</strong> prepared for analysis. Among the all<br />
the investigated sites reported in Figure 1, PW 1, 4, 6, 8; P<strong>ER</strong>2 <strong>and</strong> GP1 were<br />
selected for the detailed analytical work.<br />
133<br />
Figure 1<br />
Geographical location of<br />
sampling sites on pedogical<br />
delineations of <strong>Emilia</strong>-<br />
Romagna <strong>soil</strong> map<br />
(http://gias.regione.emiliaromagna.it/suoli.asp)<br />
Pedogical delineations:<br />
94 Udifluventic Haplustepts<br />
118 Aquic, Typic Ustipsamments/Typic<br />
Psammaquents<br />
complex<br />
996 Udifluventic Haplustepts<br />
Soil profiles:<br />
P<strong>ER</strong>2<br />
in ITAS “L. Perdisa” farm.<br />
GP1<br />
in Central Urban Park..<br />
PW1 <strong>and</strong> PW4<br />
in San Vitale Pinewood<br />
North transect.<br />
PW6 <strong>and</strong> PW8<br />
in San Vitale Pinewood<br />
South transect.
Chemical analysis<br />
.<br />
X-Ray Fluorescence – total PTEs concentration. Total metal concentration <strong>and</strong><br />
major element composition were obtained by X-Ray fluorescence spectrometry<br />
(XRF). All samples were homogenized in an agate mortar. Chemical determinations<br />
were obtained by X-ray fluorescence spectrometry (Philips PW 1480) on<br />
pressed powder pellets, following the matrix correction methods of Franzini et al.<br />
(1972; 1975), Leoni & Saitta (1976) <strong>and</strong> Leoni et al. (1986). The estimated precision<br />
<strong>and</strong> accuracy for trace-element determinations are better than 5%, except for<br />
those elements
<strong>soil</strong> <strong>and</strong> the background material was more marked in the agricultural site P<strong>ER</strong>2,<br />
where, on the contrary, Pb contents are relatively constant. All the PTEs displayed<br />
strong grain-size dependence, as reported by the detailed discussion referring to<br />
samples from the area by Dinelli et al. (2007).<br />
Table 1 - PTEs concentrations determined by fluorescence X ray along some <strong>soil</strong> profiles.<br />
The Pinewood transect-North was represented by PW1 <strong>and</strong> PW4 <strong>soil</strong> profiles, the Pinewood<br />
transect-South was represented by PW6 <strong>and</strong> PW8 <strong>soil</strong> profiles, the urban park transect<br />
was represented by GP1 <strong>soil</strong> profile, while the farm transect was represented by<br />
P<strong>ER</strong>2 <strong>soil</strong> profile. Concentration ranges from Late Pleistocene-Holocene samples from<br />
boreholes in the area are provided as reference values (Amorosi et al., 2002; Curzi et al.,<br />
2006).<br />
Transect Soil<br />
fi<br />
PW1<br />
PW-North<br />
PW-South<br />
PW4<br />
PW6<br />
PW8<br />
GP GP1<br />
P<strong>ER</strong> P<strong>ER</strong>2<br />
Heavy metal concentrations (mg/kg)<br />
Depth<br />
( )<br />
0-5<br />
Ba<br />
251<br />
Cr<br />
101<br />
Cu<br />
5<br />
Ni<br />
47<br />
Pb<br />
54<br />
V<br />
50<br />
Zn<br />
60<br />
5-20 285 115 7 47 47 47 37<br />
20-80 254 112 3 60 9 45 33<br />
80-100 247 121 2 71 9 47 28<br />
0-5 265 117 4 62 33 51 51<br />
5-20 294 124 12 76 22 48 49<br />
20-60 279 120 6 66 24 49 45<br />
60-80 265 95 bdl 61 10 40 26<br />
80-100 244 208 8 69 15 71 48<br />
0-3/4 255 68 8 44 19 42 103<br />
3/4-20 262 91 2 50 26 46 46<br />
20-80 353 113 bdl 55 21 41 26<br />
80-100 251 86 3 46 15 41 31<br />
0-5 258 68 10 58 48 61 93<br />
5-20 263 89 5 64 37 58 70<br />
20-80 255 96 4 60 17 42 30<br />
80-100 258 80 10 59 8 41 37<br />
0-3 332 75 41 61 86 72 142<br />
3-7 413 78 53 65 86 73 149<br />
7-25 431 91 53 65 105 77 159<br />
25-57 333 100 23 72 20 85 68<br />
57-80 351 97 33 71 32 85 80<br />
80-100 366 103 36 66 24 84 82<br />
0-28 361 99 65 76 25 89 84<br />
28-53 326 87 26 70 22 82 72<br />
53-83 336 90 28 69 24 84 74<br />
83-120 349 95 23 74 20 89 69<br />
120-153 356 89 22 62 30 72 62<br />
153-194 446 99 32 60 21 71 63<br />
194-210 391 90 22 66 21 75 59<br />
Borehole (Amorosi et al., 2002) 285-535 96-210 4-19 61-130 4-27 87-169 52-124<br />
data (Curzi et al.., 2006) 206-381 66-268 13-45 30-148 6-29 54-117 43-99<br />
This fact explains the different ranges observed in the Pinewood of San Vitale <strong>and</strong><br />
the other two sites. The former are s<strong>and</strong>y samples whereas the latter have a larger<br />
135
proportion of clayey material, as reported by Buscaroli et al. (2009). Compared to<br />
other data available from the area, referred to deeper <strong>and</strong> older sediments that include<br />
either fine or coarse grained sediments (Amorosi et al., 2002; Curzi et al.<br />
2006), Pb <strong>and</strong> Zn display wider ranges <strong>and</strong> highest maxima suggesting anthropogenic<br />
contribution for these elements. In the GP1 profile, the higher concentrations<br />
occur down to 25 cm depth, thus suggesting a diffuse migration of Pb <strong>and</strong> Zn elements<br />
to deeper horizon. All other elements, except for only one sample having<br />
high Cu concentration in P<strong>ER</strong>2 profile, are within the ranges observed for reference<br />
borehole data.<br />
Geoaccumulation index (Igeo) has been calculated for each metal (Table 2) in order<br />
to evaluate metals contamination in <strong>soil</strong> samples from the Ravenna area.<br />
Geoaccumulation index was originally defined by Müller (Müller, 1979; Forstner<br />
<strong>and</strong> Müller, 1981) as a quantitative tool to determine metals contamination in<br />
sediments <strong>and</strong> is based on the comparison of current concentrations with preindustrial<br />
levels. Geoaccumulation index (Igeo) can be calculated by the equation:<br />
Igeo = log2 [Cn/(1.5·Bn)] (1)<br />
where Cn = metal concentration in the the topmost sample; Bn = metal concentration<br />
in the 80-100 cm sample. In this way each site has a different background values<br />
but it helps because of the difference in grain size that affects EPT abundance.<br />
In any case the concentration in the deep samples are comparable with those of<br />
boreholes of analogous grain size as already pointed out.<br />
Müller has distinguished seven classes of sediments: unpolluted (Igeo 0), from<br />
unpolluted to moderately polluted (0 < Igeo < 1), moderately polluted (1 < Igeo < 2),<br />
from moderately to strongly polluted (2 < Igeo < 3), strongly polluted (3 < Igeo < 4),<br />
from strongly to extremely polluted (4 < Igeo < 5), extremely polluted (Igeo > 5).<br />
According to these scheme the Pb is most critical element suggesting moderately<br />
polluted conditions in the san Vitale pinewood in both transects with the <strong>soil</strong> profiles<br />
near to industrial settlement (PW1 <strong>and</strong> PW8) <strong>and</strong> for the Ravenna urban park.<br />
The most likely origin is related to emissions from vehicle exhaust that have been<br />
concentrated in these sites characterized by limited or absent reworking. There<br />
appears to be moderate pollution for copper in the P<strong>ER</strong>2 site, for the reasons already<br />
outlined.<br />
Table 2 – Values of the Igeo calculated according to Müller (1979). Only positive values<br />
were reported.<br />
Transect<br />
Soil<br />
profile Ba Cr<br />
Geoaccumulation index Igeo<br />
Cu Ni Pb V Zn<br />
PW-North<br />
PW1<br />
PW4<br />
0.6 1.9<br />
0.6<br />
0.5<br />
PW-South<br />
PW6<br />
PW8<br />
0.7<br />
2.0 0<br />
1.1<br />
0.7<br />
GP GP1 1.3 0.2<br />
P<strong>ER</strong> P<strong>ER</strong>2 1.4<br />
136
.Comparison between total <strong>and</strong> pseudo-total data (AR). The comparison of total<br />
(XRF) versus pseudo total concentration (AR) provided some useful suggestions<br />
about PTEs behaviour in the <strong>soil</strong> environment. In general, as one might expect, the<br />
PTEs total concentrations both top s<strong>and</strong> depth <strong>soil</strong> were higher than pseudo-total s<br />
in almost all cases, as one can verify by the results on selected samples reported in<br />
table 3. A better picture could be obtained by the visual comparison of the results<br />
presented in figure 2, that included the analysed samples.<br />
Barium was the elements with the minor amount extracted by AR; the very low<br />
(
Nickel generally displays high levels of extractability, usually > 75%, that does not<br />
change among different horizons.<br />
Lead, in almost all cases provided comparable results, which means that a large<br />
portion of the elements is extractable <strong>and</strong> it suggests association with different<br />
exchangeable sites of clays, Mn Fe <strong>and</strong> Al oxides, organic matter <strong>and</strong> all components<br />
dissolved by AR reaction. An important source related to contamination is<br />
likely to be present, as already pointed out. Some samples from deep horizon in the<br />
Pinewood area display low extractability (
.<br />
.<br />
Figure 2a - Comparison of total (XRF) vs. pseudo-total (AR) Ba, Cr, Cu, Ni concentrations<br />
for the studied samples. The 1:1 line is reported in the scatter diagram for comparison. On<br />
the right column the frequency histograms for the considered variables.<br />
139
......<br />
Figure 2b - Comparison of total (XRF) vs. pseudo-total (AR) Pb, V, Zn concentrations for<br />
the studied samples. The 1:1 line is reported in the scatter diagram for comparison. On the<br />
right column the frequency histograms for the considered variables.<br />
In fact, as said, PIN1 is located near the Romea street but also PIN8 is relatively<br />
close to an important pathway of the industrial area. This evidence can be explained<br />
as a diffuse contribution of <strong>air</strong>borne pollution accumulated in an undisturbed<br />
setting. As concern the urban park in Ravenna city (GP1), Pb <strong>and</strong> Zn concentrations<br />
exceeded the threshold values established by current Italian laws for<br />
<strong>soil</strong>s of "public, residential <strong>and</strong> private areas" (D. Lgs 152/2006), as suggested by<br />
the pseudototal results (aqua regia). The comparison between total <strong>and</strong> pseudo-<br />
140
total concentrations for (Ba, Cr, Cu, Ni, Pb, V, Zn) indicated differences for Ba, Cr,<br />
Ni e V whereas Cu, Pb e Zn showed the same results for both extraction methods,<br />
which implies that the first group of elements are retained in stable lattice position<br />
<strong>and</strong> can be considered to have low mobility. Conversely, the latter are extractable<br />
almost completely which could suggest association to other phases in the <strong>soil</strong> environment<br />
(organic matter, Fe-Mn-Al oxides) more susceptible to instability <strong>and</strong><br />
indicating the importance of non natural contribution.<br />
Acknowledgment. Research co-financed of Ministry of University <strong>and</strong> Research, within<br />
the frame of the project 20077A9XJA_PRIN 2007 Subproject 003 (L. Vittori Antisari) of<br />
Bologna University, “Diffusion of PTE in the <strong>soil</strong>-plant system in environments characterized<br />
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142
Sr ISOTOPIC EVIDENCE FOR STUDYING<br />
THE SALINIZATION OF SOILS: AN EXAMPLE<br />
FROM THE SAN VITALE PINEWOOD (RAVENNA)<br />
APPLICATION DES ISOTOPES DU Sr<br />
A L’ETUDE DE LA SALINISATION DES SOLS:<br />
UN EXEMPLE DANS LA PINEDE DE SAN VITALE (RAVENNE)<br />
APPLICAZIONI DEGLI ISOTOPI DELLO Sr<br />
ALLO STUDIO DELLA SALINIZZAZIONE DI SUOLI:<br />
UN ESEMPIO DALLA PINETA DI SAN VITALE (RAVENNA)<br />
Francesca Castorina (1)(2) , Umberto Masi (1)(2)*<br />
(1) IGAG-CNR, c/o Dipartimento di Scienze della Terra,<br />
Università di Roma “La Sapienza”, Roma (Italy)<br />
(2) Dip.to di Scienze della Terra, Università di Roma “La Sapienza”, Roma (Italy)<br />
* Corresponding author: e-mail: umberto.masi@uniroma1.it<br />
Summary<br />
In the frame of a multidisciplinary project of research on the San Vitale Pinewood<br />
ecosystem, north of Ravenna, the Sr isotope study of a <strong>soil</strong> profile developed on an<br />
old coastal dune aiming at detecting the effect of salinization is presented. The Sr<br />
isotope ratios of the bulk <strong>soil</strong> samples decreased significantly from upper (0.717) to<br />
lower (0.712) horizons because of the abundant marine salts deposited by the<br />
brackish <strong>water</strong> present in the deep <strong>soil</strong>. While the main source of Sr in the upper<br />
horizons is the silicates, especially the feldspaths contained in the old dune sediments;<br />
in contrast, Sr in the lower horizons is significantly also of evaporitic origin<br />
(0.707-0.709). This latter is dominantly the strontium bio-available to the plants.<br />
Key words: Sr isotopes; <strong>soil</strong>s; salinization; San Vitale Pinewood.<br />
Résumé<br />
Dans le cadre d’un projet multidisciplin<strong>air</strong>e de recherche sur le processus de salinisation<br />
des sols, nous présentons une application des isotopes du Sr à un profil de<br />
sol développé sur une ancienne dune côtière dans la Pinède S.Vitale, au nord de<br />
Ravenne. La composition isotopique du Sr dans les échantillons du sol tel quel<br />
diminue des horizons superficiels (0,717) aux horizons profonds (0,712) par suite<br />
de l’abondant dépôt de sels marins par l’eau saumâtre présente dans les horizons<br />
inférieurs du profil. Le strontium présent dans les horizons les plus superficiels<br />
provient des silicates de l’ancienne dune, en particulier des feldspaths, mais le<br />
strontium des horizons inferieurs provient en grade partie aussi du lessivage des<br />
évaporites (0,707-0,709). Le strontium biodisponible pour les plantes est surtout<br />
dérivé des évaporites.<br />
Mots clés: Isotopes du Sr; sols; salinisation; Pinède San Vitale.<br />
143
Riassunto<br />
Nel quadro di uno studio multidisciplinare sui processi di salinizzazione che interessano<br />
i suoli della Pineta di san Vitale, a nord di Ravenna, viene presentato un<br />
esempio di applicazione degli isotopi dello Sr. La sua composizione isotopica nei<br />
campioni di suolo tal quale diminuisce significativamente dagli orizzonti superficiali<br />
(0,717) a quelli profondi (0,712), a causa della abbondante deposizione di sali<br />
marini ad opera dell’acqua salmastra presente nella parte bassa del profilo. Mentre<br />
lo Sr presente negli orizzonti superiori del suolo è essenzialmente quello dei silicati<br />
dell’antica duna, in particolare dei feldspati, lo Sr degli orizzonti inferiori deriva<br />
considerevolmente anche dai sali e minerali evaporitici (0,707-0,709). Lo Sr biodisponibile<br />
per le piante è essenzialmente quello derivato dagli evaporiti.<br />
Parole chiave: Isotopi dello Sr; suoli; salinizzazione; Pineta di S.Vitale.<br />
Introduction<br />
This paper illustrates a part of a multidisciplinary study of the Pineta San Vitale<br />
(hereinafter Pineta) ecosystem, dealing with the application of Sr isotopes to detect<br />
chemical processes occurring in the local <strong>soil</strong>s, affected by salinization hazard.<br />
This may contribute to suggest solutions useful to stop or, at least, slow down the<br />
decline of the Pineta ecosystem.<br />
It is known since the 90’s that Sr isotopes may provide interesting information<br />
about the sources <strong>and</strong> the processes involving Sr in <strong>soil</strong>s <strong>and</strong> ground<strong>water</strong>s (e.g.<br />
Aberg, 1995; Capo et. al., 1998; Stewart et al., 1998; Négrel et al., 2001). In fact,<br />
Sr isotope ratios can allow for detecting the sources of Sr, distinguishing among the<br />
contributions from the minerals present in the <strong>soil</strong> <strong>and</strong> a variety of anthropogenic<br />
<strong>and</strong> natural sources supplying the element from outside, especially via atmospheric<br />
(dry <strong>and</strong> wet) deposition. These sources are represented by industrial <strong>and</strong> vehicular<br />
emissions, dust from <strong>soil</strong>s, marine aerosol, as well as infiltration of <strong>water</strong>s from<br />
rivers, drainage canals <strong>and</strong> sea lagoons. All these anthropogenic <strong>and</strong> natural<br />
sources are present in the Ravenna area, that is a typical industrial <strong>and</strong> farming area<br />
near to the Adriatic coastline. Moreover, Sr isotope ratios can allow for determining<br />
the main sources of Sr available to the plants, i.e. bio-available Sr. Two papers<br />
on the Sr isotopic composition of Sardinian <strong>soil</strong>s have been carried out by Castorina<br />
<strong>and</strong> Masi ( 2007, 2008 ); they represent the first contributions concerning Sr<br />
isotopes applied to Italian <strong>soil</strong>s.<br />
Geological setting <strong>and</strong> sampling<br />
Among the <strong>soil</strong> sites distributed along two transects cutting transversally the Pineta<br />
area, we have selected Pin-9 site as representative for this paper. This <strong>soil</strong> profile,<br />
the thickness of which encompasses about 1 m, is composed of two main horizons<br />
A <strong>and</strong> C, in turn subdivided in A1 <strong>and</strong> A2, <strong>and</strong> C1 <strong>and</strong> C2 subhorizons, respec-<br />
144
tively. A level of turf occurs at depth of 30 cm. The <strong>soil</strong>, that is located at 0.12 m<br />
a.s.l., is totally inundated by brackish-saline <strong>water</strong> at 50 cm of depth.<br />
Analytical procedure<br />
Each sample was first washed with bidistilled <strong>water</strong> to remove soluble salts. Then<br />
each sample was split in two aliquots, one of which was dissolved completely with<br />
HF+HNO3 mixture. The other aliquot was leached out with 1N ammonia acetate to<br />
dissolve more soluble carbonates, representing the labile Sr, i.e. that bio-available.<br />
Sr for isotopic analyses was separated in a 3 ml AG50 W-X8 resin column. Isotopic<br />
analyses were carried out at IGAG-CNR c/o Dipartimento di Scienze della<br />
Terra, University of Rome “La Sapienza” using a FINNIGAN MAT 262RPQ multicollector<br />
mass spectrometer with Re double filaments in static mode. The internal<br />
precision (within-run precision) of a single analytical result is given as two st<strong>and</strong>ard<br />
error of the mean. Repeated analyses of st<strong>and</strong>ards gave averages <strong>and</strong> errors<br />
expressed as two st<strong>and</strong>ard deviation (2) as follows : NBS 987,<br />
87 86 86 88<br />
Sr/ Sr=0.710241±13 (n=20), Sr/ Sr normalized to 0.1194.<br />
Experimental results<br />
Figure 1 depicts the patterns of the vertical distribution of Sr isotopes in the bulk<strong>soil</strong><br />
samples <strong>and</strong> the acetic extracts. The Sr isotopic compositions of the <strong>water</strong>soluble<br />
salts exhibit no significant variation with depth (0.7091-0.709). In contrast,<br />
the Sr isotope ratios of the bulk-<strong>soil</strong> samples decrease significantly <strong>and</strong> systematically<br />
with depth (0.717-0.712), while the isotopic compositions of the acetic extracts<br />
display only slight decrease with depth (0.709 -0.708).<br />
145<br />
Figure 1<br />
Distribution of<br />
the Sr isotopes<br />
in the bulk-<strong>soil</strong><br />
samples <strong>and</strong> the<br />
acetic extracts<br />
of PIN-9 <strong>soil</strong><br />
profile.
Discussion<br />
As concerns the <strong>water</strong> extracts, the rather uniform distribution of the Sr-isotope<br />
ratios with depth through the profile indicates that the strontium contained in the<br />
soluble salts proceeds from a same source. As the latter displays Sr isotopic composition<br />
comparable with present-day sea<strong>water</strong> (Hodell et al., 1990), marine salts<br />
represent the source of Sr in the <strong>water</strong> extracts. Marine salts can be <strong>air</strong>-borne to the<br />
<strong>soil</strong> as aerosol <strong>and</strong>/or deposited by the brackish <strong>water</strong> present in deeper horizons of<br />
the <strong>soil</strong>.<br />
As concerns the bulk-<strong>soil</strong> samples, their Sr isotopic compositions are always<br />
higher than the value of present-day sea<strong>water</strong>, indicating that bulk Sr derives from<br />
a different source. However, as the Sr isotope ratios of the samples from the A<br />
horizons are higher than those from the C-horizon samples, there is suggestion of<br />
mixing of Sr supplied by two sources. One source is characterized by Sr isotope<br />
ratio > 0.717, while the other source displays Sr isotope ratio
Acknowledgment. Research co-financed of Ministry of University <strong>and</strong> Research within the<br />
frame of the project 20077A9XJA_PRIN 2007 Subproject 001 (U. Masi) of the University<br />
of Rome "La Sapienza", “Application of the isotopic ratios of Sr, Nd, Fe <strong>and</strong> Ra as tracers<br />
of geochemical processes in <strong>soil</strong>s, plants <strong>and</strong> <strong>water</strong>s from environments characterized by<br />
different anthropic impact".<br />
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147
.<br />
.<br />
148
PRELIMINARY RESULTS ON THE DISTRIBUTION<br />
AND SOLUBILITY OF HEAVY METALS<br />
IN URBAN AND SUBURBAN SOILS OF RAVENNA<br />
RESULTATS PRELIMINAIRES SUR LA DISTRIBUTION<br />
ET SOLUBILITE DES MÉTAUX LOURDS<br />
DANS DES SOLS URBAINìS ET SUBURBAINS DE RAVENNE<br />
RISULTATI PRELIMINARI SULLA DISTRIBUZIONE<br />
E SOLUBILITÀ DI METALLI PESANTI<br />
IN T<strong>ER</strong>RENI URBANI E SUBURBANI DI RAVENNA<br />
Marina Gatti*, Anna Flora Campanale<br />
Institute of Agricultural <strong>and</strong> Environmental Chemistry<br />
Università Cattolica del Sacro Cuore - Piacenza<br />
*Corresponding author: E-mail: marina.gatti@unicatt.it; fax: +39 0523 599448<br />
Summary<br />
Three location types with of different environmental impacts were considered in the<br />
district of Ravenna, a city park, a suburban pinewood <strong>and</strong> arable fields. In this paper<br />
we report the preliminary results about the relationship between l<strong>and</strong> use <strong>and</strong> <strong>soil</strong> management<br />
with chemical fractionation of heavy metals. The distribution <strong>and</strong> solubility of<br />
Cr, Ni, Cu, Zn, Cd <strong>and</strong> Pb was determined by <strong>water</strong> <strong>and</strong> LMWOAs extraction procedures<br />
in horizons A1 <strong>and</strong> A2 of 13 <strong>soil</strong>s. In general the maximum potentially toxic<br />
element concentrations were associated with <strong>soil</strong> collected from the pinewood, <strong>and</strong><br />
they tended to decrease with depth.<br />
The upper layer enrichment of the pinewood <strong>soil</strong>s clearly revealed an anthropogenic<br />
origin of pollution. Under the pinewood, the extraction power by the single extraction<br />
procedures showed a pattern quite similar in terms of ranking of metals extracted, except<br />
that Zn <strong>and</strong> Ni were more dissolved than Cu by the use of LMWOAs. Under the<br />
pinewood, the metal levels presented a rather similar distribution pattern in terms of<br />
ranking of extractive power by the single extraction procedures, with Zn <strong>and</strong> Ni being<br />
more dissolved than Cu by the use of LMWOAs extractant. However, both readily<br />
available pools were demonstrated to be more enriched in Ni, Zn, Cd <strong>and</strong> Pb compared<br />
those of city park <strong>and</strong> arable <strong>soil</strong>s. City park <strong>and</strong> arable <strong>soil</strong>s had high contents of Cu.<br />
The highest concentrations were particularly shown by the arable <strong>soil</strong> under orchard,<br />
due to frequent fungicide applications. Single extractions were compared to metals<br />
dissoved in aqua regia by bivariate correlations.<br />
By comparison, pinewood <strong>soil</strong>s showed higher positive relationships between pseudototal<br />
contents determined by aqua regia <strong>and</strong> metal concentrations from single extraction<br />
procedures than city park <strong>and</strong> arable <strong>soil</strong>s. The highest correlation coefficients<br />
were found for Zn <strong>and</strong> Cd by <strong>water</strong> extraction, <strong>and</strong> for Cu <strong>and</strong> Pb by LMWOAs extrac-<br />
149
tion. Both <strong>water</strong> <strong>and</strong> LMWOAs pools exhibited poor correlation with pseudo-total<br />
contents of Cr <strong>and</strong> Ni.<br />
Keywords: Heavy metals; extraction unique; urban <strong>soil</strong>; pinewood <strong>soil</strong>; pollution.<br />
Résumé<br />
Trois sites dans différentes incidences sur l'environnement ont été identifiés dans le<br />
district de Ravenne, un parc de la ville, une banlieue de forêt de pins et des champs<br />
cultivés. Dans cette contribution, nous avons rapporté des résultats prélimin<strong>air</strong>es sur la<br />
relation entre l'utilisation et la gestion des sols et la chimie de fractionnement des métaux<br />
lourds. La distribution et la solubilité du Cr, Ni, Cu, Zn, Cd et Pb ont été déterminées<br />
en utilisant les procédures d'extraction dans l'eau et les acides organiques à faible<br />
poids molécul<strong>air</strong>e (LMWOAs) dans les horizons A1 et A2 de 13 sols. En général, la<br />
plus forte concentration d'éléments potentiellement toxiques était associée à des sols de<br />
la forêt de pins, en montrant une tendance à la baisse avec la profondeur. L'enrichissement<br />
de la couche supérieure du sol de la forêt de pins montre cl<strong>air</strong>ement une origine<br />
anthropique. Dans la forêt de pins, le contenu en métaux présentait un modèle de distribution<br />
assez simil<strong>air</strong>e en termes de pouvoir d'extraction par la procédure simple, sauf<br />
que Zn et Ni étaient sont plus solubles que le Cu avec LMWOAs. Toutefois, les deux<br />
groupes se sont montrés plus riches en Ni, Zn, Cd et Pb que le sol du parc de la ville et<br />
les terres agricoles. Aussi bien les deux terrains du parc de la ville que ceux qui ont été<br />
cultivés étaient riches en Cu. Les concentrations les plus élevées ont été particulièrement<br />
remarquées dans le sol d'un verger, en raison des fréquentes applications de fongicides.<br />
Des extractions individuelles ont été comparés à celles de certains métaux dans<br />
l'eau régale au moyen de corrélations bivariées. Les sols de la forêt de pins montrent<br />
des relations positives plus élevées entre les pseudo-contenus et les concentrations<br />
totales obtenues à partir des procédures d'extraction que les sols de la ville, du parc et<br />
des terres agricoles. Les coefficients de corrélation significativement les plus élevés ont<br />
été trouvés pour le Zn et le Cd extraits dans l'eau, et pour le cuivre et le plomb extraits<br />
dans LMWOAs. Les extraction tant dans l'eau que dans LMWOAs montrent peu de<br />
corrélation avec la pseudo-totalité du contenu en Cr et Ni.<br />
Mots-clés: Métaux lourds; extraction simple; sol urbain; sol de pinède; pollution.<br />
Riassunto<br />
Tre siti di diverso impatto ambientale sono stati individuati nel distretto di Ravenna, un<br />
parco cittadino, una pineta suburbana e un’area agricola. In questo contributo vengono<br />
riportati i risultati preliminari sulla relazione tra l'uso e gestione del suolo e il frazionamento<br />
chimico di metalli pesanti. La distribuzione e la solubilità di Cr, Ni, Cu, Zn, Cd<br />
e Pb sono state determinate utilizz<strong>and</strong>o procedure di estrazione in acqua e acidi organici<br />
a basso peso molecolare (LMWOAs) negli orizzonti A1 e A2 di 13 suoli.<br />
In generale, la massima concentrazione di elementi potenzialmente tossici era associata<br />
ai suoli della pineta, manifest<strong>and</strong>o una tendenza a diminuire con la profondità.<br />
L’arricchimento dell’orizzonte più superficiale dei suoli della pineta evidenzia chiara-<br />
150
mente un inquinamento di origine antropica. In pineta, il potere estrattivo delle singole<br />
procedure determinava una sequenza di estrazione dei metalli abbastanza simile, con la<br />
differenza che Zn e Ni erano maggiormente solubilizzati del Cu con l’impiego di<br />
LMWOAs. Comunque, entrambi i pools prontamente disponibili sono risultati più<br />
arricchiti in Ni, Zn, Cd e Pb rispetto a quelli dei suoli del parco cittadino e dell’area<br />
agricola. Sia i terreni del parco cittadino che quelli coltivati sono risultati molto dotati<br />
di Cu. Le concentrazioni più elevate sono state particolarmente riscontrate nel suolo<br />
sotto frutteto, a causa di frequenti applicazioni di fungicidi.<br />
Le singole procedure di estrazione sono state confrontate con i metalli dissolti in acqua<br />
regia attraverso correlazioni bivariate. Rispetto ai suoli del parco cittadino e dell’area<br />
agricola, i suoli della pineta mostrano relazioni positive superiori tra i contenuti pseudo-totali<br />
determinati in acqua regia e quelli ottenuti dalle estrazioni in acqua e<br />
LMWOAs. I coefficienti di correlazione significativamente più elevati sono stati trovati<br />
per Zn e Cd estratti in acqua, e per Cu e Pb estratti in LMWOAs. Sia l’estrazione in<br />
acqua che in LMWOAs indicano una scarsa correlazione con i contenuti pseudo- totali<br />
di Cr e Ni.<br />
Parole chiave: Metalli pesanti, Estrazione singola, Suoli urbani, Suoli di pineta, Inquinamento<br />
Introduction<br />
Urban areas are particularly vulnerable to pressure from human activities which result<br />
in release of potentially toxic elements into the environment. Soil pollution may result<br />
from widespread emissions of industrial plants, thermal power stations as well as vehicular<br />
traffic (Chen et al., 1997; Imperato et al., 2003). The city of Ravenna is particularly<br />
suitable for the systematic study of the enrichment <strong>and</strong> bioavailability of potentially<br />
toxic elements, because of the existence of many industrial activities such as<br />
steelworks, petrol refineries <strong>and</strong> chemical industries in the western district of the city<br />
near the sea. Rural <strong>soil</strong>s may also be affected by increasing levels of heavy metals due<br />
to intensive agriculture in the in the suburban areas of the city. Cr, Cu, Zn <strong>and</strong> Cd are<br />
common anthropogenic elements in the cultivated <strong>soil</strong>s. The eco-toxicological significance<br />
of heavy metals in <strong>soil</strong> is mostly dependent on their soluble <strong>and</strong> exchangeable<br />
existing forms <strong>and</strong> on the <strong>soil</strong>’s ability to release ions from the <strong>soil</strong> solid phase to replenish<br />
those removed from solutions by plants. The evaluation of metal contamination<br />
based on total or “pseudo total” <strong>soil</strong> content is solely one of the aspect to be considered,<br />
although at the moment an aqua regia extraction procedure (ISO 11466) is often required<br />
by regulations to estimate contamination of <strong>soil</strong>s. It is of great concern in the<br />
scientific community to define single or sequential extraction procedures for identification<br />
of metals pools, which differ in mobility <strong>and</strong> thus in capability to interact with<br />
plant roots. Potentially toxic metals <strong>and</strong> micronutrients occur within the <strong>soil</strong> matrix as<br />
free ions <strong>and</strong> soluble complexes, exchangeable ions, associated with <strong>soil</strong> organic matter,<br />
occluded or co-precipitated with metal oxides, carbonates or phosphates <strong>and</strong> other<br />
secondary minerals, ions in crystal lattices of primary minerals (Adriano, 2001).<br />
151
Water soluble metals can easily be mobilized <strong>and</strong> may considered as highly available<br />
(Seguin et al., 2004). Extraction of pore <strong>water</strong>, leaching test <strong>and</strong> DGT are selected<br />
methods for assessment of bioavailability of heavy metals in <strong>soil</strong> solution (ISO, 2008).<br />
In addition the National Institutes for environmental protection (ISPRA, Istituto Superiore<br />
per la Protezione e la Ricerca Ambientale) <strong>and</strong> health (ISS, Istituto Superiore di<br />
Sanità) recommended a <strong>soil</strong> <strong>water</strong> extraction as a method to determine the solid-liquid<br />
partition coefficient of <strong>soil</strong> contaminants for healthy-environmental risk assessment<br />
(APAT-ISS, 2007).<br />
Adsorption-desorption processes are important controls on the concentration of metals<br />
in the <strong>soil</strong> solution. From this point of view, study on sorption-desorption reactions of<br />
heavy metals showed that low-molecular-weight-organic-acids (LMWOAs) are involved<br />
in many interactions with the physicochemical properties of <strong>soil</strong>s influencing<br />
desorption of metal cations by complexation (Harter, 1983; Bruemmer et al., 1988;<br />
Pohlman <strong>and</strong> McColl, 1988; Fox, 1995; Drever <strong>and</strong> Stilligs, 1997; Qin et al., 2004).<br />
Soil solution LMWOAs, mainly aliphatic mono-, di- <strong>and</strong> tricarboxylic acids, originate<br />
from several biotic sources (Strobel, 2001). Major sources are from decomposition of<br />
<strong>soil</strong> organic matter in the upper <strong>soil</strong> horizons (Christ <strong>and</strong> David, 1996; Evans, 1998),<br />
microbial metabolites <strong>and</strong> plant roots exudates (Jones, 1998; Ma <strong>and</strong> Miyasaka, 1998).<br />
Root exudation of chelating aliphatic LMWOAs improves weathering <strong>and</strong> release of<br />
cations from <strong>soil</strong> minerals <strong>and</strong> increase the availability of nutrient cations in the<br />
rhizosphere of plants <strong>and</strong> fungi (Leyval <strong>and</strong> Berthelin, 1991; Marschner <strong>and</strong> Römheld,<br />
1994). In order to mimic <strong>soil</strong> solution levels of heavy metals a single extraction procedure<br />
with LMWOAs was investigated to estimate metal phytoavailability (Shan et al,<br />
2003; Wang et al., 2003; Feng et al., 2005). The authors observed better correlations<br />
between plant uptake <strong>and</strong> extractable levels by LMWOAs extractant in comparison<br />
with other one-step extraction methods <strong>and</strong> attributed to LMWOAs the extraction of<br />
the labile fractions in <strong>soil</strong> solution which are responsible for the short-term available<br />
pool.<br />
The main objectives of this study were to assess spatial changes of metals in surface<br />
<strong>soil</strong>s in the urban environment of Ravenna <strong>and</strong> to correlate them with <strong>soil</strong> physicochemical<br />
properties <strong>and</strong> metal content in plant leaves simultaneously sampled. Specifically<br />
in this paper we reported the preliminary results about the relationship between<br />
l<strong>and</strong> use <strong>and</strong> management <strong>and</strong> chemical fractionation of metals in the top<strong>soil</strong> using<br />
single extractions. Further, single extractions were compared to aqua regia digestion<br />
by bivariate correlation.<br />
Materials <strong>and</strong> methods<br />
Three location types of different environmental impact were identified in the district of<br />
Ravenna, Italy: a city park mainly exposed to vehicular traffic; a suburban pinewood of<br />
naturalistic importance at 10 km north of the city surrounded by industrial infrastructures<br />
<strong>and</strong> rural arable fields to the east of Ravenna city. In October 2008 nine pinewood,<br />
two city park, <strong>and</strong> two arable <strong>soil</strong> profiles were selected <strong>and</strong> sampled accordingly<br />
to pedogenetic horizons. Developed on the same parent material, the thirteen <strong>soil</strong><br />
152
profiles vary with respect to textural classes of the top <strong>soil</strong> layer: pinewood <strong>soil</strong>s were<br />
predominantly s<strong>and</strong>y, city park <strong>soil</strong>s were s<strong>and</strong>y loam <strong>and</strong> arable <strong>soil</strong>s were silty loam.<br />
Pedological survey <strong>and</strong> physico-chemical composition of <strong>soil</strong> profiles are reported in<br />
Vittori Antisari et al., this conference. Surface <strong>soil</strong> samples referred as A1 (0-5 cm<br />
depth) <strong>and</strong> A2 (5 cm-variable depth) horizons, previously <strong>air</strong> dried <strong>and</strong> sieved to 2 mm,<br />
were further ground with a planetary mill bowls in agate at 700 rpm min -1 <strong>and</strong> sieved to<br />
0.2 mm in order to achieve better homogenization <strong>and</strong> then minimize the errors related<br />
to sub-sampling. The single extraction procedures were carried out in triplicate, including<br />
the blanks. Water soluble heavy metals were determined accordingly to the method<br />
APAT-ISS, 2007. Briefly, 50 g <strong>soil</strong> was shaken in 100 mL of MilliQ (resistivity 18.2<br />
M cm) <strong>water</strong> for 24h. The <strong>soil</strong> suspension was then centrifuged <strong>and</strong> filtered.<br />
LMWOAc soluble heavy metals were extracted by mixing 5.5 g <strong>soil</strong> with 25 mL of<br />
acetic, formic, citric <strong>and</strong> malic acids at a total concentration of 10 mM <strong>and</strong> at a molar<br />
concentration ratio of 2:2:1:1 (Shan et al., 2003). The <strong>soil</strong> suspension was shaken for<br />
12h, centrifuged <strong>and</strong> filtered. Soil moisture was determined on 10 g samples by oven<br />
drying at 105 °C to constant weight. After filtration, the concentrations of Cr, Ni, Cu,<br />
Zn, Cd <strong>and</strong> Pb in the extracts were immediately determined by ICP-MS (Agilent mod.<br />
7500ce) equipped with collision cell. At the beginning of the measurement session the<br />
instrument was accurately calibrated using multi-element st<strong>and</strong>ard solutions. The detection<br />
limits of the method (MDL) were calculated multiplying 3.3 * SD of the blanks<br />
by the dilution factor. In the absence of certified reference materials accuracy was<br />
evaluated including several “matrix-matched" solutions in the analysis run. The average<br />
recovery of the "spike" was within -3% <strong>and</strong> +9% <strong>and</strong> -4% <strong>and</strong> +19% for <strong>water</strong> <strong>and</strong><br />
LMWOA extraction, respectively. Basic statistics <strong>and</strong> Spearman correlation coefficients<br />
were performed using SPSS 15.0 for Windows (SPSS Inc., USA). Normality of<br />
data was analyzed using the Shapiro-Wilk test.<br />
Results <strong>and</strong> discussion<br />
The descriptive statistics concerning the content of Cr, Ni, Cu, Zn, Cd <strong>and</strong> Pb in the<br />
<strong>water</strong> <strong>and</strong> LMWOAs extracts of the nine pinewood top <strong>soil</strong> layers are shown in table 1.<br />
The data indicate remarkable differences between the extractive ability of the two single<br />
procedures. Although the variety of extractants <strong>and</strong> extraction procedures in previous<br />
studies make it difficult to compare the results obtained by different workers, as<br />
expected, LMWOAs solubilised more <strong>soil</strong> metals than <strong>water</strong>. With the exception of<br />
LMWOAs soluble Cd in the A2 horizon, concentration sets were not normally distributed<br />
almost all being rather right-skewed, i.e., the mass of the metal data were<br />
concentrated at low values. It was reported that pollutants released into the <strong>soil</strong> from<br />
point sources are apt to experience successive r<strong>and</strong>om dilutions giving rise to<br />
concentration distributions that are right-skewed (Wayne, 1995).<br />
Left-skewed distributions were only observed for Cd <strong>and</strong> Ni in one of the two horizons<br />
under study. Therefore medians instead of means would best describe such distributions.<br />
153
A1 horizon of the pinewood <strong>soil</strong>s showed a decreasing order of <strong>water</strong> solubility as<br />
follows: Cu, Zn, Ni, Pb, Cr, <strong>and</strong> Cd. A2 horizon partially reflected the previous ranking<br />
order due to a greater enrichment of Ni with respect to Zn. Compared with <strong>water</strong> soluble<br />
metals LMWOAs dissolved more Zn <strong>and</strong> Ni, thus mobility of the six metals declined<br />
in the following order: Zn, Ni, Cu, Pb, Cr, <strong>and</strong> Cd. A2 horizon was enriched in<br />
Cr compared with A1 horizon, producing a reverse order between Pb <strong>and</strong> Cr.<br />
Table 1 - Water <strong>and</strong> LMWOAs extractable metals in the 9 <strong>soil</strong> pinewood samples for<br />
each horizon under investigation (g kg -1 )*.<br />
Extractant<br />
Horizon<br />
Cr Ni Cu Zn Cd Pb<br />
Range 3.0-71 31-132 24-223 19-252 0.14–1.2 3.3-60<br />
A1 Median 7.1 50 86 81 0.67 16<br />
Mean ± SD 15±22 61 ±32 94 ±62 94±72 0.59±0.39 21±19<br />
Range 3.2-76 15-260 15-296 7.7-121
of PIN-3, being located to the north of the pinewood, along with PIN-1, -2, -4 <strong>and</strong> -5,<br />
not so much enriched in <strong>water</strong> extractable metals.<br />
There were significant differences between city park <strong>and</strong> arable <strong>soil</strong>s in extractable<br />
contents of potentially toxic elements. Average concentrations are displayed in table 3.<br />
As far as concerned the upper horizon, <strong>water</strong> soluble Cr <strong>and</strong> Zn were significantly<br />
higher in city park than in arable <strong>soil</strong>s (p
A different behaviour characterized the two arable <strong>soil</strong>s under investigation as regards<br />
the content of copper, being one of them sampled under orchards. Since many years,<br />
treatments with fungicides based on copper salts have been widely applied, resulting in<br />
a considerable build-up of <strong>water</strong> <strong>and</strong> LMWOAs extractable Cu. Therefore, largest<br />
st<strong>and</strong>ard deviations caused a lack of significance between copper means. In the lower<br />
horizon highest metal concentrations were observed in city park <strong>soil</strong>s, except for Cd.<br />
LMWOAs extraction showed a different mobilization of metals compared to <strong>water</strong><br />
extraction.<br />
Table 3 - Average <strong>water</strong> <strong>and</strong> LMWOAs extractable metals from city park (CP) <strong>and</strong> arable<br />
(AR) <strong>soil</strong>s (g kg -1 ).<br />
Extractant<br />
Water<br />
LMWOAs<br />
Soil<br />
CP<br />
Horizon<br />
Cr Ni Cu Zn Cd Pb<br />
A1 5.6 ±3.7 33 ±16 80 ±10 32 ±11 0.29 ± 0.06 3.7 ±0.23<br />
A2 7.0 ±4.6 23 ±9.4 73 ±6.6 17 ±2.3 0.13 ± 0.05 1.4* ±0.19<br />
A1 1.9 ±0.11 21 ±2.9 118 ±86 10 ±4.5 0.26 ± 0.12
plants. Besides metal chemical speciation, chemical properties of the <strong>soil</strong>, such as texture,<br />
organic matter content, cation exchange capacity, salinity, pH <strong>and</strong> redox potential<br />
are the main parameters controlling plant uptake of heavy metals (Sauerbeck <strong>and</strong> Hein,<br />
1991, Davies, 1992). Significant effects of <strong>soil</strong> texture <strong>and</strong> particle-size distribution on<br />
mobility of heavy metals in <strong>soil</strong>s have been reported (Qian et al., 1996; Meers et al.,<br />
2007).<br />
In order to give an insight into the potentiality of the two single extraction procedures<br />
to reflect some measure of the pseudo-total <strong>soil</strong> content, data sets were divided into<br />
<strong>soil</strong>s with s<strong>and</strong>y texture (pinewood <strong>soil</strong>s) <strong>and</strong> s<strong>and</strong>y loam <strong>and</strong> silty loam texture (city<br />
park plus arable <strong>soil</strong>s). In table 4 are displayed Spearman correlation coefficients ()<br />
between the extracted metals by <strong>water</strong> <strong>and</strong> LMWOAs <strong>and</strong> pseudo-total <strong>soil</strong> content of<br />
heavy metals as determined by aqua regia (data shown in Vittori Antisari et al., this<br />
conference). Based on the weaker extraction procedure, a higher relative positive correlation<br />
of pseudo-total concentrations of Cu, Zn, <strong>and</strong> Cd of pinewood <strong>soil</strong>s can be derived<br />
compared to the city park plus arable <strong>soil</strong>s. For Pb, the correlation was found to<br />
be positive for pinewood <strong>soil</strong>s but at a lesser probability level than for Cu, Zn <strong>and</strong> Cd.<br />
No Pb correlation was achieved for city park plus arable <strong>soil</strong>s because over than 60%<br />
of the samples were below the detection limit of the method.<br />
Table 4 - Correlation coefficients () between <strong>soil</strong> pseudo-total contents of Cr, Ni, Cu,<br />
Zn, Cd <strong>and</strong> Pb <strong>and</strong> soluble metals by single extraction procedures.<br />
Water LMWOAs<br />
Element<br />
Pine-wood City park <strong>and</strong> Pine-wood <strong>soil</strong>s City park <strong>and</strong><br />
<strong>soil</strong>s (n=18) arable <strong>soil</strong>s (n=8) (n=18) arable <strong>soil</strong>s (n=8)<br />
Cr – 0.106 – 0.429 0.304 0.167<br />
Ni – 0.084 – 0.143 – 0.040 – 0.024<br />
Cu 0.558** 0.643* 0.779*** 0.643*<br />
Zn 0.792*** 0.810** 0.498* ND<br />
Cd 0.806*** 0.762* 0.040 – 0.310<br />
Pb 0.470* ND 0.695** ND<br />
*,** <strong>and</strong> *** significant at the probability level of p
Zn <strong>and</strong> Ni, typically show a near-linear relationship of soluble or easily extractable<br />
concentration to total metal concentration in the <strong>soil</strong> after long term application of sewage<br />
sludge (McBride et all., 2000; Chaundri et all., 2001). These results suggest that<br />
<strong>soil</strong> metal enrichment from anthropogenic origin may render potentially toxic elements<br />
more available to organic receptors.<br />
Both <strong>water</strong> <strong>and</strong> LMWOAs pools exhibited poor correlation with pseudo-total contents<br />
of Cr <strong>and</strong> Ni. Despite variable, <strong>and</strong> locally very high, background levels of Cr <strong>and</strong> Ni<br />
in the area under study, Sammartino et al. (2004) observed a very low degree of correlation<br />
between extracted Cr <strong>and</strong> Ni by weak acids <strong>and</strong> total metal excess in top<strong>soil</strong><br />
samples. By comparison, pinewood <strong>soil</strong>s showed higher positive relationships between<br />
pseudo-total contents <strong>and</strong> extracted metals by single extraction procedures than city<br />
park plus arable <strong>soil</strong>s. In the s<strong>and</strong>y <strong>soil</strong>s of the pinewood mobility of Cu, Zn, Cd <strong>and</strong><br />
Pb seems to be better controlled by the total content of such metals with more dangerous<br />
consequences from the environmental point of view.<br />
Conclusions<br />
Taking into account the fewer samples from city park <strong>and</strong> arable <strong>soil</strong>s, in general the<br />
maximum potentially toxic element concentrations were associated with <strong>soil</strong> collected<br />
from the pinewood, <strong>and</strong> tended to decrease with depth. The upper layer enrichment of<br />
the pinewood <strong>soil</strong>s clearly revealed an anthropogenic origin of pollution. Under the<br />
pinewood, the extraction power by the single extraction procedures showed a pattern<br />
quite similar in terms of ranking of metals extracted, except that Zn <strong>and</strong> Ni were more<br />
dissolved than Cu by the use of LMWOAs. Under the pinewood, the metal levels presented<br />
a rather similar distribution patter in terms of ranking of extractive power by the<br />
single extraction procedures, with Zn <strong>and</strong> Ni being more dissolved than Cu by the use<br />
of LMWOAs extractant. However, both readily available pools were demonstrated to<br />
be more enriched in Ni, Zn, Cd <strong>and</strong> Pb compared to city park <strong>and</strong> arable <strong>soil</strong>s. City<br />
park <strong>and</strong> arable <strong>soil</strong>s were highly endowed in Cu. The highest concentrations were<br />
particularly shown by the arable <strong>soil</strong> under orchard, due to frequent fungicide applications.<br />
The data in this study indicate that neither of the extractant alone was good enough to<br />
reflect some measure of the pseudo-total contents of heavy-metal in <strong>soil</strong>s. However,<br />
there were high positive correlations between <strong>water</strong> extractable Cu, Zn <strong>and</strong> Cd <strong>and</strong><br />
between LMWOAs extractable Cu <strong>and</strong> Pb <strong>and</strong> respective pseudo-total contents under<br />
the pinewood, thus suggesting that the examined single extraction procedures might<br />
give an insight on <strong>soil</strong> pseudo-total contents of s<strong>and</strong>y <strong>soil</strong>s. These preliminary results<br />
suggest further work on the effects of metals in such <strong>soil</strong>s by testing the proposed<br />
methodologies on datasets acquired on the vegetation cover <strong>and</strong> <strong>soil</strong> parameters.<br />
Acknowledgments. This research was partially supported by a grant from the Italian Ministry<br />
of University <strong>and</strong> Research (PRIN 2007-20077A9XJA-005), subproject “Determination of<br />
potentially toxic elements by ICP-MS in the <strong>water</strong>-<strong>soil</strong>-plant system in areas under different<br />
types of anthropogenic pressures”.<br />
158
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..<br />
.<br />
.<br />
160
SOIL QUALITY ASPECTS IN THE REMEDIATION<br />
OF CONTAMINATED SITES<br />
ASPECTS DE LA QUALITE DU SOL<br />
LORS DE L'ASSAINISSEMENT DES SITES POLLUES<br />
GLI ASPETTI DELLA QUALITÀ DEL SUOLO<br />
NELLA BONIFICA DEI SITI CONTAMINATI<br />
Francesca Pedron, Gianniantonio Petruzzelli*, Carlo Ciardi<br />
Istituto per lo Studio degli Ecosistemi CNR Pisa<br />
* Corresponding author: e-mail: gpetruzzelli@ise.cnr.it<br />
Summary<br />
In the recent years there has been a growing interest in the cleaning-up approaches<br />
that improve <strong>soil</strong> <strong>quality</strong> after remediation treatments. This issue which is far from<br />
existing in Italy is of great importance in the U.S.A. where the Environmental Protection<br />
Agency is promoting innovative cleaning-up strategies (green remediation)<br />
that restore contaminated sites to productive use with a great attention to the global<br />
environmental <strong>quality</strong>, including the preservation of <strong>soil</strong> functionality. Incorporation<br />
of sustainability in remediation procedures is also considered as of high economic<br />
value.<br />
Key words: Contaminated sites; <strong>soil</strong> <strong>quality</strong>; remediation.<br />
Résumé<br />
Ces dernières années a gr<strong>and</strong>i l'intérêt pour la récupération de la <strong>qualité</strong> du sol dans<br />
les interventions de dépollution. Cette idée qui est encore loin de la réalité italienne<br />
est par contre en train de prendre une importance considérable aux U.S.A. où l'<br />
EPA promeut des stratégies de remédiation innovantes (green remediation) qui<br />
rendent les sites contaminés à une utilisation productive. L'EPA considère comme<br />
priorit<strong>air</strong>e la récupération de la <strong>qualité</strong> de tous les milieux ambiants, en promouvant<br />
en même temps la durabilité écologique du point de vue économique.<br />
Mots-clés: Sites pollués; <strong>qualité</strong> du sol; remédiation.<br />
Riassunto<br />
Negli ultimi anni è cresciuto l’interesse sul recupero della qualità del suolo negli<br />
interventi di bonifica. Questo concetto che è ancora lontano dalla realtà italiana sta<br />
invece assumendo una notevole importanza negli U.S.A. dove l’EPA sta promuovendo<br />
strategie di bonifica innovative (green remediation) che restituiscano i siti<br />
contaminati ad un utilizzo produttivo consider<strong>and</strong>o come prioritario il recupero<br />
della qualità di tutte le matrici ambientali, promuovendo nel frattempo la valorizzazione<br />
ecologica anche dal punto di vista economico.<br />
Parole chiave: Siti contaminati; bonifica; qualità del suolo.<br />
161
Introduzione<br />
La necessità di conservare inalterata l’insostituibile azione di protezione che il suolo<br />
svolge nei confronti di altri comparti ambientali, si è manifestata, in questi ultimi<br />
anni, in seguito alla problematica della bonifica dei siti contaminati, mediante un<br />
interesse crescente nei confronti dell'inquinamento del terreno. Questo ha<br />
contribuito a far diventare tale tematica uno dei punti centrali di molte normative<br />
ambientali che si susseguono e si rinnovano con un ritmo che era assolutamente<br />
imprevedibile solo qualche anno fa. Tuttavia nelle operazioni di bonifica la qualità<br />
del suolo è stata spesso considerata solo marginalmente essendo l’obiettivo<br />
primario degli interventi quello di raggiungere i livelli di concentrazioni residue dei<br />
contaminanti richiesti dalla normativa, con una ridotta attenzione alle possibili<br />
conseguenze che le tecnologie impiegate possono avere sulla qualità del suolo.<br />
Relazione<br />
Negli ultimi anni è cresciuto l’interesse sul recupero della qualità del suolo negli<br />
interventi di bonifica. Questo concetto che è ancora lontano dalla realtà italiana sta<br />
invece assumendo una notevole importanza negli U.S.A., dove la sistemazione<br />
finale di un sito bonificato in ottica fortemente ecologica ne promuove anche la<br />
valorizzazione dal punto di vista economico. Come momento fondamentale per la<br />
protezione della salute dell’uomo e dell’ambiente, L’EPA sta promuovendo strategie<br />
di bonifica innovative (green remediation) che restituiscano i siti contaminati<br />
ad un utilizzo produttivo riducendo i costi, e promuovendo nel frattempo la valorizzazione<br />
anche dal punto di vista economico della qualità dell’ambiente (EPA,<br />
2008). Questa nuova linea di tendenza si propone di favorire le strategie di bonifica<br />
che abbattano i consumi energetici e favoriscano l’impiego di risorse naturali; in<br />
questo modo si riducono anche gli impatti sull’ambiente, compreso quello<br />
all’esterno di un sito contaminato, la produzione di ulteriori rifiuti ed i rischi per la<br />
salute degli addetti alle operazioni di bonifica. Il concetto che ispira questo approccio<br />
è quello di considerare tutti gli effetti ambientali che sono legati ad un intervento<br />
di bonifica e di inserire tra le valutazioni di primaria importanza i benefici ambientali<br />
che possono derivare dalla strategia intrapresa e che devono essere valutati<br />
anche economicamente. La ricerca di ridurre gli impatti sull’ambiente e la spinta a<br />
considerarne la qualità come obiettivo di primaria importanza da raggiungere al<br />
termine degli interventi di bonifica, porta in primo piano, tra gli altri aspetti, anche<br />
quello della qualità del suolo, sia per quanto riguarda gli effetti più immediati che<br />
definiscono i percorsi di rischio derivanti da questa matrice, ad esempio inalazione<br />
di particelle di suolo contaminato, sia quelli di lungo termine, ma non meno importanti,<br />
nei quali il suolo svolge una fondamentale azione di protezione delle acque e<br />
della catena alimentare. In una visione globale di protezione dell’ambiente non si<br />
deve inoltre trascurare le quantità ingenti di suolo che ogni anno si perdono per i<br />
processi di erosione con un danno ecologico ed economico difficilmente quantificabile<br />
per le sue dimensioni; pertanto diviene essenziale poter recuperare ad una<br />
162
elevata funzionalità anche i suoli nei siti contaminati, mediante scelte tecnologiche<br />
innovative ambientalmente compatibili.<br />
Anche nell’ambito della problematica dei siti contaminati, esiste quindi una spinta<br />
ad aumentare la sostenibilità rivolgendo un’attenzione specifica alla qualità del<br />
suolo, a partire dalla fase di caratterizzazione del sito fino alla scelta delle tecnologie<br />
da impiegare delle quali si deve verificare non solo l’efficienza ma anche<br />
l’impatto sull’ambiente ed in particolare sul suolo. Questa nuova strategia di bonifica<br />
identifica come necessaria una valutazione molto più approfondita di quella<br />
che attualmente viene data agli aspetti progettuali che coinvolgono la qualità del<br />
suolo, evidenzi<strong>and</strong>o la necessità di un confronto su base sito specifica tra le possibili<br />
tecnologie impiegabili, in relazione agli effetti ambientali complessivi derivanti<br />
dalle operazioni di bonifica.<br />
La considerazione della qualità del suolo entra a far parte di una strategia innovativa<br />
che si accompagna anche ad una scelta di riduzione di consumi energetici, indirizz<strong>and</strong>o<br />
verso quelle tecnologie che si basano sull’impiego di energie rinnovabili.<br />
Si guarda al terreno non più esclusivamente come ad un contenitore di sostanze<br />
inquinanti, ma come una matrice ambientale a cui affidare la funzione di protezione<br />
degli altri comparti dell’ambiente.<br />
Il concetto di qualità del suolo dovrebbe da sempre attraversare tutte le fasi degli<br />
interventi di bonifica, dalla caratterizzazione alla scelta delle tecnologie necessarie,<br />
tuttavia finisce per essere spesso un aspetto trascurato dal momento che sul piano<br />
normativo è necessario esclusivamente rispettare, al termine degli interventi, i livelli<br />
di concentrazione dei contaminanti nel suolo ritenuti adeguati per la protezione<br />
dell’uomo e dell’ambiente. Finisce così per passare in secondo piano la considerazione<br />
concreta della qualità del suolo e questa mancanza può portare nel medio e<br />
lungo periodo a conseguenze molto negative e particolarmente insidiose, perché le<br />
risposte dal suolo arrivano sempre in tempi piuttosto lunghi, cosicché i pericoli non<br />
sono spesso immediatamente percepibili. Nella fase di caratterizzazione la ricerca<br />
esclusiva dei valori di concentrazione dei contaminanti presenti in un sito, può<br />
produrre molti dati analitici in grado di soddisfare le richieste della normativa, ma<br />
che spesso non forniscono alcuna informazione sui meccanismi di contaminazione<br />
e sui processi di trasferimento dei contaminanti dal suolo all’uomo ed agli altri<br />
comparti ambientali.<br />
Nella fase di selezione delle tecnologie, la scelta di puntare sulla qualità del suolo<br />
significa prendere in considerazione non solo l’efficienza del trattamento, ma anche<br />
gli aspetti che comportano una ridotta invasività, privilegi<strong>and</strong>o gli interventi ad<br />
energia passiva (bioremediation , phytortemediation) sia come rimedi primari che<br />
come fasi finali di rifinitura se sono state necessarie differenti tecnologie. Altrettanto<br />
accattivanti appaiono in questo contesto, quelle tecnologie che bas<strong>and</strong>osi sulla<br />
mobilità dei contaminanti nel suolo ne riducano la biodisponibilità impedendo il<br />
loro trasferimento nei cicli ambientali e da qui all’uomo.<br />
L’approfondimenti di alcuni aspetti dei processi che regolano la biodisponibilità a<br />
livello sito specifico, rappresenta un momento essenziale per una più approfondita<br />
163
conoscenza dei rischi associati all’inquinamento e che può indirizzare anche la<br />
scelta dei trattamenti di bonifica.<br />
In particolare risulta essenziale la valutazione di come i processi chimici, fisici e<br />
biologici agiscono nel suolo nelle reazioni di assorbimento e rilascio dei contaminanti<br />
da parte della fase solida, con la conseguente modifica delle forme chimiche<br />
che si traduce in una diversa biodisponibilità nei confronti degli organismi viventi,<br />
in grado a loro volta di modificare, con la loro presenza, la biodisponibilità di alcuni<br />
contaminanti (Petruzzelli e Pedron, 2007).<br />
L’utilizzo delle conoscenze dei processi di biodisponibilità è un momento importante<br />
nella scelta e nella applicazione delle tecnologie di bonifica, sia perché alcune<br />
tecnologie si basano proprio sulla biodisponibilità sia perché la valutazione della<br />
biodisponibilità serve per verificare l’applicabilità e l’efficienza del trattamento<br />
prescelto in uno specifico contesto ambientale. Negli ultimi anni si stanno svilupp<strong>and</strong>o,<br />
soprattutto nei paesi scientificamente più avanzati, una serie di trattamenti<br />
di bonifica che utilizzano le conoscenze sulla biodisponibilità dei contaminanti nel<br />
terreno e si indirizzano verso due diverse strategie :quella di ridurre o quella di<br />
aumentare la biodisponibilità. Le tecnologie che riducono la biodisponibilità hanno<br />
lo scopo di impedire, di fatto, il trasferimento del contaminante dal suolo<br />
all’organismo vivente.<br />
Si seguono essenzialmente tre strade:<br />
rimozione della fase labile del contaminate , quindi di quella frazione che più<br />
facilmente può inserirsi nei processi di biodsponibilità<br />
conversione della frazione labile in una frazione stabile (ad esempio la precipitazione<br />
dei metalli), o modifica dello stato redox verso forme insolubili<br />
aumento della resistenza al trasferimento di massa dei contaminanti, ad esempio<br />
mediante processi di biostabilizzazione .<br />
L’impiego di tecnologie non invasive può accelerare i tempi di riutilizzo del sito<br />
senza provocare drastiche modifiche alla qualità dell’ambiente.<br />
Un esempio di green remediation<br />
A titolo d’esempio di una green remediation si può considerare l’impiego di una<br />
copertura vegetale in alternativa ad un capping di tipo tradizionale, che può avere<br />
un effetto devastante sui cicli biogeochimici nel suolo.<br />
Lo scopo principale di questa tecnologia è quello di ridurre il rischio di diffusione<br />
dei contaminanti derivante da processi di infiltrazione delle acque meteoriche e dal<br />
trasporto per via eolica delle particelle più fini di terreno. Il principio su cui si basa<br />
questa tecnologia è quello di sfruttare la capacità intrinseca del suolo di immagazinare<br />
acqua piovana e di trattenerla fino a qu<strong>and</strong>o non viene eliminata mediante i<br />
processi di evapo-traspirazione .<br />
L’applicabilità della tecnologia è legata ad una accurata caratterizzazione del sito e<br />
da una elevata progettualità che deve prendere in esame due aspetti essenziali<br />
la capacità di trattenere l’acqua da parte del suolo<br />
I processi di evapotraspirazione<br />
164
Questa applicazione delle tecnologie di phytoremediation può essere anche molto<br />
utile per il controllo idraulico nei sistemi di bonifica eventualmente in aggiunta ad<br />
altri trattamenti come fase finale, mediante la copertura di un sito nel quale sia<br />
necessario ridurre i processi di infiltrazione delle acque meteoriche senza dover<br />
ricorrere a costosi interventi di capping.<br />
La capacità delle piante di intercettare la pioggia infatti, può essere impiegate nelle<br />
operazioni di bonifica per prevenire o ridurre i processi di infiltrazione; inoltre<br />
l’apparato radicale è in grado di rimuovere notevoli quantità di acqua dopo che è<br />
entrata negli strati sub superficiali del suolo in modo tale che la presenza di una<br />
copertura vegetale può garantire un effettivo controllo idraulico.<br />
La copertura vegetale può essere programmata impieg<strong>and</strong>o opportune miscele di<br />
semi ovvero utilizz<strong>and</strong>o specifiche specie vegetali a seconda delle particolari condizioni<br />
del suolo per massimizzare sia il fenomeno di intercettazione delle acque<br />
piovane che le capacità di traspirazione. L’opportunità di impiego di una copertura<br />
vegetale è da considerarsi di notevole interesse sia nelle operazioni di recupero di<br />
aree degradate qu<strong>and</strong>o il terreno “nudo” perde molte delle sue proprietà di filtro e<br />
protezione per le acque profonde sia negli interventi di bonifica veri e propri qu<strong>and</strong>o<br />
sia necessario regolamentare il flusso di acqua che si infiltra nel suolo.<br />
Quest’ultimo aspetto è già applicato con successo negli USA come tecnologia innovativa,<br />
e rientra nelle specifiche tecnologie di phytoremediation ; come tale si<br />
ritrova descritto nelle applicazioni annualmente riportate dall’EPA integr<strong>and</strong>osi<br />
con le tecnologie di “ l<strong>and</strong>fill cap alternatives” (FRTR, 2007). La tecnologia spesso<br />
definita copertura evapotraspirazionale consiste nel predisporre una adeguata<br />
combinazione di terreno e vegetazione per massimizzare i processi di evaporazione<br />
e traspirazione delle piante e la capacità di immagazzinamento di acqua disponibile<br />
del terreno per minimizzare le infiltrazioni d’acqua; la copertura evapotraspirazionale<br />
è perciò una forma di controllo idraulico da parte della vegetazione. Al termine<br />
della fase di pioggia l’acqua che è stata intercettata dalle foglie e quella rimasta<br />
nella zona delle radici viene rimossa mediante il processo di evapotraspirazione,<br />
riducendo così notevolmente la quantità che può percolare verso gli strati più profondi<br />
del terreno. La tecnologia può essere opportunamente modulata per sfruttare<br />
al massimo questo effetto a seconda delle specifiche condizioni del terreno e le<br />
caratteristiche climatiche della zona interessata. Naturalmente il processo risulta<br />
tanto più efficace quanto maggiore sono la capacità di trattenere l’acqua da<br />
parte del suolo e quella di evapotraspirazione del sistema suolo – pianta.<br />
La pianta infatti, può essere considerata un sistema idraulico continuo, che mette in<br />
connessione l’acqua presente nel suolo con il vapore acqueo contenuto<br />
nell’atmosfera. In questo sistema lo stato idrico che, come noto, è descritto attraverso<br />
la misura termodinamica del “potenziale idrico” (w), esprime lo stato energetico<br />
dell’acqua. Il gradiente di potenziale nel continuum suolo-pianta- atmosfera<br />
può essere impiegato per guidare il trasporto del flusso idrico attraverso la pianta<br />
dal suolo verso l’atmosfera e in un’applicazione di phytoremediation può essere<br />
ingegneristicamente controllato. La copertura vegetale consente inoltre di ridurre i<br />
165
processi di diffusione eolica dei contaminanti veicolati dalle particelle più fini di<br />
terreno; è infatti noto che la presenza di copertura vegetale tende a stabilizzare gli<br />
strati superficiali del suolo garantendo una migliore stabilità strutturale (Rizzi et<br />
al., 2004) ed una drastica riduzione dei processi di spolveramento. In questo caso<br />
si aggiungono quindi alla efficacia del controllo idraulico derivante dalla copertura<br />
vegetale anche gli effetti positivi tipici delle tecnologie di fitostabilizzazione che<br />
sono già ben documentati nella letteratura specifica del settore pur tratt<strong>and</strong>osi di<br />
una tecnologia innovativa.<br />
Conclusioni<br />
Con lo svilupparsi di un crescente interesse per l'applicazione di nuove tecnologie<br />
in grado di rispondere ai requisiti fondamentali di minor impatto ambientale e di<br />
maggior accettabilità pubblica, oggi il concetto di qualità del suolo può divenire<br />
una parte importante delle strategie di risanamento. Questa possibilità si rispecchia<br />
anche nell’evoluzione dell’applicazione delle tecnologie di bonifica; infatti, fino<br />
agli anni '90 la maggior parte degli interventi prevedeva la rimozione del terreno<br />
con collocamento in discarica o incenerimento, oggi l’impiego di tecnologie innovative<br />
è in continuo aumento e maggiore è l’attenzione agli effetti che l’impiego di<br />
certe tecnologie possono avere sull’ambiente. Un esame delle tecnologie applicate<br />
a livello internazionale mostra una positiva, anche se talora “inconscia”, evoluzione<br />
nella considerazione della matrice suolo. Nel caso dei suoli nei siti contaminati il<br />
rapporto terreno - contaminanti è molto complesso, spesso caratterizzato dalla presenza<br />
contemporanea di differenti classi chimiche di composti che si sono accumulate<br />
nel tempo. In questo ambito la scienza del suolo deve offrire, all’interno di un<br />
approccio multidisciplinare, un contributo essenziale per una scelta corretta delle<br />
strategie di recupero dei suoli contaminati in modo che il suolo non sia più considerato<br />
semplicisticamente come un rifiuto da trattare, ma come una matrice che esplica<br />
funzioni essenziali di protezione degli altri comparti ambientali, orient<strong>and</strong>o, di<br />
conseguenza, anche la scelta delle tecnologie di bonifica, verso quelle soluzioni<br />
che consentono di ottenere al termine delle operazioni un suolo, per quanto possibile,<br />
con un’elevata funzionalità.<br />
Bibliografia<br />
EPA (2008) Green Remediation: Incorporating Sustainable Environmental Practices into<br />
Remediation of Contaminated Sites EPA 542-R-08-002.<br />
PETRUZZELLI G., PEDRON F. (2007) Meccanismi di biodisponibilità nel suolo di contaminati<br />
ambientali persistenti in: Comba P.,Bianchi F., Iavarone I, Pirastu R.Ed. Impatto<br />
sulla salute dei siti inquinati: metodi e strumenti per la ricerca e le valutazioni Roma Istituto<br />
Superiore di Sanità Rapporto ISTISAN 07/50.<br />
FRTR (2007) The Remediation Technologies Screening Matrix http://www .frtr. gov/ default.htm.<br />
RIZZI L., PETRUZZELLI G., POGGIO G., VIGNA GUIDI G. (2004) Soil physical<br />
changes <strong>and</strong> plant availability of Zn <strong>and</strong> Pb in a treatability test of phytostabilization.<br />
Chemosphere 57:1039–1046.<br />
166
TREND OF METAL AND METALLOID CONCENTRATIONS IN SOILS<br />
OF AN AREA IN THE NORTH<strong>ER</strong>N PART OF VICENZA PROVINCE<br />
FLUCTUATION DE LA TENEUR EN C<strong>ER</strong>TAINS METAUX<br />
ET MÉTALLOÏDES DANS LES SOLS<br />
D’UNE ZONE DE LA HAUTE REGION DE VICENCE<br />
ANDAMENTO DEL CONTENUTO DI ALCUNI METALLI E<br />
METALLOIDI NEI SUOLI DI UN'AREA DELL'ALTO VICENTINO<br />
Paolo Gi<strong>and</strong>on (1) *, Roberta Cappellin (2) , Giovanni Gasparetto (1)<br />
(1)<br />
ARPAV Servizio Osservatorio Suoli e Rifiuti, via Baciocchi 9 – 31033<br />
Castelfranco Veneto. Fax (2) ARPAV Dipartimento Provinciale di Vicenza<br />
* Corresponding author: e-mail: pgi<strong>and</strong>on@arpa.veneto.it Fax 0423 720 388.<br />
Summary<br />
In the area that comprises the municipalities situated in the northern part of the<br />
high plains of the province of Vicenza, a survey was conducted on the concentration<br />
of major metals <strong>and</strong> metalloids in the <strong>soil</strong>s: antimony, arsenic, beryllium, cadmium,<br />
cobalt, chromium, copper, mercury, nickel, lead, selenium, tin, vanadium<br />
<strong>and</strong> zinc. Altogether 92 samples were collected in 50 points, at two depths (5-40<br />
cm <strong>and</strong> 80-120 cm, respectively representing the anthropic <strong>and</strong> the natural content<br />
in each metal), on an area of approximately 4900 ha.<br />
The analysis revealed the presence of significantly higher values of chromium,<br />
cobalt, nickel <strong>and</strong> vanadium in the map units with parent basic volcanic rocks than<br />
in units where <strong>soil</strong>s originated from limestone. Only for certain metals (copper,<br />
lead <strong>and</strong> zinc) were higher values found in the upper layer than in the deeper one.<br />
Keywords: Soil; heavy metals.<br />
Résumé<br />
Dans la zone des communes situées dans le nord des hautes plaines de la province<br />
de Vicenza, un sondage a été mené sur la concentration des principaux métaux et<br />
métalloïdes dans les sols: antimoine, arsenic, béryllium, cadmium, cobalt, chrome,<br />
cuivre, mercure, nickel, plomb, sélénium, étain, vanadium et zinc. On a prélevé 92<br />
en 50 points, à deux profondeurs (5-40 cm et 80-120 cm, représentant respectivement<br />
les teneurs naturelle-anthropique et naturelle pour chaque métal), sur une<br />
superficie d'environ 4900 ha.<br />
L'analyse a révélé la présence de valeurs sensiblement plus élevées de chrome, de<br />
cobalt, de nickel et de vanadium dans les unités cartographiques à substrat volcanique<br />
basique que dans celles à matériaux calc<strong>air</strong>es. Seulement pour certains<br />
métaux (cuivre, plomb et zinc) on a trouvé des valeurs plus élevées à la surface<br />
qu'en profondeur.<br />
Mots-clés: Sol; métaux.<br />
167
Riassunto<br />
Nell’area che comprende i comuni di situata nella zona settentrionale dell’alta pianura<br />
in provincia di Vicenza, è stata condotta un’indagine sulla concentrazione dei<br />
principali metalli e metalloidi presenti nei suoli: antimonio, arsenico, berillio, cadmio,<br />
cobalto, cromo, rame, mercurio, nichel, piombo, selenio, stagno, vanadio e<br />
zinco. Sono stati prelevati 92 campioni in 50 punti, a 2 profondità (5-40 cm e 80-<br />
120 cm, rappresentative rispettivamente del contenuto naturale-antropico e naturale<br />
di ciascun metallo), su una superficie complessiva di circa 4.900 ha.<br />
I risultati dell’analisi hanno evidenziato la presenza di valori sensibilmente più<br />
elevati di cromo, cobalto, nichel e vanadio nelle unità cartografiche caratterizzate<br />
da substrato geologico formato da rocce vulcaniche basiche rispetto alle unità in<br />
cui sono presenti anche materiali di natura calcarea. Solo per alcuni metalli (rame,<br />
piombo e zinco) si sono riscontrati valori più elevati nell’orizzonte superficiale<br />
rispetto a quello profondo.<br />
Parole chiave: Suolo; metalli.<br />
Introduzione<br />
In alcune aree del territorio maggiormente interessate a sistemi di coltivazione intensivi<br />
si manifesta talvolta la necessità di verificare se l’apporto di residui organici<br />
ai suoli ha determinato nel tempo l’alterazione delle caratteristiche naturali dei<br />
suoli.<br />
In un’area dell’Alto Vicentino alcuni amministratori locali hanno richiesto ad<br />
ARPAV di realizzare una indagine ambientale con l’obiettivo di verificare lo stato<br />
di qualità dei suoli allo scopo di accertare l’assenza di fenomeni di contaminazione<br />
che potessero essere generati da pratiche agronomiche non corrette, compreso<br />
l’apporto di sostanze organiche di scarto, quali fanghi, reflui ed altri ammendanti.<br />
L’area d’indagine è rappresentata da terreni agricoli situati nei seguenti comuni<br />
della provincia di Vicenza: Schio, Monte di Malo, S. Vito di Leguzzano, Santorso,<br />
Malo e Marano Vicentino con un estensione totale di 4900 ha circa.<br />
La maggior parte del territorio (figura 1) è costituita da suoli di alta pianura antica<br />
formatisi su conoidi fluvioglaciali di età pleistocenica tardiglaciale costituiti dalle<br />
alluvioni del fiume Leogra – Timonchio e del fiume Astico.<br />
Il substrato su cui si sono formati i suoli risulta essere costituito in prevalenza da<br />
sabbie e ghiaie di diversa origine determinata dalla composizione mineralogica dei<br />
bacini idrografici dei due fiumi.<br />
L’<strong>and</strong>amento a canali intrecciati è oggi difficilmente riconoscibile nella porzione di<br />
pianura più occidentale (AA2.1) che si presenta come una superficie indifferenziata<br />
caratterizzata da deposizioni meno grossolane; nelle zone più ad oriente (AA1.2) è<br />
invece più evidente l’<strong>and</strong>amento a canali intrecciati e i suoli sono solitamente meno<br />
profondi e più ghiaiosi. La parte meridionale appartiene invece alla bassa pianura<br />
antica indifferenziata (BA2.1), anch’essa formatasi nel periodo tardiglaciale<br />
168
(Pleistocene), caratterizzata da sedimenti più fini rispetto a quelli depositati nella<br />
parte più settentrionale per effetto della riduzione della capacità di trasporto dei<br />
fiumi <strong>and</strong><strong>and</strong>o verso valle.<br />
Figura 1 - Le unità di paesaggio della carta dei suoli del Veneto ricadenti nell’area<br />
d’indagine. Le unità di paesaggio sono codificate con le seguenti sigle: AA1.2 (Superficie<br />
modale dei conoidi fluvioglaciali dell’alta pianura antica con tracce di canali intrecciati);<br />
AA2.1 (Superficie modale dei conoidi fluvioglaciali dell’alta pianura antica con scarse<br />
tracce di canali intrecciati); BA2.1 (Bassa pianura antica indifferenziata di origine fluvioglaciale);<br />
LB1.4 (Basse dorsali di rilievi prealpini a substrato basaltico su versanti ripidi<br />
alternati a ripiani intermedi); LB1.5 (Basse dorsali di rilievi prealpini a substrato basaltico<br />
su versanti a bassa pendenza).<br />
L’origine geologica e geomorfologica dei suoli appartenenti all’unità di paesaggio<br />
individuata in figura con le sigle LB1.4 e LB1.5 è invece differente: si tratta infatti<br />
delle ultime propaggini dei rilievi prealpini con substrato formato da rocce vulcaniche<br />
basiche (basalti). Qui i suoli si sono formati a partire dall’alterazione di queste<br />
rocce, che determinano una colorazione scura, essendo questi materiali ricchi in<br />
basi, una tessitura fine ed una elevata dotazione di elementi chimici. La presenza di<br />
169
questi materiali è risultata evidente anche nei suoli alluvionali dell’alta pianura,<br />
dove però l’effetto viene mitigato dalla presenza di altri materiali provenienti<br />
dall’alterazione di rocce a diversa litologia (prevalentemente calcarea).<br />
Metodologia<br />
Per individuare le aree in cui eseguire il prelievo dei campioni per la determinazione<br />
del contenuto in metalli pesanti è stato svolto uno studio preliminare bas<strong>and</strong>osi<br />
sulla zonizzazione prevista dai PRG comunali o, per alcuni comuni, su indicazione<br />
diretta delle amministrazioni. Tale studio ha suddiviso il territorio in funzione<br />
dell’utilizzo prevalente e sono state prese in considerazione solo le aree utilizzate,<br />
o potenzialmente utilizzabili, a scopi agricoli, escludendo le zone prive di valenza<br />
produttiva.<br />
La cartografia così realizzata è stata sovrapposta alla cartografia pedologica<br />
esistente (Carta dei suoli del Veneto in scala 1:250.000) utilizz<strong>and</strong>o come riferimento<br />
il livello rappresentato dalle unità cartografiche di suolo (L4) e, per successiva<br />
aggregazione, dai sistemi di suolo (L3).<br />
In questo modo sono state individuare le 5 unità cartografiche (L4) più rappresentate<br />
e i 3 sistemi di suolo (L3) corrispondenti all’alta pianura antica ghiaiosa e calcarea<br />
(AA1), alla bassa pianura antica (BA2) e alla fascia collinare dei rilievi prealpini<br />
(LB1).<br />
Il successivo posizionamento dei punti di prelievo è avvenuto seguendo un approccio<br />
tipologico, secondo gli indirizzi della ISO 19258:2005, in funzione delle tipologie<br />
di suoli presenti nell’area.<br />
Per ciascun punto di campionamento sono state effettuate delle trivellate pedologiche<br />
per un totale di 50 osservazioni e sono stati raccolti dei campioni a profondità<br />
variabile in funzione degli orizzonti pedologici individuati e descritti in campagna;<br />
in particolare, seguendo la metodologia prevista dalla ISO 19258:2005, per la determinazione<br />
del contenuto pedo-geochimico (definito in seguito contenuto naturale),<br />
cioè il contenuto derivante esclusivamente da fonti geologiche e da processi<br />
pedogenetici, sono stati campionati e analizzati gli orizzonti ad una profondità tra<br />
gli 80 e i 120 cm o in corrispondenza del substrato. Per la determinazione del contenuto<br />
di background o contenuto naturale antropico (“usual” nella definizione ISO<br />
19258) sono stati invece analizzati i campioni superficiali con una profondità<br />
compresa tra i 5 e i 40 cm circa. Nelle aree con un maggior contenuto in ghiaia non<br />
è sempre stato possibile raggiungere, utilizz<strong>and</strong>o la trivella manuale, l’orizzonte<br />
più profondo e i prelievi sono quindi stati effettuati in corrispondenza<br />
dell’orizzonte B o della massima profondità raggiungibile. Il numero totale di campioni<br />
analizzato è pari a 92 di cui 50 campioni superficiali e 42 campioni profondi.<br />
Tutti gli orizzonti rilevati in campagna sono stati descritti secondo le metodologie<br />
previste dal “Manuale per la descrizione del suolo” (ARPAV, 2004). Le osservazioni<br />
sono state inserite in una banca dati informatizzata e georeferenziate.<br />
La densità totale finale di rilevamento è stata di 1 osservazione/km 2 , localizzate<br />
nelle diverse unità nel modo descritto in tabella 1.<br />
170
L4 L3 PUNTI ETTARI DENSITA oss./ha<br />
AA1.2 AA1 9 918 0,01<br />
AA2.1 AA2 22 2358 0,01<br />
BA2.1 BA2 9 852 0,01<br />
LB1.4 LB1 3 74 0,04<br />
LB1.5 LB1 7 665 0,01<br />
171<br />
Tabella 1<br />
Ripartizione dei<br />
campionamenti<br />
eseguiti all’interno<br />
delle unità<br />
cartografiche.<br />
Sui campioni di suolo è stata effettuata la determinazione analitica di pH, tessitura,<br />
capacità di scambio cationico, carbonio organico, calcare totale, metalli (arsenico,<br />
antimonio, berillio, cadmio, cobalto, cromo, rame, mercurio, nichel, piombo, selenio,<br />
stagno, vanadio e zinco) totali estratti mediante attacco con aqua regia, utilizz<strong>and</strong>o<br />
i metodi ufficiali di analisi chimica del suolo di cui al D.M. 13.09.1999.<br />
Tabella 2 - Metodi utilizzati per le analisi dei terreni.<br />
Determinazione Metodo Riferimento<br />
pH in acqua<br />
metodo potenziometrico con rapporto<br />
suolo-acqua 1:2,5<br />
per sedimentazione previa distruzione<br />
della sostanza organica con perossido<br />
di idrogeno e dispersione in<br />
DM 13.9.99 Met. III.1<br />
Granulometria<br />
sodio esametafosfato; frazionamento<br />
in sabbia (da 2 a 0,05 mm), limo (da<br />
0,05 a 0,002 mm) e argilla (
I metodi analitici e i riferimenti normativi utilizzati per la determinazione degli altri<br />
parametri sono riportati nella tabella 2.<br />
Le analisi dei terreni sono state eseguite presso il laboratorio ARPAV di Treviso,<br />
sede di Castelfranco Veneto.<br />
Sull’insieme di dati raccolti, suddivisi in orizzonti superficiali ed orizzonti profondi,<br />
sono state eseguite delle elaborazioni statistiche, in particolare per ciascun parametro<br />
sono stati determinati il valore medio, la deviazione st<strong>and</strong>ard, il valore<br />
massimo, mediano e minimo dapprima per l’intera popolazione e successivamente<br />
in funzione delle unità di paesaggio individuate tramite la cartografia pedologica.<br />
Risultati<br />
Nelle tabelle 3 e 4 sono riportate le statistiche descrittive dei risultati ottenuti per<br />
ciascun metallo analizzato e per i due orizzonti campionati.<br />
Alcuni metalli (cobalto, vanadio e stagno) presentano valori medi, sia in superficie<br />
che in profondità, superiori ai limiti di legge del D. Lgs 152/06 per le aree a verde<br />
pubblico.<br />
Per gli altri elementi gli orizzonti superficiali presentano generalmente un contenuto<br />
medio maggiore o uguale rispetto agli orizzonti profondi per effetto di lievi fenomeni<br />
di arricchimento di origine antropica, tranne per il nichel, l’arsenico e, in<br />
misura minore, per il berillio per i quali si determina un <strong>and</strong>amento opposto; per il<br />
cromo occorre mettere in evidenza che i valori medi sono stati calcolati consider<strong>and</strong>o<br />
tutta la popolazione di dati disponibili che comprende anche due valori molto<br />
172
elevati riscontrati nello stesso punto che è stato oggetto di successivo approfondimento.<br />
I superamenti dei limiti risultano essere molto evidenti, sia in superficie che in<br />
profondità, anche per lo stagno; per tale elemento però come evidenziato anche da<br />
altre indagini su tutto il territorio regionale, il contenuto medio nei minerali costituenti<br />
del terreno risulta essere ben al di sopra dei limiti previsti dalla normativa; ad<br />
es. per i basalti il contenuto medio è pari a 1,5 mg/kg mentre per le argilliti si raggiungono<br />
valori medi pari a 6 mg/kg (Alloway, 1995).<br />
I risultati delle elaborazioni delle concentrazioni medie di ciascun metallo per unità<br />
di paesaggio (L4) suddivisi in orizzonte superficiale ed orizzonte profondo sono<br />
riportati in tabella 5.<br />
Nell’elaborazione per unità di paesaggio alcuni dati sono stati accorpati sulla base<br />
della cartografia pedologica esistente, delle osservazioni di campagna e dei risultati<br />
analitici utilizz<strong>and</strong>o anche il rapporto tra componenti mineralogiche (Amorosi,<br />
2005); è stato inoltre eliminato il campione che presentava dei valori molto elevati<br />
di cromo sia in superficie che in profondità.<br />
Discussione e conclusioni<br />
Analizz<strong>and</strong>o i dati per unità di paesaggio si evidenzia che il superamento dei limiti<br />
di legge per i metalli cobalto e vanadio è limitato ad alcune aree; per gli altri metalli<br />
si può rilevare una tendenza generale ad un maggior contenuto in superficie che<br />
in profondità, più evidente per rame, zinco e piombo; il nichel sembra invece avere<br />
un <strong>and</strong>amento inverso con un maggior contenuto in profondità, legato ad una probabile<br />
origine naturale. Nelle unità di paesaggio corrispondenti ai rilievi prealpini<br />
(LB1.4 e LB1.5) può essere messo in evidenza il maggior contenuto in cromo e<br />
nichel rispetto alle altre aree oggetto d’indagine; tale arricchimento è dovuto alla<br />
natura del materiale su cui si sono formati i suoli. L’elevato contenuto in vanadio è<br />
di origine naturale e legato alla particolare litologia dei materiali da cui il suolo si è<br />
formato. Anche il vanadio è infatti particolarmente abbondante nelle rocce vulcaniche<br />
provenienti da magmi basici, inoltre alcune forme ioniche del vanadio possono<br />
173
sostituire gli ioni del ferro nei minerali in cui tale elemento è presente (Alloway,<br />
1990). La stretta correlazione con l’elevato contenuto in cobalto e, confront<strong>and</strong>o le<br />
medie totali degli elementi, con il cromo e il nichel sono un’ulteriore conferma<br />
dell’origine naturale di tali elementi.<br />
Anche nell’unità di paesaggio AA1.2 è evidente un maggior contenuto in vanadio,<br />
mentre gli altri metalli hanno concentrazione media inferiore ai limiti di legge. Tali<br />
aree infatti hanno avuto un’origine geomorfologica molto complessa legata alla<br />
sovrapposizione di depositi colluviali provenienti dal bacino di alimentazione del<br />
torrente Astico che si sono in parte mescolati con depositi e sedimenti provenienti<br />
dagli altri torrenti di portata minore e il cui bacino di alimentazione aveva composizione<br />
mineralogica differente.<br />
Per il cobalto i limiti vengono superati sia negli orizzonti superficiali che negli<br />
orizzonti profondi nelle unità di paesaggio LB1.4 e LB1.5 che corrispondono ai<br />
rilievi collinari con substrato silicatico basico. Il cobalto è infatti particolarmente<br />
abbondante nelle rocce vulcaniche basiche ed ultrabasiche e nelle rocce metamorfiche<br />
con minerali ferromagnesiaci quali l’olivina, il pirosseno e il serpentino (Alloway,<br />
1990). A tale proposito si evidenzia che nelle unità di paesaggio LB1.4 e<br />
LB1.5 anche i valori minimi di concentrazione rilevati risultano essere sempre<br />
superiori al limite di 20 mg/kg.<br />
Bibliografia<br />
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AMOROSI A., SANMARTINO I. (2005) Geologically-oriented geochemical maps: a new<br />
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fondo di metalli pesanti nei suoli dell’entroterra veneziano. Addendum 20 settembre 2002.<br />
ARPAV – Osservatorio Regionale suolo (2004): “Manuale per la descrizione del suolo”.<br />
GIANDON P., CAPPELLIN R, RAGAZZI F., VINCI I. (2004) Confronto tra livello naturale<br />
e livello antropico dei metalli pesanti nei suoli della pianura veneta in relazione al<br />
materiale di partenza. Bollettino della Società Italiana della Scienza del Suolo 53(1-2).<br />
ISO 19258 (2005) Soil <strong>quality</strong> – Guidance on the determination of background values.<br />
KABATA-PENDIAS A., PENDIAS H. (1984) Trace elements in <strong>soil</strong>s <strong>and</strong> plants CRC<br />
Press<br />
REGIONE VENETO – ARPAV (2005) Carta dei suoli del Veneto in scala 1:250000.<br />
.<br />
.<br />
174
.SOIL AND LAND QUALITIES INFLUENCE<br />
FOREST DECLINE IN THE VENETIAN PLAIN (NE ITALY)<br />
INFLUENCE DE LA QUALITÉ DU SOL<br />
ET DU T<strong>ER</strong>ROIR SUR LA DEGRADATION DES BOISEMENTS<br />
DE LA PLAINE VENETIENNE (N-E ITALIE)<br />
L’INFLUENZA DELLE QUALITÀ DEL SUOLO<br />
E DEL T<strong>ER</strong>RITORIO SUL DECLINO DEI BOSCHI PLANIZIALI<br />
IN VENETO (ITALIA NORD-EST)<br />
Claudio Bini*, Gabriella Buffa , Elisa D’Onofrio, Diana Maria Zilioli<br />
Dipartimento di Scienze Ambientali, Università Ca’ Foscari di Venezia<br />
Dorsoduro, 2137 – 30123 Venezia (Italy)<br />
* Corresponding author: e-mail: bini@unive.it<br />
Summary<br />
Forest decline in the Venetian plain (NE Italy) is a major concern. Particularly<br />
English Oak (Quercus robur) looks seriously damaged, being in strong ecological<br />
competition with Common Hornbeam. A survey was planned in six forests located<br />
at different sites in the Venetian territory, in order to obtain more information on<br />
<strong>soil</strong> qualities in relation with forest health, <strong>and</strong> to suggest possible restoration<br />
strategies.<br />
The areas investigated were located in the lower portion of the Holocene alluvial<br />
plain. Microtopography determined significant differences in <strong>soil</strong> hydrological<br />
regime, <strong>and</strong> therefore the whole area is strongly influenced by the ground<strong>water</strong><br />
level, which conditions the <strong>soil</strong> <strong>quality</strong>. Most <strong>soil</strong>s are Inceptisols <strong>and</strong>/or have<br />
aquic/oxyaquic properties which may enhance forest decline. Soil drainage control<br />
<strong>and</strong> changes in present l<strong>and</strong> management are suggested so as to create favourable<br />
conditions for oak growth.<br />
Key words: Soil <strong>quality</strong>; forest decline; <strong>soil</strong> hydrology.<br />
Résumé<br />
Un examen des forêts de la plaine vénetienne a montré qu’elles étaient endommagées<br />
par des <strong>qualité</strong>s du sol et du terroir qui sont à l’origine de problèmes de croissance<br />
et de régenération du peuplement et surtot de la chênaie, en compétition avec<br />
la charmille.<br />
Les observations sur les sols à nappe tempor<strong>air</strong>e et les relevés phytosociologiques<br />
conduits dans six bois de la plaine de Venise (N-E Italie) ont permis de vérifier<br />
l’impact de la microtopographie, de l’hydrologie, de la composition des sols et de<br />
la gestion forestière orientée vers les arbres de haute tige dont l'habitat est de plus<br />
en plus isolé, sur la dégradation du peuplement.<br />
175
Le contrôle de la dynamique de la nappe tempor<strong>air</strong>e et une gestion durable sur ces<br />
sols peuvent limiter la tendance du bois à se dégrader. Il est indispensable, afin<br />
d’assurer la stabilité des arbres, d’adapter les opérations classiques de régénération<br />
de ces importantes communités naturelles, comme reconnu par la Directive Européenne<br />
« Habitat ».<br />
Mot-clés: Qualité du sol; dégradation du bois, hydrologie du sol.<br />
Riassunto<br />
A seguito di un monitoraggio sulle condizioni vegetative dei boschi planiziali del<br />
Veneto, è emerso lo stato di grave declino della farnia, in competizione con il carpino.<br />
Si è allora deciso di indagare da cosa tale declino potesse dipendere. E’ stato<br />
condotto perciò un rilevamento delle qualità del suolo e del territorio, al termine<br />
del quale si è accertato che la microtopografia, l’idrologia e le caratteristiche vertiche<br />
dei suoli indagati sono responsabili dei danni riscontrati.<br />
Una parallela indagine fitosociologica e vegetazionale ha messo in evidenza le<br />
trasformazioni indotte negli ultimi decenni dalla attuale gestione dei boschi, avviati<br />
ad alto fusto e con crescente isolamento degli habitat. Viene proposto di tenere<br />
sotto controllo l’idrologia del suolo, con particolare riferimento al drenaggio superficiale<br />
ed all’abbassamento del livello freatico, e di modificare la gestione dei boschi,<br />
torn<strong>and</strong>o al taglio programmato, in modo da favorire la farnia nella competizione<br />
con il carpino.<br />
Parole chiave: Qualità del suolo; declino dei boschi planiziali; idrologia del suolo.<br />
Introduzione<br />
La pianura veneta si mostra oggi come un territorio fortemente antropizzato, in cui<br />
l’espressione dell’originale paesaggio è rappresentata da pochi lembi relitti di vegetazione<br />
naturale. Tra questi spiccano sicuramente gli ultimi residui di bosco planiziale<br />
sparsi fra le colture agrarie.<br />
Queste formazioni forestali sono estremamente frammentate e risultano, molto<br />
spesso, isolate e caratterizzate da una struttura non naturale e da una composizione<br />
floristica molto impoverita, ben lontana dalle condizioni naturali. Nella maggior<br />
parte dei casi l’interruzione delle pratiche selvicolturali tradizionali (ceduazione,<br />
manutenzione scoline) ha inciso negativamente, comport<strong>and</strong>o un cambiamento<br />
dello stato di conservazione dei boschi stessi, conseguente alla modificazione dei<br />
caratteri climatici, pedologici ed idrogeologici, ovvero di quei fattori in grado di<br />
determinare la presenza di una particolare copertura vegetale.<br />
Il presente lavoro si propone, quindi, di valutare lo stato di conservazione di alcuni<br />
boschi planiziali relitti, in particolare di alcuni querco-carpineti della pianura veneta<br />
orientale, in relazione agli aspetti edafici, floristici, vegetazionali e paesaggistici.<br />
Ciò allo scopo di ricavare una chiave di lettura dei cambiamenti che interessano il<br />
paesaggio vegetale del Veneto e di fornire utili indicazioni per la sua gestione.<br />
176
Problematiche di conservazione dei boschi planiziali<br />
I querco-carpineti planiziali costituiscono formazioni forestali in cui il carpino<br />
bianco è consociato, in maniera subordinata, alla farnia. Nelle attuali condizioni<br />
gestionali ed ecologiche, tuttavia, esso mostra una tendenza a soppiantare la farnia<br />
(Pividori e Bellio, 2005), per la maggiore tolleranza all’ombreggiamento e<br />
all’aridità (Del Favaro e Lasen, 1993; Mason, 2001).<br />
La farnia, specie caratteristica dei querco-carpineti planiziali, ha trovato, negli ultimi<br />
millenni, le condizioni pedoclimatiche favorevoli al proprio sviluppo nella<br />
pianura veneta. Si presenta piuttosto resistente al freddo, alla neve ed alle nebbie e<br />
sopporta abbastanza bene le gelate tardive. Predilige le posizioni di pieno sole, o<br />
mezza luce, mentre non tollera le condizioni di completo ombreggiamento (Mason,<br />
2001; Susmel, 1994).<br />
Dal punto di vista pedologico, essa predilige terreni profondi e con un buon grado<br />
di umidità, ma che non siano soggetti a condizioni di saturazione per periodi molto<br />
lunghi (Costantini, 2006). Limitazioni moderate allo sviluppo della pianta si incontrano<br />
in presenza di substrati con tessitura grossolana, o fine, e con reazione acida<br />
compresa tra 4,5 e 5,5. Suoli inospitali per la farnia possono essere quelli molto<br />
acidi o fortemente alcalini, nei quali si riscontra una seria difficoltà di crescita,<br />
soprattutto nella fase di plantula (Costantini, 2006; Pividori e Bellio, 2005; Susmel,<br />
1994).<br />
Fenomeni di deperimento della farnia (senescenza precoce, scarsa rinnovazione<br />
naturale) sono frequenti nei boschi planiziali. Alla base di questi fenomeni è evidente<br />
l’azione di ripetuti stress fisiologici legati a:<br />
- abbassamento del livello di falda;<br />
- permanenza eccessiva di ristagni idrici;<br />
- attacchi parassitari;<br />
- cambiamento del tipo di gestione, con conversione da ceduo a fustaia. In questo<br />
caso, la sola responsabile del deperimento è la carenza di luce. La farnia, infatti, si<br />
è sempre rinnovata bene nei cedui composti con molta luce al suolo, subito dopo il<br />
taglio del soprassuolo maturo.<br />
Materiali e metodi<br />
I boschi. Fra i boschi planiziali relitti presenti nella pianura veneta sono stati selezionati<br />
sei siti: Carpenedo (2,9 ha), Lison (6 ha), Zacchi (1 ha), in provincia di<br />
Venezia, Basalghelle (14 ha), Cavalier (9 ha) e Cessalto (28 ha), in provincia di<br />
Treviso.<br />
Tutti i boschi indagati sono collocati in ambito rurale, a parte il bosco di Carpenedo,<br />
inserito in un contesto suburbano.<br />
La storia recente di questi boschi è simile. Hanno, infatti, risentito tutti dei forti<br />
tagli operati durante le due guerre mondiali. Nel corso degli anni sono stati, inoltre,<br />
soggetti a varie pratiche di gestione che ne hanno alterato non solo l’estensione,<br />
ma, molto spesso, anche la composizione. Si tratta, quindi, di boschi seminaturali,<br />
177
governati per molti anni a ceduo composto e che attualmente si presentano come<br />
fustaie più o meno disetanee. La loro valenza ambientale è comunque elevata, in<br />
quanto:<br />
- costituiscono una riserva di specie vegetali che stanno scomparendo dalla pianura<br />
veneta;<br />
- sono centri di rifugio e di nidificazione per numerose specie animali;<br />
- esercitano un’azione di mantenimento della falda freatica;<br />
- costituiscono un bacino di trattenuta dell’acqua meteorica, che viene lentamente<br />
distribuita anche alle falde esterne;<br />
- esercitano un’azione di conservazione del suolo;<br />
- svolgono un ruolo importante nella difesa delle vicine colture agrarie sia dagli<br />
eventi meteorologici (in particolare il vento), che dagli attacchi parassitari.<br />
Viste le numerose funzioni ecologiche svolte, i boschi studiati sono oggi tutelati sia<br />
dal punto di vista idrogeologico che paesaggistico. Per la loro importanza dal punto<br />
di vista strettamente naturalistico sono stati, inoltre, dichiarati S.I.C. e Z.P.S. in<br />
base alla Direttiva Habitat 92/43/CE e alla Direttiva Uccelli 79/409.<br />
Inquadramento geomorfologico e idrogeologico. Tutti i siti studiati sono localizzati<br />
nella bassa pianura veneta, posta poco a sud-est della fascia delle risorgive<br />
(ARPAV, 2004; 2005; 2008) e caratterizzata dalla giustapposizione di barre sabbiose<br />
e depressioni intradossive limoso-argillose (Fontana et al., 2004).<br />
Studi condotti nelle province di Treviso e Venezia (Dal Prà et al., 2000; Mazzola,<br />
2003) hanno evidenziato in queste aree la presenza di un sistema di falde freatiche<br />
discontinue il cui livello raggiunge profondità di 1-2 m sotto il piano campagna. Si<br />
tratta di corpi idrici sub-superficiali fortemente influenzati dalle precipitazioni, che<br />
registrano una generale tendenza all’abbassamento del livello freatico. Tra le possibili<br />
cause di questo fenomeno gli autori (Mazzola, 2006) indicano:<br />
- le variazioni dei fattori di alimentazione, in particolare delle precipitazioni, e i<br />
cambiamenti nelle condizioni di drenaggio (variazione dei deflussi, ecc.);<br />
- l’aumento dei prelievi, non solo nelle falde di bassa pianura ma anche in quelle di<br />
media ed alta pianura;<br />
- i processi legati alla subsidenza.<br />
Attività in campo. Sono state effettuate 32 osservazioni pedologiche, sia durante la<br />
stagione estiva che nel periodo autunno-invernale, allo scopo di verificare le condizioni<br />
del suolo (colore, screziature, umidità, tessitura, struttura, porosità, pH, reazione)<br />
nelle diverse stagioni e la risposta della falda alle variazioni climatiche stagionali.<br />
Contestualmente alle osservazioni pedologiche, durante le stagioni vegetative<br />
degli anni 2007 e 2008 è stato effettuato un censimento di tutta la flora presente<br />
nei sei boschi studiati. La raccolta è stata effettuata con una cadenza quindicinale<br />
e ha permesso di produrre, per ogni bosco, un elenco floristico il più possibile<br />
completo, compatibilmente con la durata della ricerca. Nel periodo di massimo<br />
sviluppo vegetativo sono stati, inoltre, eseguiti complessivamente 20 rilievi fitosociologici,<br />
distribuiti nei vari boschi in rapporto alle loro dimensioni. Le specie rac-<br />
178
colte sono state determinate utilizz<strong>and</strong>o Flora d’Italia (Pignatti, 1982) e le chiavi<br />
Flora Helvetica (Lauber et al., 2001) ed Exkursionflora von sterreich (Adler et<br />
al., 1994).<br />
Risultati<br />
Caratterizzazione dei suoli. Tutti i suoli studiati appartengono all’ordine degli<br />
Inceptisuoli, e rientrano nel sottordine degli Udepts e nel gr<strong>and</strong>e gruppo degli Eutrudepts.<br />
A livello di sottogruppo, per ogni bosco sono stati individuati i seguenti<br />
tipi di suolo:<br />
SITO TIPO DI SUOLO<br />
CARPENEDO Oxyaquic Eutrudepts<br />
LISON Aquertic Eutrudepts, Oxyaquic Eutrudepts, Vertic Eutrudepts<br />
ZACCHI Oxyaquic Eutrudepts<br />
BASALGHELLE Aquertic Eutrudepts, Vertic Eutrudepts<br />
CAVALI<strong>ER</strong> Oxyaquic Eutrudepts,Vertic Eutrudepts<br />
CESSALTO Fluvaquentic Eutrudepts, Oxyaquic Eutrudepts<br />
Le analisi compiute rivelano, come pone in evidenza il sottogruppo, che i suoli<br />
indagati sono generalmente caratterizzati da tessiture fini (tra l’argilloso-limosa e la<br />
franco-limoso-argillosa), drenaggio lento e permeabilità mediocre. Il ristagno idrico<br />
risulta particolarmente evidente nelle piccole depressioni interne che caratterizzano<br />
praticamente tutti i siti considerati.<br />
Analisi floristica. La stesura dell’elenco floristico ha permesso il confronto con<br />
dati pregressi di natura floristica (Chiesura et al., 1974; Zanetti, 1985). Pur tenendo<br />
presente che, dato il breve periodo di monitoraggio, i dati in nostro possesso sono<br />
da ritenersi ancora non definitivi, risulta evidente che negli ultimi 40 anni c’è stata<br />
una significativa diminuzione della ricchezza in specie che ha portato anche alla<br />
scomparsa di alcune entità tipiche dei boschi planiziali. Un dato negativo emerso<br />
dall’analisi floristica, è la presenza, relativamente alta (8-15%) in quasi tutti i boschi,<br />
di specie esotiche-coltivate. La percentuale più elevata si ritrova nel bosco di<br />
Carpenedo, unico relitto situato in un contesto urbano, nel quale si riscontra la presenza<br />
di specie coltivate ad uso ornamentale (Quercus ilex, Prunus laurocerasus,<br />
Trachycarpus fortunei, ecc.), penetrate nel bosco dai parchi e dai giardini vicini.<br />
Negli altri boschi, la componente esotica più significativa è rappresentata da Robinia<br />
pseudacacia, specie che a metà degli anni 1980 (Zanetti, 1985; Saccardi, 1982),<br />
era segnalata solo ai margini delle formazioni forestali, mentre oggi si riscontra<br />
sempre più all’interno.<br />
Analisi della vegetazione. Il quadro sintassonomico delle comunità esaminate fa<br />
riferimento all’associazione Asparago tenuifolii-Quercetum roboris (Lausi 1966)<br />
Marincek 1994, le cui specie guida sono Quercus robur, Fraxinus angustifolia,<br />
Carpinus betulus, Ulnus minor e Acer campestre.<br />
179
Tutti i boschi considerati presentano una elevata complessità strutturale, con<br />
discrete coperture sia nello strato arboreo, che in quello arbustivo. La componente<br />
arborea è differenziata, con una scarsa presenza di farnia e carpino nei boschi di<br />
Lison e Cessalto, nei quali, invece, abbondano il frassino ossifillo, che evidenzia un<br />
carattere più spiccatamente igrofilo, e l’acero campestre. In nessuno dei rilievi la<br />
farnia è presente nello strato arbustivo, mentre ha una presenza quasi costante nello<br />
strato erbaceo, come plantula, raggiungendo talvolta anche coperture molto elevate.<br />
Lo strato erbaceo è in massima parte dominato da due specie: Hedera helix e Vinca<br />
minor, che talvolta formano estesi tappeti che impediscono lo sviluppo di altre<br />
specie. Si tratta, infatti, di due specie a strategia competitiva, stimolate dagli elevati<br />
contenuti in sostanze azotate del suolo, e nello stesso tempo stress-tolleranti, così<br />
da sopportare anche un elevato ombreggiamento.<br />
Discussione e conclusioni<br />
Dall’esame dei risultati ottenuti è possibile riscontrare come i fattori edafici influenzino<br />
la definizione del paesaggio vegetale a livello di micromorfologia. Ciò è<br />
evidente nel caso dei boschi di Lison e Cessalto, dove la presenza di depressioni<br />
all’interno dell’area, unita al carattere aquico dei suoli, ha favorito la formazione di<br />
consorzi boschivi più igrofili.<br />
Per quanto riguarda il problema del deperimento della farnia, nei contesti meno<br />
igrofili (boschi di Carpenedo, Zacchi, Basalghelle e Cavalier) questo sembra essere<br />
dovuto ad un concorso di cause, in cui entrano in gioco, principalmente:<br />
1. l’interruzione delle pratiche di gestione del bosco, in particolare degli interventi<br />
di ceduazione e della manutenzione delle canalette di scolo presenti all’interno dei<br />
vari siti;<br />
2. la tendenza ad una variazione nella distribuzione stagionale delle precipitazioni;<br />
3. l’abbassamento del livello freatico.<br />
Alle condizioni di asfissia radicale che interessano la farnia, specie nei mesi invernali,<br />
si affiancano le condizioni di deficit idrico estivo dovute al carattere vertico di<br />
alcuni suoli ed all’abbassamento del livello di falda, il che accentua i problemi di<br />
adattabilità della farnia alle variazioni stagionali.<br />
Riguardo l’interruzione delle pratiche di ceduazione, questo problema sembra essere<br />
uno degli elementi che determinano la limitata rinnovazione naturale della farnia.<br />
Consider<strong>and</strong>o gli aspetti legati alla scala paesaggistica, dalle osservazioni compiute<br />
è emerso come i suddetti boschi siano molto isolati ed esposti ai disturbi derivanti<br />
dalla matrice esterna. A determinare tale condizione contribuiscono la ridotta dimensione<br />
dei siti, le pratiche di asportazione del mantello che li ha interessati in<br />
tempi recenti e il forte isolamento, sia geografico che funzionale. La concomitanza<br />
di questi fattori sta gradualmente determin<strong>and</strong>o una semplificazione della componente<br />
floristica dei boschi, con conseguente perdita di biodiversità.<br />
Dal presente lavoro è emerso come l’approccio interdisciplinare utilizzato nella<br />
valutazione dello stato di conservazione dei boschi planiziali permetta di evidenzia-<br />
180
e i vari fattori in gioco nel cambiamento di un habitat. Le analisi pedologiche e<br />
vegetazionali hanno permesso di suddividere i siti indagati in due tipologie differenti<br />
che richiedono pratiche di gestione diverse. In particolare, per le formazioni<br />
identificate come più mesofile la ripresa degli interventi di ceduazione e di manutenzione<br />
delle canalette di scolo interne sembra essere l’unico fattore in grado di<br />
garantire la permanenza della farnia nella struttura forestale e, quindi, la conservazione<br />
del bosco così come si presenta oggi. Per quanto riguarda, invece, le formazioni<br />
più igrofile, le pratiche di drenaggio delle acque superficiali sono sconsigliate,<br />
in quanto <strong>and</strong>rebbe perso il carattere distintivo che garantisce la stabilità di queste<br />
comunità.<br />
Appare quindi chiaro come la sopravvivenza di questi boschi sia legata non solo<br />
alla ripresa delle pratiche selvicolturali, ma anche alla realizzazione di una rete<br />
ecologica, ovvero di un insieme di corridoi biologici che permettano l’interazione<br />
tra i sistemi naturali rimasti.<br />
Bibliografia<br />
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.<br />
.<br />
.<br />
182
CONTROL AND ANALYSIS ACTIVITIES ON SOIL, WASTE<br />
AND SEDIMENT SAMPLES OF BOLOGNA ARPA DEPARTMENT<br />
ACTIVITE DE CONTRÔLE ET ANALYSE SUR LES ECHANTILLONS<br />
DE SOL, DECHETS ET SEDIMENTS DE L’AGENCE REGIONALE POUR<br />
LA PREVENTION ET L’ENVIRONNEMENT DE BOLOGNE<br />
ATTIVITÀ DI CONTROLLO ED ANALISI SULLE MATRICI SUOLO,<br />
RIFIUTI E SEDIMENTI DI ARPA SEZIONE DI BOLOGNA<br />
Emanuela Fabbrizi<br />
Arpa <strong>Emilia</strong>-Romagna Sezione Provinciale di Bologna<br />
E.mail: efabbrizi@arpa.emr.it fax 051342642<br />
Summary<br />
The communication provides an overview of the activities of the waste <strong>and</strong> <strong>soil</strong><br />
laboratory of the technical department of ARPA, Bologna. Sample treatment<br />
requires particular attention to the sites the samples come from. This helps deciding<br />
appropriate analytical research <strong>and</strong> improving the efficiency of resource use. Sample<br />
types are varied, but they may be broadly grouped into two categories: waste<br />
<strong>and</strong> <strong>soil</strong>s. They are treated according to environmental law dlgs 152/06. Some subcategories<br />
of these samples are regulated by regional laws.<br />
Key-words: Soil; waste; sludge; sediments.<br />
Résumé<br />
Cette communication donne un aperçu des activités du laboratoire des sols et des<br />
déchets du département technique de la section ARPAD de Bologne. Le traitement<br />
des échantillons exige de porter une attention particulière aux problèmes de leur<br />
région d'origine afin d'adapter les analyses en vue d'améliorer l'efficacité de l'utilisation<br />
des ressources. Les types d'échantillons sont variés, mais globalement regroupés<br />
en deux catégories: les sols et les déchets. A niveau normatif, le traitement<br />
de ces échantillons se fait en référence au texte de l'environnement (Décret<br />
législatif 152/06 et succ. Mod.). Certaines sous-catégories de ces échantillons sont<br />
réglementées par des lois régionales.<br />
Mots-clés: Sols; déchets; boues; sédiments.<br />
Riassunto<br />
Il lavoro offre una panoramica sulle attività svolte dal laboratorio suolo rifiuti del<br />
dipartimento tecnico della sezione di Bologna. Le matrici trattate richiedono una<br />
particolare attenzione alle problematiche del territorio di provenienza per la contestualizzazione<br />
delle indagini analitiche da svolgere e per migliorare l’efficienza<br />
di utilizzo delle risorse. Le tipologie di campioni sono molteplici, ma sostanzial-<br />
183
mente riconducibili a due categorie: suolo e rifiuti. A livello normativo per la trattazione<br />
di queste matrici si fa riferimento al testo unico ambientale (D. lgs. 152/06<br />
e succ. mod.). Alcune sottocategorie delle suddette matrici sono regolamentate da<br />
leggi regionali.<br />
Parole chiave: Suolo; rifiuti; fanghi; sedimenti.<br />
Introduzione<br />
Le tipologie di campioni numericamente più importanti che vengono normalmente<br />
processate nel laboratorio suolo rifiuti del Dipartimento Tecnico di Arpa, Sezione<br />
di Bologna, sono suolo e rifiuti. I fanghi destinati all’utilizzo agronomico ed i sedimenti<br />
rappresentano due sottocategorie ricorrenti dei rifiuti e provengono dalla<br />
rilevante attività agroalimentare presente sul territorio, che da un lato crea la necessità<br />
di utilizzare un sistema di canalizzazione delle acque e dall’altro offre la possibilità<br />
di utilizzare i fanghi come ammendanti per il suolo. Il decreto legislativo<br />
152/06 e succ. mod., noto come testo unico ambientale, costituisce il riferimento di<br />
base nella gestione dei rifiuti e dei siti contaminati. Le matrici in oggetto sono trattate<br />
alla parte IV del suddetto decreto, in particolare si parla di siti contaminati al<br />
titolo V e di rifiuti ai titoli I, II e III. I fanghi destinati all’utilizzo agronomico sono<br />
regolamentati a livello nazionale dal decreto legislativo 99/92, mentre a livello<br />
regionale dalla delibera regionale 2773/04 e succ. mod.. I sedimenti sono stati caratterizzati<br />
nell’ambito di un progetto “Caratterizzazione dei sedimenti nei corpi<br />
idrici artificiali del territorio provinciale di Bologna e prime valutazioni sulle interazioni<br />
con la qualità delle acque” svolto da Arpa in collaborazione con<br />
l’Università di Bologna ed il consorzio di Bonifica Reno Palata.<br />
Materiali e metodi<br />
Dall’attività di controllo analitico sui fanghi destinati allo sp<strong>and</strong>imento effettuati da<br />
Arpa si era riscontrata la presenza di composti non normati dal dlgs 99/92; la DGR<br />
2773/2004 aggiunge ai parametri già previsti i composti organici persistenti che<br />
devono essere tenuti in considerazione nel formulare il giudizio di idoneità per<br />
l’utilizzo agronomico. Nei controlli successivi all’uscita della delibera la ricerca<br />
delle sostanze organiche persistenti con tecniche strumentali ad ampio spettro di<br />
determinazione si riscontrava la presenza di toluene ed idrocarburi. Si è reso quindi<br />
necessario un nuovo intervento della giunta regionale che ha inserito con la delibera<br />
550/2007 i valori limite per questi due parametri ed il concetto di SAUF (Soglia<br />
di Attenzione di Utilizzo Fanghi), un criterio per individuare una concentrazione di<br />
attenzione per i composti eventualmente riscontrati nelle analisi non presenti nelle<br />
tabelle, calcolato tenendo conto anche delle caratteristiche di pericolosità dei composti<br />
stessi. L’utilizzo dei fanghi provenienti da impianti di trattamento dei reflui<br />
avviene in ragione dell’elevato contenuto di sostanza organica che li caratterizza; la<br />
normativa quindi fissa dei limiti inferiori per quanto riguarda i nutrienti che costituiscono<br />
una fonte di arricchimento per il suolo (Carbonio organico, Azoto e Fosforo<br />
184
totali) e dei limiti superiori per metalli e composti organici persistenti nel rispetto<br />
del principio di precauzione. Alla luce dei risultati delle indagini analitiche svolte<br />
durante gli ultimi anni ed attente valutazioni delle soglie di attenzione, la giunta<br />
regionale ha recentemente deliberato (dgr 297/2009) l’esclusione dei parametri<br />
toluene, idrocarburi e LAS (alchilbenzensolfonati lineari) dall’elenco dei parametri<br />
da controllare. L’art. 184 del dlgs 152/06 suddivide i rifiuti per provenienza in<br />
urbani e speciali, e per le loro caratteristiche di pericolosità in pericolosi e non pericolosi.<br />
Un rifiuto si definisce pericoloso qu<strong>and</strong>o contiene sostanze che possiedono<br />
le caratteristiche indicate nell’ All. III della direttiva 91/689/CEE, recepita dal<br />
152/06 nell’All. I della parte IV (tossico, infiammabile, corrosivo, esplosivo, comburente,<br />
cancerogeno, teratogeno, mutageno…). Per alcune di queste caratteristiche<br />
è fissato un limite di concentrazione superato il quale il rifiuto diventa pericoloso.<br />
La comunità europea ha istituito un sistema di codifica dei rifiuti con la decisione<br />
532/2000 ed All. D alla Parte IV del dlgs 152/06, che istituisce il catalogo C<strong>ER</strong><br />
(codice europeo dei rifiuti) e che distingue i rifiuti pericolosi dai non pericolosi con<br />
un asterisco.<br />
Art. 184 D.lgs. 152/06:<br />
RIFIUTI RIFIUTI<br />
PROVENIENZA P<strong>ER</strong>ICOLOSITA’<br />
URBANI URBANI SPECIALI<br />
SPECIALI<br />
P<strong>ER</strong>ICOLOSI<br />
P<strong>ER</strong>ICOLOSI<br />
NON NON P<strong>ER</strong>ICOLOSI<br />
P<strong>ER</strong>ICOLOSI<br />
185<br />
Schema 1<br />
Classificazione dei rifiuti<br />
I campioni di laboratorio possono avere origine da situazioni di diverso tipo, quali,<br />
ad esempio, zone sottoposte a sequestro, ritrovamenti in seguito ad abb<strong>and</strong>ono e<br />
depositi incontrollati. In molti casi sono previste sanzioni amministrative o penali<br />
ed è quindi fondamentale che le analisi evidenzino le caratteristiche di pericolosità<br />
del rifiuto in esame.<br />
I sedimenti sono stati oggetto di studio nell’ambito di un progetto, commissionato<br />
dalla regione <strong>Emilia</strong> Romagna ad Arpa Bologna, sulla “Caratterizzazione dei sedimenti<br />
nei corpi idrici artificiali del territorio provinciale di Bologna e prime valutazioni<br />
sulle interazioni con la qualità delle acque”.<br />
Il progetto, nel tentativo di semplificare almeno in parte la gestione dei canali, propone<br />
un modello di tipo statistico come strumento di supporto nella fase di pro-<br />
PROVENIENZA P<strong>ER</strong>ICOLOSITA’
grammazione di interventi, nella valutazione di soluzioni alternative ad un problema<br />
o nella previsione di situazioni critiche. I dati ottenuti dalla caratterizzazione<br />
analitica dei sedimenti che ha coinvolto il laboratorio, hanno contribuito insieme a<br />
dati cartografici ed altri fattori come, ad esempio l’utilizzo del suolo, all’ im- plementazione<br />
di questo strumento.<br />
Attraverso il modello è possibile prevedere la formazione dei sedimenti nei canali<br />
e valutare il rischio che essi siano contaminati. Le analisi di laboratorio hanno evidenziato<br />
tra i parametri critici alcuni metalli ed in alcuni casi è stata riscontrata la<br />
presenza in tracce di policlorobifenili ed idrocarburi; i dati sono stati confrontati<br />
con quelli ottenuti in passato negli stessi punti di prelievo e si è constatata una generale<br />
attenuazione dei valori.<br />
Secondo il dlgs 152/06, parte IV titolo V riguardante i siti contaminati, qu<strong>and</strong>o<br />
avviene un superamento delle concentrazioni di soglia di contaminazione (CSC) su<br />
campioni effettuati in fase preliminare su un sito è obbligatorio procedere alla caratterizzazione<br />
di quest’ultimo ed all’analisi di rischio sito specifica. Attraverso<br />
l’analisi di rischio sito specifica si determinano le concentrazioni di soglia di rischio<br />
(CSR) e, se esse risultano superate si deve obbligatoriamente procedere alla<br />
bonifica del sito contaminato.<br />
Come specifica l’Art. 240 del testo unico ambientale la bonifica del sito consiste<br />
nell’insieme di interventi atti ad eliminare le fonti di inquinamento e le sostanze<br />
inquinanti o a ridurre le concentrazioni delle stesse presenti nel suolo, nel sottosuolo<br />
e nelle acque sotterranee ad un livello uguale o inferiore ai valori delle concentrazioni<br />
soglia di rischio (CSR).<br />
Il controllo analitico sui siti contaminati interviene in diversi momenti: in fase preliminare<br />
e durante la caratterizzazione qu<strong>and</strong>o ancora non si conosce bene la situazione,<br />
durante la bonifica per monitorare gli interventi ed a fine lavori per certificare<br />
l’avvenuta bonifica.<br />
Discussione e conclusione<br />
Le attività svolte dal laboratorio riguardano senza dubbio matrici abbastanza<br />
complesse ed è chiara l’importanza che assume qualsiasi fonte di informazioni a<br />
diretto contatto con il territorio. La conoscenza delle problematiche legate ad<br />
esempio allo sviluppo di alcuni settori produttivi è sicuramente un ottimo punto di<br />
partenza nella fase di pianificazione dei controlli analitici da effettuare. Il dialogo<br />
biunivoco con i distretti territoriali ed i servizi ambientali aiuta gli operatori sia<br />
nella comprensione delle problematicità dei campioni, sia nell’interpretazione dei<br />
risultati.<br />
Il laboratorio costituisce un importante strumento anche per la di ricerca e lo sviluppo<br />
di nuovi strumenti, come nel caso del progetto sui sedimenti dei canali, che<br />
possano implementare le conoscenze ed agevolare processi decisionali e con la<br />
prospettiva di avere a disposizione sistemi sempre più efficienti per effettuare il<br />
monitoraggio ambientale.<br />
186
Bibliografia<br />
DECRETO LEGISLATIVO 3 Aprile 2006, n. 152 “NORME IN MAT<strong>ER</strong>IA<br />
AMBIENTALE” pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale n. 88 del 14/04/06, Supplemento Ordinario<br />
n.96<br />
DECRETO LEGISLATIVO 27 Gennaio 1992, n. 99 “Attuazione della Direttiva<br />
86/278/CEE, concernente la protezione dell’ambiente, in particolare del suolo,<br />
nell’utilizzazione dei fanghi di depurazione in agricoltura” pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale<br />
n. 38 del 15/02/92<br />
DELIB<strong>ER</strong>A DELLA GIUNTA REGIONALE dell’<strong>Emilia</strong> Romagna n. 2004/2773 approvata<br />
il 30/12/2004 “Primi indirizzi alle Province per la gestione e l’autorizzazione all’uso dei<br />
fanghi di depurazione in agricoltura” pubblicata sul Bollettino Ufficiale Regionale (BUR)<br />
n. 12 del 20/01/2005<br />
DELIB<strong>ER</strong>A DELLA GIUNTA REGIONALE dell’<strong>Emilia</strong> Romagna n. 2007/550 approvata<br />
il 23/04/2007 “Programma di approfondimento delle caratteristiche di qualità dei fanghi di<br />
depurazione utilizzati in agricoltura” pubblicata sul Bollettino Ufficiale Regionale (BUR) n.<br />
76 del 06/06/2007<br />
DELIB<strong>ER</strong>A DELLA GIUNTA REGIONALE dell’<strong>Emilia</strong> Romagna n. 2009/297 approvata<br />
il 13/03/2009 “Adeguamenti e misure semplificative delle disposizioni in materia di gestione<br />
dei fanghi di depurazione in agricoltura” pubblicata sul Bollettino Ufficiale Regionale<br />
(BUR) n. 59 del 08/04/2009<br />
DIRETTIVA 91/689/CEE del 12/12/1991 del consiglio relativa ai rifiuti pericolosi pubblicata<br />
sulla Gazzetta Ufficiale delle Comunità Europee (GUCE) del 31/12/1991 n. L 377<br />
DECISIONE 2000/532/CE della Commissione, del 3/05/2000, che sostituisce la decisione<br />
94/3/CE che istituisce un elenco di rifiuti conformemente all'articolo 1, lettera a), della<br />
direttiva 75/442/CEE del Consiglio relativa ai rifiuti e la decisione 94/904/CE del Consiglio<br />
che istituisce un elenco di rifiuti pericolosi ai sensi dell'articolo 1, paragrafo 4, della direttiva<br />
91/689/CEE del Consiglio relativa ai rifiuti pericolosi [notificata con il numero C(2000)<br />
1147] (Testo rilevante ai fini del SEE) pubblicata sulla Gazzetta Ufficiale delle Comunità<br />
Europee (GUCE) del 06/09/2000 n. L 226<br />
ZAPPAROLI A. M. (2007) Report Tecnico “Caratterizzazione dei sedimenti dei corpi<br />
idrici artificiali del territorio della provincia di Bologna” del Marzo 2007 disponibile sul<br />
sito Arpa: http://www.arpa.emr.it/bologna nella sezione Report Tecnici.<br />
187
.<br />
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188
SOIL MICROARTHROPOD CONTRIBUTION<br />
TO THE EVALUATION OF SOIL BIOLOGICAL QUALITY<br />
LA CONTRIBUTION DES MICROARTHROPODES EDAPHIQUES<br />
A L'EVALUATION DE LA QUALITE BIOLOGIQUE DU SOL<br />
IL CONTRIBUTO DEI MICROARTROPODI EDAFICI<br />
NELLA VALUTAZIONE DELLA QUALITÀ BIOLOGICA DEL SUOLO<br />
Cristina Menta<br />
Dipartimento di Biologia Evolutiva e Funzionale, Università di Parma.<br />
E-mail: cristina.menta@unipr.it<br />
Summary<br />
Soil fauna is an important component of <strong>soil</strong> systems because of its involvement in<br />
many aspects of organic matter decomposition, partial regulation of microbial activities,<br />
nutrient cycles <strong>and</strong> granular structure. Pollutants <strong>and</strong> other degradation<br />
factors can cause both quantitative <strong>and</strong> qualitative changes in this fauna, which<br />
affects <strong>soil</strong> functioning. The use of <strong>soil</strong> bioindicators <strong>and</strong> test organisms may be<br />
helpful in detecting environmental changes. In a review related to <strong>soil</strong> arthropod<br />
communities, Van Straalen (1998) specified that such bioindicators may play a role<br />
in <strong>soil</strong> monitoring measures. The edaphic invertebrates used in monitoring <strong>soil</strong><br />
pollution <strong>and</strong> degradation include nematodes, enchytraeids <strong>and</strong> other oligochaetes,<br />
gastropods, springtails, isopods <strong>and</strong> arachnids (Cortet et al, 2000; Menta et al.,<br />
2008; Parisi et al., 2005; van Straalen, 2004).<br />
Keywords: Soil fauna; microarthropods; <strong>soil</strong> <strong>quality</strong>.<br />
Résumé<br />
La fauna édaphique est une composante importante du sol impliquée dans de nombreux<br />
aspects de la décomposition de la matière organique, dans la régulation partielle<br />
de l’activité microbienne, le cycle des nutrients et la texture du sol. Des phénomènes<br />
de pollution et de dégradation peuvent provoquer des changements tant<br />
qualitatifs que quantitatifs de la faune édaphique, avec des conséquences sur le<br />
fonctionnement du sol dans son ensemble. L’usage d’indicateurs biologiques peut<br />
faciliter l’estimation des changements du milieu. Dans sa révision générale des<br />
communautés de microarthropodes édaphiques, Van Straalen (1998) met in evidence<br />
l’importance de ces indicateurs biologiques dans les activités de monitorage.<br />
Les invertébrés utilisés dans l'évaluation de la pollution et de la dégradation du sol<br />
comprennent des Nématodes, des Enchytracidés et d'autres Oligochètes, des Gastéropodes,<br />
des Collemboles, des Isopodes et des Arachnides (Cortet et al., 2000 ;<br />
Menta et al., 2008 ; Parisi et al., 2005; Van Straalen, 2004).<br />
Mots-clés: Faune du sol; microarthropodes; <strong>qualité</strong> du sol.<br />
189
Riassunto<br />
La fauna edafica è un’importante componente del sistema suolo essendo coinvolta<br />
in numerosi aspetti della decomposizione della sostanza organica, regolazione parziale<br />
dell’attività microbica, ciclo dei nutrienti e struttura del suolo. Fenomeni di<br />
inquinamento e di degrado possono causare cambiamenti, sia qualitativi che quantitativi,<br />
della fauna edafica, con ricadute sul funzionamento del suolo. L’uso di<br />
bioindicatori può essere un valido aiuto per valutare i cambiamenti ambientali. Van<br />
Straalen (1998), in una review relativa alla comunità di microartropodi edafici,<br />
mette in evidenza che tali indicatori possono giocare un ruolo importante nelle<br />
attività di monitoraggio. Gli invertebrati impiegati nella valutazione degli effetti<br />
dell’inquinamento e degrado del suolo includono nematodi, enchitreidi e altri oligocheti,<br />
gasteropodi, collemboli, isopodi, aracnidi (Cortet et al., 2000; Menta et al.,<br />
2008; Parisi et al., 2005; van Straalen, 2004).<br />
Parole chiave: Fauna edafica ; microartropodi; qualità del suolo.<br />
Fauna edafica<br />
Gli organismi che popolano il suolo appartengono a quasi tutti i raggruppamenti<br />
tassonomici dei procarioti e degli eucarioti. Alcuni di questi taxa comprendono<br />
forme quasi esclusivamente presenti nel suolo mentre altri annoverano forme presenti<br />
sia nel suolo che in ambiente aereo.<br />
La sostanza organica vivente del suolo comprende la microflora (batteri, attinomiceti,<br />
funghi e alghe), la pedofauna, rappresentata da organismi come nematodi,<br />
collemboli e lombrichi e, infine, le radici delle piante. Il numero di specie, la composizione<br />
e la diversità biologica di un suolo dipendono da numerosi fattori quali le<br />
caratteristiche chimico-fisiche del suolo, l’umidità, la temperatura, la profondità, il<br />
contenuto e la disponibilità di nutrienti, le lavorazioni agricole, la presenza di sostanze<br />
inquinanti ecc. Generalmente, la biodiversità tende ad essere più elevata in<br />
aree forestali, seguita da terreni prativi fino ad arrivare alle aree coltivate, generalmente<br />
più povere di specie.<br />
È sorprendente come nel suolo esiste una comunità di organismi animali estremamente<br />
complessa e diversificata che partecipa alle attività funzionali di creazione e<br />
mantenimento della struttura, degrado della sostanza organica, controllo della microflora<br />
e che quindi partecipa attivamente al mantenimento del suolo nei suoi<br />
diversi aspetti chimico- fisico-biologici.<br />
Il grado di interazione con il suolo è molto differente in funzione delle abitudini di<br />
vita dei vari taxa e della porzione del ciclo biologico spesa all’interno di esso; in<br />
particolare quest’ultimo aspetto, in stretta relazione con gli adattamenti morfologici<br />
e le funzioni ecologiche degli organismi, permette di suddividerli in quattro gr<strong>and</strong>i<br />
categorie, prive di alcun valore tassonomico: geofili inattivi temporanei, geofili<br />
attivi temporanei, geofili periodici e geobionti (fig. 1). I geofili inattivi temporanei<br />
sono organismi che vivono nel suolo solo per alcuni periodi della loro vita, per<br />
svernare o durante la fase di metamorfosi, qu<strong>and</strong>o la stabilità climatica e la prote-<br />
190
zione fornita dall'ambiente ipogeo sono più necessari. A causa della loro relativa<br />
inattività, gli appartenenti a questo gruppo hanno un impatto modesto sulle funzioni<br />
ecologiche dell’ambiente ipogeo, anche se possono rientrare nella rete trofica del<br />
suolo come prede.<br />
191<br />
Figura 1<br />
Categorie di organismi in<br />
relazione al rapporto che<br />
essi contraggono con il suolo.<br />
I geofili attivi temporanei (o edafoxeni) abitano nel suolo in modo stabile per buona<br />
parte del loro ciclo vitale, attravers<strong>and</strong>o uno o più stadi di sviluppo, ed emergendo<br />
come adulti. Oltre alle cicale e ad alcune specie di neurotteri, gli insetti di<br />
questo gruppo appartengono per la maggior parte ai ditteri, coleotteri e lepidotteri,<br />
il cui ciclo di sviluppo comprende la fase di pupa. La relativa inattività della pupa<br />
rende, come nel caso dei geofili inattivi temporanei, il suo contributo alle funzioni<br />
del suolo molto basso, mentre le larve hanno un’importanza considerevole sia come<br />
detritivori sia come predatori, in particolare negli ambienti in cui la loro densità<br />
è elevata. I geofili periodici conducono una fase del ciclo biologico nel suolo, generalmente<br />
la fase larvale, ma nel corso dell’intera vita continuano a mantenere<br />
rapporti con esso entr<strong>and</strong>ovi periodicamente per cacciare, deporre le uova o sfuggire<br />
a condizioni climatiche sfavorevoli. Molti coleotteri (carabidi, scarabeidi, cicindelidi),<br />
ad esempio, conducono lo stadio larvale nella lettiera o nei primi orizzonti<br />
del suolo mentre, nello stadio adulto, utilizzano quest’ultimo come fonte trofica,<br />
rifugio e altro. Infine i geobionti (o edafobi) sono organismi estremamente adattati<br />
alla vita nel suolo e non sono in grado di abb<strong>and</strong>onarlo neppure temporaneamente,
avendo caratteristiche anatomiche, sia della fase giovanile che di quella adulta, che<br />
non consentono loro di sopravvivere negli ambienti epigei. A questo gruppo appartengono<br />
molte specie di miriapodi, isopodi, acari, e molluschi, oltre alla maggior<br />
parte dei collemboli, dipluri, e proturi, che sono un esempio particolarmente evidente<br />
di organismi edafobi.<br />
Molti taxa animali che vivono nel suolo mostrano caratteri morfologici di adattamento<br />
all’ambiente edafico comuni, fenomeno detto di convergenza evolutiva (Fig.<br />
2).<br />
Figura 2 - Fenomeno di convergenza evolutiva di adattamento al suolo in alcuni artropodi<br />
edafici.<br />
Alcuni di questi caratteri, quali la riduzione delle dimensioni del corpo (miniaturizzazione),<br />
la riduzione della lunghezza delle appendici (zampe, antenne ecc.) e la<br />
perdita di funzionalità degli occhi, che in alcuni casi comporta la completa scomparsa<br />
degli stessi (anoftalmia), sono diretta conseguenza dei processi di riduzione<br />
di strutture che rivestono un'importanza determinante nell’ambiente epigeo ma, nel<br />
suolo, perdono la loro funzione. Accanto a questi caratteri, negli organismi edafobi<br />
è possibile individuarne altri che sono stati sviluppati per consentire la sopravvivenza<br />
all’interno dell’ambiente ipogeo, tra cui lo sviluppo di idrorecettori e che-<br />
192
miorecettori. Queste strutture, che sostituiscono gli occhi, in alcuni casi sono presenti<br />
non soltanto nella regione preorale e orale, ma anche su tutto il corpo, consentendo<br />
a questi organismi di muoversi agevolmente nel suolo e di trovare cibo e<br />
condizioni più adatte per la sopravvivenza.<br />
Una ulteriore classificazione ancora oggi ampiamente utilizzata si basa sulle dimensioni<br />
degli organismi, prevedendo quattro categorie dimensionali (Wallwork,<br />
1970):<br />
- Microfauna: organismi la cui taglia del corpo è compresa tra 20 µm e 200 µm.<br />
Solo un gruppo, i protozoi, è compreso completamente all’interno di questa categoria;<br />
tra gli altri, piccoli acari, nematodi, rotiferi, tardigradi e crostacei copepodi<br />
sono compresi nel limite superiore.<br />
- Mesofauna: organismi la cui taglia del corpo è compresa tra 200 µm e 2 mm. I<br />
microartropodi, come acari e collemboli, sono i maggiori rappresentanti di questo<br />
gruppo, che include anche nematodi, rotiferi, tardigradi, piccoli araneidi, pseudoscorpioni,<br />
opilioni, enchitreidi, larve di insetto, piccoli isopodi e miriapodi.<br />
- Macrofauna: organismi di dimensioni comprese tra 2 mm e 20 mm. In questa<br />
categoria vengono inclusi alcuni lombrichi, gasteropodi, isopodi, miriapodi, alcuni<br />
araneidi e la maggior parte degli insetti.<br />
- Megafauna: organismi di dimensioni maggiori di 20 mm. A questa categoria appartengono<br />
gli invertebrati di dimensioni maggiori (lombrichi, gasteropodi, miriapodi)<br />
e i vertebrati (insettivori, piccoli roditori, rettili e anfibi).<br />
Aspetti ecologici della fauna edafica<br />
Da alcuni studiosi la fauna edafica è stata definita come un “super organismo” che<br />
assume importanza determinante nei processi chimico-fisici e biologici che hanno<br />
sede nel suolo. A causa dell’assenza di luce, che rende inattuabile la fotosintesi, tra<br />
gli organismi che popolano il suolo troviamo pochi veri fitofagi, se non si estende<br />
la definizione di animali del suolo ad organismi di superficie, o si considerino fitofagi<br />
anche i microartropodi fungivori (Wallwork, 1970).<br />
L’azione di animali, quali tipicamente protozoi, nematodi, rotiferi, alcuni collemboli<br />
e acari, che si nutrono di microflora, costituita da batteri, attinomiceti e funghi<br />
(sia ife che spore), è di importanza determinante sia per la regolazione della densità,<br />
sia per la diffusione di questi microrganismi. Ad esempio, i collemboli che si<br />
nutrono di funghi possono disperdere, attraverso le feci, spore fungine ancora vitali<br />
in aree distanti anche alcuni metri rispetto alla zona di origine.<br />
Manc<strong>and</strong>o il supporto della produzione primaria all’interno del suolo, acquista un<br />
ruolo fondamentale la catena del detrito, che diventa la base della rete trofica ipogea;<br />
infatti, molti organismi come gli isopodi, alcuni miriapodi, i lombrichi, i<br />
collemboli, un ampio insieme di acari, le larve e gli adulti di alcuni insetti, si nutrono<br />
dei detriti vegetali e animali che si depositano sul suolo. La pedofauna svolge<br />
un’azione prevalentemente di tipo meccanico, mentre la degradazione chimica è<br />
fondamentalmente a carico di funghi e batteri, sia liberi sia simbionti intestinali di<br />
altri organismi; d’altra parte la sostanza organica durante la digestione si arricchi-<br />
193
sce di enzimi, che si distribuiscono nel suolo con le feci e favoriscono<br />
l’umificazione.<br />
La continua attività di scavo di alcuni organismi edafici favorisce la creazione di<br />
spazi all’interno del suolo con conseguente aumento della porosità dello stesso;<br />
l'aumento dei pori tra le particelle incrementa a sua volta l’attività batterica aerobia<br />
e la conseguente velocità di demolizione della sostanza organica. La bioturbazione<br />
ha anche effetti positivi sulla ritenzione idrica, sui processi di percolazione e sullo<br />
sviluppo della rizosfera. L’azione di scavo permette il rimescolamento del suolo e<br />
l’incorporazione della sostanza organica degli strati più superficiali in quelli più<br />
profondi, mentre la sostanza minerale viene portata verso la superficie. Questo<br />
processo è svolto in modo evidente dai lombrichi anecici, che si spostano in senso<br />
verticale nel suolo raggiungendo profondità anche di alcuni metri.<br />
La pedofauna, ed in particolar modo molluschi e lombrichi, esercita effetti sul suolo<br />
anche attraverso le secrezioni mucose cutanee, che operano un’azione di cementazione<br />
sulle particelle di terreno, favorendone la stabilità, la sua struttura e rendendolo<br />
meno vulnerabile ai processi erosivi. Le secrezioni mucose, le feci (in<br />
particolare quelle dei lombrichi) e il corpo stesso dell’animale (al momento della<br />
morte) influenzano la concentrazione di gran parte dei nutrienti presenti nel suolo e<br />
soprattutto quella del potassio, del fosforo e dell’azoto, riducendo il rapporto C/N<br />
della lettiera e facilit<strong>and</strong>one la decomposizione.<br />
La componente vivente edafica può quindi essere considerata il motore che consente<br />
il funzionamento del suolo, <strong>and</strong><strong>and</strong>o ad agire sulle caratteristiche fisiche dello<br />
stesso, come la struttura e la porosità, quelle chimiche, con la liberazione e il sequestro<br />
di sostanze, il ricircolo dei nutrienti, attraverso la trasformazione e la<br />
demolizione della sostanza organica e sulla componente biotica stessa, attraverso<br />
relazioni complesse come possono essere le simbiosi o il parassitismo.<br />
La figura 3 schematizza alcune tra le attività ecologicamente di maggiore importanza<br />
che avvengono nel suolo e gli organismi che ne sono responsabili. Tali attività<br />
sono state suddivise secondo i principali processi, come la mineralizzazione<br />
della sostanza organica, includendo i cicli del C, N, P e S e la sintesi di materiale<br />
organico da parte della microflora del suolo, trasformazione e trasporto del materiale<br />
del suolo attraverso la pedofauna.<br />
Fauna edafica come indicatore di qualità del suolo<br />
Generalmente il grado di inquinamento e di degrado di un suolo vengono valutati<br />
attraverso analisi di tipo chimico, fisico e microbiologico. Negli ultimi anni è emersa<br />
la necessità di individuare metodiche e analisi in grado di definire la qualità<br />
del suolo attraverso lo studio degli organismi viventi che lo popolano e che ne garantiscono<br />
la funzionalità. Il monitoraggio biologico del suolo, definito anche biomonitoraggio,<br />
è rivolto alla valutazione della qualità attraverso l’uso di organismi<br />
viventi.<br />
L’idea di base della bioindicazione è che la relazione tra fattori del suolo e comunità<br />
dello stesso può essere stretta: qu<strong>and</strong>o i fattori del suolo influenzano la struttura<br />
194
di comunità, la struttura di comunità può contenere informazioni relative alle caratteristiche<br />
del suolo.<br />
Figura 3 - Organismi del suolo, loro numero approssimativo e attività ecologicamente<br />
importanti (da Verhoef, 2004, modificato).<br />
In relazione a ciò, l’uso ripetuto di bioindicatori nei programmi di monitoraggio<br />
può essere un valido aiuto per la valutazione dei cambiamenti ambientali in uno<br />
stadio precoce o nella valutazione dell’efficacia di opere di bonifica e risanamento<br />
195
del suolo.<br />
L’individuazione di un organismo come bioindicatore è un’operazione complessa,<br />
che generalmente richiede conoscenze dettagliate relative alla tassonomia e<br />
all’ecologia della specie individuata come potenzialmente indicatrice. Per lo studio<br />
della comunità di viventi del suolo, attualmente sono disponibili un numero limitato<br />
di indicatori e indici i cui protocolli e procedure siano st<strong>and</strong>ardizzati e accettati a<br />
livello internazionale. Inoltre, per gli indici biologici attualmente individuati, spesso<br />
manca una specificità tra indicatore e situazione e ciò comporta la impossibilità<br />
di inserire tali indicatori nelle prove routinarie del suolo. Inoltre, nella maggior<br />
parte dei casi, non sono ancora disponibili valori di riferimento di suoli definiti di<br />
buona qualità e tali valori possono variare significativamente in relazione alla tipologia<br />
di suolo, all’uso, al periodo colturale ecc.<br />
La bioindicazione è una relazione quantitativa tra struttura di comunità e fattori<br />
ambientali (Van Straalen, 2004). Specificità e risoluzione sono le due maggiori<br />
proprietà sulle quali un sistema di bioindicatori deve essere valutato (Van Straalen,<br />
1998).<br />
Le proprietà della struttura di comunità che possono essere utilizzate per ottenere<br />
informazioni relative alla qualità del suolo sono:<br />
- ricchezza e diversità in specie;<br />
- rapporto tra le specie (dominanti e rare);<br />
- distribuzione della taglia del corpo nelle varie specie;<br />
- classificazione degli attributi del ciclo di vita;<br />
- classificazione in accordo con le preferenze eco-fisiologiche;<br />
- struttura delle catene trofiche.<br />
La scelta delle specie di invertebrati terrestri bioaccumulatori o bioindicatori da<br />
inserire nei piani di monitoraggio per la valutazione del livello di inquinamento,<br />
degrado o di bonifica dei suoli non è semplice essendo dipendente dalla specie e<br />
dalle caratteristiche delle sostanze da monitorare. Oltre ad essere evidenti differenze<br />
specie-specifiche o tra sottospecie, la risposta ai contaminanti può essere diversa<br />
tra individui di sesso o età differente nell’ambito della stessa specie. È per questo<br />
motivo che l’uso degli invertebrati nei piani di monitoraggio deve prevedere un<br />
numero di individui sufficientemente elevato, al fine di far fronte a questa variabilità<br />
individuale.<br />
I microartropodi edafici che possono essere inseriti in programmi di monitoraggio<br />
per la valutazione del livello di inquinamento o di disturbo di un suolo dovrebbero<br />
possedere alcuni requisiti:<br />
- essere comuni in aree urbane e rurali durante la maggior parte dell’anno ed essere<br />
facili da raccogliere e identificare, preferibilmente direttamente in campo;<br />
- contenere concentrazioni di elementi in traccia relative al livello di esposizione;<br />
- avere dimensioni sufficienti da permettere l’analisi chimica degli elementi con<br />
una certa facilità;<br />
- avere un’ampia distribuzione geografica, per consentire la comparazione con altre<br />
aree;<br />
196
- non devono migrare su lunghe distanze;<br />
- non devono essere uccisi da moderate concentrazioni di metalli o altri elementi<br />
tossici;<br />
- la loro biologia deve essere sufficientemente conosciuta (ad esempio il comportamento<br />
alimentare, la fecondità, l’abbondanza stagionale ecc.).<br />
- devono essere disponibili risultati sperimentali di laboratorio, riguardanti le risposte<br />
della specie alle sostanze tossiche.<br />
Gli invertebrati impiegati nel monitoraggio degli inquinanti includono nematodi,<br />
oligocheti, gasteropodi, collemboli, coleotteri, isopodi e aracnidi. Gli studi relativi<br />
a questo argomento sono numerosi (a titolo di esempio si citano le review di Cortet<br />
et al, 2000 e Van Straalen, 2004) .<br />
I collemboli, insieme agli acari, sono uno dei gruppi di microartropodi più abbondanti<br />
negli ambienti edafici, rivestendo un ruolo chiave nei processi di decomposizione<br />
della sostanza organica e nelle reti trofiche che nel suolo hanno sede.<br />
Nell’ambito del gruppo dei collemboli, Folsomia c<strong>and</strong>ida (fig. 4) è la specie maggiormente<br />
studiata e ampiamente utilizzata nei test tossicologici subletali e letali<br />
(Cortet et al., 2000; Crommentuijn et al., 1993; Crommentuijn et al., 1995; Hopkin,<br />
1997; Trublaevich & Semenova, 1997; van Gestel & Mol, 2003).<br />
197<br />
Figura 4<br />
Folsomia c<strong>and</strong>ida<br />
Il saggio di sopravvivenza e riproduzione con F. c<strong>and</strong>ida (ISO 11267:1999) consente<br />
di determinare gli effetti sulla specie provocati da sostanze aggiunte a "suolo"<br />
creato artificialmente in laboratorio (più propriamente definito substrato). Tale test<br />
può essere inoltre impiegato per valutare e/o comparare gli effetti di trattamenti di<br />
rimediazione ed effetti subletali o non tossici di composti chimici. Il metodo può<br />
essere applicato anche a suoli naturali.
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.<br />
.<br />
198
TRACE ELEMENTS IN FRUIT AND VEGETABLE<br />
TRACES DE MÉTAUX DANS LES FRUITS ET LÉGUMES<br />
METALLI IN TRACCIA IN FRUTTA E V<strong>ER</strong>DURA<br />
Stefania Papa* , Laura Cerullo, Anna Di Monaco,<br />
Giovanni Bartoli, Antonietta Fioretto<br />
Seconda Università di Napoli<br />
Dipartimento di Scienze della Vita – Via Vivaldi 43, 81100 Caserta<br />
*Corresponding author: stefania.papa@unina2.it<br />
Abstract<br />
The concentration of six different trace metals [vanadium (V), nickel (Ni), chromium<br />
(Cr), lead (Pb), copper (Cu) <strong>and</strong> cadmium (Cd)] were determined in various<br />
fruit <strong>and</strong> vegetables [peach (Prunus persica L.), plum (Prunus domestica L.), tomato<br />
(Solanum lycopersicum L.), courgette or marrow (Cucurbita pepo L.) <strong>and</strong><br />
lettuce (Lactuca sativa L.)] provided by diverse farms. Metal distribution was also<br />
separately evaluated, in skin <strong>and</strong> pulp, where it was possible. Their contributions to<br />
human daily intake of trace metals were investigated. Atomic absorption spectrometry<br />
was used to determine the concentrations of these metals in the fruit <strong>and</strong><br />
vegetables. All traces of elements tested in peaches <strong>and</strong> tomatoes were higher in<br />
the skin than in the pulp except for Cd in the peaches; all traces of elements tested<br />
in plums <strong>and</strong> marrows were higher in the pulp than in the skin. The concentrations<br />
of Pb <strong>and</strong> Cd in lettuce were 1.3 <strong>and</strong> 2.7 times above the permissible levels, respectively.<br />
It is concluded that the regular monitoring of food trace metals is very important<br />
to prevent diseases that depend on their excessive accumulation in the human<br />
food chain.<br />
Keywords:: Trace elements; fruit; vegetables.<br />
Résumé<br />
Les traces de six différents métaux [vanadium (V), nickel (Ni), chrome (Cr), plomb<br />
(Pb), cuivre (Cu) et le cadmium (Cd)] ont été évaluées dans différents fruits et<br />
légumes [pêches (Prunus persica L.), prunes (Prunus domestica L.), tomates (ì<br />
Solanum lycopersicum L.), courgettes (Cucurbita pepo L.) et laitues (Lactuca sativa<br />
L.)] provenant de diverses exploitations agricoles. La distribution a également<br />
été évaluée séparément dans la peau et la pulpe, lorsqu'il a été possible. Leur contribution<br />
à l'absorption quotidienne humaine de traces de métaux a été étudiée. La<br />
spectrométrie d'absorption atomique a été utilisée pour déterminer les concentrations<br />
de ces métaux dans les fruits et légumes. Toutes les traces de métaux testées<br />
dans les pêches et les tomates se sont montrées plus élevées dans la peau que dans<br />
la pulpe, sauf pour le cadmium dans les pêches. Toutes les traces de métaux testées<br />
199
dans les prunes et les courgettes se sont montrées plus élevées dans la pulpe que<br />
dans la peau. Les concentrations de plomb et de cadmium dans les laitues ètaient<br />
respectivement 1,3 et 2,7 fois plus élevées que le niveaux admissibles. Il est conclu<br />
que le suivi régulier des traces de métaux dans l'alimentation est très important<br />
pour prévenir les maladies causées par leur accumulation excessive dans la chaîne<br />
aliment<strong>air</strong>e humaine.<br />
Mots-clés: Traces de métaux; fruits; légumes.<br />
Riassunto<br />
I livelli di sei diversi metalli in tracce [vanadio (V), nichel (Ni), cromo (Cr), piombo<br />
(Pb), rame (Cu) e il cadmio (Cd)] sono stati determinati in diversi prodotti ortofrutticoli<br />
[pesche (Prunus persica L.), prugne (Prunus domestica L.), pomodoro<br />
(Solanum lycopersicum L.), zucchina (Cucurbita pepo L.) e lattuga (Lactuca sativa<br />
L.)] forniti da diverse aziende agricole.<br />
La distribuzione dei diversi metalli è stata anche valutata separatamente, nella buccia<br />
e nella polpa, dove è stato possibile. Sono stati esaminati i loro contributi<br />
nell'assunzione giornaliera. Per la determinazione della concentrazione di questi<br />
metalli, nella frutta e verdura è stato utilizzato uno spettrofotometro ad assorbimento<br />
atomico.<br />
Tutti gli elementi in traccia testati nelle pesche e pomodori sono risultati più elevati<br />
nella buccia che nella polpa fatta eccezione per il Cd nelle pesche; tutti quelli saggiati<br />
nelle prugne e zucchine sono risultati più elevati nella polpa che nella buccia.<br />
Le concentrazioni di Pb e Cd nella lattuga sono risultate 1,3 e 2,7 volte, rispettivamente,<br />
più elevate rispetto ai livelli ammissibili.<br />
Il monitoraggio periodico dei metalli in tracce nel cibo è molto importante per prevenire<br />
le malattie che dipendono dal loro eccessivo accumulo nella catena alimentare<br />
umana.<br />
Parole chiave: Elementi in traccia; frutta; verdura.<br />
Introduction<br />
Food safety is a major public concern worldwide. During the last decades, the increasing<br />
dem<strong>and</strong> for food safety has stimulated research regarding the risk associated<br />
with consumption of foodstuffs contaminated by pesticides, heavy metals<br />
<strong>and</strong>/or toxins (D’Mello, 2003). Fruit <strong>and</strong> vegetables are important components of<br />
the human diet, by contributing protein, vitamins, potassium, calcium, iron, <strong>and</strong><br />
other essential nutrients generally needed in short supply (Thompson <strong>and</strong> Kelly,<br />
1990). They also act as buffering agents for acidic substances obtained during the<br />
digestion process. However, these plants may contain both essential <strong>and</strong> toxic elements,<br />
such as trace metals, at a wide range of concentrations (Bahemuka <strong>and</strong><br />
Mubofu, 1999). Metals, such as lead, chromium, cadmium <strong>and</strong> copper are cumulative<br />
poisons. These metals cause environmental hazards <strong>and</strong> are reported to be exceptionally<br />
toxic (Ellen et al, 1990). Contamination of fruit <strong>and</strong> vegetable products<br />
200
with trace metal may be due to irrigation with contaminated <strong>water</strong>, the addition of<br />
fertilizers <strong>and</strong> metal-based pesticides, industrial emissions, transportation, the harvesting<br />
process, storage <strong>and</strong>/or at the point of sale. Human beings are encouraged<br />
to consume more vegetables <strong>and</strong> fruits, which are a good source of vitamins, minerals,<br />
fiber <strong>and</strong> are beneficial for health. However, these plants contain both essential<br />
<strong>and</strong> toxic metals over a wide range of concentrations. It is well known that<br />
plants take up metals by absorbing them from contaminated <strong>soil</strong> as well as from<br />
deposits on parts of the plants exposed to the <strong>air</strong> from polluted environments<br />
(Kh<strong>air</strong>iah et al, 2004; Chojnacka et al, 2005). Publicity regarding the high level of<br />
trace metals in the environment has created apprehension <strong>and</strong> fear in the public as<br />
to the presence of trace metal residues in their daily food. The public is confused<br />
<strong>and</strong> alarmed about their food safety. Keeping in mind the potential toxicity <strong>and</strong><br />
persistent nature of heavy metals, <strong>and</strong> the frequent consumption of vegetables <strong>and</strong><br />
fruits, it is necessary to analyze these food items to ensure the levels of these contaminants<br />
meet agreed international requirements (Radwan <strong>and</strong> Salama, 2006). The<br />
aim of this study was to determine the concentrations of trace metals in selected<br />
edible fruit <strong>and</strong> vegetable products to estimate their contribution to the daily intake<br />
of trace metals. Metal distribution was also separately evaluated, in skin <strong>and</strong> pulp,<br />
where it was possible.<br />
Material <strong>and</strong> Methods<br />
Samples of the edible fruit <strong>and</strong> vegetable (peach, plum, tomato, marrow <strong>and</strong> lettuce)<br />
were taken from main farms.<br />
All the samples, divided in skin <strong>and</strong> pulp, were oven-dried at 75°C until constant<br />
weight <strong>and</strong> ground to a fine powder by a Fritsch pulverisette 6 with an agate<br />
pocket, to prevent element contamination.<br />
Trace element (V, Ni, Cr, Pb, Cu <strong>and</strong> Cd) extraction <strong>and</strong> analyses were carried out<br />
in triplicate by atomic absorption spectrometry (SpectrAA 20 Varian) <strong>and</strong> quantified<br />
using st<strong>and</strong>ard solutions (STD Analyticals, Carlo Erba). Aliquot of the powdered<br />
samples (250 mg) were mineralised in a Milestone Microwave Laboratory<br />
Systems (Ethos 900), endowed with temperature control, by a combination of hydrofluoric<br />
<strong>and</strong> nitric acid (HF 50%:HNO3 65%=1:2). After digestion the solutions<br />
were diluted by deionised <strong>water</strong> to a final volume of 50 ml. Accuracy was checked<br />
by concurrent analysis of st<strong>and</strong>ards (Resource Technology Corporation, Laramie,<br />
WY). The recovery was higher than 90 %.<br />
The mean (±SD) concentrations for each trace metal regardless of the kind of fruit<br />
<strong>and</strong> vegetable were calculated <strong>and</strong> a comparison of this data in the selected samples<br />
was studied, <strong>and</strong> compared with the permissible levels set by the FAO <strong>and</strong> WHO.<br />
Based on the average concentration <strong>and</strong> the average consumption of edible vegetables,<br />
estimates of the amount of each trace metal consumed were calculated.<br />
201
The correlations were determined using the simple Pearson correlation coefficient.<br />
(ANOVA) followed by Tukey test (MINITAB INC 13).<br />
Results <strong>and</strong> discussion<br />
Table 1 shows the mean concentrations of trace metals in the fruit <strong>and</strong> vegetable<br />
samples <strong>and</strong> the permissible Pb, Cd <strong>and</strong> Cr levels (FAO <strong>and</strong> WHO, 2001). The<br />
results show that all trace elements tested in peaches <strong>and</strong> tomatoes were higher in<br />
skin than in pulp except for Cd in the peaches; all trace elements tested in plum <strong>and</strong><br />
marrows were higher in pulp than in skin.<br />
The pulp contamination of fruits <strong>and</strong> vegetables may be related to pollutants in<br />
farm <strong>soil</strong>, while the skin contamination may depend on <strong>air</strong> pollution from highway<br />
traffic (Igwegbe et al, 1992).<br />
Table 1 - Concentrations of trace metals in fruit <strong>and</strong> vegetable products (mg/kg dry<br />
weight).<br />
Peach Plum Tomato Marrow Lettuce<br />
Recom max l<br />
for vegetables b<br />
skin pulp skin pulp skin pulp skin pulp<br />
Pb 0.43 0.37 0.31 0.45 1.65 1.33 2.87 2.13 3.31 0.3<br />
V 0.25 0.09 ND ND 4.09 1.81 8.98 6.78 10.4 NP c<br />
Cd 0.09 2.18 0.12 0.67 0.31 0.28 0.50 3.58 1.93 0.2<br />
Cu 12.4 5.79 5.49 6.48 19.3 13.9 22.3 14.9 37.8 40.0<br />
Cr 2.07 0.65 0.11 0.46 11.3 6.04 0.18 0.55 1.65 2.3<br />
Ni 2.30 2.92 1.30 1.10 4.16 2.45 8.39 6.92 8.16 NP c<br />
a ND = Not detected. Levels were below the detection limit - b Recom max l = Recommended<br />
maximum limit; b Source: FAO/WHO (2001), Joint Codex Alimentarius Commission<br />
- c NP = not provided.<br />
The concentrations of Pb <strong>and</strong> Cd in lettuce were 1.3 <strong>and</strong> 2.75 times above the permissible<br />
levels, respectively (tab.2). It is known that a long exposure to lead can<br />
cause anemia, colic saturnine until neurotoxic effects like chronic encephalopathy<br />
or polyneuritis; cadmium can cause hypertension, higher blood pressure, atherosclerosis<br />
<strong>and</strong> progressive reduction in kidney function.<br />
The amounts of trace elements may be hazardous if fruits <strong>and</strong> vegetables are taken<br />
in large quantities. On the other h<strong>and</strong> the intake is cumulative of that derived by<br />
other foods (pasta, meat, milk <strong>and</strong> their derivatives etc.). Therefore, it is estimated<br />
that man can swallow daily contaminants that are near to the weekly limits for<br />
202
chronic hazards. In addition the daily tolerable dose for adults is lower than for<br />
childs.<br />
The regular monitoring of food trace metals, therefore, is very important to prevent<br />
diseases dependent on their excessive build-up in the human food chain.<br />
Table 2 - Tolerable daily intake (TDI) <strong>and</strong> esitmation daily intake of trace elements<br />
through consumption of fruit <strong>and</strong> vegetables considering a typical diet (300g of fruit <strong>and</strong><br />
vegetable per day).<br />
TDI<br />
(µg/day/60k<br />
g b.w.) a<br />
Estimated daily intake (µg/day)<br />
Peach Plum Tomato Marrow Lettuce<br />
Pb 214 13.14 17.65 19.18 21.10 284.5<br />
V NP b<br />
<br />
Cd 60 77.4 26.28 4.04 35.45 165.88<br />
Cu 50-200 23.07 18.04 87.4 5.44 141.82<br />
Cr NP b<br />
<br />
Ni NP b<br />
<br />
a (FAO/WHO, 1993) - b NP = not provided<br />
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204
SOIL DEPLETION DUE TO URBANISATION IN THE AREAS<br />
NEAR THE PO RIV<strong>ER</strong> (MUNICIPALITIES OF CASTEL S. GIOVANNI,<br />
SORBOLO, BONDENO - ITALY)<br />
P<strong>ER</strong>TES DE SOL DUES À L'URBANISATION DANS DES ZONES<br />
LIMITROPHES DU PÔ (COMMMUNES DE CASTEL<br />
S. GIOVANNI, SORBOLO, BONDENO - ITALIE)<br />
P<strong>ER</strong>DITA DI SUOLO P<strong>ER</strong> URBANIZZAZIONE IN AREE LIMITROFE<br />
AL FIUME PO (COMUNI DI CASTEL S. GIOVANNI,<br />
SORBOLO, BONDENO - ITALIA)<br />
Massimo Gherardi*, Samantha Lorito, Gilmo Vianello, Livia Vittori Antisari<br />
Department of Agroenvironmental Sciences <strong>and</strong> Technologies – Soil Analysis<br />
Experimental Center Agricultural Faculty (CSSAS),<br />
University of Bologna, via Fanin 44–Bologna (Italy).<br />
*Corresponding author: E.mail: massimo.gherardi@unibo.it<br />
Summary<br />
The loss of <strong>soil</strong> resources in Italy is particularly evident in the vast plain of the Po<br />
River, where urbanisation has led to a progressive depletion of l<strong>and</strong> surface. Builtup<br />
areas now cover about 9%, on average, of the total surface area, but in the most<br />
densely inhabited communities, lying mainly along the major artery of the Via<br />
<strong>Emilia</strong>, impermeable areas may exceed 20%. This trend shows no signs of relenting,<br />
above all because of the dem<strong>and</strong> for large surfaces generated by the tertiary<br />
sector. The phenomenon thus needs to be carefully controlled, especially as regards<br />
l<strong>and</strong> located near the Po River <strong>and</strong> its main tributaries. The <strong>soil</strong>s in these areas have<br />
different pedogenetic <strong>and</strong> micro-morphological characteristics <strong>and</strong> support particularly<br />
dem<strong>and</strong>ing agronomic activities; the productivity levels of which match the<br />
highest levels in Europe. The management of the l<strong>and</strong> generally entails the maintenance<br />
of efficient <strong>water</strong> regulation networks. In this context there is a pressing need<br />
to investigate the dynamics of changes in l<strong>and</strong> use in relation to <strong>soil</strong> <strong>quality</strong>, particularly<br />
in areas that have undergone urban development.<br />
Key world: GIS; <strong>soil</strong> depletion; Po river.<br />
Résumé<br />
La dégradation évidente du sol dans la Plaine du Pô est représentée par l'extension<br />
croissante de l'urbanisation, laquelle atteint une valeur moyenne de 9% environ;<br />
dans les communes à densité de population élevée, pour la plupart le long de l'axe<br />
représenté par la Via <strong>Emilia</strong>, les surfaces imperméabilisées peuvent excéder 20%<br />
du total. Cette tendance ne montre aucun signe de fléchissement, à cause de la dem<strong>and</strong>e<br />
d'amples surfaces surtout de la part du secteur terti<strong>air</strong>e. Ce phénomène exi-<br />
205
ge d'être attentivement contrôlé, notamment lorsque les <strong>air</strong>es concernées sont proches<br />
du cours du Pô et de ses affluents majeurs. En effet les sols de ces zones, très<br />
divers par leurs conditions tant pédogénétiques que micromorphologiques, hébergent<br />
des activités agronomiques particulièrement exigeantes et à productivité élevée<br />
comparable à celle des régions européennes les plus avancées du secteur. Ces<br />
activités sont conditionnées par le maintien d'un réseau efficace en matière hydraulique.<br />
De là s'ensuit l'exigence de confronter l'évolution de l'utilisation des sols,<br />
tout particulièrement en relation avec l'habitat humain, et les caractéristiques de la<br />
<strong>qualité</strong> des sols.<br />
Mots-clés: Pertes de sol; S.I.G.; fleuve Pô.<br />
Riassunto<br />
Nella pianura padana un evidente fenomeno di degrado della risorsa suolo è rappresentato<br />
dal suo progressivo consumo per urbanizzazione, che ha raggiunto valori<br />
medi intorno al 9%; nei comuni ad alta densità abitativa, per lo più collocati lungo<br />
l’asse della Via <strong>Emilia</strong>, le superfici impermeabilizzate possono superare il 20%<br />
del totale. Tale trend mostra di non arrestarsi a causa della richiesta di ampie superfici<br />
da parte soprattutto del settore terziario. Il fenomeno richiede un attento<br />
controllo, in particolare nei casi in cui i territori interessati ricadano in prossimità<br />
dell’asta del fiume Po e dei suoi affluenti maggiori. I suoli di queste zone, variabili<br />
sia per condizioni pedogenetiche che micromorfologiche, ospitano infatti attività<br />
agronomiche particolarmente esigenti e pur present<strong>and</strong>o un tipo di utilizzazione<br />
agricola ad elevato livello di produttività, in linea con le regioni europee più avanzate<br />
nel settore, sono per lo più condizionati dal mantenimento di efficienti reti di<br />
regimazione idraulica. Ne deriva pertanto la necessità di porre a confronto la dinamica<br />
di trasformazione dell’uso del suolo (in stretta relazione allo sviluppo del<br />
sistema insediativo) con le caratteristiche di qualità dei suoli interessati.<br />
Parole chiave: Consumo di suolo;GIS; fiume Po.<br />
Introduction<br />
The development of large urban centres, the growth of the industrial, h<strong>and</strong>icrafts<br />
<strong>and</strong> tertiary sectors <strong>and</strong> the extension of road networks are some of the major causes<br />
that have contributed, since the end of the second world war, to the progressive<br />
depletion of arable l<strong>and</strong> surfaces, particularly in plain areas where the <strong>soil</strong>s are best<br />
suited to agricultural use. The absence of adequate l<strong>and</strong> planning exposes such<br />
areas to considerable damage, both from an environmental <strong>and</strong> social st<strong>and</strong>point,<br />
<strong>and</strong> mainly to the detriment of agriculture. As vast surfaces are covered by buildings<br />
<strong>and</strong> roads, the consequences are not only an irreversible depletion of <strong>soil</strong><br />
resources but also a progressive reduction in ground absorption capacity, which<br />
leads to major hydrogeological imbalances.<br />
206
207
This phenomenon is particularly evident in the vast plain areas of the Po River<br />
Valley, where as a result of urbanisation built-up areas now cover around 9% of the<br />
total l<strong>and</strong> surface; in some cases, along the Via <strong>Emilia</strong>, a major route, the figure<br />
exceeds 20% (Fig. 1).<br />
The present study took into account a surface area of approximately 650,000 hectares,<br />
including the coastal towns of the Po Delta area, from Melegnano to Ferrara.<br />
For the entire area, an evaluation was made of the patterns of urbanisation in the<br />
period between 1885 <strong>and</strong> 1995, while the subsequent analysis, aimed at a qualitative<br />
<strong>and</strong> quantitative determination of <strong>soil</strong> depletion, was limited to several areas<br />
within the region of <strong>Emilia</strong>.<br />
Methodology<br />
Farml<strong>and</strong> conversion trends were qualitatively <strong>and</strong> quantitatively evaluated in relation<br />
to urbanisation. The evaluation entailed a sequence of step.<br />
In the first stage, multi-temporal l<strong>and</strong> use maps were generated by means of a suitable<br />
geographical information system; different sets of mapping data on a scale of<br />
1:25,000 were overlaid <strong>and</strong> their relationship was analysed in order to evaluate<br />
urban development patterns <strong>and</strong> trends.<br />
The information used for this purpose was derived from the following sources:<br />
- topographic maps on a scale of 1:25,000, series 25V <strong>and</strong> 25N of the Italian<br />
Military Geographic Institute (IGMI), referring to the periods 1885-1890,<br />
1933-1969, 1980-1995;<br />
- technical maps on a scale of 1:25,000 <strong>and</strong> 1:10,000 of the Regions of <strong>Emilia</strong>-<br />
Romagna, Lombardy, Piedmont <strong>and</strong> Veneto, referring to the period 1985-1995;<br />
- aerial surveys of the IGMI (GAI survey flight–1954/55) <strong>and</strong> the General Aerial<br />
Photography Company of Parma (Italy survey flight – 1994);<br />
- municipal boundaries defined on the basis of the databank of the Po River Basin<br />
Authority.<br />
The second stage consisted in a pedological evaluation of the study areas; the information<br />
used for this purpose was retrieved from the databank of the Region of<br />
<strong>Emilia</strong>- Romagna (www.gias.net).<br />
Using GIS procedures, the map of urbanisation patterns obtained in the first stage<br />
of the study was compared with the <strong>soil</strong>s map. In this manner it was possible to<br />
assess net <strong>soil</strong> depletion directly in relation to urban expansion occurring within<br />
these areas. The agronomic characteristics of the <strong>soil</strong>s thus diverted from other uses<br />
were likewise analysed. This enabled a qualitative assessment of <strong>soil</strong> depletion; the<br />
resulting information may be usefully exploited by policymakers to improve l<strong>and</strong>planning<br />
tools so as to ensure more prudent use <strong>and</strong> promote conservation.<br />
In the initial stage of the project, the urban boundaries existing in the periods 1885-<br />
1890, 1955-1960 <strong>and</strong> 1990-1995 were manually traced on non-deformable transparent<br />
film. This support was first calibrated on the frame on a scale of 1:25,000 of<br />
respective geographic attribution <strong>and</strong> adjusted on the basis of regional technical<br />
maps (CTR) for the period 1990-1995 <strong>and</strong> the IGMI map for the period 1885-1890.<br />
208
Table 1 – Soil types present in the municipalities of Castel S. Giovanni (Piacenza), Sorbolo<br />
(Parma) <strong>and</strong> Bondeno (Ferrara), broken down by <strong>soil</strong> delineations <strong>and</strong> agronomic qualities<br />
of the <strong>soil</strong>s present (official data of the Region of <strong>Emilia</strong> Romagna).<br />
NAME OF<br />
DELINEATION (*)<br />
BARCO CHROMIC LUVISOLS<br />
TYPIC PALEUSTALFS<br />
BORGHETTO CALCARIC CAMBISOLS<br />
FLUVENTIC USTOCHREPTS<br />
CALABRINA HAPLIC CALCISOLS<br />
V<strong>ER</strong>TIC USTOCHREPTS<br />
CLASSIFICATIONS AGRONOMIC<br />
QUALITIES<br />
209<br />
Influenced by a high silt content, absence of limestone<br />
<strong>and</strong> presence of gravel<br />
Influenced by the presence of gravel, which mainly<br />
affects their physical-hydrological behaviour<br />
Influenced by a fine texture, moderate availability of<br />
oxygen <strong>and</strong> absence of limestone<br />
CASA PONTE GYPSIC V<strong>ER</strong>TISOLS Influenced by a fine texture, imperfect availability of<br />
oxygen <strong>and</strong> salinity at greater depths<br />
CASTELVETRO CALCARIC CAMBISOLS Influenced by a high silt content <strong>and</strong> hydromorphy<br />
AQUIC USTOCHREPTS due to the vicinity to <strong>water</strong>courses<br />
CASTIONE<br />
CALCIC V<strong>ER</strong>TISOLS<br />
Influenced by a fine texture <strong>and</strong> moderate availability<br />
MARCHESI ENTIC CHROMUST<strong>ER</strong>S of oxygen<br />
CATALDI HAPLIC CALCISOLS<br />
Influenced by a high silt content, which mainly<br />
FLUVENTIC USTOCHREPTS affects hydrological behaviour<br />
CITTADELLA F<strong>ER</strong>RIC LUVISOLS<br />
Influenced by an excess of silt <strong>and</strong> absence of li-<br />
AQUIC PALEUSTALFS mestone, such as to affect the ability of <strong>water</strong> to<br />
infiltrate the <strong>soil</strong><br />
GHIARDO HAPLIC LUVISOLS<br />
Influenced by an excess of silt <strong>and</strong> absence of li-<br />
AQUIC HAPLUSTALFS mestone, such as to affect the ability of <strong>water</strong> to<br />
infiltrate the <strong>soil</strong><br />
MEDICINA HAPLIC CALCISOLS<br />
Influenced by a high clay content <strong>and</strong> moderate<br />
V<strong>ER</strong>TIC USTOCHREPTS availability of oxygen<br />
MONTICELLI HAPLIC CALCISOLS<br />
Do not show any particular problems given their<br />
FLUVENTIC USTOCHREPTS relatively balanced texture<br />
MORTIZZA CALCARIC CAMBISOLS Influenced by a low clay content <strong>and</strong> presence of<br />
FLUVENTIC USTOCHREPTS horizons characterised by a large particle size<br />
RISAIA<br />
EUTRIC V<strong>ER</strong>TISOLS<br />
Influenced by a high content of exp<strong>and</strong>able clays <strong>and</strong><br />
DEL DUCA<br />
ENTIC CHROMUST<strong>ER</strong>S consequent seasonal <strong>water</strong> contrasts<br />
RIV<strong>ER</strong>GARO HAPLIC LUVISOLS<br />
V<strong>ER</strong>TIC PALEUSTALFS<br />
Influenced by a fine texture <strong>and</strong> absence of limestone<br />
RUINA CALCARIC CAMBISOLS Influenced by a high silt content, which affects<br />
AQUIC USTOCHREPTS physical <strong>and</strong> hydrological behaviour<br />
SAN GIORGIO HAPLIC CALCISOLS<br />
Do not show any particular problems given their<br />
FLUVENTIC USTOCHREPTS relatively balanced texture<br />
SANT’OMOBONO CALCARIC CAMBISOLS Influenced by a high silt content, which mainly<br />
FLUVENTIC USTOCHREPTS affects hydrological behaviour<br />
SECCHIA CALCARIC CAMBISOLS Do not show any particular problems given their<br />
FLUVENTIC USTOCHREPTS relatively balanced texture<br />
STRADAZZA CALCARIC CAMBISOLS Influenced by a high silt content, which affects<br />
FLUVENTIC USTOCHREPTS hydrological behaviour<br />
TEGAGNA HAPLIC CALCISOLS<br />
Influenced by a high silt content, which affects<br />
TYPIC USTOCHREPTS hydrological behaviour<br />
T<strong>ER</strong>ZANA CALCIC V<strong>ER</strong>TISOLS<br />
Influenced by a fine texture <strong>and</strong> moderate availability<br />
ENTIC CHROMUST<strong>ER</strong>S of oxygen<br />
(*) from the regional catalogue of <strong>soil</strong> types in the plains of <strong>Emilia</strong>-Romagna – Region of <strong>Emilia</strong>-Romagna, Cartography<br />
Service - Pedological Division<br />
The resulting tracings were input into the database via a horizontal plane HP scanner,<br />
processed, calibrated <strong>and</strong> geo-referenced <strong>and</strong> subsequently converted to the
Arcview shape file format. The various layers were then assembled on a scale of<br />
1:50,000 for printing.<br />
The second stage of the study entailed the extraction of data relative to the urbanised<br />
surface area for each period <strong>and</strong> each municipal territory. These data were then<br />
overlaid on the <strong>soil</strong> map derived from the database of the region of <strong>Emilia</strong>-<br />
Romagna, with <strong>soil</strong> types classified according to the FAO-UNESCO method.<br />
The database associated with the new overlay maps allowed a calculation to be<br />
made of <strong>soil</strong> depletion in relation to pedological type <strong>and</strong> urban expansion.<br />
Evaluation of <strong>soil</strong> depletion due to urbanisation<br />
The results of the analysis conducted on three municipalities, Castel S. Giovanni<br />
(Piacenza), Sorbolo (Parma) <strong>and</strong> Bondeno (Ferrara) are presented here by way of<br />
example. Soil delineations were defined for each, along with the agronomic features<br />
of the <strong>soil</strong>s present (table 1).<br />
By overlaying the maps relative to urban expansion on the pedological data it was<br />
possible to quantitatively <strong>and</strong> qualitatively assess the <strong>soil</strong> depletion for each municipality<br />
analysed.<br />
Municipality of Castel S.Giovanni (Piacenza). Castel S.Giovanni is a small municipality<br />
(4,260 Ha) situated northwest of Piacenza. The urbanised area has exp<strong>and</strong>ed<br />
considerably over the past century. In 1889 it represented 2.6% of the total<br />
municipal l<strong>and</strong> area, but by 1990 this value had risen to 8.6% (Table 2).<br />
Table 2 - Soil depletion due to urbanisation in the municipalities of Castel S. Giovanni<br />
(Piacenza), Sorbolo (Parma) <strong>and</strong> Bondeno (Ferrara), expressed in Ha <strong>and</strong> as a percentage<br />
of the total municipal l<strong>and</strong> area.<br />
Municipalities<br />
Total surface<br />
area<br />
Urbanised surface area (Ha)<br />
(Ha) 1889 1955 1990<br />
Castel S. Giovanni (Piacenza) 4412 113 (2.6%) 119 (2.7%) 371 (8.6%)<br />
Sorbolo (Parma) 3927 46 (1.2%) 82 (2.1%) 329 (8.4%)<br />
Bondeno (Ferrara) 17514 178 (1.1%) 267 (1.5%) 811 (4.5%)<br />
From a pedological point of view, the municipal territory is characterised by <strong>soil</strong>s<br />
that differ both in taxonomic terms <strong>and</strong> in agronomic <strong>quality</strong>. Based on indications<br />
provided by the Region of <strong>Emilia</strong>-Romagna, the following <strong>soil</strong> delineations may be<br />
identified (table 3). The <strong>soil</strong> delineations most greatly affected by urban development<br />
(Fig.2) may be divided into groups according to the types of <strong>soil</strong>s present<br />
therein. A first group “Barco-Cittadella-Ghiardo-Rivergaro” is characterised by<br />
decarbonated leached <strong>soil</strong>s (Alfisols) with frequent deep gravel layers. From a mechanical<br />
st<strong>and</strong>point they are well suited to bearing heavy structural building loads;<br />
approximately 20% of these <strong>soil</strong>s, equivalent to 5.6% of the entire municipal l<strong>and</strong><br />
surface, have been turned over to urban development.<br />
210
Soil delineations Surface in<br />
hectares (Ha)<br />
Castelvetro, Mortizza 39.233<br />
Castione Marchesi 267.551<br />
Monticelli 808.637<br />
Risaia Del Duca 68.651<br />
Ghiardo, Barco 370.010<br />
Tegagna, Calabrina 1121.730<br />
Cittadella, Rivergaro 1270.470<br />
Vicobarone, Montalbo, Fontanino 157.486<br />
.<br />
211<br />
Table 3<br />
Quantity in hectares of<br />
<strong>soil</strong> types, grouped into<br />
delineations, in the municipality<br />
of Castel<br />
S.Giovanni (Piacenza).<br />
Figure 2 - Map representing the depletion of different <strong>soil</strong> types due to urban development
The second group, “Calabrina, Castione Marchesi-Tegagna”, is characterised by<br />
very clayey <strong>soil</strong>s (Vertic Inceptisols or Vertisols), which are subject to <strong>water</strong> stagnation<br />
in certain periods of the year. Approximately 7% of these <strong>soil</strong>s, or 2.5% of<br />
the entire municipal surface area, have been covered as a result of urbanisation.<br />
The “Monticelli” <strong>soil</strong>s, which display the best agronomic qualities, have been spared<br />
by urban development. It is in fact possible to observe a sparse presence of<br />
farmhouses, whose number <strong>and</strong> extension have not changed significantly over the<br />
past century.<br />
Municipality of Sorbolo (Parma). Sorbolo is the smallest of the three municipalities<br />
analysed (3,927 Ha) <strong>and</strong> is situated in proximity to the Po River, between the<br />
provinces of Parma <strong>and</strong> Reggio <strong>Emilia</strong>. Here urban development has had the greatest<br />
impact, with the ratio of urbanised areas to total municipal l<strong>and</strong> area rising<br />
from 1.18% in 1889 to 8.36% in 1990 (see Table 2). Urbanisation has mainly affected<br />
the “Sant’Omobono” <strong>soil</strong>s: in this zone 16% of the available surface area<br />
has been developed, equivalent to 5% of total municipal l<strong>and</strong> area. Sant'Omobono<br />
<strong>soil</strong>s have acceptable agronomic qualities (Fluventic Inceptisols), as may be seen<br />
from the data reported in Table 1. From a pedological point of view, this territory is<br />
less differentiated than the municipality of Castel S.Giovanni. In addition to the<br />
"S.Omobono", the following <strong>soil</strong> types may be found (table 4). “Risaia del Duca-<br />
Medicina-Cataldi” <strong>soil</strong>s are definitely clayey (Vertisols <strong>and</strong> Vertic Inceptisols),<br />
meaning that their structural conditions are susceptible to change due to climate<br />
factors. Here about 5% of the <strong>soil</strong> surface, equal to 3.5% of the total municipal l<strong>and</strong><br />
area, has been lost to urban development.<br />
Soil delineations Surface in hectares<br />
(Ha)<br />
Castelvetro, Mortizza 17.896<br />
Risaia Del Duca 1717.887<br />
Sant'omobono 1158.206<br />
Medicina, Cataldi 1031.750<br />
Cataldi, San Giorgio, Borghetto 1154.011<br />
212<br />
Table 4<br />
Quantity in hectares of <strong>soil</strong><br />
types, grouped into delineations,<br />
in the municipality of<br />
Sorbolo (Parma)<br />
Municipality of Bondeno (Ferrara). Situated in the western part of the province of<br />
Ferrara, Bondeno is the largest of the municipalities examined (17,514 Ha). As<br />
may be observed in table 2, the percentage increase in urbanised surface area is<br />
markedly lower than in the other two previously analysed municipalities. This is<br />
most likely due to the particular nature of the l<strong>and</strong>, which has served to limit expansion<br />
<strong>and</strong> cause development to be concentrated in areas less prone to hydromorphy.<br />
From a pedological viewpoint Bondeno is characterised by the prevalence<br />
of “Risaia del Duca – Case Ponte” <strong>soil</strong>s, made up of exp<strong>and</strong>able, oxygen-deficient<br />
clay (Vertisols) <strong>and</strong> “Ruina-Stradazza” <strong>soil</strong>s, which are silty <strong>and</strong> have poor internal<br />
drainage (Aquic Inceptisols).
Approximately 3.5% of the <strong>soil</strong> surface falling within the “Risaia del Duca – Case<br />
Ponte” delineation has been urbanised; this represents 2.9% of the total municipal<br />
l<strong>and</strong> surface. By contrast, 8.2% of the available “Ruina-Stradazza” <strong>soil</strong> surface,<br />
representing about 2% of total municipal surface area, has been lost to urbanisation.<br />
Soil delineations Surface in hectares<br />
(Ha)<br />
Risaia Del Duca 1638.000<br />
Ruina, Stradazza 4021.574<br />
Cataldi, San Giorgio 493.634<br />
Terzana, Ruina 1035.774<br />
Sant'omobono, Secchia 1672.044<br />
Risaia Del Duca, Case Ponte 8474.694<br />
Conclusions<br />
213<br />
Table 5<br />
Quantity in hectares of <strong>soil</strong><br />
types, grouped into delineations,<br />
in the municipality of<br />
Bondeno (Ferrara)<br />
A qualitative <strong>and</strong> quantitative evaluation of <strong>soil</strong> depletion due to urban development<br />
may undoubtedly contribute to a more rational <strong>and</strong> responsible use of this<br />
resource. The method proposed involves a first stage in which a small-scale investigation<br />
is conducted with the aim of precisely identifying the changes that have<br />
occurred as a result of urbanisation over a specific period of time. The second stage<br />
consists in a large-scale qualitative <strong>and</strong> quantitative analysis (at a municipal level)<br />
of <strong>soil</strong> depletion in relation to the urban development recorded. The very fact that<br />
the defined study areas coincide with the areas of jurisdiction of the local authorities<br />
may enable an immediate implementation of l<strong>and</strong> planning tools aimed at<br />
achieving a more judicious use of <strong>soil</strong> resources <strong>and</strong> preventing the most fertile<br />
<strong>soil</strong>s from being converted to non-agricultural use <strong>and</strong> from being sacrificed, in<br />
particular, to urbanisation, insofar as this is possible.<br />
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354.<br />
.<br />
214
MIN<strong>ER</strong>AL HORIZONS, ELECTROMAGNETIC FIELDS<br />
AND CIRCULAR SHAPES IN THE GRASS<br />
HORIZONS MINÉRAUX, CHAMPS ÉLECTROMAGNÉTIQUES<br />
ET FORMES CIRCULAIRES DANS L'H<strong>ER</strong>BE<br />
ORIZZONTI MIN<strong>ER</strong>ALI, CAMPI ELETTROMAGNETICI<br />
E FORME CIRCOLARI NELL’<strong>ER</strong>BA<br />
Valentino Straser<br />
ITSOS “C.E.Gadda” – 43045 Fornovo Taro PR, Italy<br />
E.mail: fifurnio@tiscali.it<br />
Summary<br />
The occasional appearance of circular shapes in meadows <strong>and</strong> farml<strong>and</strong> located on<br />
slopes usually affected by gravitational phenomena, offered an occasion for<br />
verifying the possible relation between the position of the circles in the grass, the<br />
gravitational movement of the slope affecting its mineral horizons <strong>and</strong> the variations<br />
of electric <strong>and</strong> static magnetic fields close to the circular shapes <strong>and</strong> in the<br />
surrounding area. The stress caused by the “creeping” movement in the uderlying<br />
ground turned out to be in direct relation with the variation in the electric <strong>and</strong> magnetic<br />
fields caused by piezoelectric <strong>and</strong> piezomagnetic minerals such as quartz. The<br />
onset of the electromagnetic process involves the conversion of electric energy on<br />
the surface into an area of spherical shape which is linked with a different growth<br />
of herbaceous species compared to the surrounding vegetation.<br />
Key words: Mineral horizons; electromagnetic fields; solifluction; <strong>soil</strong> creep; circles<br />
in grass; piezoelectricity.<br />
Résumé<br />
La sporadique apparition de formes circul<strong>air</strong>es dans des prés et des terrains cultivés<br />
le long de pentes en général exposées aux phénomènes de gravitation, nous a donné<br />
l'occasion de vérifier expérimentalement l'éventualité d'une relation entre la position<br />
des cercles dans l'herbe, le mouvement gravitationel du versant concernant les<br />
horizons minéraux et les variations de champ électrique et magnétique statiques<br />
près des formes circul<strong>air</strong>es et dans le territoire environnant. La tension induite par<br />
le mouvement “rampant” dans le sol sous-jacent s'est révélée en relation directe<br />
avec la variation du champ électrique et magnétique causée par la déformation de<br />
minéraux piézo-électriques et piézo-magnétiques comme le quartz. L'apparition du<br />
phénomène électromagnétique entraîne la conversion de l'énergie électrique qui se<br />
manifeste à la surface comme un espace de forme sphérique caractérisé par une<br />
croissance de l'herbe différente de celle du reste de la végétation.<br />
215
Mots-clés: Horizons minéraux; champs électromagnétiques; solifluxion; <strong>soil</strong> creep;<br />
cercles dans l'herbe; piézo-électricité.<br />
Riassunto<br />
La sporadica comparsa di forme circolari in prati e in terreni agricoli situati lungo<br />
pendii, generalmente interessati da fenomeni gravitativi, ha costituito l’occasione<br />
per verificare, dal punto di vista strumentale, la eventuale relazione fra la posizione<br />
dei cerchi nell’erba, il movimento gravitativo del versante che coinvolge gli orizzonti<br />
minerali, le variazioni di campo elettrico e magnetico statico in prossimità<br />
delle forme circolari e nella zona circostante. Lo stress indotto dal movimento<br />
“strisciante” nel suolo sottostante è risultato essere in diretta relazione con la variazione<br />
del campo elettrico e magnetico, prodotto dalla deformazione di minerali<br />
piezoelettrici e piezomagnetici, come ad esempio il quarzo. La generazione del<br />
processo elettromagnetico comporta la conversione di energia elettrica che si manifesta<br />
in superficie, in un spazio di forma sferica, che si caratterizza dal resto della<br />
vegetazione per una diversa crescita delle specie erbacee.<br />
Parole chiave: Orizzonti minerali; campi elettromagnetici; soliflusso; <strong>soil</strong> creep;<br />
cerchi nell’erba; piezoelettricità.<br />
Introduction<br />
The research on the dynamic processes of slopes caused by force of gravity has<br />
offered indications about the stability of slopes in well defined hilly <strong>and</strong> mountainous<br />
areas. The analysis of the surface elements, which “mirror” dynamics in the<br />
detrital blanket below, reveals that small changes in the slope equilibrium have<br />
occurred, as well as incipient evolutions of gravitational movements. Generally<br />
speaking, they are slow, partial movements of the <strong>soil</strong> originating curvatures in the<br />
surface which depend on the slope gradient. It is a real creeping movement of the<br />
detrital blanket which can be affected by gravity but also by other factors, such as<br />
the circulation of <strong>water</strong> or thermal expansion or shrinkage according to the season.<br />
What matters from a dynamic point of view is the variability of such processes in<br />
time, with reference to the speed <strong>and</strong> intensity of the gravitational process.<br />
Actually this is a normal, natural, in a sense continuous subsidence process of the<br />
detrital blanket that covers the slopes <strong>and</strong> tends to slip downwards. The grass blanket<br />
might not break <strong>and</strong> reveal distortions, such as the circular shapes that appear in<br />
the meadows searched in the area where investigations were made.<br />
However this research concentrated on the analysis of the movements that occur<br />
below the ground surface which, at times, generate stress in the minerals, <strong>and</strong> not<br />
on the slow movements of solifluction <strong>and</strong> <strong>soil</strong> creep which cause crinkles on the<br />
surface. Fragments of quartz (or of other minerals) originating from meteoric degradation<br />
or the presence of arenaceous rocks can generate electromagnetic energy<br />
through the piezoelectric process when they are compressed or under stress (see:<br />
Bishop, 1981; Finkelstein, Hill & Powel, 1973; Teodorani, 2004). When there are<br />
216
slope movements, the flows of the materials underneath intensify in some areas <strong>and</strong><br />
“spread out” in others. Where there is greater tension, therefore, piezoelectric minerals<br />
are subject to pressures that can generate charged clouds propagating upwards<br />
to the surface. The same process has been studied on a greater scale to verify relations<br />
existing between tectonic stress <strong>and</strong> seisms, the appearance of anomalous<br />
light phenomena in the atmosphere <strong>and</strong> the creation of electromagnetic fields (see:<br />
Straser, 2007, Balbachan & Parkhomenko, 1983; Brady & Rowell, 1986; Derr,<br />
1986; Freund, 2002; Wessel-Berg, 2004; Derr & Persinger, 1990; St-Laurent,<br />
Derr& Freund, 2006; <strong>and</strong> others).<br />
The production of electromagnetic energy <strong>and</strong> its concentration in well-defined<br />
areas of the atmosphere, usually a few metres from the <strong>soil</strong>, have sometimes been<br />
connected with the circular shapes that appear in cereal crops fields (Levengood &<br />
Talbott, 1999). Concern for these circular shapes goes back to the early 1980s <strong>and</strong><br />
refers to oats fields along grassy, steep slopes near Bratton, Engl<strong>and</strong> (Meaden,<br />
1991).<br />
217<br />
Figure 1<br />
Index map<br />
If we accept the hypothesis that “balls of light” can radiate energy upon the earth<br />
surface <strong>and</strong> create geometrical shapes, usually circular ones, even though not always<br />
perfect, then it is reasonable to think that dot-like concentrations of static<br />
electromagnetic energy generated underground can cast similar circular shapes<br />
onto the surface. In this research the circulation of underground <strong>water</strong>s, which<br />
might influence the amplification of the electric charges <strong>and</strong> thus affect the growth<br />
of vegetal species (Levengood, 1994), has not been taken into consideration.
The area investigated (44°36'34”N, 10°00'52”E) is a field lucerne (Medicago sativa)<br />
crop under rotation, located near Selva Grossa, in the province of Parma (Fig.<br />
1).<br />
The area, which geologically belongs to the Solignano Flysch composed of arenaceous-clayey<br />
sequences with regular intercalations of marly-calcareous beds in the<br />
mid-lower part (Zanzucchi, 1980), is also affected by mild seismicity <strong>and</strong> by the<br />
occasional appearance of anomalous phenomena in the atmosphere (Straser, 2007;<br />
Straser & Kokus, 2008). The field, which covers an area of about one hectare, is on<br />
sloping ground with a gradient above 5%; the lower part is crossed by the road<br />
linking Strada di Fondovalle Taro <strong>and</strong> Strada Statale della Cisa. Various circular<br />
shapes (about fifteen) varying in diameter from 70-80 cm to about 3 m, which have<br />
also been surveyed by the satellite (Fig. 2), are visible in the field in autumn, winter<br />
<strong>and</strong> spring. The circular shapes are in larger number in the steepest stretches; in<br />
the lower part of the field there is a l<strong>and</strong>slip affecting the road practicability.<br />
Figure 2 - The area investigated photographed in autumn, winter <strong>and</strong> spring <strong>and</strong> from a<br />
bird's eye view (circled in white).<br />
218
Materials <strong>and</strong> methods<br />
The research has been carried out with instrumental seasonal mesurements<br />
to survey the values of static electric <strong>and</strong> magnetic field in the grass circles<br />
<strong>and</strong> surrounding areas. Measurements were taken by means of a multifield static<br />
gauge model ESM-390, to display the variations of natural magnetic <strong>and</strong> electric<br />
fields. Fig. 3)<br />
Figura 3 - The portable instrument has the following technical specifications:<br />
Viewer: analog Magnetic scale range: from 0 to 50 kHz - from 0 to 100 uT<br />
Electric scale range: from 0 to 50 kHz – from 0 to 1000V/m<br />
Radiofrequency scale range: from 0.01mW/cm² to 1mW/cm² – from 100 kHz to 2.5 Ghz<br />
Operational temperature: 0°C to +50°C.<br />
Results<br />
The readings were registered in fall (2008), winter <strong>and</strong> spring 2009 (Tab.1), when<br />
the circles are visible <strong>and</strong> easily distinguishable from one another amid the vegetation,<br />
as they are brown in colour. In both circumstances the frequency was almost<br />
the same, whereas the value of the static electric field measured outside the<br />
meadow was always higher than inside the circles.<br />
Discussion <strong>and</strong> conclusion<br />
The measurements taken on the ground revealed a higher value of the electric field<br />
in the areas outside the meadow when compared to the values measured inside the<br />
circles in the grass: the instrumental value in the different stations is usually constant.<br />
The static magnetic field, however, was higher or just the same when measured<br />
outside the meadow <strong>and</strong> near the l<strong>and</strong>slip or inside the circles. Microwave frequency<br />
was virtually the same both outside the meadow <strong>and</strong> inside the circles, with<br />
one exception, when intermittent pulsation was recorded. The swing had been<br />
219
measured on the day (14 April 2009) previous to a minor seismic event with epicentral<br />
area located about 10 km away from the research area (Tab. 2).<br />
.<br />
Table 1 - List of the readings measured in fall 2008, winter <strong>and</strong> spring 2009<br />
Date 15.11.08 10.01.09 09.04.09<br />
Place<br />
Selva<br />
Grossa<br />
Magnetic<br />
field<br />
Electric<br />
field<br />
Frequency<br />
Magnetic<br />
field<br />
Electric<br />
field<br />
220<br />
Frequency<br />
Magnetic<br />
field<br />
Electric<br />
field<br />
uT V/m mW/cm 2<br />
uT V/m mW/cm 2<br />
uT V/m mW/cm 2<br />
Staz. 1 1 5 0,01 0,8 8 0,01 0,2 2-8 0,01-0,1<br />
Staz. 2 0,5 5 0,01 0,2 5 0,01 0,1-0,5 2 0,01<br />
Staz. 3 0.3 2 – 10* 0,01 0,2 5 0,01 0.2 2 0,01<br />
Staz. 4 0,2 –1* 2 – 10* 0,01 0.3 5 0,01 0.2 2 0,01<br />
Staz. 5 0,2 2 – 10* 0,01 0,2 5 0,01 0.2 2 0,01<br />
Staz. 6 0,2 2 – 10* 0,01 0,2 5 0,01 0.2 2 0,01<br />
(*)indicates the pulsations swinging around the two values measured in less than 10 seconds.<br />
The maximum diameter of the circle (no. 2) is about 3 metres (see photo)<br />
..<br />
Table 2 - Data about the earthquake linked with the emission of microwaves recorded in<br />
the area investigated<br />
Date-time Magnitude Coordinates Depth Epicentral area:<br />
municipalities affected<br />
within 10 Km<br />
16.04.2009 at 2.7 44.59°N, 10.124°E 5.9 CALESTANO (PR)<br />
01.11.51<br />
(in Italy)<br />
15.04.2009 at<br />
23.11.52 (UTC)<br />
km T<strong>ER</strong>ENZO (PR)<br />
This last fact is of relevant scientific interest since it could reveal that coincidence<br />
may exist between the stress produced in rocks <strong>and</strong> seismicity; however it is not<br />
analysed in the present research. To complement the measurements taken, also lab<br />
experiments were carried out to check whether analogies might exist among the<br />
values of the static magnetic <strong>and</strong> electric field generated when pressures are exerted<br />
on the <strong>soil</strong>. Ground samples (about 3,000 cm 3 ) were collected near the research<br />
area <strong>and</strong> pressures varying from 20 to 120 bars were applied. Each increase<br />
in pressure coincided with a rise of the static magnetic <strong>and</strong> electric field, measured<br />
with the same multifield instrument used in the open <strong>air</strong> <strong>and</strong> set one metre away<br />
from the hydraulic press.<br />
The results of the lab experiments confirmed that higher values of static magnetc<br />
<strong>and</strong> electric field correspond to higher pressure affecting the mineral horizons. If<br />
we transfer lab data into practice, we can notice that in the area where the minerals<br />
Frequency
are under higher pressure, the values of the electric <strong>and</strong> magnetic fields are usually<br />
higher than inside the circles in grass. The phenomenon seems to be due to the<br />
evolution of natural events <strong>and</strong> influenced by both the electromagnetic field <strong>and</strong> the<br />
geophysics of the place. According to the model here conjectured, we can conclude<br />
that circular areas in the grass reflect conditions of stress in the ground. The lower<br />
values of electric <strong>and</strong> magnetic field in comparison to the external areas may indicate<br />
that there is lighter pressure on the mineral horizons. Pressure affects the stress<br />
on piezoelectric minerals, therefore also the production of static magnetic <strong>and</strong> electric<br />
fields which, in turn, may affect the different growth of vegetation. Similarly to<br />
what happens for Balls Of Light located a few metres above the ground <strong>and</strong> assumed<br />
to be able to generate circular shapes in cereal crops, the appearance of circles<br />
in grass crops may be caused by an electric <strong>and</strong> magnetic underground source<br />
within a depth of a few metres. The projection of the electromagnetic lines goes<br />
upwards instead of propagating downwards to the surface (Fig. 4). The method<br />
could be applied in areas of hydrogeological hazard, both for the identification of<br />
dangers caused by gravitational movements along a slope <strong>and</strong> for the location of<br />
the areas with greater flow of particles through the different horizons, especially<br />
mineral ones. The method can also be useful for the assessment of areas affected by<br />
gravitational movements, especially in farml<strong>and</strong>, by spotting the presence of circular<br />
shapes in the grass <strong>and</strong> recording peculiar values of electric <strong>and</strong> magnetic fields.<br />
References<br />
221<br />
Figure 4<br />
A model for the<br />
interpretation<br />
of the generation<br />
of circles<br />
in the grass<br />
BALBACHAN M. Y., PARKHOMENKO E. I. (1983). Electret Effect during rupture of<br />
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alla Carta e sezioni geologiche della Provincia di Parma e Zone limitrofe (1:100.000). In:<br />
Volume dedicato a S. Venzo, Step Parma, p. 201-233.<br />
222