air, water and soil quality qualité - ER Ambiente - Regione Emilia ...

ALMA MATER STUDIORUM
UNIVERSITA DI BOLOGNA
UNIVERSITÄT FÜR
BODENKULTUR WIEN
ASSOCIATION FRANCAISE
DE LIMNOLOGIE
CONSIGLIO NAZIONALE
DELLE RICERCHE - ISAC
SOCIETÀ ITALIANA DI
SCIENZE DEL SUOLO
SOCIETÀ ITALIANA
DI PEDOLOGIA
AGENZIA REGIONALE
PREVENZIONE E AMBIENTE
DELL'EMILIA-ROMAGNA
Environmental quality
Qualité de l'Environnement
Qualità ambientale
AIR, WATER
AND SOIL
QUALITY
3
QUALITÉ
DE L'AIR, DE L'EAU
ET DU SOL
QUALITÀ
DELL'ARIA,
DELL'ACQUA
E DEL SUOLO
Edité par/Edited by/A cura di
Manos Dassenakis, Eric Pattee,
Gilmo Vianello, Livia Vittori Antisari
2009

Managing Director "Environmental quality / Directeur général "Qualité du
milieu"/ Direttore editoriale "Qualità ambientale"
Gilmo Vianello – Department of Agroenvironmental Sciences and Technologies,
Alma Mater Studiorum – Bologna University
Managing Editor "Environmental quality" / Directeur de la rédaction "Qualité
de l'Environnement"/ Redattore editoriale "Qualità ambientale"
Giacomo Buganè - GeoL@b onlus
La presente pubblicazione in attuazione del bando INFEA CEA 2008 / 2010
della Regione Emilia-Romagna
.
© Copyright 2009 by GEOL@B ONLUS , 40026 Imola, Italy"
E’ vietata la riproduzione a scopo di lucro e senza l’autorizzazione formale degli
Autori.
ISBN 10: 88-901261-7-5 ISBN 13: 978-88-901261-7-8
Tipografia Fanti - Imola (BO) Italy - 2009
2

Preface
This third volume of the "Qualità of the Environment" series assembles the
scientific communications presented during the "Air, Water, and Soil Quality"
International Congress held at Imola (Imola) on 24 th and 25 th of June 2009.
The air-water-soil system influences the life of the plants and animals which live
on the Earth. This system governs biodiversity, giving birth to macro-ecosystems
and micro- diversifications inside each different system. If the quality of one or
more parts of the system decreases, natural biodiversity may be irrevocably
damaged, causing the disappearance of some plant and animal species.
Man's presumption at exploiting the ecosystem for his own profit is leading to an
irresponsible waste of the necessary resources for his own life.
Air, water, and land pollution are henceforth considered conditions that cannot be
avoided when a fictive welfare that does not take account of human health and
natural sustainability is to be reached.
The aim of the meeting was to take account of the present quality of the airwater-soil
system, comparing Italian realities with those in other countries of the
European Union and to make known the most efficient measures and instruments
for fighting ecosystem degradation and the waste of resources.
By this we would like to make our public aware of the importance of protecting our
environment and its natural resources.
****************************
Préface
Ce troisième volume de la collection "Qualité de l'Environnement" rassemble les
communications scientifiques présentées au cours du Congrès International
"Qualité de l'Air, de l'Eau et du Sol" tenu à Imola (Italie) les 24 et 25 juin 2009.
L’état du système air-eau-sol influence la vie animale et végétale sur la Terre; il
est à l’origine des biodiversités qui ont crée la muntiplicité des macro-écosystèmes
et des micro-diversifications à l’intérieur de chacun d'eux. Si la qualité d’un ou de
plusieurs éléments du système s’effondre, la biodiversité naturelle pourra
s'appauvrir au point de créer une situation irréversible conduisant à la disparition de
certaines espèces végétales et animales.
La présomption humaine de pouvoir gérer l’écosystème à notre gré est en train de
conduire à une irresponsable dégradation des ressources essentielles à notre propre
vie.
La pollution de l’air, des eaux et la contamination du sol, sont désormais
considerés comme des conditions inévitables pour atteindre rapidement un bienêtre
factice, sans tenir compte de son impact sur les écosystèmes, le développement
durable et la santé de l’humanité.
Le congrès souhaite faire le point de la qualité du système air-eau-sol en
confrontant les différentes réalités italiennes avec celles des autres pays de l'Union
Européenne.
3

Son but principal est de faire connaître les instruments et les actions les plus
efficaces pour lutter contre la dégradation des écosystèmes et le gaspillage des
ressources ; et, pourquoi pas, nous avons aussi comme objectif de sensibiliser notre
public à la défense et à la valorisation de notre environnement.
Prefazione
***************************
Il terzo volume della Collana "Qualità dell'ambiente" raccoglie le comunicazioni
scientifiche presentate nell'ambito del Congresso Internazionale "Qualità dell'aria,
dell'acqua e del suolo" svoltosi a Imola nei giorni 24-25 giugno 2009. Il sistema
aria-acqua-suolo ha condizionato la vita vegetale ed animale sulla superficie della
Terra dando origine alle biodiversità che hanno condotto ad una molteplicità di
macro ecosistemi e di micro diversificazioni all'interno di ciascuno di essi. Se la
qualità di una (o più) delle componenti del sistema decade, la biodiversità naturale si
impoverisce al punto tale da poter creare condizioni di irreversibilità portando alla
scomparsa di specie vegetali ed animali. La presunzione dell'uomo di potere
governare l'ecosistema a proprio piacimento sta conducendo ad un irresponsabile
degrado delle risorse essenziali per la vita, al punto tale che inquinamento dell'aria
e delle acque o contaminazione del suolo vengono oramai considerate condizioni
inevitabili per giungere in tempi brevi ad un fittizio benessere, che non tiene conto
della salute e della loro sostenibilità. Il convegno ha fatto il punto sullo stato di
qualità del sistema aria-acqua-suolo ponendo a confronto le diverse realtà italiane
con quelle di altri Paesi della Comunità Europea, con il principale scopo di fare
conoscere gli strumenti e gli interventi più efficaci per contrastare gli effetti di
degrado e di perdita delle risorse.
***************************
International Congres "Air, Water and Soil Quality" Congrès
Congrès International "Qualité de l'air, de l'eau et du sol"
Congresso Internazionale "Qualità dell'aria, dell'acqua e del suolo"
Imola -24-25 June/Juin/giugno 2009 - Italy/Italie/Italia
.
Organising Committee / Comité d'Organisation/ Comitato Organizzatore
Giacomo Buganè, Massimo Gherardi, Francesca Pontalti, Gilmo Vianello
Scientific Committee / Comité Scientifique/ Comitato Scientifico
Domenico Anfossi, Manos Dassenakis, Maria Teresa Dell'Abate, Daniel Gilbert,
Eric Pattee, Franco Prodi, Gorana Rampazzo Todorovic, Gilmo Vianello, Livia
Vittori Antisari, Ermanno Zanini.
Congress Secretariat / Secrétariat du Congrès / Segreteria Organizzativa
GEOL@B ONLUS, C. P 117 succ. 3 - IMOLA (BO) 40026 - ITALY.
Mail: geolab@geolab-onlus.org - www.geolab-onlus.org
4

Analytic index / Index analytique / Indice analitico
Sessione I. Air quality / Qualité de l’air / Qualità dell'aria pag.
Linda Passoni, Vanes Poluzzi
Atmospheric aerosols in urban and rural areas / Aérosols atmosphériques en zones urbaine et
rurale / Aerosol atmosferico in area urbana e rurale. 11
Manuela Cioffi
Air quality monitoring with the Lichen Biodiversity Index (LBI) in the district of Faenza
town (Italy) / Monitoring de la qualité de l'air au moyen de l'Indice de Biodiversité
Lichénique (IBL) sur le territoire de la commune de Faenza (Italie) / Monitoraggio della
qualità dell'aria mediante l'Indice di Biodiversità Lichenica (IBL) nel territorio del Comune
di Faenza (Italia)
Sessione II. Water quality/Qualité de l'eau//Qualità dell'acqua
Manos Dassenakis, Eleni Rouselaki, Thanos Kastritis
Effects of the construction of irrigation reservoirs on the distribution of pollutants in
estuarine zones of small Mediterranean rivers. The case of Sperchios river, Greece / Effets de
la construction de reservoirs d’irrigation sur la distribution des polluants dans les zones
estuariennes de petites rivières mediterranéennes. Le cas de la rivière Sperchios, Grèce / Gli
effetti della costruzione di invasi irrigui sulla distribuzione di inquinanti in zone di estuario di
piccoli corsi d'acqua del Mediterraneo. Il caso del fiume Sperchios, Grecia. 27
Riccardo Petrini, Maddalena Pennisi, Alessandra Adorni Braccesi, Barbara Stenni,
Onelio Flora, Umberto Aviani
Application of O-H-B-Sr isotope systematics to the exploration of salinization and flushing
in coastal aquifers: preliminary data from the Pialassa Baiona ecosystem (Adriatic Sea) /
Application des systématiques isotopiques O-H-B-Sr à l'étude des processus de salinisation
d'aquifères côtiers: la Pialassa de la Baiona (mer Adriatique) / Applicazione delle
sistematiche isotopiche di O-H-B-Sr allo studio dei processi di salinizzazione di acquiferi
costieri: la Pialassa della Baiona (mar Adriatico) 37
Rosa Cidu, Stefania Da Pelo, Raffaele Caboi,
Preliminary results on the occurrence of Rare Earth elements in the aquatic system of the
Pialassa Baiona, Ravenna (Italy) / Résultats préliminaires sur la présence des éléments de
terres rares dans le système aquatique de la Pialassa Baiona, Ravenne (Italie) / Risultati
preliminari sulla presenza di terre rare nel sistema delle acque della Pialassa Baiona,
Ravenna (Italia). 43
Stefano Piastra
The geopolitical dimension of environmental quality. Waters and conflict in the Aral Sea
basin / La dimension géopolitique de la qualité de l'environnement. Eaux et conflit dans le
bassin de la mer d’Aral / La dimensione geopolitica della qualità ambientale. Acque e
conflitto nel bacino del lago d’Aral. 51
..
5
19

Eric Pattee
The new AFL book for the identification of freshwater invertebrate families / Le nouveau
livre AFL destiné à l'identification des familles d'invertébrés des eaux douces / Il nuovo libro
dell'AFL per l'identificazione delle famiglie d'invertebrati delle acque dolci. 63
Carmen I. Burghelea, Dragos Zaharescu, Antonio Palanca
Amphibian asymmetry, a useful tool to assess environmental quality / L´asymétrie des
amphibiens, une méthode utile pour évaluer la qualité du milieu / L´asimmetria degli anfibi,
un metodo utile per valutare la qualità ambientale. 69
Camilla Iuzzolino, Lorenzo Canciani
Streamflow measures and evaluation of hydrometric levels in low water conditions river -
Basin F. Reno / Mesures de debit et évaluation des niveaux hydrome-triques pendand les
périodes de maigre - Bassin du F. Reno / Misure di portata e valutazione dei livelli
idrometrici nei periodi di magra - Bacino del F. Reno. 75
Carlo Falconi
The water cycle and the water quality in the territory of Imola / Le cycle de l'eau et la qualité
de l'eau du territoire d’Imola / Il ciclo idrico e la qualitá dell’acqua nel territorio Imolese. 85
.
Sessione III. Soil quality/Qualité du sol/Qualità del suolo
Gorana Rampazzo Todorovic
Behavior of organic pollutants in soil environment - special focus on glyphosate and ampa /
comportement des agents polluants organiques dans le sol - focus spécial sur glyphosate et
AMPA / Comportamento degli inquinanti organici nell’ambiente del suolo - focus speciale su
glyphosate e AMPA. 99
Alessandro Buscaroli, Massimo Gherardi, Gilmo Vianello, Livia Vittori Antisari, Denis
Zannoni
Soil survey and classification in a complex territorial system: Ravenna (Italy) / Releve
pedologique et classification des sols dans un système territorial complexe: Ravenne (Italie) /
Rilevamento pedologico e classificazione dei suoli in un sistema territoriale complesso:
Ravenna (Italia).
Livia Vittori Antisari, Enrico Dinelli, Alessandro Buscaroli, Stefano Covelli, Francesca
Pontalti, Gilmo Vianello
Potentially toxic elements along the soil profiles in urban park, agricultural farm and the San
Vitale Pinewood of Ravenna (Italy) / Elements potentiellement toxiques le long des profils
du sol dans un parc citadin, dans une entreprise agricole et dans la Pinede de San Vitale
(Ravenne, Italie) / Elementi potenzialmente tossici lungo profili del suolo in un parco
cittadino, in un'azienda agricola e nella Pineta di San Vitale (Ravenna, Italia). 129
Francesca Castorina, Umberto Masi
Sr isotopic evidence for studying salinization of soils: an example from the Pineta San Vitale
(Ravenna) / Application des isotopes du sr pour l’etude de la salinisation des sols: un
exemple de la Pineta San Vitale (Ravenne) / Applicazioni degli isotopi dello Sr allo studio
della salinizzazione di suoli: un esempio dalla Pineta di San Vitale (Ravenna). 143
.
.
6
115

.
Marina Gatti, Anna Flora Campanale
Preliminary results on distribution and solubility of heavy metals in the urban and suburban
soils of Ravenna / Resultats preliminaires sur la distribution et solubilite des métaux lourdes
dans les sols urbaines et suburbaines de Ravenne / Risultati preliminari sulla distribuzione e
solubilità di metalli pesanti In terreni urbani e suburbani di Ravenna. 149
Francesca Pedron, Gianniantonio Petruzzelli, Carlo Ciardi
Soil quality aspects in the remediation of contaminated sites / Les aspects de la qualite du sol
dans la reclamation des sites pollues / Gli aspetti della qualità del suolo nella bonifica dei siti
contaminati. 161
Paolo Giandon, Roberta Cappellin, Giovanni Gasparetto
Trend of metals and metalloids concentration in soils of an area in the northern part of
vicenza province / Tendance de la teneur de certains metaux et métalloïde dans les sols d’une
zone de l’alto vicentino / Andamento del contenuto di alcuni metalli e metalloidi nei suoli di
un'area dell'alto vicentino. 167
Claudio Bini, Gabriella Buffa , Elisa D’Onofrio, Diana Maria Zilioli
The soil and land qualities influence on forest decline in the Neneto plain (NE Italy) /
Influence de la qualité du sol et du terroir sur la degradation de la foret planitielle du Veneto
(NE Italie) / L’influenza della qualità del suolo e del territorio sul declino dei boschi
planiziali in Veneto (Italia nord-est). 175
Emanuela Fabbrizi
Control and analysis activities on soil, waste and sediment samples of ARPA Bologna
department / Activitè de contrôle et analyse sur le matrices sol, dechèt et sediments de
l’Agence règional pour la prèvention et du milieu de Bologna / Attività di controllo ed
analisi sulle matrici suolo, rifiuti e sedimenti di ARPA sezione di Bologna. 183
Cristina Menta
Soil biological quality evaluation: the soil microarthropod contribution / Relations entre la
qualite du sol et la faune des microarthropodes / Il contributo dei microartropodi edafici
nella valutazione della qualità biologica del suolo. 189
Stefania Papa, Laura Cerullo, Anna Di Monaco, Giovanni Bartoli, Antonietta Fioretto
Trace elements in fruit and vegetable / Les traces de métaux dans le secteur des fruits et
légumes / Metalli in traccia in frutta e verdura. 199
Massimo Gherardi, Samantha Lorito, Gilmo Vianello, Livia Vittori Antisari
Soil depletion due to urbanisation in the areas near the Po river (Municipally of Castel S.
Giovanni, Sorbolo, Bondeno - Italy) / Consommation du sol due à l'urbanisation dans des
aires adjacentes au fleuve pô (Commmunes des Castel S. Giovanni, Sorbolo, Bondeno -
Italia) / Perdita di suolo per urbanizzazione in aree limitrofe al fiume Po (Comuni di Castel S.
Giovanni, Sorbolo, Bondeno - Italia). 205
Valentino Straser
Mineral horizons, electromagnetic fields and circular shapes in the grass / Horizons
minéraux, champs électromagnétiques et formes circulaires dans l'herbe / Orizzonti minerali,
campi elettromagnetici e forme circolari nell’erba. 215
.
7

Authors index / Index des auteurs / Indice degli autori
ADORNI BRACCESI Alessandra, 37 GHERARDI Massimo, 115, 205
AVIANI Umberto, 37 GIANDON Paolo, 167
BARTOLI Giovanni, 199 IUZZOLINO Camilla, 75
BINI Claudio, 175 KASTRITIS Thanos, 27
BUFFA Gabriella, 175 LORITO Samantha, 205
BURGHELEA Carmen I., 69 MASI Umberto, 143
BUSCAROLI Alessandro, 115, 129 MENTA Cristina, 189
CABOI Raffaele, 43 PALANCA Antonio, 69
CAMPANALE Anna Flora, 149 PAPA Stefania, 199
CANCIANI Lorenzo, 75 PASSONI Linda, 11
CAPPELLIN Roberta, 167 PATTEE Eric, 63
CASTORINA Francesca, 143 PEDRON Francesca, 161
CERULLO Laura, 199 PENNISI Maddalena, 37
CIARDI Carlo, 161 PETRINI Riccardo, 37
CIDU Rosa, 43 PETRUZZELLI Gianniantonio, 161
CIOFFI Manuela, 19 PIASTRA Stefano, 51
COVELLI Stefano, 129 POLUZZI Vanes, 11
D'ONOFRIO Elisa, 175 PONTALTI Francesca, 129
DA PELO Stefania, 43 RAMPAZZO TODOROVIC Gorana, 99
DASSENAKIS Manos, 27 ROUSELAKI Eleni, 27
DI MONACO Anna, 199 STENNI Barbara, 37
DINELLI Enrico, 129 STRASER Valentino, 215
FABBRIZI Emanuela 183 VIANELLO Gilmo, 115, 129, 205
FALCONI Carlo, 85 VITTORI ANTISARI Livia, 115, 129, 205
FIORETTO Antonietta, 199 ZAHARESCU Dragos, 69
FLORA Onelio, 37 ZANNONI Denis, 115
GASPARETTO Giovanni, 167 ZILIOLI Diana Maria, 175
GATTI Marina, 149
8

Sessione/Session I.
Air quality
Qualité de l’air
Qualità dell'aria
9

ATMOSPHERIC AEROSOLS IN URBAN AND RURAL AREAS
AÉROSOLS ATMOSPHÉRIQUES EN ZONES URBAINE ET RURALE
AEROSOL ATMOSFERICO IN AREE URBANA E RURALE
Linda Passoni*, Vanes Poluzzi
Regional Thematic Centre for Urban Areas
Agency for Prevention and Environment (Arpa) of Emilia – Romagna Region
*Corresponding author: E-mail:lpassoni@arpa.emr.it Fax 051342642
Summary
The aim of this work is to illustrate the results obtained from studies conducted by
Arpa Emilia - Romagna about the chemical and physical characterization of aerosols
and air pollution in urban and rural areas. In the monitoring of air quality
around the incinerator of Bologna, Total Suspended Particulate matter (TSP), of
Particulate Matter with diameters less than 10 µm (PM10) and less than 2.5 µm
(PM2.5) was chemically analysed in terms of both mass and speciation of Polycyclic
Aromatic Hydrocarbons (PAHs). The aim of the "Dust" project was to
chemically and physically characterize particulate matter with a diameter between
10 and 0.49 µm in urban areas. But the size distribution of the particle numbers
with diameter between 5.6 and 560 nanometres in both rural and urban area was
also investigated. In all studies, there was a meteorological analysis of the results
obtained.
Keywords: Chemical-physical characterization of aerosols; speciation of PAHs;
size distribution of aerosol particle numbers.
Résumè
Le but du travail était d'illustrer les résultats obtenus à partir d'études effectuées par
Arpa Emilia - Romagna sur la caractérisation physique et chimique des aérosols et
de la pollution atmosphérique en milieux urbain et rural. Au cours de la surveillance
de la qualité de l'air autour de l'incinérateur de Bologne a été effectuée une
caractérisation chimique de la matière particulaire totale (PTS) en particules de
diamètre inférieur à 10 µm (PM10) et inférieur à 2,5 µm (PM2.5), tant en termes de
masse que et de la spéciation des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP).
Alors que la finalité du projet "Dust" était la caractérisation physico-chimique des
particules de pollution atmosphérique d'un diamètre compris entre 10 et 0,49 µm
dans les zones urbaines, a également été analysée la distribution de la taille des
particules de diamètre entre 5,6 et 560 nanomètres dans les zones rurales et urbaines.
Dans toutes les études, il ya eu une analyse météorologique des résultats
obtenus.
11

Mots-clés: Caractérisation physico-chimique des aérosols; spéciation des HAP;
distribution granulométrique des particules.
Riassunto
Lo scopo del lavoro è illustrare i risultati ottenuti dagli studi svolti da Arpa Emilia
– Romagna riguardo la caratterizzazione chimico–fisica dell’aerosol atmosferico
sia in area urbana che rurale. Nello studio di monitoraggio della qualità dell’aria
intorno al termovalorizzatore di Bologna è stata analizzata la caratterizzazione
chimica del materiale particolato totale (PTS), del materiale particolato con diametro
inferiore a 10 µm (PM10) e inferiore a 2.5 µm (PM2.5) sia in termini di massa
che di speciazione degli Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA). Mentre lo scopo
del progetto “Polvere” è stato di valutare la caratterizzazione chimico - fisica del
particolato atmosferico con diametro fra i 10 e i 0.49 µm in area urbana. Si è analizzata
la distribuzione dimensionale del numero delle particelle con diametro fra i
5.6 e i 560 nanometri sia in zona rurale che urbana. In tutti gli studi è stata effettuata
una analisi meteorologica dei risultati ottenuti.
Parole chiave: Caratterizzazione chimico-fisica dell’aerosol; speciazione degli
IPA; distribuzione dimensionale del numero di particelle.
Introduzione
Le particelle di aerosol atmosferico influenzano la qualità della vita umana in differenti
modi. Esse hanno effetti avversi sulla salute dell’uomo (WHO, 2002; Oberdöster,
2005) ed effetti sui cambiamenti climatici (Lohmann and Feichter, 2005;
IPPC, 2007). Mentre molte delle evidenze legate alla salute sono state basate sul
PM10, sono sorte questioni specifiche: quale particolare tipo di aerosol potrebbe
essere responsabile e di come il rischio di esposizione per la popolazione può essere
ridotto. Si sospetta che effetti negativi per la salute possano essere provocati
dall’aerosol contenente specie carboniose, metalliche, ioniche e da particelle ultrafini
(diametro

Studi e risultati
Nel corso degli ultimi anni, Arpa ha svolto numerosi progetti riguardo il monitoraggio
e la modellistica dell’aerosol atmosferico. In seguito vengono descritti alcuni
dei principali studi svolti.
1 – La campagna di monitoraggio intorno all’area del termovalorizzatore dei rifiuti
solidi urbani di Granarolo dell’Emilia fra l’anno 2005 e 2006 (Arpa Emilia - Romagna,
2006), in concomitanza con il rinnovo dell’impianto.
Scopo dello studio è stato il monitoraggio della qualità dell’aria, dell’acqua, del
suolo e delle piante intorno alle zone dell’inceneritore. Inoltre è stata effettuata una
indagine epidemiologica e una valutazione del rischio. Il monitoraggio della qualità
dell’aria è stato effettuato in cinque siti localizzati intorno all’inceneritore. I parametri
monitorati sono stati le PTS, il PM10 e il PM2.5 in un periodo estivo, autunnale
e invernale per la durata di 15 giorni a periodo. Inoltre sulla concentrazione in
massa di PM10 si è eseguita la speciazione degli IPA. Durante la campagna di
monitoraggio della qualità dell’aria è stato effettuato il controllo del flusso di emissione
del termovalorizzatore per gli stessi parametri.
Per tutti e tre i periodi della campagna di monitoraggio, la media dei valori delle
PTS misurati intorno al termovalorizzatore risulta simile ai valori rilevati nella
stazione rurale di Monte Cuccolino, mentre la stazione urbana di San Felice presenta
dei valori nettamente più alti (Fig.1).
120
100
80
60
40
20
0
Media postazioni termovalorizzatore
San Felice
Monte Cuccolino
13
PTS (ug/m 3 )
estate autunno inverno
Figura 1
Valore medio
delle PTS nei
tre periodi
della campagna
di monitoraggio.
Le medie dei valori sia di PM10 che di PM2.5 misurati intorno al termovalorizzatore
risultano invece simili ai valori rilevati nella stazione urbana di San Felice (Fig.2
e Fig.3).
Nella figura 3 è riportato anche il confronto con la stazione rurale di San Pietro
Capofiume che presenta, rispetto alle altre postazioni, valori inferiori di PM2.5,
tranne che nel periodo estivo dove i valori risultano simili in tutti i siti.
Anche per la speciazione degli IPA è stato fatto un confronto fra i cinque siti intorno
al termovalorizzatore, l’area urbana e rurale (Fig. 4)

120
100
80
60
40
20
0
.
120
100
80
60
40
20
0
PostazioneA
PostazioneE
PostazioneD
Media postazioni termovalorizzatore
San Felice
PostazioneB
PostazioneC
Benzo(a)pirene
Benzo(b)fluorantene
Benzo(k)fluorantene
Benz(a)antracene
Dibenzo(a,h)antracene
Fluorantene
Indeno(1,2,3,c,d)pirene
Benzo(g,h,i)perilene
14
PM10 (ug/m 3 )
estate autunno inverno
Media postazioni termovalorizzatore
San Felice
S.Pietro Capofiume
PM2.5 (ug/m 3 )
estate autunno inverno
Figura 4 - Speciazione degli IPA effettuata sulla massa di PM10.
Figura 2
Valore medio
del PM10 nei tre
periodi della
campagna di
monitoraggio.
Figura 3
Valore medio del
PM2.5 nei tre
periodi della
campagna di
monitoraggio.
SanFelice
SanPietroCapofiume
Nella speciazione degli IPA si nota un comportamento particolare del Fluorantene
a differenza della altre specie che risultano confrontabili in tutti i siti investigati. Il
Fluorantene, infatti, presenta nei cinque siti intorno al termovalorizzatore e

nell’area rurale un valore simile, mentre nell’area urbana il rapporto calcolato di
Fluorantene risulta più elevato. La speciazione degli IPA effettuata sui gas direttamente
emessi risulta invece simile alla speciazione degli IPA riscontrata in area
urbana sulla massa di PM10.
2 - La caratterizzazione fisico-chimica del particolato atmosferico, progetto “PolveRe”
(Arpa Emilia – Romagna, Università degli Studi di Bologna, 2005), svolto
in collaborazione con il dipartimento di chimica “G. Ciamician” dell’Università di
Bologna.
Scopo del progetto è stata la caratterizzazione chimico – fisica del particolato atmosferico
con diametro fra i 10 - 0.49 µm in area urbana. E’ stato utilizzato un
impattore a cascata di tipo Andersen ad alto volume per il campionamento frazionato
di PM10 nelle seguenti sei classi: 10 – 7.2 µm, 7.2 – 3 µm, 3 – 1.5 µm, 1.5 –
0.95 µm, 0.95 – 0.49 µm, < 0.49 µm. Le misure sono state effettuate per 12 mesi
consecutivi presso il dipartimento di Fisica dell’Università di Bologna. Per ciascuna
frazione granulometrica si è determinata la massa, gli IPA (componente organica)
e gli anioni e cationi (componenti inorganiche solubili).
Nel progetto “PolveRe” risulta che un importante contributo nella determinazione
della concentrazione in massa di PM10 proviene dalla frazione del particolato con
diametro inferiore a 0.95 µm (Fig. 5).
17%
9%
11%
9%
13%
41%
15
< 0.49
0.49÷0.95
0.95÷1.5
1.5÷3.0
3.0÷7.2
7.2÷10
Figura 5
Contributo
percentuale
medio di ogni
frazione alla
concentrazione
in massa di
PM10.
Nel contributo percentuale medio di ogni frazione alla concentrazione di PM10 si è
riscontrata una certa influenza meteorologica. Le frazioni di PM comprese tra 7.2 ÷
10 m e tra 3.0 ÷ 7.2 m presentano valori maggiori in primavera ed in estate probabilmente
sia a causa della maggiore turbolenza meccanica e convettiva ed altezza
dello strato di rimescolamento (PBL), sia a causa del contributo del bioaerosol, ed
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
0.95 ÷ 1.5 m risultano essere maggiori nel periodo invernale ed autunnale rispetto
al periodo primaverile ed estivo, aumentando il contributo del materiale particellare
“fine” alla massa di PM10 campionato nei mesi invernali.
Anche dall’analisi della distribuzione percentuale degli IPA nelle frazioni di PM
considerate risulta che il contributo maggiore risulta provenire dalle frazioni “submicroniche”
(diametro inferiore a 0.95 m). Tale distribuzione risulta simile in
tutte le stagioni, ma riguardo l’andamento stagionale si è riscontata una concentrazione
(in valore assoluto) degli IPA maggiore in autunno ed inverno che in primavera
ed estate. La diminuzione delle concentrazioni rilevate nei mesi primaverili ed
estivi è legata in parte alle reazioni di fotolisi diretta, con specie radicaliche (OH,
NO2, NO3) o altre molecole reattive presenti in atmosfera, che contribuiscono a
diminuirne il tempo di permanenza, alla diversa ripartizione degli IPA tra la fase
gas e il materiale particellare causata dalla elevata temperatura ambiente, ed in
misura minore dalla maggiore altezza e turbolenza dello strato di rimescolamento.
Riguardo la componente inorganica solubile del PM, il contributo maggiore proviene
dai Solfati i Nitrati e l’Ammonio; il contributo significativo dei Nitrati è stato
riscontrato in autunno ed inverno, mentre quello dei Solfati in primavera ed estate.
3 – L’analisi della variazione spaziale della distribuzione dimensionale del numero
delle particelle con diametro compreso fra 5.6 e 560 nm in un’area urbana, Giardini
Margherita (GM), e in un’area rurale, San Pietro Capofiume (SPC), nei pressi di
Bologna.
La distribuzione del numero delle particelle è stata determinata usando uno spettrometro
Fast Mobility Particle Sizer (FMPS) Modello 3091 – TSI. Lo strumento
fornisce la misura della concentrazione numerica delle particelle nell’intervallo 5.6
– 560 nanometri in 32 canali. La tecnica di misura si basa sulla mobilità elettrica
delle particelle con l’utilizzo di elettrometri multipli (classificatore elettrostatico).
Le variazioni spaziali della distribuzione dimensionale del numero delle particelle
“submicroniche” in un’area urbana (GM) e in area rurale (SPC) sono riportate rispettivamente
nella figura 6 e nella figura 7.
Entrambi i siti presentano una moda di nucleazione con diametro geometrico rispettivamente
di 11 nm e 13 nm, una moda di Aitken con un diametro di 41 nm e 55
nm e una moda di accumulazione con diametro di 105 nm e 98 nm. La concentrazione
del numero di particelle rilevata a SPC (7926 #/cm 3 ) rappresenta l’88% delle
particelle totali misurate ai GM (9037 #/cm 3 ), probabilmente a causa degli alti flussi
di traffico in area urbana (Hussein et al., 2005). Il sito di SPC presenta una concentrazione
di particelle molto più alta nella moda di accumulazione rispetto ai
GM; le condizioni meteorologiche di SPC sono caratterizzate da temperature più
basse e umidità relative più alte che probabilmente portano ad una crescita di particelle
per condensazione e coagulazione.
Durante le campagne sono stati osservati episodi di nucleazione (Curtius, 2006) in
entrambi i siti dopo eventi di perturbazione atmosferica caratterizzati da forti rimescolamenti
d’aria sia a scala locale che sinottica. Gli episodi di nucleazione ac-
16

cadono nelle ore centrali della giornata quando la radiazione solare è più intensa; la
fotochimica gioca un ruolo importante in questi processi.
Discussione e conclusione
17
Figura 6
Distribuzione
dimensionale
del numero
totale di particelle
a GM.
Figura 7
Distribuzione
dimensionale del
numero totale di
particelle a SPC.
Lo scopo del lavoro è stato di illustrare i risultati ottenuti dagli studi svolti da Arpa
Emilia – Romagna riguardo la caratterizzazione chimico–fisica dell’aerosol atmosferico
sia in area urbana che rurale. I principali risultati ottenuti si possono così
sintetizzare:
1 - L’area intorno al termovalorizzatore di Bologna risulta simile ad un’area rurale
sia per le concentrazioni delle PTS che per la speciazione degli IPA sulla massa del
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
simile ad un’area urbana.
2 - Dalla caratterizzazione chimico - fisica del particolato atmosferico con diametro
fra i 10 e i 0.49 µm in area urbana risulta che la frazione con diametro inferiore ad
1 µm dà il contributo maggiore sia alla concentrazione del particolato che alla concentrazione
degli IPA rilevati nel PM10.
3 - Le distribuzioni dimensionali del numero delle particelle sono caratterizzate sia
in area urbana che rurale dalle tre mode classiche: nucleazione, Aitken e accumulazione
con valori più alti del numero di particelle in area urbana (GM) a causa dei
flussi di traffico più elevati. Le condizioni meteorologiche a SPC sono caratterizzate
da temperature più basse e umidità relative più alte che probabilmente causano
una crescita delle particelle per condensazione e coagulazione. Gli eventi di nucleazione,
accaduti in entrambi i siti, sono stati favoriti da ore diurne caratterizzate
da elevata radiazione solare, precedute da fronti perturbati che, favorendo il rimescolamento
delle masse d’aria, hanno prodotto situazioni di aria “più pulita”.
Bibliografia
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18

AIR QUALITY MONITORING WITH THE LICHEN BIODIVERSITY
INDEX (LBI) IN THE DISTRICT OF FAENZA (ITALY)
MONITORING DE LA QUALITÉ DE L’AIR AU MOYEN DE L'INDICE
DE BIODIVERSITÉ LICHÉNIQUE (IBL) SUR LE TERRITOIRE
DE LA COMMUNE DE FAENZA (ITALIE)
MONITORAGGIO DELLA QUALITÀ DELL’ARIA
MEDIANTE L'INDICE DI BIODIOVERSITÀ LICHENICA (IBL)
NEL TERRITORIO DEL COMUNE DI FAENZA (ITALIA)
Manuela Cioffi
GeoL@b o.n.l.u.s.
E-mail: manuelastefania8@hotmail.com
Summary
The Lichen Biodiversity Index (LBI) is a method for monitoring air pollution. This
method employs lichens living on lime trees because they are sensitive to NOx and
SOx, and it considers the variations in their communities. This study was performed
in 16 stations located in the suburbs of Faenza city town and the result
shows a more than acceptable air quality although in some stations the air was affected
by the polluting effects of the vehicle traffic.
Keywords: Bioindicator; lichens; air pollution; biodiversity.
Résumé
L’indice de Biodiversité des Lichens (IBL) est une méthode de monitoring de la
pollution atmosphérique. Cette méthode se base sur l’étude de lichens épiphytes
qui colonisent les tilleuls et qui sont sensibles à NOx et SOx, Elle consiste à observer
les variations de leurs communautés. Cette étude, réalisée sur 16 stations des
alentours de FAENZA, a révélé une qualité de l’air plus qu’acceptable bien que
certaines stations subissent la pollution liée au trafic routier.
Mots-clés: Bioindicateur; lichens; pollution atmosphérique; biodiversité.
Riassunto
L’indice di Biodiversità Lichenica (IBL) è un metodo di monitoraggio
dell’inquinamento atmosferico. Questo metodo utilizza i licheni epifiti che colonizzano
alberi di tiglio, poiché sono organismi sensibili a NOx e SOx, e osserva le
variazioni delle comunità. Questo studio si è svolto in 16 stazioni della periferia di
Faenza e ha dato come risultato una qualità dell’aria più che accettabile nonostante
che qualche stazione risenta degli effetti inquinanti del traffico veicolare.
Parole chiave: Bioindicatori; licheni; inquinamento dell’aria; biodiversità.
19

Discussion
The Lichen Biodiversity Index (LBI) method to monitor the air quality has been
applied in an investigation about the town of Faenza (Fig. 1). This method has been
published in May 2001 by ANPA, with the title “IBL – Indice di Biodiversità
Lichenica”, freely downloadable from the web and adapted to educational and
popular purposes; it is based on sensitivity of lichens respect to some products
from combustion of fossil fuels, like NOx and Sox; in adverse conditions, it can be
observed a variation inside the community (Table 1).
Figure 1 – Map of Faenza town and surroundings. In shaded grey squares, numbers of
station are indicated. Map not to scale.
20

Table 1 – Lichens species found. Numbers of station refer to Table 2.
STATIONS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
LICHENS SPECIES
Amandinea punctata
Artonia radiata
Candelaria concolor
Candelariella
reflexa/ xantostigma
Evernia prunastri
Hyperphyscia adglutinata
Lecanora carpinea
Lecanora chlarotera
Lecanora hagenii
Lecidella elaeochroma
Parmelia caperata
Parmelia subaurifera
Parmelia subrudecta
Parmelia solcata
Parmelia liliacea
Phaeophyscia orbicularis
Physcia adscendens
Physcia biziana
Physcia tenella
Physconia distorta
Physconia grisea
Xanthoria fallax
Xanthoria parietina
This is the first of this type of interventions in this area; this work could be the first
of a series of periodical monitorings, like, for instance, every five years. We tried
to choose stations (Table 2) having:
well distribution in the whole territory, excepted downtown because it will be
considered in the next studies;
three lime trees (Tilia sp.pl.) where possible, or at least two.
The first seven stations (1-7) are located in the plan to the north of Via Emilia (Fig.
1); other nine (8-16) are located on the hill belt to the south of Via Emilia. In some
cases the tree choice was very restricted because the trees were not much homogeneous
and often in bad conditions: big inner hollows, wounds by bill-posting, steep
slope. Moreover, almost all monitored trees showed dry or yellow leaves edges
because of the draught, probably a usual condition in summer after a long dry period.
As this method suggests, we had to exclude trees standing where cars stop
with the engine on (traffic-lights, crowded car-parks) unless the work aims at
monitoring local limited situations. Here we chose to use 16 stations in a comparatively
small territory, therefore also local situations are considered in IBL mean
21

values, even if quite different from those of other trees. In Fig. 2 are shown the
monitoring results. IBL values refer to Table 3 about the air quality.
As shown in the graph (Fig. 2), the air quality in Faenza area is more than acceptable,
but some stations (though far from the town) show IBL values similar to the
ones from the town (yellow columnes).
Table 2 – Stations, monitoring days, grid references, number of trees observed in each
station and Biodiversity Index risulted.
Reference
number
Station Time UTM grid reference
(Latitude, Longitude)
22
Number
of trees
1 Granarolo 08/10/2006 4916289 N, 733985 E 3 47
2 Pieve Cesato 08/10/2006 4913732N, 735851 E 3 53
3 Albereto 08/15/2006 4912205 N, 738515 E 3 40
4 Cassanigo 08/08/2006 4914595 N, 730612 E 3 37
5 Sant'Andrea 08/10/2006 4913621 N, 732368 E 2 49
6 San Pier Laguna 08/08/2006 4912131 N, 729133 E 3 19
7 Pieve di Corleto 09/15/2006 4906225 N, 736776 E 2 46
8 Celle 09/28/2006 4908356 N, 726270 E 3 28
9 San Biagio 09/15/2006 4904100 N, 734640 E 3 36
10 Pergola ( in the vicinity) 09/15/2006 4906588 N, 724720 E 3 34
11 Villa Ragazzina 09/28/2006 4906787 N, 725994 E 3 53
12 Villa Rotonda 09/29/2006 4906590 N, 727326 E 3 24
13 Pieve di Sarna 09/29/2006 4902647 N, 726212 E 3 40
14 Santa Lucia 09/29/2006 4903016 N, 731572 E 3 35
15 Via Salita di Oriolo 09/29/2006 4901978 N, 732808 E 2 45
16 San Mamante 10/01/2006 4901053 N, 733320 E 3 38
Table 3 – Legend about Biodiversity Index and Reference Classes of air quality.
Colors IBL Reference classes
0 Very high alteration (lichen desert)
1 - 10 High alteration
11 - 20 Middle alteration
21 - 30 Low alteration/low naturality
31 - 40 Middle naturality
41 - 50 High naturality
> 50 Very high naturality
The stations having the worst air quality are in S. Pier Laguna and Celle. About S.
Pier Laguna station, the low value obtained probably is due to the presence of the
A14 motorway lying close to it; such a bad influence is not detected in Pieve di
Corleto station, although it lies between the motorway and Via Emilia as well. The
reason for this difference is likely due to the presence of fields cultivated with intensive
method (lichens are very sensitive to fungicides that kill pathogenic fungi)
or to a vegetation between this station and the motorway too poor for absorbing
IBL

pollution coming from the road. To understand this situation we should study better
the geographic distribution of plants, the use of soil and prevailing winds. The
same applies to Celle station, as far from Via Emilia as S. Biagio station but being
one IBL quality class under. Clear enough is the situation of Villa Rotonda station,
having low naturality IBL values probably because it is very close to Via Firenze
and the parking area of its crowded restaurant.
Figure 2 – Graph about Biodiversity Index and frequency for every station. As numbers refer
to Table 2 as shades of grey to Table 3.
So the quality of the air is affected by the polluting effects of the vehicle traffic
coming from the nearby roads and the parking area of the restaurant, where the
station is located. Again the vehicle traffic is responsible for the poor quality of the
air, although in this area is not as bad as in other similar enviromental conditions.
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all’Agenda 21 locale. Regione Lombardia, CREA Lombardia, Università degli Studi di
Pavia. Mantova.
24

Sessione/Session II.
Water quality
Qualité de l’eau
Qualità dell'acqua
25

26

EFFECTS OF THE CONSTRUCTION OF IRRIGATION RESERVOIRS ON
THE DISTRIBUTION OF POLLUTANTS IN ESTUARINE
ZONES OF SMALL MEDITERRANEAN RIVERS.
THE CASE OF SPERCHIOS RIVER, GREECE
EFFETS DE LA CONSTRUCTION DE RÉSERVOIRS D’ IRRIGATION
SUR LA DISTRIBUTION DES POLLUANTS DANS LES ZONES
ESTUARIENNES DE PETITES RIVIÈRES MÉDITERRANÉENNES.
LE CAS DE LA RIVIÈRE SPERCHIOS, GRÈCE
GLI EFFETTI DELLA COSTRUZIONE DI INVASI IRRIGUI
SULLA DISTRIBUZIONE DI INQUINANTI IN ZONE DI ESTUARIO
DI PICCOLI CORSI D'ACQUA DEL MEDITERRANEO.
IL CASO DEL FIUME SPERCHIOS, GRECIA.
Manos Dassenakis, Eleni Rouselaki, Thanos Kastritis
University of Athens, Faculty of Chemistry,
Laboratory of Environmental Chemistry
* Corresponding author: e-mail:edasenak@chem.uoa.gr Tel: 00302107274269
Summary
Sperchios is a small river in central Greece and although its estuary has been characterised
as an Important Bird Area and is included in the European network
“NATURA 2000”, it is very poorly managed from an environmental point of view.
The Sperchios basin is one of the most important agricultural regions in Greece but
it is influenced also by industrial and urban pollution. An earthen dyke is erected b
every summer about 2km upstream from the river mouth in order to collect the
river water for irrigation purposes. The change in the site of the intermixing zone
due to this fact affects the salinity of the water and the amount of suspended matter
as well as the chemical behaviour and partitioning of both heavy metals and nutrients.
The suspended matter was found to be the major carrier for most metals e.g.
lead, zinc, copper whereas phosphorus was the limiting factor for the phytoplankton
growth.
Keywords: Sperchios river; water pollution; heavy metals; salinity; phytoplankton.
Résumé
Le Sperchios est une petite rivière en Grèce centrale dont l’estuaire a été reconnu
comme un territoire important pour les oiseaux et inclus dans le réseau européen
“NATURA 2000”. Néanmoins, d’un point de vue environnemental la rivière est
mal administrée. Le bassin versant du Sperchios est une des régions agricoles des
plus importantes en Grèce, mais il est aussi influencé par la pollution industrielle et
urbaine. Une digue de terre est édifiée chaque été à approximativement 2 km en
amont de l'embouchure de la rivière afin de collecter l’eau de la rivière pour l'
27

irrigation. Le déplacement de la zone de mélange à cause de cet événement modifie
la salinité de l’eau, la quantité de matière en suspension, le comportement chimique
et la concentration en métaux lourds et en composants nutritifs.
La phase en suspension a été trouvée être le transporteur principal pour la plupart
des métaux, comme le plomb, le zinc, le cuivre, mais le phosphore était le facteur
limitant du development du développment de phytoplancton.
Mots-clés: Rivière Sperchios; métaux lourds; pollution de l'eau; salinité;
phytoplancton.
Riassunto
Sperchios è un piccolo corso d'acqua della Grecia centrale il cui estuario presenta
un territorio d'importanza comunitaria per gli uccelli incluso nella rete europea
"NATURA 2000". Al contrario, da un punto di vista ambientale il corso d'acqua è
male amministrato. Il bacino di raccolta dello Sperchio ricade in una delle regioni
agricole più importanti della Grecia, ma è anche interessato da inquinamento di
origine industriele e urbana. A circa 2 km dal suo sbocco in mare il corso è stato
sbarrato con una diga in terra per la creazione di un invaso per scopi irrigui. A
causa di tale intervento è cambiata la regimazione delle acque che risente della
salinità, della quantità del materiale in sospensione, della concentrazione di metalli
pesanti e di sostanze nutritienti. La fase in sospensione costituisce il principale
apporto di metalli, ed in particolare di piombo, zinco e rame, ma il fosforo
rappresenta il fattore limitante per lo sviluppo del fitoplancton.
Parole chiave: Fiume Sperchios; inquinamento dell'acqua; metalli pesanti; salinità,
fitoplancton.
Introduction
Estuarine zones are usually sites of major agricultural, urban and industrial
activities that influence their environmental quality. The study of processes related
to chemical behaviour, transport and accumulation of pollutants in estuarine
environments is particularly important in order of providing a more appropriate
scientific framework for the sustainable management of such critical areas. In most
Mediterranean countries there is not systematic monitoring of the water quality
although a lot of pollution problems have been observed. There is not also adequate
management of water resources under scientific guidance. A common practice in
the Mediterranean countries is the creation of small bunds along the rivers for
irrigation purposes during summer when there is generally lack of water . These
small dams have usually significant effects in the river and estuarine ecosystems as
the marine water enter into the river mouth changing the physicochemical
characteristics of the area. Changes in these parameters can be significant in small
rivers that are systems in danger of environmental deterioration or ecological
degradation, without the appropriate management towards sustainability.
28

(Dassenakis et al., 1997, Waldman and Shevah, 1993; GESAMP/UNESCO, 1994).
(GESAMP/UNESCO 1987, Greek Oceanographers Association 1994).
Sperchios is a small river in Central Greece. Its catchment area is 1,640Km 2 , its
length is about 80Km and the width up to 20m. The river flow ranges during the
year mainly between 5 and 50 m 3 /sec but in some cases it has caused dangerous
floods (Kallidromitou, 1995)
The Sperchios estuary area has been characterised as an Important Bird Area (IBA)
and also has been proposed as a Special Protected Area (SPA). It is also included in
the European network “NATURA 2000” according to 92/43 E.U.directive (Pergantis
1995)
The Sperchios basin is one of the most important agricultural regions in Greece.
The agricultural land is about 400km 2 which supports a highly competitive
agricultural sector with dynamic growth. The irrigated area is about 200km 2 . The
main cultures are cotton cereals, olives, and pistachio trees, since large areas near
the delta are planted with rice, irrigated with water brought by canals from the
river. Agricultural activities enrich the water of Sperchios river with nitrogen,
phosphorous and pesticides. About 23,000tn of fertilizers and 300tn of pesticides,
insecticides, herbicides etc are used annually in the area. The results of this
enrichment are increased phytoplankton populations, green blurred waters and the
observation of some pollution episodes that led to massive deaths of fishes. In the
area there is also industrial pollution by olive oil refineries, wheat mills, abattoirs,
dying works etc. The illegal disposal of liquid wastes and sludge into the river is
quite common. A bund is created every summer about 2km up the river mouth in
order to collect the river water for irrigation purposes (Dassenakis et al 2000).
29
Figure 1
The studied area
Materials and methods
For the purposes of the study, two samplings took place during July and December
2005, along the intermixing zone of the estuary. The sampling stations were

ecorded by the use of a GPS and the portable YSI 63 and YSI 550A equipments
were used for temperature, salinity, conductivity and dissolved oxygen
measurements, During summer the samples were collected from the riverbed of
Sperchios whereas in December, the intermixing zone, was outside of the river
mouth, due to increased winter flow of the river. The samples were collected by a
hydro-bios sampling bottle and were filtered in succession through pre-weighed
Millipore 8 m and 0,45 µm membrane filters. The filters were treated with
concentrated HNO3 in Teflon beakers. Dissolved metals were determined after
preconcentration with Chelex-100 resin columns (Scoullos and Dassenakis, 1984,
Rapti 2000). Metal concentrations were determined by flame or flameless atomic
absorption spectrometry. Ammonia, nitrites, nitrates and phosphates were
measured spectrophotometrically (Grasshoff et al 1999, APHA 1985). The quality
of the measurements was reassured by repeatability and standard addition tests.
Results and discussion
The main hydrological characteristics of the river were rather typical for small
Mediterranean rivers. The concentrations of dissolved O2 were very close to the
saturation values and the pH was 7.2-7.8 in freshwater and about 8.1 in seawater.
The salinities of the samples are presented at Table 1.
Sample Salinity (psu) Table 1
J1 (July) 15,1
J2 21,3
J3 29,4
J4 31,7
J5 35,5
D1 (December) 0,8
D2 6,8
D3 28,3
D4 33,3
D5 35,5
30
Salinity of the
collected samples
Two fractions of the Suspended Matter (SPM) were determined: the material with
diameter between 0.45 m and 8 m and those with diameter larger than 8 m.
During both sampling periods, particles with diameter > 8 m were most abundant,
(percentage 70%). The concentrations of SPM were higher in December due to
increased river flow but the most of the particles precipitated near the river mouth
and only a small part came down to the Maliakos gulf. (Meybeck M.1982, Van
Bennekom A.J. and W.Salomons 1981).
Nutrient behaviour. The chemical behaviour of nutrients was in general non
conservative as it is clear fro figures 2-5.

Salinity (psu)
31
Figure 2
Non conservative
behaviour of Dissolved
Organic Nitrogen during
winter.
[C : theoretical dilution
line]
Figure 3
Non conservative
behaviour of phosphates
(in nmol/l) during winter.
[C : theoretical dilution
line]
Figure 4
Non conservative
behaviour of Dissolved
Organic Nitrogen during
summer.
[C : theoretical dilution
line]
Figure 5
Non conservative
behaviour of phosphates
(in nmol/l) during
summer.
[C : theoretical dilution
line]

There were observed seasonal variations in the behaviour of nutrients as well as
different trends between nitrogen and phosphorus.
The dissolved organic nitrogen was removed from the estuarine system during winter,
probably due to adsorption to sediments or consumption from the aquatic flora,
whereas it is added to the estuarine water during summer probably due to the increased
decomposition of organic matter. (fig. 2, 3, 4).
On the contrary the significantly lower concentrations of phosphates, have the opposite
behaviour probably because there is addition during winter from agricultural
activities (fertilizers), whereas during summer the very low phosphates concentrations
are consumed by the aquatic flora. (fig. 3,5)
Metals behaviour during summer. The chemical behaviour of metals was affected
by variations of salinity, pH and SPM. (McKee et al 2004). In general cadmium
was transferred from the river in dissolved form, while zinc, copper, lead and manganese
in particulate forms. The concentrations of zinc in the dissolved phase increased
seawards whereas the concentrations of particulate metal were reduced
from the estuary to the sea (Figure 6). Cadmium followed the same trend.
32
Figure 6
Zinc concentrations
during July.
(D: dissolved,
P: particulate)
The concentrations of both dissolved and particulate copper increased from the estuary
to the sea (Figure 7). Lead followed the same trend as copper, implying that
metal load was transferred from sediments to water column because of the bund
construction.
Figure 7
Copper concentrations
during July,
(D: dissolved,
P: particulate)

Both dissolved and suspended manganese concentrations were reduced as salinity
raised (Figure 5). The same trend was observed in Mn content of particles (mg/g),
suggesting transfer of manganese from the water column to the sediments.
.
33
Figure 8
Manganese
concentrations
during July.
(D: dissolved,
P: particulate)
Figure 9
Copper concentrations
during December.

The concentrations of copper in the dissolved phase were reduced as salinity
increased, implying metal transfer from the water column to particles, which in
combination with the reduction of particulate matter from the estuary to the sea,
led to reduction in copper concentrations.
Furthermore, the metal load of particles with diameter > 8 m was almost stable
while in particles with diameter 0.45

Phosphorus is the limiting factor for the phytoplankton growth and its release
from sediments that occur during winter is probably to favour eutrophication phenomena.
The dissolved phase was the major carrier for some metals e.g. cadmium, while
the suspended phase was for the most metals e.g. lead, zinc, copper.
The change of the site of the intermixing zone, due to human activities, affects
the chemical behaviour of both metals and nutrients as well as the salinity of the
water and the amount of suspended matter and have important role in metals partitioning
The study indicates the importance of scientifically guided environmental ma-
nagement in order to achieve sustainable development.
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36

APPLICATION OF O-H-B-Sr ISOTOPE SYSTEMATICS
TO THE EXPLORATION OF SALINIZATION AND FLUSHING IN
COASTAL AQUIFERS : PRELIMINARY DATA FROM THE PIALASSA
BAIONA ECOSYSTEM (ADRIATIC SEA)
APPLICATION DES SYSTÉMATIQUES ISOTOPIQUES O-H-B-SR À
L'ÉTUDE DES PROCESSUS DE SALINISATION D'AQUIFÈRES
CÔTIERS: LA PIALASSA DE LA BAIONA (MER ADRIATIQUE)
APPLICAZIONE DELLE SISTEMATICHE ISOTOPICHE DI O-H-B-Sr
ALLO STUDIO DEI PROCESSI DI SALINIZZAZIONE DI ACQUIFERI
COSTIERI: LA PIALASSA DELLA BAIONA (MAR ADRIATICO)
Riccardo Petrini (1)* , Maddalena Pennisi (2) , Alessandra Adorni Braccesi (2,1) ,
Barbara Stenni (3) , Onelio Flora (3) , Umberto Aviani (1)
(1) Dipartimento di Scienze della Terra, Università di Trieste
(2) Istituto di Geoscienze e Georisorse, CNR – Pisa
(3) Dipartimento di Scienze Geologiche, Ambientali e Marine, Università di Trieste
* Corresponding author: e-mail: rpetrini@units.it
Summary
O, H, B and Sr isotopes were identified from surface-waters, ground-waters and
waters percolating in soils at the Pialassa Baiona lagoon and nearby inland areas.
The preliminary data demonstrate the occurrence of both conservative mixtures
between seawater and freshwaters and cation exchange at the salt/fresh water
interface during the intrusion. The O and H isotopes indicate that the freshwater
component in the binary mixing had the isotopic features of the rainwater from
Apennine catchments. Coupled O-H-B isotopes also show that the major
contribution of the moving seawater was confined to the deeper aquifers and some
of the soil waters. The Sr isotopes highlight the role of cation exchanges when
seawater flushes freshwater aquifers, and allow the recognition of the different
components of the solute. Deviations from these processes as revealed by B
isotopes are interpreted as the evidence of possible anthropogenic inputs.
Key-words: Stable-isotope geochemistry; saltwater intrusion; coastal
aquifers;Pialassa Baiona.
Résumé
Les isotopes de l'O, H, B et Sr ont été analysés dans les eaux de surface, les eaux
souterraines et les eaux de percolation dans les sols dans la lagune de Pialassa
Baiona et dans les zones côtières voisines. Ces données préliminaires montrent
l'existence de mélanges entre eau de mer et eaux douces et, simultanément,
37

d'échanges cationiques à l'interface eaux douces-eaux salines lors de l'intrusion
marine. Les isotopes stables de l'eau (O, H) indiquent que la composante douce
dans le mélange binaire porte la signature isotopique des eaux de pluie des bassins
versants de l'Apennin. Le couplage O-H-B montre que l'intrusion de l'eau marine
est limitée aux aquifères profonds et à quelques-unes des eaux du sol. Les isotopes
du Sr mettent en évidence le rôle des échanges cationiques et permettent de
discriminer les différentes composantes de la solution. Des déviations de ce
schéma, indiquées par les isotopes du B sont interprétées comme indicatrices de
l'activité humaine.
Mots-clés: Géochimie des isotopes stables; intrusion saline; aquifères côtiers;
Pialassa Baiona.
Riassunto
Sono stati ottenuti dati isotopici di O,H,B e Sr su campioni di acque superficiali, di
falda e di percolazione in suoli nell’area lagunare della Pialassa Baiona e zone
limitrofe costiere del mare Adriatico settentrionale. I dati sono interpretabili in
termini di processi di mescolamento tra acqua di mare e gli acquiferi costieri, con
l’aggiunta di fenomeni di scambio ionico associati alla intrusione. In particolare gli
isotopi di O-H suggeriscono che la salinazione interesserebbe acque dolci di
provenienza appenninica. Gli stessi isotopi, in aggiunta ai dati isotopici di B,
indicano che i maggiori effetti della intrusione interessano le acque dei piezometri
più profondi ed alcune delle acque dei suoli. Gli isotopi dello Sr identificano gli
apporti al soluto da diverse sorgenti e tracciano i fenomeni di scambio che
sembrano più efficaci nella porzione settentrionale dell’area. Deviazioni dai
processi di mescolamento-scambio ionico sono interpretate come evidenza di
apporti antropici.
Parole chiave: Geochimica degli isotopi stabili; intrusione salina; acquiferi
costieri; Pialassa Baiona.
Introduction
Coastal aquifers are complex hydrogeological systems characterized by a high
lateral and temporal variability in terms of a number of physico-chemical
properties (Abbiati, 2003; Michael et al., 2005). In these ecosystems elements
undergo transfer through simple mixing between freshwater and seawater and
consequent formation of brackish waters, and removal/enrichment processes by
ion-exchange processes, absorption between soil and solution, sorption on soil
organic matter and the formation of secondary minerals (e.g. Lambrakis, 2006).
The understanding of cation sources and fluxes is hence of primary interest in the
study of the environmental changes related to coastal aquifers.
In this context, isotopes offer a valuable contribution which couples with the major
and trace element chemistry. In particular, oxygen and hydrogen give indication on
the recharge areas and trace the mixing of water bodies with different salinity,
38

while strontium and boron add information on the water-rock (or soil) interaction,
as well as on the contribution of anthropogenic sources.
The Pialassa Baiona is an artificial lagoon system created by the water courses
regularization from the 18th century. The lagoon maintenance is possible only with
continuous interventions of control of the input channels.
In the Pialassa Baiona - San Vitale Pinewood system sandy facies are dominant
(Marchesini et al., 2000) and create several permeable horizons separated by
sandy-silt or clay levels and with high lateral and vertical variability. This fact
causes aquifers differentiation.
Subsurface sediments contain a wide variety of Holocene deposits, with fluvial,
deltaic, coastal and shallow-marine facies (Amorosi et al., 1999).
The subsidence natural rate of the study area is about 2.5 mm/year (Gabbianelli et
al., 2003), and reached the peak of 110 mm/year after World War II due to the
groundwater pumping and gas production (Teatini et al., 2005). The consequence is
the marine ingression and the salinization of deep and surface aquifers and the
death of the San Vitale Pinewood.
The water circulation is complex and depends on permeability of the different
deposits facies and the hydraulic gradient of the water table. Tides cause the
seawater inflow through channels and the replacement of the brackish waters.
Materials and methods
Surface waters, precipitations, superficial and deep stratum waters have been
sampled.
Surface stratum waters (less than a meter deep) were sampled through soil profiles
dug with hand drills. Deep stratum waters were sampled using the piezometers
which are placed in the San Vitale Pinewood. Rainwater was sampled through two
pluviometers, one placed in the ITAS Department near the study area and the other
placed on the Apennine supply basin. Samples for B and Sr isotopic analyses were
filtrated in the field at 0.2 and 0.45 microns and stored in poliethylene bottles.
Samples for O-H analyses were preserved without any treatment in poliethylene
bottles completely filled to avoid any possible isotopic exchange with the
atmospheric oxygen.
The boron isotopic composition was determined, after an ion exchange procedure,
by positive-thermal ionization mass spectrometry. The boron isotopic composition
is expresses as 11 B, i.e. the permil deviation from the certified composition of the
NIST-SRM 951 standard.
The oxygen isotopic composition was measured by means of a water-CO2
equilibration technique at 25°C using a VG Optima mass spectrometer.
The H isotopic analyses were made by water-H2 equilibration technique at 18°C
using a platinum catalizer on a Thermo Finnigan Delta Plus mass spectrometer
with an automatic line HDO Device. Sr isotopes were measured by using a VG
Micromass 54E mass spectrometer and standard procedures.
39

Results
The oxygen and hydrogen isotope ratio on rainwater (reported as 18 O- D values,
which represent the ‰ deviations with respect to the standard mean oceanic water
SMOW allowed a first construction of a local meteoric water line, given by D =
7.47* 18 O+9.70. Superficial-water, ground-water and waters in soils have 18 O and
D values in the range -8.53‰ ÷ -0.69‰ and -60.1‰ ÷ -5.8‰, respectively; it has
to be noted that waters from the deeper piezometers are characterized by less
negative values with respect to the shallower ground-waters. Waters in soils cover
a wide range of isotopic compositions. Some of these water samples show an
isotopic shift towards the meteoric water line following events of heavy rain,
suggesting the direct contribution of precipitation by infiltration. The water
channels which supply freshwater are characterized by the most negative isotopic
composition with respect to all the remaining samples. The Sr isotopic
composition, expressed by the 87 Sr/ 86 Sr ratio, is in the relatively narrow range
between 0.70872 and 0.70935, with most samples clustering to 0.7091, a value
which is close to what measured in seawater at Pialassa Baiona lagoon.
In superficial-water, ground-water and waters in soils 11 B ranges between +5.7‰
and +38.6‰; the higher values approach the composition of Mediterranean
seawater and are recorded by the deeper piezometers and some of the soil waters.
Discussion and conclusions
In the 18 O vs. D diagram (Fig. 1), the water samples define a straight line which
deviates from the local line of precipitations, and is interpreted as the progressive
mixing between freshwaters, as defined by the Apennine catchments, and seawater.
A first modeling quantifies the seawater contribution as about the 70-90% and 30-
60% for the water bodies sampled by the deeper and shallow piezometers,
respectively. The contribution of the marine component for most waters from soils
would be in the relatively limited range between 40-50%, with the exception of two
samples from the northern side of the area, reaching the 75-80%. The 11 B
correlates with 18 O (Fig. 2) in ground- and soil- waters. A mixing at different
degrees of the recharging fresh, low-B water (Lamone river–type) with seawater
could explain the observed 11 B variation. However, in the Northern sector of the
Pineta di San Vitale boron characteristics in soil water diverge from the main
fresh-seawater mixing trend.
More complex processes are needed to explain the isotopic composition of the
Pialassa Baiona waters; as also suggested by the observed range in the 87 Sr/ 86 Sr
ratio (Fig. 3) that indicates the contribution from different sources to the Sr budget.
These processes involve cation exchanges with the solid phase triggered by
seawater intrusion, the role of organic matter and anthropogenic sources.
40

Figure 1 - 18 O vs. D correlation diagram.
The lines of local precipitation (solid line) and mixing between fresh- and sea-waters
(dashed) are also superimposed. Symbols are: open triangle: deep piezometers; solid
triangle: superficial piezometers; open circle: water in soils; filled circle: water channels.
..
Figure 2 - 18 O vs. 11 B correlation diagram for the studied samples. Symbols as in the
previous figure. The star represents seawater composition.
41

References
42
Figure 3
Distribution of
the 87 Sr/ 86 Sr
isotopic ratios.
Possibile
sources are:
1) freshwaters;
2) seawater;
3) rainwater;
4) water
involved in
cation
exchanges;
4) fertilizers
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PRELIMINARY RESULTS ON THE OCCURRENCE
OF RARE EARTH ELEMENTS IN THE AQUATIC SYSTEM
OF THE PIALASSA BAIONA, RAVENNA (ITALY)
RÉSULTATS PRÉLIMINAIRES SUR LA PRÉSENCE
DES ÉLÉMENTS DE TERRES RARES DANS LE SYSTÈME
AQUATIQUE DE LA PIALASSA BAIONA, RAVENNE (ITALIE)
RISULTATI PRELIMINARI SULLA PRESENZA DI TERRE RARE
NEL SISTEMA DELLE ACQUE DELLA PIALASSA BAIONA,
RAVENNA (ITALIA)
Rosa Cidu*, Stefania Da Pelo, Raffaele Caboi
Dipartimento di Scienze della Terra, Università di Cagliari
* Corresponding author: e-mail: cidur@unica.it
Summary
The Site of Community Importance of the Pineta S. Vitale, bordered by the
Pialassa Baiona lagoon system, is submitted to increasing deterioration due to a
subsiding phenomenon, groundwater salinization and contamination from the
industrial sites of Ravenna. Within a multidisciplinary research project, evaluation
of the background level of Rare Earth Elements (REE, not regulated at present, but
potentially harmful to human health) and the characterization of processes which
control their migration and retention were performed to contribute to the
knowledge on the present environmental quality of the Ravenna area.
Concentrations of total and dissolved elements were determined in 40 water
samples comprising surface waters, soil waters, shallow and deep groundwater.
Dissolved major and minor components generally showed increasing
concentrations from West to East (i.e. towards the sea) and appeared mostly
derived from a marine source. Marked correlations between dissolved REE and
Al and Fe concentrations in the filtered fraction

ésultant de la contamination par la zone industrielle de Ravenne. Dans le but de
contribuer à la connaissance des conditions de l’environnement actuelles, à
l’intérieur d’un programme de recherche multidisciplinaire, on a évalué le teneur
de fond des éléments de Terres Rares (qui sont potentiellement pathogènes mais
pas encore régulés par la normative). On a aussi essayé d’évaluer les processus
géochimiques qui contrôlent la migration et la rétention de ces éléments.
Les concentrations totales et en solution d’éléments majeurs et mineurs ont été
analysées dans 40 échantillons sélectionnés parmi les eaux superficielles, les eaux
de la zone saturée des sols, les eaux des nappes superficielles et profondes. La
plupart des composants montrent une augmentation de la salinité en s’approchant à
la mer. Une corrélation linéaire entre les concentrations de REE et celles de Al et
Fe dans la fraction filtrée

Introduction
Elements usually present at trace level in natural waters might be potentially
harmful to human health, and more generally to the biosphere. Among such
elements, the rare earth elements (REE), although not regulated at present, are
potentially pathogens on the basis of recent epidemiological investigations. The
geochemical behavior of REE in water may give a valuable contribution in
distinguishing the natural sources of aqueous components from the anthropogenic
ones. This study is part of an interdisciplinary project being carried out in the
Pialassa Baiona (Ravenna), a complex lagoon system close to the Adriatic Sea. The
study area comprises the Pineta San Vitale, which is part of the Natural Regional
Park of the Po River.
Materials and methods
Water samples have been collected at 40 sites in the Pineta San Vitale. They
consist of surface water (5 sites including the Lamone River), soil water (18 sites),
shallow groundwater (12 sites) and deep groundwater (5 sites) (Fig.1).
45
Figure 1
Samples location.

At selected sites, sampling was carried out under different seasonal conditions in
October 2008 and March 2009. Physical-chemical parameters, dissolved oxygen
and alkalinity were measured at the sampling site. For the determination of
aqueous REE concentrations, different aliquots have been collected: one nonfiltered
(total amount), one filtered through 0.4 µm and the other filtered through
0.01 µm pore-size filters. Each aliquot has been stabilized using HNO3 ultrapure
grade.
The difference between the concentration measured in the 0.4 µm filtered aliquot
and the 0.01 µm filtered aliquot will be attributed to the colloidal and very fine
fraction. In each aliquot, Y, REE e Th have been determined by ICP-MS. On the
0.4 µm filtered aliquot concentrations of major components by ionic
chromatography and ICP-OES, and the trace elements Li, Be, Al, B, V, Cr, Mn, Fe,
Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Rb, Sr, Mo, Sb, Ag, Ba, Tl, U by ICP-MS were also
determined.
Results and discussion
The studied waters show near-neutral or slightly alkaline pH values and redox
potential varying from oxidizing to reducing conditions. Apart a few waters
showing a prevalent bicarbonate component and relatively low total dissolved
solids (TDS

47
Figure 2b
Variation of
major cation
concentrations
with TDS.
Also Br, B, Sr, Li and Rb show higher concentrations in the more saline waters.
These major and minor components generally show increasing concentrations from
West to East (i.e. towards the sea) and appear mostly derived from a marine source,
in agreement with previous records indicating an intrusion of seawater in the Pineta
San Vitale. Particularly, increasing salinity in groundwater occurs from West to
East at the same depth, but at the same location salinity increases with depth
(Fig.3).
Figure 3
Variation of
salinity with
locations and
depth in
groundwaters s

Moreover, this process is clearly recognized by isotopic data acquired on the same
water samples considered in this study (see Petrini et al., 2009, these Proceedings).
Notwithstanding the prominent role of saline intrusion, other processes need to be
considered to explain the observed water chemistry. In particular, the dissolution of
minerals, exchange between dissolved cations and solid phases and sorption
processes may play a significant role in the geochemical behavior of some
elements in the studied waters. Concentrations of Y and REE show a range of four
orders of magnitude, with the highest values being observed in the soil waters (Fig.
4).
48
Figure 4
Mean and
standard
deviations of REE
patterns in 0.4
µm pore size
filtered waters.
Concentration
normalized to the
Post-Archean
average
Australian Shale
(PAAS)
A comparison between concentrations measured in non-filtered and filtered water
samples indicate that about 50% of REE occur in the 90% of the REE hosted in the

extraction procedure to a heavy metals contaminated soil, show that MREE are
preferentially extracted from the Fe-Mn-Al oxide-hydroxide fraction.
Figure 5
Conclusion
49
Plots showing
the REE versus
Al and Fe
concentrations
in 0.4 µm poresize
filtered
waters.
Although the role of anthropogenic processes on the occurrence of aqueous REE
still needs to be assessed, the acquired data indicate that chemical and biological
processes occurring in the soil are able to enhance the mobility of REE in the
Pineta San Vitale aquatic system.
Acknowledgements. This research is funded by the Italian Ministero dell'Università e della
Ricerca (PRIN 2007, 20077A9XJA_004 R. Cidu), the University of Cagliari and the

Fondazione Banco di Sardegna. Authors are also greteful to CINSA (Cagliari) for making
available the LAMP laboratories.
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50

THE GEOPOLITICAL DIMENSION OF ENVIRONMENTAL QUALITY.
WATERS AND CONFLICT IN THE ARAL SEA BASIN
LA DIMENSION GÉOPOLITIQUE DE LA QUALITÉ DE
L'ENVIRONNEMENT. EAUX ET CONFLIT
DANS LE BASSIN DE LA MER D’ARAL
LA DIMENSIONE GEOPOLITICA DELLA QUALITÀ AMBIENTALE.
ACQUE E CONFLITTO NEL BACINO DEL LAGO D’ARAL
Stefano Piastra
Department of Economics. Sect. of Geography - University of Bologna
E-mail: stefano.piastra@unibo.it
Summary
In the last decades the Aral Sea, located in Central Asia on the boundary between
Kazakhstan and Uzbekistan, experienced a dramatic shrinking, divulged even in
newspapers and magazines. Such an ecological catastrophe, renamed the “Aral Sea
Crisis”, was triggered by the artificial diversion of the rivers of the basin during the
Soviet period, in order to irrigate new cotton fields. Nowadays, notwithstanding the
fulfilment of several environmental restoration projects and a wide scientific
literature about the process, the general balance about the water body, in particular
its Uzbek side, is still critical. This paper, after a synthesis concerning the causes
and the consequences of the ecological disaster, analyses the geopolitical
implications connected to the deterioration of the environmental quality in the
region and to water management in Post-Soviet Central Asia, underlining, in the
case of the Aral Sea Basin, the criticities linked to its fast transition from an
internal basin to an international one. Finally, Central Asian water-related old
programs and future scenarios are discussed.
Keywords: Aral Sea Crisis; Transboundary Water Resources Management;
Sustainable Development; Environmental Policies.
Résumé
Dans les dernières décennies, la mer d’Aral, située en Asie centrale à proximité de
la frontière entre le Kazakhstan et l’Ouzbékistan, a connu un dessèchement
dramatique qui a été divulgué dans la presse. Cette catastrophe environnementale,
rebaptisée la “Crise de la mer d’Aral”, est due à la base au détournement artificiel
des fleuves du bassin pendant la période soviétique dans le but d’irriguer de
nouveaux champs de coton. De nos jours, malgré la réalisation de différents projets
de réhabilitation environnemental et d’une riche littérature scientifique à ce sujet, le
bilan général concernant la mer d’Aral, et en particulier pour ce qui concerne sa
51

ive ouzbèke, est encore critique. Cet article, après une synthèse sur les causes et
les conséquences du désastre écologique, analyse les implications géopolitiques
liées à la détérioration de la qualité de l’environnement dans la région et à la
gestion des eaux en Asie centrale post-soviétique, en soulignant, dans le cas de la
mer d’Aral, les criticités liées à la transition rapide de bassin interne à un état de
bassin international. Dernièrement, sont remis en question les anciens programmes
et les nouveaux projets centre-asiatiques concernant la gestion des eaux.
Mots-clés: Crise de la mer d’Aral; gestion des ressources hydriques
transfrontalières; dévellopement durable; politiques environnementales.
Riassunto
Negli ultimi decenni il lago d’Aral, posto in Asia centrale presso il confine tra
Kazakistan ed Uzbekistan, ha sperimentato un disseccamento drammatico,
divulgato persino dai quotidiani e dalle riviste illustrate. Tale catastrofe ecologica,
ribattezzata la “Crisi del lago d’Aral”, è stata innescata dalla diversione artificiale
dei fiumi del bacino durante il periodo sovietico, allo scopo di irrigare nuovi campi
di cotone. Ai nostri giorni, nonostante la realizzazione di diversi progetti di
ripristino ambientale ed un’ampia letteratura scientifica circa questo processo, il
bilancio generale riguardante il corpo d’acqua, specialmente per quel che concerne
la sua sponda uzbeka, è tuttora critico. Questo articolo, dopo una sintesi relativa
alle cause ed alle conseguenze del disastro ecologico, analizza le implicazioni
geopolitiche connesse al deterioramento della qualità ambientale nella regione e
alla gestione delle acque nell’Asia centrale post-sovietica, sottolineando, nel caso
del lago d’Aral, le criticità collegate alla rapida transizione da bacino interno ad
uno stato a bacino internazionale. Da ultimo, sono discussi i vecchi programmi e i
futuri scenari centro-asiatici inerenti le acque.
Parole-chiave: Crisi del lago d’Aral; Gestione delle risorse idriche
transfrontaliere; Sviluppo sostenibile; Politiche ambientali.
Introduction
Nowadays, the Aral Sea shrinking (in the scientific literature renamed the “Aral
Sea Crisis”) represents a sort of symbol, assimilable to an admonishment: after its
acknowledgement as the «worst ecological disaster in the 20 th century»
(FESHBACH, FRIENDLY, 1992) and an emblematic example of over-exploitation of
water resources (GORE, 2006), scientific community, educational system and
ecological movements identified in it a paradigmatic case of unsustainable
development.
Notwithstanding a global awareness about the causes and the consequences of the
process, Aral Sea criticities have not been solved. This paper, skipping ecological,
hydrological and technical issues, focuses its attention to the geopolitical
dimension of the Aral Sea Crisis, emphasizing the limits and the potential conflicts
related to nowadays Central Asian Republics self-referring hydropolitics, which
52

coincides with an old Uzbek proverb: «It is rich not the land owner, but the water
one».
The Aral Sea holds a strong impact on the regional landscape, being Central Asia
an almost completely arid territory, normally characterized by sandy deserts
(Kyzylkum, Karakum) or steppe biome. Located in the middle of the Turolian
lowland between 30 and 40 m a.s.l., it receives water resources from an endorheic
basin. This definition applies when, because of the orography, rivers and streams
do not flow in seas or oceans, forming on the contrary inland water bodies. The
Aral Sea Basin (fig. 1) is considerably wide, reaching 1.8 million km 2 and
involving Kazakhstan, Uzbekistan, Turkmenistan, Tajikistan, Kyrgyzstan (until
1991 included in the USSR), Afghanistan and minoritily Iran and Popular Republic
of China. In this basin, Amu-Darya and Syr-Darya are the main rivers, draining the
most of the superficial waters: in both cases they are exotic watercourses,
conveying downstream sources-originated waters, and not receiving considerable
contributions from tributaries.
The Amu-Darya river (Oxus in Ancient Greek and Latin literature) originates from
Pamir Chain, after the confluence of Pyanj (Afghanistan) and Vakhsh (Tajikistan)
rivers. Its total length exceeds 2400 km, and, thanks to 70 km 3 annual discharge, it
can be considered as the Central Asian biggest river (GLANTZ, 2005). The Amu-
Darya règime is strongly irregular, influenced by seasonal meltings of Afghan and
Tajik glaciers; its muddy waters are very rich in silt.
The Syr-Darya river (Iaxartes in the Antiquity), 2300 km long, originates from
Tien Shan mountains in Kyrgyzstan, crosses Tajikistan and Uzbekistan, and finally
reaches Kazakhstan, where flows through a delta in the Aral Sea. Analogously to
Amu-Darya, also Syr-Darya river holds an irregular règime, but its annual
discharge is lesser than the first one.
In the 20 th century, the ’50s meant for the USSR a u-turn in the economical field.
Ceased the Stalin Era, the Soviet Union, under the guide of Nikita Kruscev,
launched a new ambitious agrarian project in Central Asia: the quinquennial plan
and several CPSU resolutions ratified, in the central part of the Aral Sea Basin, the
development of cotton cultivation, trying to reach the self-sufficiency about this
sector and become the first cotton producer in the world, exceeding the USA
(ZONN, 1999). The official reasons of such an initiative were economical and
agrarian, but behind this operation there were also propaganda reasons within the
Cold War: the USSR intended to demonstrate the superiority of the Socialist model
in comparison with the Capitalist one. Moreover, the giantism of this program is
connected with Soviet Union environmental policies, based on a concept of mere
exploitation of natural resources, considered virtually inexhaustible and without
intrinsic values, paradoxically similar to the theories of the contemporary
capitalistic neoclassical economists (ZIEGLER, 1987). Consequently, most of
Uzbekistan and part of Southern Kazakhstan (at that time Republics included in the
USSR) were reconverted into a cotton monocolture, collectively driven through the
creation of Kolkhoz and Sovkhoz: Kolkhoz were smaller and quite similar to
53

cooperative enterprises; Sovkhoz were governmental companies, extended in the
order of thousands hectares, hierarchically managed by Soviet agronomists.
New cotton fields were irrigated thanks to a myriad of irrigation channels,
diverting great water volumes from Amu-Darya and Syr-Darya. The cotton
production of Soviet Central Asia grew sensibly, but it never exceed the American
one. Unfortunately, this project had a terrible impact on the environment in general
and on the hydrological balance in particular.
Starting from the ’60s of the 20 th century, a decade after the beginning of
Kruscev’s new agrarian approach in Central Asia, the consequences of this
program, at first weakly, then brutally, arose. Deprived of the water contribution of
its tributaries, the Aral Sea started a fast regression, because the inflow of the Amu-
Darya and Syr-Darya rivers could not balance the evaporation. This shrinking did
not shock Soviet technicians; on the contrary, as a logic result of the increase of the
irrigated area, they had forecasted this process, defining it as a «necessary
sacrifice» for the growth of the Nation (RUMER, 1989). In the last 40-45 years the
sea level shrank for more than 20 meters; the area and the water volume decreased
of 75% and 90% respectively (fig. 2). This process, hidden for a long time by
Soviet authorities and spread to the world community only between the ’80s and
the ’90s (MICKLIN, 1988; ELLIS, 1990; REZNICHENKO, 1992), was so intense that
in 1989-1990 the Aral Sea divided into two separated water bodies: the Small Aral
Sea (also called North Aral Sea), fed by the Syr-Darya river and entirely settled in
Kazakhstan, and the Large Aral Sea (also called South Aral Sea), fed by the Amu-
Darya river and shared between Kazakhstan and Uzbekistan, at that time Republics
of the Soviet Union.
The Aral Sea fast regressive trend caused a long series of environmental problems.
Because of the reduction of the sea level, water salinity grew enormously, passing
from 10 g/l to 160 g/l nowadays verifiable in some areas, changing most of the
Aral from a brackish basin to a hyperaline one. This transition produced serious
repercussions from an ecological point of view, inducing at first the extinction of
local ichthyofauna, artificially replaced by exotic species; then a reduction in
number of the last ones. The Syr-Darya and Amu-Darya deltas have undergone an
involution from wetlands to arid zones; in the so-called Priaralye (Aral Sea
region), groundwater table sank, contributing to soil salinization and
desertification. The Aral Sea shrinking also triggered climate change on a regional
scale: without the mitigation of the water body, the climate accentuated its
continental characteristics, suffering hotter and drier summers and colder winters
than usual. Moreover, whereas the Aral Sea disappeared, the dried bottom of the
water body, made up of saline deposits and pollutants collected by the rivers of the
basin, is now exposed to wind erosion, causing health problems (in particular
cancers) to local communities. Last but not least, the regressive trend nearly caused
a further splitting of Large Aral into a Western Large Aral and a Eastern Large
Aral (Glantz, 2007).
54

Discussion
The Aral Sea tragedy presents a geopolitical dimension related to water
management in its basin.
During Soviet times, regarding water resources, the five Central Asian Republics
included in the USSR (Kazakhstan, Kyrgyzstan, Tajikistan, Turkmenistan,
Uzbekistan) were part of an integrated system which carried out a top-down basin
solidarity. Jointly to Kruscev program of development of cotton cultivation,
beginning from the ’50s Kyrgyzstan and Tajikistan, the uspstream Republics along
the courses of the Syr-Darya and Amu-Darya, became the “water reservoirs” of
Soviet Central Asia: in those years, several dams were built on these rivers, in
order to store large water volumes during winter months, and to assign them, in
summer months, to irrigation of downstream cotton fields in Kazakhstan,
Turkmenistan and Uzbekistan. The main dams built during Soviet Era were Nurek
(Tajikistan), on Vakhsh river (tributary of Amu-Darya), still today the tallest dam
in the world (300 m), and Toktogul (Kyrgyzstan), on Naryn river, tributary of Syr-
Darya. In exchange for water storing and non-use of water resources during winters
for hydropower, Kyrgyzstan and Tajikistan received from Kazakhstan,
Turkmenistan and Uzbekistan free supplies of coal, natural gas and oil, utilized for
civil heating (Sievers, 2002; Kemelova, Zhalkubaev, 2003). In Soviet times,
Kyrgyz and Tajik water volumes were also used to develop cotton cultivation in
the Turkmen part of the Aral Sea Basin thanks to Karakum canal (former Lenin
canal). This hydraulic infrastructure was begun in 1954 under Stalin will, diverting
waters from Amu-Darya and conveying them, across Karakum desert, as far as the
Caspian region. It is the longest channel in the world (1370 km), distintive for its
low efficiency in water transportation due to its sandy bed and to the absence of
concrete banks.
The disgregation of the USSR and the independence of the five Central Asia
Republics (1991) caused the collapse of such a system: suddenly, water
management in Central Asia, a basic theme for a arid and semi-arid region, from
internal matter of Soviet Union became an international matter among newly
independent Kazakhstan, Kyrgyzstan, Tajikistan, Turkmenistan and Uzbekistan.
Russia took no interest in this affair, while every single Central Asia Republic,
getting into line with growing nationalism fed by old Soviet Nomenklatura, now
Republican ruling class (Carney & Moran, 2000), chose a self-referring
hydropolitics, producing a potentially conflictual situation on a regional scale
(Bedford, 1996; Elhance, 1997; Wegerich, 2001; Spoor, Krutov, 2003).
Since the independence, because of the cessation of Turkmen, Kazakh and Uzbek
fossil fuel free supplies, Kyrgyzstan and Tajikistan decided, during the winter
season, to open the locks and let waters flow downstream to produce hydropower.
New dams were also projected or are nowadays under construction: the most
important of them is Rogun dam, located in Tajikistan on Vakhsh river just
upstream the Nurek one, not finished yet (Wegerich, 2008). As a direct
consequence of lack of water-storing during winter, in the last years Turkmen,
55

Kazakh and Uzbek cotton fields suffered an irregular irrigation during summer,
decreasing their productivity and cotton quality.
Furthermore, every Central Asian Republic presents specific problems related to
water management in the basin: the Aral Sea Crisis can be virtually considered as
the result of the addition of these criticities.
Turkmenistan enlarged irrigated area and continued to develop cotton sector,
increasing water derivations from Amu-Darya river through the Karakum canal
(Hannan, O’Hara, 1998; O’Hara, Hannan, 1999). Former Turkmen President
Niyazov, died in 2006, coherently with his authoritative-theocratic internal policy,
encouraged the realization of a large artificial basin in the middle of Karakum
desert, pompously called the “Golden Century Lake” (Badykova, 2005). In case
this basin will be finished in the future, it will imply further water diversions from
Amu-Darya river, but, until today, Turkmen President Berdymukhamedov,
Niyazov’s successor, has not taken yet an official decision about the continuation
of “Golden Century Lake” project.
Kazakhstan, leaded by President Nazarbayev, thanks to its fossil fuel-pulled
economy, re-organized its agricultural system, reducing the irrigated area and
improving the channels efficiency. Water derivations from Syr-Darya were
reduced, and the river returned to inflow into the Small Aral Sea, entirely located in
Kazakhstan. Kazakh Government also encouraged the construction of a dam in the
Berg Strait, with the aim to prevent water exchange from Small to Large Aral Sea,
and to keep Syr-Darya water inflow only in the first water body. Beginning from
the ’90s, Small Aral Sea level arose of several meters; salinity passed from 30 g/l
in 1990, to 17-18 g/l in 2002, to 12 g/l in 2006. These conditions allowed the return
of ichthyofauna (fresh and brackish water species): in the case of Small Aral, in the
last 15 years the ecological restoration had a strong impact on social and economic
fields, permitting, mainly thanks to Danish financial and technical support, the
recovery of fishing industry, previously ceased. But, besides strong points, this
process presents also weak points: from one side the dam on Berg Strait improved
water quality in the Small Aral, but from the other one it condemned the Large
Aral to a further worsening of its ecological situation.
Uzbekistan, leaded by President Karimov, is facing the crisis of the most
problematical water body, the Large Aral, which Kazakhstan completely neglected,
focusing its attentions and funds only to Small Aral. Moreover, Uzbekistan has got
less fossil fuel than Kazakhstan, and, notwithstanding the recent agrarian reform
and decollectivization, presents a cotton-based economy, which cannot afford a
sudden reconversion to other less water-needing cultivations. Nowadays, water
derivations from the lower course of Amu-Darya continue, and the situation of
Uzbek Large Aral Sea can be considered dramatic: Moynaq, once one of the most
important port on the water body, is now located more than 40 km far from the
shores, and the fishing industry is here completely cancelled. Finally,
Karakalpakstan, region located on the Southern shores of Large Aral Sea and
suffering the worst consequences of the Aral Sea Crisis, is formally organized as a
56

Autonomous Republic included in Uzbekistan, and its first ethnic group is
represented by Karakalpak people (ethnic group assimilable to Kazakhs). Recently,
this fact produced autonomist and secessionist political movements (HANKS,
2000).
In the last years, UNDP, UNEP and World Bank promoted the creation of
international organizations, with the aim to manage the Aral Sea Crisis, solve the
conflicts and direct Central Asian Republics towards a sustainable use of water
resources (Carlisle, 1997; Weinthal, 2002). It dates to 1992 the origin of the
Interstate Council for Addressing the Aral Sea Crisis (ICAS), formed by 25
members designed by the five Central Asian Republics and periodically convoked
twice a year: this organ is appointed to manage the international funds granted by
the World Bank. On the basis of an anachronistical, Soviet-style and bureaucratic
model, ICAS promoted the establishment of two technical commissions, an
Interstate Commission for Water Coordination (ICWC) and a Sustainable
Development Commission (SDC), formerly Interstate Commission for Socio-
Economic Development and Scientific Technical and Ecological Cooperation
(ICSDSTEC). Both of them meet five times a year. Beginning from 1997, ICAS
was substituted by an International Fund for the Aral Sea (IFAS), fund cofinanced
by the World Bank and the five Central Asia Republics through the allocation of
1% of their GNP. Besides this international bodies, Basin-Valley Organizations
(BVO), heritage of the Soviet Era, still keep their technical prerogatives on the
Amu-Darya and Syr-Darya courses.
Although governative and pro-governative books and journals pass positive
judgments on these organizations (e.g. Karimov, 1999; IFAS, 2003a), an impartial
view is forced to strike a negative balance about them. In fact, year after year they
have become lobby bodies, more interested in sharing international funds than
solving the Aral Sea Basin ecological problems. Regarding to this, it is emblematic
the hypertrophic organization chart of IFAS: since 1993, 124 manager for 95
positions (IFAS, 2003b) and an indeterminate number of technical and
administrative employees. Ruling class’ superficiality and indifference towards the
Aral Sea Crisis are effectively described by R. Ferguson in his accusation-book
The Devil and the Disappearing Sea (2003): called by Uzbek government as an
international expert, Ferguson fails his goals because of local authorities wait-andsee
policy.
During the ’70s and the ’80s, when the Aral Sea regression had already reached an
alarming state, Soviet technicians supposed to raise its level artificially diverting
into it Western Siberian rivers Ob and Irtysh (fig. 3). This program, emphatically
renamed “The Project of the Century”, hypothesized the realization of the longest
channel in the world (2200 km long), called “Sibaral” because Siberian waters
should have to stop the regressive trend of the Aral and re-establish the originary
conditions (Hollis, 1978; Lipovsky, 1995). Analogously to Kruscev’s cotton
development program in Central Asia and coherently with Soviet technocratic
approach to Nature, it was a pharaonic project, without any environmental impact
57

evaluation: if finished, it could perhaps have solved the Aral Sea Crisis, but in the
meantime it would certainly have triggered a new ecological crisis in the Siberian
taiga biome (Micklin, 1987a; Micklin, Bond, 1988). Thanks to the opposition of a
part of Soviet scientific community (Darst, 1988), and under the influence of new
Soviet Leader Gorbachev’s Perestroika and Glasnost, in 1986 “The Project of the
Century” was officially stopped (Micklin, 1987b).
Around the middle of ’90s, several years after the USSR disgregation, Karimov
and Nazarbayev, Uzbekistan and Kazakhstan Presidents respectively, exhumed the
Siberian rivers diversion project to fill up the newly born Large Aral Sea, reproposing
it to Russia. This state, even though it emphasizes the high costs and the
environmental impact of such a work, assuming an ambiguous position until today
has not rejected the program, perhaps with the aim, in the near future, to keep
influence and political pressure towards Uzbekistan and Kazakhstan (International
Crisis Group, 2002).
At now, Central Asian economical and geopolitical situation persuaded most of the
scholars to consider an Utopia the restoration of the Aral Sea in conformity with
the originary level. If Small Aral Sea does not present alarming criticity and it
appears addressed to water resources sustainability, the efforts, both theorical and
practical, are now devoted to the Large Aral Sea. Regarding to it, in the last years
most of the scientists assert a perspective of environmental problems mitigation,
comparing different projects and scenarios.
The first one supposes to isolate completely and permanently the Western Large
Aral from the Eastern Large one: the Eastern water body could keep today’s level
or increase it thanks to surplus waters from Small Aral; the Western one, without
any water inflow, should be condemned to total dessication. The weak points of the
project consist in the necessity to double water inflow from Amu-Darya into
Eastern Large Aral (Islamov, 1999), action very hard to propose to a cotton-based
economy like the Uzbek one. Moreover, real Kazakh receptiveness to let Small
Aral surplus waters stream into Eastern Large one should have to be officially
investigated.
A second supposition was drafted firstly by A.T. Salokhiddinnov and Z.M.
Khakimov (Salokhiddinnov, Khakimov, 2004), and then re-proposed by P. Micklin
(Micklin, 2006; Micklin, 2007): it presents the ambitious aim to conserve, through
years, the three water bodies (fig. 4), which should have to be put in
communication each other. In particular, Amu-Darya river should be diverted to
West, inflowing into Western Large Aral and increasing its level up to 33 m a.s.l.;
from here, exceeding waters could stream, thanks to gravity, through a concretebanked
channel as far as Eastern Large Aral; analogously, the exceeding waters of
Small Aral could be conveyed to Eastern Large one through a new channel. In this
vision, Berg Strait must be closed. Such a project could allow to Eastern Large
Aral Sea a transgression up to 29 m a.s.l. Similarly to the first conjecture, such a
program does not face practical problems about the reduction of the irrigated area
and Kazakh receptiveness to cede Small Aral Sea surplus waters to Uzbekistan.
58

A third, radical, scenario, perhaps the most realistic of all, advances the hypothesis
of a total dessication of Western and Eastern Large Aral Seas. In such a
perspective, Aral Sea dried bottom salty deposits, now exposed to wind erosion and
potentially dangerous for human health, must be fixed through the seeding or the
plantation of halophilic species (Khamzina et al. 2005). In the Amu-Darya delta,
cotton fields residual waters could be used to flood small depressions, in order to
transform them in fresh water artificial basins (KINDLER, 1998). Regarding to this,
a pilot-experience consists in Sudoche lake, located about 30 km South-West of
Moynaq: thanks to a project funded by the World Bank, between 1998 and 2003 a
new fresh water body was created (World Bank, 1998; Schlüter et al. 2007). Its
area is about 10 km 2 ; the water volume about 2 km 3 . Sudoche lake holds strong
natural values, because a massive wetland birds frequentation has begun;
moreover, water low salinity permitted the introduction of ichthyofauna and,
thanks to this, the recovery of a small fishing industry (20-30 fishermen in May
2007; C. Cencini, & S. Piastra, field research data). The Sudoche experience
proves that, in the Amu-Darya delta, environmental restoration projects are
technically feasible, ecologically useful and socially and economically effective.
But, from the other hand, it must be considered the balance between costs and
benefits: the expensive budget needed for Sudoche lake (4 million USA $),
demonstrates that this strategy cannot be extended on a large scale in the Amu-
Darya delta (Piastra, 2008).
Conclusions
As previously analysed, beginning from the ’50s of the 20 th century the USSR
encouraged in Central Asia the development of cotton cultivation, emphatically
renamed the “White Gold”. In the Aral Sea Basin, water resources overexploitation
caused an ecological disaster without any precedents in recent human
history, cancelling a valuable landscape which impressed, for example, Russian
Admiral A.I. Boutakoff, the first to explore this region in the 19 th century (Piastra,
on press). In the case of the Aral Sea, the decreases of level, area and volume
created a splitting in three different water bodies: the Small Aral, the Western
Large Aral and the Eastern Large Aral. The first, entirely located in Kazakhstan, at
now seems to have entered a sustainable strategy about water resources; the second
and the third, located on the boundary between Kazakhstan and Uzbekistan, show
critical conditions.
The international scientific community promoted several appeals to extend to the
Aral Sea the status of UNESCO World Heritage (Glantz, Figueroa, 1997) and to
save its Biodiversity (IUCN, 2004), but without any practical results. The key to
solve radically the Aral Sea Crisis is economical and political, and it is related to
decrease drasticly the irrigated area in the basin; but such a program should involve
a total re-organization of agriculture, nowadays based on cotton, which Central
Asian Republics, except for Kazakhstan, cannot afford. Moreover, Central Asian
leaders have no interest to take unpopular and uneconomical decisions in a short
59

period such as a reduction of cotton production or an introduction of specific taxes
about water resources utilization to prevent their waste, because their authority is
based on a populist and demagogical policy.
Under this situation, development goals supposed by UNESCO for the year 2025
for Aral Sea Basin (ecological, social and economical significative improvements)
(UNESCO, 2000), are unattainable.
Table 1 - List of Acronyms
BVO Basin-Valley Organizations
ICAS Interstate Council for Addressing the Aral Sea Crisis
ICSDSTEC Interstate Commission for Socio-Economic Development and Scientific
Technical and Ecological Cooperation
ICWC Interstate Commission for Water Coordination
IFAS International Fund for the Aral Sea
IUCN International Union for Conservation of Nature
SDC Sustainable Development Commission
UNDP United Nations Development Programme
UNEP United Nations Environment Programme
UNESCO United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization
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62

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drawings, keys and ecological tables have now been completely updated by several
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Son texte, ses dessins, clés et tableaux écologiques ont été mis à jour par plusieurs
spécialistes en tenant compte des progrès de la taxonomie et de l'apparition
d'espèces invasives en Europe occidentale. Les microcrustacés pélagiques lacustres
ont été ajoutés et les Arachnides ont été mentionnés. Cette version française est le
résultat d'une collaboration étroite entre AFL et GEOLAB. Le support
d'AQUAREF permet la distribution hors commerce du fascicule de 188 pages au
prix modéré de 34 euro.
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Riassunto
Il libretto scorso era stato ristampato senza cambiamenti dal 1991. Il suo testo, i
suoi disegni, chiavi e tabelle ecologiche furono aggiornati ad opera di parecchi
specialisti, tenendo conto dei progessi della tassonomia e dell'arrivo di nuove
specie invasive nell'Europa Occidentale. I Microcrostacei pelagici lacustri furono
aggiunti e gli Aracnidi menzionati. Questa versione francese fu un'opera di grande
collaborazione tra AFL e GEOLAB. Il sostegno di AQUAREF permette la
63

distribuzione fuori commercio del libro di 188 pagine al prezzo moderato di 34
euro.
Parole chiave: Morfologia; tassonomia; biologia; ecologia; cooperazione
internazionale.
Introduzione
Alla fine del 20esimo secolo, il Laboratorio d’Ecologia delle Acque Dolci
dell’Università di Lione aveva degli specialisti che studiavano la biologia,
l'ecologia o il comportamento di diversi gruppi d’invertebrati acquatici,
principalmente d'acque correnti. Da lì è venuta l'idea di registrare le loro
conoscenze tassonomiche in un'opera che permettesse agli studenti d'identificare la
fauna dei ruscelli e fiumi ad un livello elementare senza dover cercare in molti libri
specializzati.
Il libretto comunemete chiamato "faune bleue" (fauna blu) fu realizzato
dall’Università di Lione e dall’Associazione Francese di Limnologia AFL, con il
sostegno del Ministero Francese dell'Ambiente, sotto la coordinazione di TACHET,
BOURNAUD e RICHOUX (ultima stampa Tachet et al., 2002) (Fig. 1). Aveva 158
pagine. Consentiva generalmente l'identificazione delle famiglie d'invertebrati e più
raramente dei generi o specie (per esempio quando ce n'era solo uno in una
famiglia).
Fu aggiornato parecchie volte, l'ultima volta nel 1991, e dopo fu ristampato
identico, ma adesso è esaurito.
Una versione elettronica italiana fu fatta da GEOLAB, scannerizzando i disegni
con ottima cura e traducendo il testo (Tachet et al., 2006) (Fig. 1). I Dottori
Fenoglio e Bo, dall’Università del Piemonte Orientale, ci indicarono quali taxa
erano presenti e non presenti in Italia.
Le chiavi della "fauna blu" furono anche riprodotte in spagnolo nel libretto "Claves
para Observar y Reconocer" dell’Associazione AEMS Rios con Vida, Madrid
(Rodriguez Ruiz, 2006).
Con il volgere degli anni dal 1991, la classificazione degli invertebrati avanzava e
nuovi taxa immigranti apparivano nell'Europa occidentale, parecchi provenienti
dalla regione Ponto-Caspiana. Queste novità furono descritte in un Supplemento
del libretto francese (Dessaix et al., 2006), il quale fu anche adattato all'Italia e
aggiunto alla seconda edizione del libretto italiano.
Gli Indici della qualità delle acque francesi (IBGN = Indice Biologico Globale
Normalizzato) ed italiani (IBE = Indice Biotico Esteso) utilizzano questi libri per
costruire le tabelle che permettono la classificazione dei corsi d'acqua secondo la
loro fauna presente e quindi la loro qualità in cinque categorie. Poi i corsi possono
essere rappresentati su delle mappe con cinque colori dai più puri e naturali (in blu)
ai più inquinati (in rosso).
La Direttiva Europea 2000 sull’acqua è volta alla riqualificazione dei corpi idrici
riavvicinando il più possibile i corsi d'acqua alla loro condizione naturale di
organismi viventi. Nuovi metodi di valutazione della salute dei fiumi sono
64

attualmente allo studio (Archaimbault, 2008). Tra gli altri, dal punto di vista
tassonomico, questi metodi richiederanno l'identificazione degli invertebrati a
livello dei generi e non più a livello delle famiglie, usando il grosso libro di Tachet
et al. (2000) che descrive 476 taxa in 589 pagine. Una simile identificazione
richiede molto lavoro di iper-specialisti formati per molti mesi.
Figura 1 - Le copertine dei libretti francese del 2002 e italiano del 2006.
Un'inchiesta approfondita fu condotta nel 2008 per decidere se bisognava rinnovare
la piccola "fauna blu" o no.
Da una parte, fu giudicato che ci fosse bisogno di lunghe serie fatte con lo stesso
metodo quando si voglia stimare la variazione della qualità di un’acqua nel tempo e
l'effetto delle misure di risanamento, quindi gli IBGN e IBE dovranno ancora
essere realizzati per molto tempo, ma tenendo conto non più della fauna descritta
nel libro del 1991 ma della fauna attuale - da questo punto di vista, un nuovo
libretto aggiornato costituirebbe anche un complemento utilissimo al libro di
Tachet (2000).
D'altra parte, la formazione di specialisti nelle scuole e università deve cominciare
con un manuale semplice, di tipo "fauna blu". Quello libretto è sempre ampiamente
utilizzato e richiesto. In più, passeranno ancora un paio di anni prima che i nuovi
indici siano approvati ed applicati.
65

Risultati
Alla fine, fu deciso di rinnovare completamente il libretto del 1991 sotto forma
elettronica con il titolo "Initiation aux Invertébrés des Eaux Douces" :
(Introduzione agli invertebrati delle acque dolci) (Tachet et al., 2009) (Fig. 2).
66
Figura 2
Il libro francese
del 2009
Il testo della vecchia "fauna blu" fu scannerizzato, adattato e completato. Passò da
158 a 188 pagine, menzionando circa 880 taxa e disegnandone più di 300, ma

sempre con l'identificazione a livello delle famiglie. Geolab ci inviò amabilmente
gli scansioni delle figure italiane, le cui didascalie furono ritradotte dall'italiano in
francese. E' stata un'opera di grande collaborazione !
Nella redazione del nuovo libro hanno collaborato altri specialisti : il Prof. Philippe
USSEGLIO-POLATERA (Università di Metz) ci ha consigliati sui cambiamenti
tassonomici degli insetti, il Dott. Jean WUILLOT (Società IRIS Consultants) ha
completamente rielaborato le pagine degli Oligocheti, sopprimendo la famiglia
polimorfa dei Naididae e fondendola con la famiglia dei Tubificidae. Il Prof. Alain
THIÉRY (Università di Marsiglia) ha aggiunto i microcrostacei Cladoceri,
Copepodi, Ostracodi per soddisfare le domande frequenti degli studenti. La
Dott.ssa Pâquerette Dessaix (Società ARALEP) ed io abbiamo coordinato
l'introduzione dei nuovi taxa registrati nel Supplemento 2006 e la messa a punto
del libro. Così per esempio, sulle pagine dei Crostacei Malacostraci, sono Mysis,
Dikerogammarus, Crangonyx, Chelicorophium ed Orchestia dei generi invasivi
nuovamente apparsi. E' stata aggiunta una pagina sugli Aracnidi . Le nuove specie
sono state introdotte anche nelle chiavi e nelle tabelle ecologiche che danno i
biotopi dei taxa con la loro corrente (animali limnofili o reofili), il loro cibo e modo
di nutrizione, ed infine alcune osservazioni di comportamento, respirazione o
riproduzione.
L'opera è stata riletta da tre specialisti, corretta parecchie volte, poi stampata
quest'anno a Imola grazie al Dott. Buganè.
Discussione e conclusioni
Gli indici macroinvertebrati sono destinati a valutare dapprima l'inquinamento
organico, ma danno anche una stima dell'inquinamento chimico tossico.
I libri e le mappe dedotte dell'identificazione degli invertebrati permettono il
confronto tra dati antichi e recenti e quindi la valutazione dell'effetto delle misure
prese per combattere l'inquinamento.
Nel suo intervento per completare il ventaglio degli strumenti necessari
dall'attuazione di metodi francesi di valutazione della qualità degli ambienti
acquatici, AQUAREF (il laboratorio francese di riferimento dell'acqua e degli
ambienti acquatici) ha sostenuto la nostra decisione, partecipando al finanziamento
di questo libro ammodernato. Questo ha permesso la vendita del libro fuori
commercio ai soci dell'AFL, scienziati o amministratori dell'ambiente acquatico al
prezzo moderato di 34 euro.
Ringraziamo tutti i partecipanti alla nuova edizione e cominciamo ad accogliere
con piacere osservazioni e suggerimenti di perfezionamento per la prossima
edizione che sarà stampata fra alcuni anni quando lo stock attuale sarà esaurito.
Ringrazio anche la Signora Pelletta che ha riletto l'Italiano orale e scritto di questo
intervento.
67

Riferimenti bibliografici
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macroinvertébrés des eaux douces. Association Française de Limnologie e Université
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TACHET, H. , BOURNAUD M., RICHOUX P. (2006) Inroduzione allo studio dei
macroinvertebrati di acqua dolce. Association Française de Limnologie e GEOLAB, Imola.
pp. 1-170.
TACHET H. , BOURNAUD M., RICHOUX P., DESSAIX P., PATTEE E. (2009)
Initiation aux invertébrés des eaux douces. Association Française de Limnologie, Thononles-Bains.
pp 1-190.
68

AMPHIBIAN ASYMMETRY, A USEFUL TOOL
TO ASSESS ENVIRONMENTAL QUALITY
L´ASYMÉTRIE DES AMPHIBIENS, UNE MÉTHODE UTILE
POUR ÉVALUER LA QUALITÉ DE L´ENVIRONMENT
L´ASIMMETRIA DEGLI ANFIBI, UN METODO UTILE
PER VALUTARE LA QUALITÀ AMBIENTALE
Carmen I. Burghelea*, Dragos Zaharescu, Antonio Palanca
Animal Anatomy Laboratory, Faculty of Biological Sciences,
Vigo University, Lagoas Marcosende, Vigo 36310, Spain
* Corresponding author: bcarmen@uvigo.es
Summary
This study aimed to determine the morphological stress experienced by Rana
perezi, an anuran endemic to the Iberian Peninsula, in an agricultural landscape
with different levels of management impact, by using the fluctuating asymmetry
(FA) of its skeleton. Tibio-fibula, a highly functional trait, had the lowest FA level,
whereas radio-ulna was the most asymmetric. This indicates that traits under
directional selection are more prone to reflect stress than the functionally important
ones. Metatarsus and radio-ulna were less able to cope with the stress in rice fields
than in reservoirs. In ontogeny FA level decreased towards the adult stage
suggesting that the mechanism of developmental stability buffered against the
stress. In conclusion metatarsal and radio-ulna asymmetry of R. perezi juveniles
can be used to assess environmental disturbances in agricultural landscapes.
Keywords: Rana perezi; fluctuating asymmetry; agricultural landscape;
environmental stress.
Résumé
Cette étude a visé de déterminer le stress morphologique éprouvé par Rana perezi,
un anoure endémique de la Péninsule Ibérique, dans le paysage agricole, en
utilisant l'asymétrie fluctuante (AF) de son squelette. Le tibio-péroné, un trait très
fonctionnel, montrait le plus faible degré d'asymétrie, alors que le radio-cubitus a
était le plus asymétrique. Il révèle que les traits sous sélection directionnelle sont
plus prédisposés au stress que les traits fonctionnels importants. En outre, le
métatarse et le radio-cubitus font moins face aux stress dans les rizières que dans
les réservoirs. Dans l'ontogenèse, le niveau d’AF a diminué en s'approchant du
stade, suggérant que le mécanisme de la stabilité développementale protège contre
le stress. En conclusion, l´AF du métatarse et du radio-cubitus des juvéniles de R.
perezi pourrait être utilisée pour l'évaluation des perturbations environnementales
dans des paysages agricoles.
69

Mots-clés : Rana perezi; asymétrie fluctuante; paysage agricole; stress
environnemental.
Riassunto
Questo studio mira a determinare lo stress morfologico vissuto da Rana perezi, un
anura endemico della Penisola Iberica, nel paesaggio agricolo, utilizzando
l'asimmetria fluttuante (AF) del suo scheletro. Il tibio-perone, un tratto altamente
funzionale, ha mostrato il più basso grado di AF, mentre la radio-ulna è risultata la
più asimmetrica. Si rileva che tratti sotto selezione direzionale sono più inclini a
riflettere stress che tratti funzionalmente importanti. Inoltre, metatarso e radio-ulna
sono meno capaci di far fronte allo stress in campi di riso che in riserve d'acqua. In
ontogenesi, il livello di AF diminuisce verso la fase adulta suggerendo che il
raggiungimento di stabilità nello sviluppo dell'organismo rappresenta una
protezione dallo stress. In conclusione l´asimmetria del metatarso e radio-ulna di
forme giovani di R. perezi può essere utilizzato per valutare disturbi ambientali in
paesaggi agricoli.
Parole chiave: Rana perezi; asimmetria fluttuante; paesaggio agricolo; stress
ambientale.
Introduction
Biotic indexes and physiochemical parameters have been largely used for the
assessment of environmental quality. Environmental agencies are, however,
constantly looking for economic and efficient alternatives which can effectively
measure and monitor the condition, integrity and long-term sustainability of
ecosystems. A way to examine the environment stress in organisms, before their
decline or extinction occurs is to study their fluctuating asymmetry (FA: small
random deviations from perfect symmetry, Møller & Swaddle 1997) and therefore
indirectly evaluate the environmental quality. Amphibians are one of the nature´s
best indicators of overall environmental health as they inhabit two niches (aquatic
and terrestrial) and are sensitive to local factors such as water quality and
microhabitat availability (Pope 2000). Agricultural management of wetlands is one
of the major stressors of amphibian populations (Piha 2006). Reduced survivorship,
altered feeding activity and mobility, decreased growth, as well as morphological
deformities and increased asymmetry have been reported as main effects of
pesticides use on amphibians (Söderman et al. 2007; Piha et al. 2006).
The objective of the present study was to determine the fluctuating asymmetry of a
number of elements of R. perezi skeleton in two areas with different levels of
agricultural impact: intense and low management activity.
Materials and Methods
Monegros (NE Spain) is one of the most arid regions of Europe (Herrero & Snyder
1997). The area has been identified as being particularly vulnerable to human and
70

climate-induced land degradation (Macklin et al. 1994). R. perezi is a permanent
resident of Monegros irrigated area. A number of 562 individuals were captured
randomly in rice fields and their supplying reservoirs, during the dry (January-
May) and wet period (July-September) of 2003. The samplings took place in 5
municipalities of Monegros: San Juan del Flumen, Cartuja, Lanaja, Orillena and
Sariñena. The frogs were classified in sex - size classes and X-rayed. Thereupon
they were back released in the environment. Three traits were measured repeatedly
by image analysis: radio-ulna, tibio-fibula and the second metatarsal bone.
The absolute values of the difference (R-L) of metatarsus showed significant
correlation with trait size and frog size. This was corrected using the expression
FA=|R-L|/ [(R+L)/2] (Palmer & Strobeck, 1986). In addition, we tested for
directional asymmetry by comparing unsigned FA values vs. 0 with t tests, and for
antisymmetry with Kolmogorov- Smirnov tests.
ANCOVA helped testing FA differences between landscape type and period
(dry/wet). Descriptive statistics are given ±SE.
Results
Measurement error for all traits was smaller than the FA values which indicated
true asymmetry. This followed a normal distribution with mean zero for all traits
considered.
The FA of the 3 studied bones showed significant differences between frog
classes. The most affected by stress was radio-ulna (FA=0.71±0.02), followed by
metatarsal (0.56±0.02) and tibio-fibula (0.21±0.007). Along the postmetamorphic
development FA decreased from recently metamorphosed (n=148) and juveniles
(n=147) to adult males (n=98) and females (n=169) (Fig. 1).
71
Figure 1
Fore and hind-limbs FA
(adjusted for trait size) in
ontogeny.
Values plotted are means
±SE.
FA = |R-L|/[(R+L)/2],
where R=length of the right
limb, L=length of the left
limb and size of the limb =
(R+L)/2.
A one way ANOVA showed significant differences of juveniles´ radio-ulna FA
(F=8.90, P

FA values were higher in rice fields than in reservoirs especially in the dry period
(Fig. 2).
Figure 2 - Fluctuating asymmetry (FA) of tibio-fibula ( ), metatarsal () and radio-ulna
() in rice fields and reservoirs: (a) recently metamorphosed, (b) juveniles, (c) adult-males
and (d) adult-females. *Significant differences of FA between rice fields and reservoirs,
P

The highest level of FA was registered by a forelimb trait (i.e. radio-ulna), which is
used by R. perezi males to hold females during copulation. It thus confirms the
hypotheses that traits under directional selection are more sensitive to stress
(Møller & Pomiankowski 1993).
In ontogeny decreasing levels of FA towards the adult stage illustrates that
developmental stability at earlier stage is efficient at buffering against the stress.
The higher degree of FA in the smaller sex (i.e. females) suggests that the sex
difference in FA is indeed related to sex per se, rather than to the degree of sexual
size dimorphism (Söderman et al. 2007).
Our study established a significant connection of metatarsal and radio-ulna FA
with the landscape management level suggesting that the intensive agricultural
practices could result in development instability. It seems that less-functional
skeleton traits of R. perezi can be used to estimate the level of environmental
disturbance. Further studies are required to establish which agricultural practices
and environmental parameters are more involved in determining the morphological
asymmetries of R. perezi.
In the general context of world amphibian decline (Alford & Richards 1999) FA
may well reflect populations under stress and indirectly, the environmental quality.
Acknowledgements: We wish to thank our colleagues from Animal Anatomy Laboratory
(Vigo University) for the field work and fluctuating asymmetry measurements.
References
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ecology. Annu Rev Ecol Syst 30:133–165.
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in agricultural habitats: a case study of the common frog Rana temporaria. Copeia 4:810–
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PIHA N. (2006) Impacts of agriculture on amphibians at multiple scales. PhD thesis,
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73

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metapopulation effects on leopard frog populations. Ecology 81:2498–2508.
SÖDERMAN F, VAN DONGEN S, PAKKASMAA S, MERILÄ J. (2007) Environmental
stress increases skeletal fluctuating asymmetry in the moor frog Rana arvalis. Oecologia
151:593–604.
SÖDERMAN F. (2006) Comparative population ecology in moor frogs with particular
reference to acidity. PhD thesis, Uppsala Univeristy, Sweden.
74

DISCHARGE MEASURES AND EVALUATION
OF HYDROMETRIC LEVELS IN LOW WATER CONDITIONS
BASIN OF THE RIVER RENO (ITALY)
MESURES DE DEBIT ET ÉVALUATION DES NIVEAUX
HYDROMERIQUES PENDAND LES PÉRIODES D'ETIAGE
BASSIN DE LA RIVIERE RENO (ITALIE)
MISURE DI PORTATA E VALUTAZIONE DEI LIVELLI
IDROMETRICI NEI PERIODI DI MAGRA
BACINO DEL F. RENO (ITALIA)
Camilla Iuzzolino*, Lorenzo Canciani
Autorità di Bacino del Fiume Reno
* Corresponding author: e-mail: ciuzzolino@regione.emilia-romagna.it
Summary
Beginning from 2005, the Reno Basin Authority has undertaken field and office
activity for verifying and reporting discharge levels during drought periods in the
main water courses of the river basin.
Throughout the year discharge measures were performed in order to verify flows
and to maintain the flow scales of the telehydrometic instruments, with detailed
attention to the description of low water conditions.
Above all in the summer period was carried out a real-time control of the
hydrometric levels, weekly and in concomitance with significant rainfalls, for
learning the state and the hydrological behaviour of the river basin, and also the
location of eventual critical situations.
The objective was to develop an instrument of aid to management, so that it
concurs to gradually master certain weaknesses, trying to guarantee the greater
number of requirements, with an detailed attention to priority uses.
Keywords: Minimum vital flow; streamflow monitoring
Résumé
À partir de 2005, l’Autorité de Bassin du Reno a entrepris une activité de terrain et
de bureau concernant la vérification et le relevé du fonctionnement des niveaux
hydrométriques qui donnent les débits des principaux cours d'eau du bassin dans le
périodes sèches.
Pendant l'année sont exécutés des mesures de débits pour vérifier les écoulements,
ainsi que l'entretien et la mise à jour des courbes d'étalonnage des instruments
téléhydrométriques, avec une attention particulière à la description des conditions
d'étiage.
Surtout dans la période estivale, est effectué en temps réel le contrôle des niveaux
hydrométriques, hebdomadairement et en concomitance avec les pluies
75

significatives, le but étant de connaître l'état et le comportement hydrologique du
bassin, et de repérer d’éventuelles situations critiques.
L'objectif est de développer un instrument d'aide à la gestion qui permette
d'intervenir graduellement afin de maitriser les dèrives, en cherchant à repondre au
plus grand nombre de besoins, avec une attention particulière aux usages
prioritaires.
Mots-clés: Débit minimum vital; suivi de débit.
Riassunto
A partire dal 2005, l’Autorità di Bacino del Reno ha intrapreso attività di campo e
di ufficio indirizzate alla verifica e al reporting sull’andamento dei livelli
idrometrici corrispondenti alle portate nei periodi siccitosi relativamente ai
principali corsi d’acqua del bacino.
Durante l’anno vengono eseguite misure di portata per verificare i deflussi, nonché
il mantenimento e l’aggiornamento delle scale di deflusso degli strumenti
teleidrometrici, con particolare attenzione alla descrizione delle condizioni di
magra a portata ridotta.
Soprattutto nel periodo estivo, viene effettuato in tempo reale un controllo della
situazione dei livelli idrometrici settimanalmente e in concomitanza di consistenti
piogge, finalizzato alla conoscenza dello stato e del comportamento idrologico del
bacino, nonché all’individuazione di eventuali criticità.
L’obiettivo è quello di sviluppare uno strumento di aiuto alla gestione, che
consenta di intervenire gradualmente al fine di governare le derivazioni, cercando
di garantire il maggior numero di fabbisogni, con un’attenzione particolare agli usi
prioritari.
Parole chiave: Deflusso minimo vitale; monitoraggio delle portate.
Introduzione
A partire dal 2005, a seguito della conclusione del lavoro relativo alla
determinazione del DMV sperimentale che ha consentito un’attenta analisi
dell’ambiente fluviale e delle sue specifiche caratteristiche idrologiche, idrauliche
ed ambientali e in fase di approvazione dei Piani di Tutela delle Acque (PTA) delle
Regioni Emilia-Romagna e Toscana, l’Autorità di Bacino del Reno ha intrapreso
una serie di attività di campo e di ufficio indirizzate alla verifica e al reporting
sull’andamento dei livelli idrometrici corrispondenti alle portate nei periodi
siccitosi relativi alle situazioni monitorate sui principali corsi d’acqua del bacino
del Fiume Reno.
I primi due anni 2005 e 2006 sono serviti innanzitutto a testare ed affinare questo
strumento di controllo: nel tempo si sono selezionate le stazioni più idonee e
rappresentative, valutata la cadenza opportuna, verificata l’attendibilità del sistema
e pianificata l’attività connessa necessaria al mantenimento dello stesso. Le
76

osservazioni sono quindi proseguite, con una buona affidabilità, anche nel corso
del 2007 e del 2008.
.
77
Figura 2
Figura 1
Misure di
portata a
guado
Andamenti di livelli idrometrici
Durante l’anno nei periodi di magra vengono eseguite misure di portata da Autorità
di Bacino ed ARPA-Servizio Idro Meteo e Clima, periodicamente ed in funzione di
specifiche situazioni da monitorare (piogge intense ed improvvise, perdurare di
periodi siccitosi, prelievi e rilasci di volumi d’acqua, etc.), al fine di verificare i
deflussi dei corsi d’acqua, nonché il mantenimento e l’aggiornamento delle scale di
deflusso degli strumenti teleidrometrici presenti sul bacino, con particolare
attenzione alla descrizione delle condizioni di magra a portata ridotta.

78
Figura 3
Esempio di
scala di
deflusso da
aggiornare.
Le misure di portata vengono effettuate con strumenti specifici differenziati a
seconda delle condizioni idromorfologiche in cui si va ad operare.
Figura 4
Strumenti per rilevamento
portate e livelli.
Fondamentale è lo sfruttamento e l’ottimizzazione della rete idrometrica regionale
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
definite le scale di deflusso, di un controllo in tempo reale.
La frequenza delle misure di campo necessarie varia in funzione della “stabilità”
delle sezioni e della necessità di aggiornare, rivedere e modificare le scale di
deflusso, in conseguenza di eventi di piena e cambiamenti delle condizioni
idromorfologiche di riferimento.
Ulteriori sopralluoghi poi vengono condotti per specifiche caratterizzazioni del
regime idrologico del corso d’acqua in quei tratti di interesse non provvisti di rete
teleidrometrica sia in territorio toscano (come per esempio l’alto bacino del
Santerno, l’alto corso del T. Senio, il T. Orsigna) che in territorio emilianoromagnolo
(ad esempio i tratti montani dei torrenti Samoggia e Lavino).
Inoltre, soprattutto nel periodo estivo, viene effettuato in tempo reale un controllo
della situazione dei livelli idrometrici a cadenza settimanale e in concomitanza di
consistenti piogge estive, finalizzato innanzitutto alla conoscenza dello stato di
fatto e del comportamento idrologico del bacino, nonché all’individuazione delle
eventuali criticità.
Tali attività sono condizione necessaria al fine di assicurare l’affidabilità del
sistema di verifica diretta dei livelli idrometrici, in particolare in funzione di valori
di portata molto bassi e prossimi allo zero la cui attendibilità e conferma necessita
spesso di misure dirette in campo.
Queste valutazioni costituiscono il punto di partenza per affrontare e ragionare su
problematiche specifiche, necessità e richieste di risorsa, bilanci idrici di dettaglio,
caratterizzazione del deficit superficiale annuale (in termini volumetrici o di giorni
in cui non viene rispettato il DMV), alla luce di una conoscenza di dettaglio del
sistema idropluviometrico e dei suoi comportamenti.
79
Figura 5
Castelbolognese, Torrente Senio.
Periodicamente da maggio a ottobre vengono anche redatti dei “bollettini”
riassuntivi che mostrano l’andamento dei livelli e quindi dei volumi transitanti nei
periodi più critici.

.
80
Figura-6
Tabelle statistiche relative al
numero di giorni in cui il livello
idrometrico è inferiore a quello
corrispondente al DMV
[idrologico (0,160 m3/s) e
sperimentale (0,500 m3/s)].
Figure 7 - 8
Borgo Tossignano,
Torrente Santerno:
stima dei deficit
idrici.

Il livello di “allerta” (visualizzato nei bollettini con colore giallo nei documenti
originali) si riferisce per il 2007 e 2008 all’altezza corrispondente al DMV
idrologico, mentre quello “critico” (in colore rosso nei documenti originali)
corrisponde ad 1/3 del DMV idrologico. Tale valore di DMV, ai sensi di quanto
definito dalle norme del PTA della Regione Emilia-Romagna, rappresentava la
portata da lasciar defluire obbligatoriamente per tutte le derivazioni in essere alla
data di approvazione del Piano fino al rispetto del DMV idrologico entro il
31/12/2008. Abbiamo ritenuto di assumere tali altezze idrometriche come valori di
riferimento per una valutazione generale dell’andamento del regime idrologico su
tutto il bacino del Reno e quindi anche sul territorio toscano.
A partire dal 2009 il livello “critico” viene pertanto riferito al valore di DMV
idrologico ed al momento si è scelto, come “allerta”, il livello corrispondente al
doppio del DMV idrologico.
La scelta di determinare tale valore, soprattutto nei periodi più critici con
concomitanza temporale e spaziale dei fabbisogni in essere, è motivata dalla
volontà di affiancare alla finalità di controllo un approccio gestionale a breve e
media durata.
Ciò potrebbe consentire infatti di intervenire gradualmente al fine di governare e
limitare le derivazioni, cercando di garantire il maggior numero di fabbisogni, con
un’attenzione particolare agli usi prioritari; questo anche alla luce del
comportamento osservato, per cui il sistema una volta entrato in crisi, stenta a
risollevarsi.
La valutazione per livelli idrometrici di maggiore ordine di grandezza, può fungere
anche da previsione di scenari futuri come l’applicazione del valore completo di
DMV o il rispetto di valori specifici di portata.
Per monitorare meglio specifiche situazioni, potrebbe essere utile riuscire a stimare
tali comportamenti ed analizzare le correlazioni con gli afflussi meteorici.
L’osservazione e la valutazione delle situazioni dei livelli viene comunque
effettuata anche e volutamente in corrispondenza del verificarsi di eventi meteorici
ritenuti significativi.
Indipendentemente dall’analisi del regime meteorico specifico, in linea generale è
possibile osservare un comportamento ricorrente relativamente alla disponibilità
della risorsa, sia in termini territoriali che temporali.
Le situazione complessivamente meno “critiche” sono facilmente individuabili
dall’assenza di colore Rosso (nei documenti originali) e sono riconducibili a:
1. T. Santerno a Borgo Tossignano: la stazione, localizzata ancora in bacino
montano, a monte della presa significativa del Canale dei Mulini in località
Codrignano, tendenzialmente non presenta problemi specifici;
2. T. Silla a Mulino di Gaggio: tale torrente, alimentato dalle sorgenti e dalle nevi
del complesso montuoso del Corno alle Scale rappresenta uno degli affluenti
principali montani del Fiume Reno;
81

3. F. Reno a Casalecchio Tiro a Volo: il livello viene opportunamente mantenuto
nei limiti con manovre idrauliche che regolano l’opera di presa del Canale di Reno
situato poco a monte in corrispondenza della Chiusa.
2007
2008
Figura 9 - Situazione dei livelli idrometrici corrispondenti alle portate critiche e di allerta
(maggio-novembre 2007 e 2008).
Nel periodo tardo primaverile cominciano a manifestarsi le prime situazioni di
sofferenza ed entrando nella stagione estiva, una volta raggiunte condizioni di
criticità, il sistema (per la maggior parte dei corsi d’acqua) sembra “collassare”,
mostrando lenti tempi di risposta e recupero ad eventi meteorici significativi e
situazioni climatiche più favorevoli; per una ripresa stabile del complessivo sistema
idrologico bisogna attendere la stagione autunnale (fine ottobre) e comunque
piogge più consistenti e soprattutto continue.
82

83
Figura 10 - Situazione dei livelli idrometrici corrispondenti alle portate critiche e di allerta (maggio-agosto 2009).

Conclusioni
In linea generale, per il 2007 e il 2008, le valutazioni meteorologiche di massima
ed i dati di sintesi riportati sugli annali idrologici elaborati da ARPA, per le
stazioni pluviometriche situate nel bacino del Fiume Reno, mostrano che:
tendenzialmente le precipitazioni che “risollevano” maggiormente le portate
dei corsi d’acqua si registrano alla fine di ottobre;
a conferma di situazioni di criticità si assiste a scarsità di afflussi rispetto ai
valori climatici di riferimento dell’ordine del 20% in termini quantitativi e circa del
40% come giorni piovosi;
è la stagione primaverile a mostrare il deficit maggiore rispetto alle medie
climatiche.
Tali conclusioni collimano con le conoscenze del bacino e col quadro osservato
relativo ai livelli idrometrici di magra, in particolare in relazione alla sensibilità del
sistema al protrarsi di periodi siccitosi, al manifestarsi di criticità sin dal principio
della stagione estiva e al recupero raggiunto solo col periodo delle piogge
autunnali.
Il bacino del Reno si dimostra infatti profondamente influenzato dal regime
pluviometrico.
In particolare è possibile individuare sottobacini di piccole dimensione, di medio e
basso appennino (ad esempio il T. Lavino), interessati da forte subalveo (il T.
Samoggia a valle di Savigno) o con ridotta copertura vegetale (per esempio il
bacino del T. Sillaro), caratterizzati da scarsi serbatoi idrogeologici e che sono
fortemente e direttamente condizionati dalle precipitazioni.
Come già evidenziato invece alcuni bacini manifestano una maggiore stabilità dei
deflussi: l’alto Reno alimentato da sorgenti significative (come i due Limentra) e
dalle nevi (attraverso il T. Silla), così come il Santerno ed il Senio, caratterizzati
dalla presenza di maggiori rocce magazzino, mostrano di norma, nei tratti non
ancora profondamente interessati da prelievi antropici, condizioni idrologiche
meno critiche.
84

THE WATER CYCLE AND THE WATER QUALITY
IN THE TERRITORY OF IMOLA
LE CYCLE DE L'EAU ET LA QUALITÉ DE L'EAU
DU TERRITOIRE D’IMOLA
IL CICLO IDRICO E LA QUALITÁ DELL’ACQUA
NEL TERRITORIO IMOLESE
Carlo Falconi
HERA Imola-Faenza S.r.l.
Summary
HERA, the society that manages the integrated water service of the territory of
Imola, has put together policies to a conscious exploitation of water resources, as
shown, on the waterworks side, the existence of an industrial pipeline and the
diversification of supply sources, and, on depurative side, the presence of lakes of
finishing to refine the water that is released to the environment.
Keywords: Water integrated; water service; industrial pipeline; lakes of finishing.
Resumé
HERA, la société de gestion du service hydrique intégré du territoire d'Imola, a mis
en place une politique visant à une exploitation responsable des ressources
hydriques, comme le prouvent, d'un côté, la réalisation de l'aqueduc à usage
industriel et la diversification des sources d'approvisionnement et, de l'autre, pour
ce qui concerne l'épuration des eaux, la présence de bassins d'affinage des eaux qui
sont rejetées dans l'environnement
Mots-clés : Eau; service hydrique intégré; aqueduc industriel; bassins d'affinage.
Riassunto
HERA, gestore del servizio idrico integrato del territorio imolese, ha messo in
campo politiche volte ad uno sfruttamento consapevole della risorsa idrica, come
dimostrano, sul versante acquedottistico, l’esistenza di un acquedotto industriale e
la differenziazione delle fonti di approvvigionamento, e, sul versante depurativo, la
presenza di bacini di finissaggio volti ad affinare l’acqua che viene rilasciata
all’ambiente.
Parole chiave: Acqua; servizio idrico integrato; acquedotto industriale; bacini di
finissaggio.
85

Introduzione
Il territorio imolese, oggetto del presente articolo, comprende essenzialmente la
città di Imola e la media-bassa vallata del Santerno (Casalfiumanese, Borgo
Tossignano e Fontanelice).
Il sistema idrico integrato di questo territorio risulta essere esemplificativo per le
politiche di utilizzo e tutela della risorsa idrica perseguite da HERA al fine di
utilizzare e salvaguardare al risorsa idrica del territorio.
Il sistema acquedottistico
La città di Imola, che conta circa 70.000 abitanti, storicamente è sempre stata e
viene attualmente alimentata da circa una ventina di pozzi insistenti sulla conoide
del fiume Santerno.
La maggior parte delle acque captate da queste fonti sotterranee sono già potabili in
natura, mentre la restante presenta un inquinamento da organoalogenati. Pertanto
tale quota deve essere e viene potabilizzata attraverso un trattamento con filtri a
carbone attivo che eliminano completamente questi inquinanti di origine antropica
(Fig. 1).
86
Figura 1
Filtri a carbone
attivo
dell'impianto
di Imola.
Per far fronte all’incremento della domanda idrica civile, conseguente al costante
aumento di popolazione registrato nell’ultimo decennio, e per tutelare la risorsa
idrica sotterranea, limitando il fenomeno della subsidenza, HERA ha previsto di
sfruttare maggiormente la risorsa idrica superficiale disponibile, non insistendo più
sull’acqua delle falde sotterranee.

Questa politica di differenziazione delle fonti e di tutela della risorsa idrica
sotterranea è già stata avviata nel 2008 con la creazione di un impianto da circa 30
l/s che sfrutta acqua di origine superficiale proveniente dal sistema acquedottistico
industriale.
Tutte le acque prelevate dai pozzi e dall’impianto sopra citato vengono convogliate
in un’unica vasca di raccolta (vasca Pontesanto) e da qui pompate in rete previa
un’opportuna disinfezione al fine di garantire la giusta copertura igienico-sanitaria
nelle condotte di distribuzione.
Come accennato, oltre ad un sistema acquedottistico civile, la città di Imola è
dotata anche di un acquedotto di tipo industriale. Questo sistema acquedottistico
viene alimentato da un impianto di trattamento ubicato nel Comune di Mordano
che preleva acqua dal C.E.R. (Canale Emiliano Romagnolo) e dal Canale dei
Molini. Il trattamento che subiscono le acque provenienti da questi due vettori
antropici superficiali (il C.E.R. preleva acqua dal fiume Po, mentre il Canale dei
Molini preleva acqua dal fiume Santerno) è essenzialmente un trattamento di
chiariflocculazione e disinfezione.
Tale sistema risulta di fondamentale importanza per la tutela della risorsa idrica. A
livello qualitativo questo sistema acquedottistico “sdoppiato” tra civile e industriale
consente di tutelare la risorsa idrica del territorio, perseguendo due importanti
obiettivi:
- destinazione delle acque pregiate all’utilizzo essenzialmente civile;
- limitazione del prelievo di acque sotterranee, con riduzione e/o eliminazione
del fenomeno della subsidenza.
87
Figura 2
Veduta aerea
di un bacino
di accumulo e
dell' impianto
di trattamento
industriale.

La media-bassa vallata del Santerno, che include i centri di Casalfiumanese, Borgo
Tossignano e Fontanelice, per un totale di circa 9.000 abitanti, ha il fulcro del suo
sistema acquedottistico nel territorio del Comune di Borgo Tossignano, dove sono
ubicati sia invasi di raccolta delle acque grezze derivate dal fiume Santerno, sia il
potabilizzatore civile che serve l’intera rete acquedottistica civile della vallata.
Non essendo disponibile in natura altra risorsa idrica che quella superficiale del
fiume Santerno, l’intera rete viene servita dal potabilizzatore che opera trattando
l’acqua con processi di disinfezione, chiariflocculazione, filtrazione a sabbia,
filtrazione a carboni attivi e disinfezione.
Poiché il fiume Santerno ha carattere torrentizio, per evitare problemi o durante i
periodi di piena o durante le stagioni particolarmente siccitose, in località Rineggio
si sono realizzati due bacini di accumulo di acqua grezza per oltre 90.000 m 3 .
Questi bacini a monte del potabilizzatore consentono di avere notevoli vantaggi
gestionali, oltre che miglioramenti a livello qualitativo sui processi di
potabilizzazione, in quanto:
- si ha una sedimentazione naturale all’interno dei bacini che evitano trattamenti
più spinti di potabilizzazione;
- le caratteristiche qualitative dell’acqua migliorano e diventano pressoché
costanti durante buona parte dell’anno;
- non si è vincolati alla portata del Santerno alquanto volubile, avendo una
riserva idrica di oltre 20 giorni.
Oltre a ciò, anche il fiume e il suo sistema ecologico beneficiano di questi
accumuli, in quanto viene salvaguardato l’afflusso minimo vitale del fiume proprio
nei periodi più siccitosi.
Il sistema fognario-depurativo
Sia la città di Imola (con esclusione di una piccola parte industriale servita da un
piccolo depuratore denominato “Gambellara”) che l’intera media-bassa vallata del
Santerno convogliano i loro reflui al depuratore “Santerno” di Imola. Infatti, oltre
alla rete fognaria imolese sviluppata su tutto il territorio, lungo la vallata del
Santerno è stato realizzato già da diversi decenni un collettore che recupera e
trasporta tutti gli scarichi ad Imola.
Oltre al sistema fognario urbano, si sottolinea che da alcuni anni al depuratore di
Imola giunge anche il percolato rilasciato dalla discarica “Pediano”, attraverso un
collettore dedicato che consente di garantire il miglior trattamento per questi
liquami.
Il depuratore “Santerno” di Imola, della potenzialità di circa 75.000 abitanti
equivalenti (il cui potenziamento è previsto nei prossimi anni per far fronte agli
sviluppi insediativi e industriali della zona) attua sui reflui un trattamento alquanto
standard composto da un sistema di depurazione a fanghi attivi con
predenitrificazione e da una linea fanghi con digestione anaerobica e
disidratazione.
88

89
Figura 3
Schema del
sistema fognariodepurativo
del
territorio
imolese.
La peculiarità del depuratore non è tanto il suo processo di trattamento, quanto
l’esistenza a valle di ben 5 bacini cosiddetti di finissaggio. Il volume di questi
invasi è di circa 416.000 m 3 .
Questi bacini consentono all’acqua in uscita dal depuratore di affinarsi
ulteriormente grazie a processi naturali che riducono:
- particelle ancora in sospensione tramite sedimentazione e decantazione ;
- nutrienti quali fosforo e azoto grazie all’azione di processi vegetali;
- carica batterica attraverso predazione e irraggiamento solare.

90
Figura 4
Vista
dall’alto del
depuratore
“Santerno” e
dei bacini di
finissaggio.
Grazie sia al processo di depurazione vero e proprio ben dimensionato, sia alla
presenza dei bacini di finissaggio, l’acqua che viene rilasciata al fiume Santerno
presente buone caratteristiche qualitative e non va ad alterare minimamente il
sistema ecologico della zona su cui insiste.

STONE RIVERS: THE EVOLUTION OF THE HYDROGRAPHIC
NETWORK IN PIEDMONT IN THE GLOBAL CHANGE CONTEXT
RIVIERES DE PIERRES: L'EVOLUTION DU RESEAU FLUVIAL EN
PIEMONT DANS LE CONTEXTE DU CHANGEMENT GLOBAL
FIUMI DI PIETRA: L’EVOLUZIONE DEL RETICOLO IDROGRAFICO
PIEMONTESE NELL’AMBITO DEL CAMBIAMENTO CLIMATICO
Massimo Cammarata (1)* , Stefano Fenoglio (1) , Massimo Pessino (2) , Tiziano Bo (1)
(1)
DISAV Università del Piemonte Orientale -
Via Teresa Michel 11 15121 Alessandria
(2)
University of Illinois, Illinois Natural History Survey
1816 South Oak Street, Champaign IL – USA
Corresponding autor: E.mail: tbo@unipmn.it
Abstract
In this paper we present a brief description of the hydrological situation of running
waters in Piedmont, with a special emphasis on the results of two studies related to
the effect of temperature on the nymphal development of two typîcal mayflies of
the plain of the Po.
Keywords: Droughts; rivers of Piemont; temperature; mayflies.
Résumé
Ce document est une brève description de la situation des cours d'eau dans le
Piémont, avec les résultats de deux études sur l'effet de la température sur le
développement nymphal de deux Ephemeropteres typique de la plaine du Po.
Mots clés: Etiages de cours d'eau; rivières en Piémont; température;
Ephemeroptera.
Riassunto
Nel presente lavoro viene presentata una breve descrizione della situazione idrica
dei corsi d’acqua piemontesi ed i risultati di due studi relativi l’effetto della
temperatura sullo sviluppo ninfale di due Efemerotteri tipici dei sistemi lotici della
pianura Padana.
Parole chiave: Secche; fiumi Piemontesi; temperatura; Efemerotteri.
Introduzione
Osservando dalle Alpi la pianura, nelle giornate terse si notano lunghe strisce
bruno-giallastre, che segnano profondamente il paesaggio agrario, serpeggiando tra
91

coltivi, abitazioni e strade. Ridotti a lunghi nastri di ciottoli e sabbia, torrenti e
fiumi del Piemonte hanno subito negli ultimi decenni un alterazione ecologica
tanto impressionante quanto poco studiata, le cui conseguenze potranno essere
drammatiche. I fiumi della nostra regione sono stati infatti recentemente colpiti da
drastiche variazioni del regime idrico, con lunghi periodi caratterizzati dalla
scarsezza o mancanza d’acqua che si alternano con furiose e violente alluvioni. Nei
fiumi prealpini come il Gesso, il Varaita, il Grana ma anche nei torrenti delle
Langhe e del Monferrato l’acqua manca ormai costantemente per alcuni mesi
all’anno, sia nel periodo estivo che nel periodo invernale. Così, dopo che negli
ultimi anni il livello di inquinamento chimico delle acque correnti piemontesi si era
progressivamente ridotto, i nostri fiumi devono ora affrontare un nuovo ed
insidioso problema, forse ben più difficile da risolvere.
In numerose regioni del mondo, i fiumi sono sistemi di raccolta e trasporto delle
acque meteoriche che ‘funzionano’ solamente in alcuni periodi dell’anno. Tali sono
ad esempio gli intermittent streams dei deserti australiani, le quebradas delle
montagne andaluse (figura 1) e le fiumare del nostro Sud: dopo lunghi periodi di
siccità, all’arrivo delle piogge, questi ambienti conoscono una breve parentesi di
vita, per tornare poi nuovamente al loro greto sassoso.
92
Figura 1
Rio Despenaperros,
Sierra Morena, Sud
della Spagna.
Al contrario, i sistemi lotici piemontesi hanno sempre avuto regimi idrici
permanenti, alimentati nei diversi casi da apporti pluviali, nivali e glaciali, e solo in
tempi recenti l’acqua ha iniziato a scomparire dagli alvei. Analizzando una serie
centenaria di dati climatologici provenienti da tutta l’Europa, alcuni studiosi inglesi
hanno evidenziato come le regioni dell’area alpina siano state storicamente le meno
interessate dai fenomeni di secca. Tuttavia, considerando una proiezione del
Deutscher Verband für Wasserwirtschaft and Kulturbau, i fenomeni di siccità
incrementeranno in durata e frequenza nei prossimi anni anche in queste aree.

Emergono quindi alcuni interrogativi interessanti. Quali sono le ragioni alla base di
questo fenomeno? Gioca sicuramente un ruolo di primo piano il cambiamento
climatico globale, con la diminuzione delle precipitazioni e l’aumento delle
temperature medie nelle regioni temperate. Estati torride, precipitazioni scarse e
concentrate e scioglimento delle riserve idriche alpine hanno progressivamente
alterato il regime dei nostri fiumi. A questo fenomeno globale si affianca poi una
causa più locale, legata all’incremento dell’impatto antropico nei sistemi fluviali:
captazioni idroelettriche nelle testate dei bacini, canalizzazione ed
artificializzazione degli alvei ed eccessiva sottrazione di acqua per le monocolture
cerealicole della pianura sono tra i principali elementi legati all’alterazione idrica
dei nostri fiumi (figura 2).
93
Figura 2.
Effetti delle
secche fluviali
sulle comunità
macrobentoniche.
Quali sono gli effetti ecologici e biologici connessi al passaggio da un regime
idrico permanente ad uno intermittente? Quali ripercussioni ambientali avrà sul
lungo periodo la drammatica diminuzione delle acque? Per rispondere a questi
quesiti, la Direzione Pianificazione Risorse Idriche della Regione Piemonte ha
recentemente finanziato un progetto di ricerca dell’Università del Piemonte
Orientale (Dipartimento di Scienze dell’Ambiente e della Vita). Questo progetto,
iniziato nel 2004, è finalizzato ad analizzare l’impatto delle secche sulle comunità
di macroinvertebrati bentonici, un comparto biologico di estremo interesse
ampliamente utilizzato nel monitoraggio della qualità delle acque. Dall’analisi dei
dati raccolti emerge un quadro preoccupante: la riduzione delle portate comporta la
diminuzione dei microhabitat disponibili, l’aumento dell’eutrofizzazione, il crollo
dell’ossigeno disciolto e quindi la scomparsa di numerosi taxa. Nei casi più
drammatici, l’assenza temporanea dell’acqua distrugge completamente gli
ecosistemi fluviali per lunghi tratti. Le comunità biologiche dei fiumi delle regioni

mediterranee e semiaride hanno evoluto nel tempo strategie e meccanismi per
superare i periodi di stress idrico: uova e stadi resistenti, cicli vitali brevi con
veloce raggiungimento della maturità riproduttiva e soprattutto utilizzo della zona
iporreica, cioè del materasso fluviale, come rifugio durante le secche. I fiumi sono
uno degli ambienti naturali maggiormente sfruttati dall'uomo ed al contempo meno
studiati dal punto di vista ecologico e funzionale. La nuova normativa in materia
ambientale attribuisce alle comunità biologiche il ruolo di sentinella indicatrice
dello stato di qualità globale dei corsi d’acqua: auspichiamo che la gestione delle
nostre acque interne, elemento di primaria importanza nella pianificazione
territoriale, venga affrontata anche in un contesto ecologico e funzionale
affiancando le strategie idrauliche ed ingegneristiche.
Studi sull’effetto della temperatura sugli invertebrati fluviali
Il nostro gruppo ha effettuato due studi sull’effetto della temperatura delle acque
sullo sviluppo ninfale di due Efemerotteri tipici dei corsi d’acqua della Pianura
Padana (Fenoglio et al., 2005; 2008). Nel primo studio, è stata comparata la
crescita di ninfe di Oligoneuriella rhenana in due fiumi piemontesi, contraddistinti
da diversa temperatura delle acque. Nel secondo lavoro, è stata analizzata la
crescita di ninfe di Potamanthus luteus in tre stazioni del fiume Bormida,
caratterizzate da differente temperatura delle acque (figura 3).
94
Figura 3
Andamento
della
temperatura del
fiume Bormida
nelle tre stazioni
monitorate.
In entrambi i casi, le ninfe sono state campionate dalla loro comparsa nel fiume
sino allo sfarfallamento; per ogni individuo raccolto, sono state rilevate le
principali misure morfometriche (pronoto, lunghezza totale, femore). I valori
termici sono stati rilevati con l’uso di Dataloggers. Entrambi gli studi mostrano

come anche lievi variazioni della temperatura si possano tradurre in diverse
velocità di sviluppo: le stazioni caratterizzate da temperature maggiori favoriscono
in entrambi i casi uno farfallamento precoce delle ninfe. Nell’ambito del previsto
aumento globale delle temperature, questi dati paiono estremamente interessanti,
sottolineando come aspetti fondamentali del life cycle (quali l’inizio del periodo di
volo delle immagini e quindi della stagione riproduttiva) potranno essere in futuro
drasticamente alterati dall’incremento termico.
Bibliografia
FENOGLIO S., BO T., TIERNO DE FIGUEROA J.M., CUCCO M. (2008) Nymphal
growth, life cycle and feeding habits of Potamanthus luteus (Linnaeus, 1767) (Insecta,
Ephemeroptera) in the Bormida River (NW Italy). Zoological Studies, 47(2):185-190.
FENOGLIO S., BO T., BATTEGAZZORE M., MORISI A., 2005. Growth of
Oligoneuriella rhenana (Imhoff, 1852) (Ephemeroptera: Oligoneuriidae) in two rivers with
contrasting temperatures in NW Italy. Zoological Studies, 44 (2):271-274.
95

96

Sessione/Session III.
Soil quality
Qualité du sol
Qualità del suolo
97

BEHAVIOR OF ORGANIC POLLUTANTS IN THE SOIL
ENVIRONMENT. SPECIAL FOCUS ON GLYPHOSATE AND AMPA
COMPORTEMENT DES AGENTS POLLUANTS ORGANIQUES DANS LE
SOL. AVEC MENTION SUR LE GLYPHOSATE ET AMPA
COMPORTAMENTO DEGLI INQUINANTI ORGANICI
NELL’AMBIENTE DEL SUOLO.
FOCUS SPECIALE SU GLYPHOSATE E AMPA
Summary
Gorana Rampazzo Todorovic
University of Natural Resources and Applied Life Sciences, Wien
E.mail: gorana.todorovic@boku.ac.at
In industrialized countries, soil and groundwater contamination by various forms of
harmful substances is a contemporary problem in this highly industrialized age. In
this document, the state of the art regarding the main mechanisms, processes and
factors governing the fate and behavior of organic contaminants in the soil-ground
water system is reviewed.
The behavior of organic contaminants in soils is generally governed by a variety of
complex dynamic physical, chemical and biological processes, including sorption–
desorption, volatilization, chemical and biological degradation, uptake by plants,
run-off, and leaching. These processes directly control the transport of contaminants
within the soil and their transfer from the soil to water, air or food. The relative
importance of these processes varies with the chemical nature of the contaminant
and the properties of the soil. Both the direction and rate of these processes
depend on the chemical nature of the organic contaminant and the chemical, biological,
and hydraulic properties of the soil. Some organic contaminants are degraded
in the soil within a certain time. On the other hand some are degraded only
slowly or are sequestered within soil particles thus being inaccessible for microbial
degradation. Persistence in soils increases the potential for environmental consequences.
Mobility in soil environments is a key factor in assessing the environmental
risk. Compounds interacting weakly or not at all with soil surfaces will be
leached together with the soil solution and have the potential for contaminating
surface or ground water reservoirs far from the point of getting into the soil. Clays,
oxides and organic matter are the primary constituents in soils responsible for the
sorption of organic contaminants.
Among the organic contaminants used in agriculture, one of the most world-wide
applied herbicides is glyphosate, an organophosphonate product, with broad spectrum
of application.
99

Results of two field experiments conducted in two sites of Austria show the influence
of different tillage systems, vegetation cover, and site specific properties on
the risk of surface run off of glyphosate. Better understanding of the behavior of
glyphosate is needed (e.g. adsorption conditions, environmental influence, specific
soil parameters, soil microbes behavior) for a better risk assessment of environmental
pollution.
Based on this knowledge time-dependent adsorption, degradation rates and consequently
risks of contamination for surface and groundwater involved can be estimated.
Keywords: organic contaminants; risk of environmental contamination; glyphosate;
surface run off; adsorption; soil properties; soil processes.
Résumé
Dans les pays industrialisés, la contamination du sol et des eaux causée par les
différentes formes des substances dangereuses est un problème très actuel dans
notre époque. Ce document présente l'état de l'art des principaux mécanismes, processus
et facteurs dont dépendent l'évolution et le comportement des polluants organiques
dans le système du sol et des eaux phréatiques.
En ligne générale, le comportement des polluants organiques dans les sols est réglé
par l'ensemble à la fois complexe et dynamique des processus physiques, chimiques
et biologiques, y compris l'adsorption et la désorption, la volatilité, la dégradation
chimiques et biologiques, l'absorption des plantes, le ruissellement de surface
et le lessivage produit par l'eau. Ces processus contrôlent directement le transfert
des contaminants dans les sols et du sol aux eaux, à l'air et à la nourriture. L'importance
relative de ces processus varie en fonction de la nature chimique des polluants
et des propriétés des sols. Les deux, c.-à-d. la direction et l'ampleur de ces
processus, dépendent de la nature chimique des polluants chimiques et des propriétés
chimiques, biologiques et hydrauliques des sols. Certains polluants chimiques
se dégradent dans les sols en un certain laps de temps. D'autres ne se dégradent que
très lentement ou bien ils restent séquestrès pris dans des particules de sols en devenant
de ce fait inaccessibles à la dégradation microbiologique. Leur persistance
dans les sols augmente les conséquences potentielles sur l'environnement. La mobilité
dans le sol est le facteur principal pour l'évaluation du risque environnemental.
Des composants qui ne réagissent que faiblement ou qui ne réagissent pas du tout
avec les surfaces du sol sont emportés avec la solution du sol par l'érosion due aux
eaux et ils peuvent polluer les nappes même loin de leur point d'entrée dans le sol.
Les argiles, les oxydes de métaux et la matière organique sont les principaux composants
du sol responsables de l'adsorption des polluants organiques.
Parmi les polluants organiques utilisés en agriculture, un des herbicides les plus
largement utilisés est le glyphosate, un produit organophosphatique au large spectre
d'activité.
Les résultats de deux expériences effectuées en deux localités différentes en Autriche
prouvent l'influence des différents modes de culture du sol, de la couverture
100

végétale du sol et des propriétés spécifiques des différentes localités sur le risque
de ruissellement superficiel du glyphosate. Une meilleure compréhension du comportement
du glyphosate (par exemple, les conditions de l'adsorption, l'influence de
l'environnement, les paramètres spécifiques des sols, le comportement des microbes
du sol) s'impose pour pouvoir mieux évaluer le risque de pollution de l'environnement.
Suite à ce type d'analyse, il est possible d'évaluer l'adsorption, la proportion de
dégradation et les risques dus à la pollution des eaux de surface et des nappes.
Mots clés: Polluants organiques; risque de pollution environnementale; glyphosate;
ruissellement de surface; adsorption; propriétés du sol; processus dans le sol.
Riassunto
Nei paesi industrializzati, la contaminazione del suolo e l’acqua causata dalle diverse
forme delle sostanze pericolose, è un problema molto attuale in questa era
industrializzata. In questo documento, è presentato lo stato dell’arte dei meccanismi
principali, processi e fattori, i quali governano il fato e il comportamento degli
inquinanti organici nel sistema del suolo e le acque freatiche.
Il comportamento degli inquinanti organici nei suoli, è regolato in generale dalla
varietà dei complessi e dinamici processi fisici, chimici e biologici, compreso assorbimento
-desorbimento, volatilità, degradazione chimica e biologica, assorbimento
dalle piante, run-off e dilavamento. Questi processi controllano direttamente
il trasporto dei contaminanti nei suoli e il loro trasferimento dai suoli nelle acque,
l’aria e il cibo. L’importanza relativa di questi processi varia con la natura chimica
degli inquinanti e le proprietà dei suoli. Entrambi, la direzione e la dimensione di
questi processi, dipendono della natura chimica degli inquinanti chimici e le proprietà
chimiche, biologiche e idrauliche dei suoli. Alcuni inquinanti organici sono
degradati nei suoli entro determinato tempo. Dall’altra parte, alcuni possono essere
degradati solamente molto lentamente oppure sono sequestrati dentro le particole
del suolo, e in tale modo diventano inaccessibili per la degradazione microbiologica.
La persistenza nei suoli fa aumentare la potenzialità delle conseguenze circostanti.
Mobilità nel suolo è il fattore principale per valutazione del rischio ambientale.
Componenti che reagiscono debole oppure non reagiscono con la superficie
del suolo, saranno dilavate con la soluzione del suolo e potenzialmente potrebbero
inquinare le acque falde anche lontano dalla entrata nel suolo. Le argille, ossidi dei
metalli e la sostanza organica, sono le componenti principali nel suolo per assorbire
gli inquinamenti organici.
Tra gli inquinanti organici usati nell’agricoltura, uno degli erbicidi più usati nel
mondo, è glyphosate, il prodotto organofosfatico, con il largo spettro delle applicazioni.
Risultati dei due sperimenti condotti nelle due località diverse nell’Austria, dimostrano
l’influenza delle diverse coltivazioni del suolo, la copertura vegetale del
suolo e le proprietà specifiche delle località diverse sul rischio del run-off superficiale
del glyphosate. La comprensione migliore del comportamento del glyphosate
101

è necessaria (per esempio, le condizioni dell’assorbimento, influenza ambientale, i
parametri specifici dei suoli, il comportamento dei microbi del suolo) per la valutazione
migliore del rischio per l’inquinamento dell’ambiente.
Basato su questa comprensione, la valutazione dell’assorbimento, proporzione
della degradazione ed i rischi conseguenti dell’inquinamento delle acque superficiale
e falde è possibile.
Parole chiave: inquinanti organici; rischio dell’inquinamento ambientale; glyphosate;
run-off superficiale; assorbimento; proprietá del suolo; processi nel suolo.
Introduction
Organic pollutants are mainly man-made and industrially produced. Nowadays
they are present in water systems, run-off, soil and food (Ternan et al., 1998). Soils
play an important role in the regulation of contaminants in ecosystems. There is a
growing concern about identifying and understanding the mechanisms controlling
the fate of chemicals which are threat for non-target organisms and a source of
environmental contamination, especially of water sources. Since the organic pollutants
are released in environment often in enormous quantities and among the
herbicides the most applied is glyphosate, there is a considerable risk of these pollutants.
A better understanding of organic behavior in soils is important for the
improvement of environmental protection. There is a need for more specified pesticide
management based on the adaptation of the pesticide type and application
rates to the characteristics of the area of application (Eriksson et al., 2007; Crommentuijn
et al., 2000; Zablotowicz et al., 2006; Lupwayi et al., 2007; Peruzzo et
al., 2008; Renaud et al., 2004; Warnemuende et al., 2007; Albrechsten et al., 2001;
Papiernik SK, 2001).
The behaviour of organic contaminants in soils is generally governed by a variety
of physical, chemical and biological processes, including sorption–desorption,
volatilization, chemical and biological degradation, uptake by plants, run-off, and
leaching (Fig.1) (Mamy et al., 2005).
Special focus of this presentation is given on glyphosate and AMPA. Glyphosate is
an organophosphonate herbicide, nowadays one of the most applied in the world
with increasing importance.
Glyphosate fate and behavior in soil is affected by different soil factors and processes,
but depends also on interaction between herbicide and soil under the specific
local conditions (Locke & Zablotowicz, 2004; Soulas & Lagacherie, 2001; Gimsing
et al., 2004).
Knowledge of glyphosates behavior depends on our understanding of herbicide
characteristics, environmental influence, specific soil parameters and soil microbes
behavior. Based on this knowledge, time dependent adsorption/degradation rates
and consequently risks for environmental pollution involved can be estimated and
better attenuated.
102

Figure 1 - Role of the soil in the fate of contaminants in the environment.
Dissipation ways of the organic pollutants
Dissipation of organic contaminants in soils is generally governed by different
physical, chemical and biological processes, including sorption–desorption, volatilization,
chemical and biological degradation, uptake by plants, run-off, and
leaching (Fig. 2). Sorption by soil solids is characterized by a number of mechanisms
like hydrophobic interaction, water solubility, ligand exchange, charge transfer,
hydrogen bonding, ion exchange (Pitter & Chudoba, 1990, Schwarzbauer
2005).
The distribution (horizontally and vertically) of organic pollutants in soils depends
on their movement and degradation. Movement and degradation of organic pollutants
in turn depend on three general factors:
•Properties of the pollutant
•Chemical, biological and hydraulic properties of the soil
•Weather conditions
Movement of the organic pollutants can be due to diffusion and mass flow.
On the other hand, dissipation ways of contaminants are also time dependent (e.g.
different biodegradation phases; leaching and surface runoff-risk) (Nicholls, 1991,
Schwarzbauer, 2005).
103

The attenuation of pollutant toxic concentration in soils is governed by processes of
precipitation, sorption and immobilization. Due to these processes particular soil
components can diminish the risk of water, air and food contamination with organic
pollutants.
104
Figure 2
Dissipation
ways of
organic
pollutants
in soil
(Andreu &
Pico, 2004).
Glyphosate
Glyphosate is a post-emergency non-selective broad spectrum herbicide which
blocks the shikimic acid pathway for biosynthesis of aromatic amino acids in
plants, also in some microbes, but not in all soil microorganisms (Haghani K et al.,
2007).
This herbicide is worldwide used in agriculture, railways, dam protection, surface
water systems, urban areas (Nowack, 2002; Ternan et al., 1998; Baylis, 2000).
Usually the persistence is up to 170 with usual half life of 45-60 days (Peruzzo et
al., 2008), but there is also investigations which showed that half-life could be
prolonged up to years (Carlisle and Trevors, 1978 in Zaranyika and Nyandoro,
1993; Eberbach, 1997). Its main metabolite is AMPA (Peruzzo et al., 2008; Locke
& Zablotowicz, 2004; Gimsing et al., 2004).
Soil parameters governing the glyphosate fate in environment. Generally, the
following factors could be stated as crucial (Locke & Zablotowicz, 2004; Soulas &
Lagacherie, 2001; Gimsing et al., 2004):
•total inner surface of the soil (total surface of the pore system / pore walls); this
surface is mostly electrically charged and therefore of main importance for adsorption
processes. To give a practical example how large this surface can be, if one
assumes 1ha of soil at a depth of 20 cm, an average bulk density of 1.5 Mg/m3, a
clay content of 20% and a content on OM of 3%, which are rather average values

for soils, it sums up at a total surface of 210.000 km2. Now it can be concluded that
for example the total surface of Germany (about 367.000 km2) is contained in 1.7
ha of soil and 20 cm depth.
constituents of the inner soil surface (e.g. clay minerals, oxides, o.m.), their
specific structures and electrical charges (positive/negative);
environmental influence;
specific soil parameters;
soil microbes behavior;
P availability.
Estimation of time dependent degradation rates and consequently risks involved is
very important (e.g. glyphosate biodegradation at the beginning is generally fast,
then slower- with enhanced adsorption processes; Glyphosate leaching and surface
runoff-risk is bigger with the rain immediately after the application, before the
plants could adsorb it) (Eriksson et al., 2007; Peruzzo et al., 2008; Zaranyika and
Nyandro, 1993; Siimes et al., 2006).
Glyphosate sorption in soil. Strong sorption of glyphosate to soil particles may
decrease degradation rate of glyphosate due to less bioavailability of bounded pesticide.
Glyphosate adsorption on soil colloids;
Fe/Al-oxides, clays, calcite, organic matter (?);
Glyphosate complexation with metals.
Availability of glyphosate for decomposition is affected by the rate of desorption.
(Eberbach, 1997; Gimsing et al., 2004; Schnurer et al., 2006; Sørensen et al., 2006;
Rodrígez-Cruz et al., 2006; Kools et al., 2005; Ghanem et al., 2007)
Glyphosate fate is affected by the soil processes and their influence on soil microbial
population and activity. Numerous investigations have shown that the next
factors have great influence on pollutant fate in different soils (Mamy et al., 2005;
Albrechsten et al., 2001; Eberbach, 1997; Blume et al., 2002; Kools et al., 2005;
Stenrød M et al., 2005; Stenrød M et al., 2007; Matthies et al., 2008; Fenner et al.,
2005):
Temperature
Moisture
pH
Aerobic/anaerobic conditions (redox conditions).
Sorption of glyphosate in soil is mainly due to the inner sphere complex formation
with metals of soil oxides, related to the soil phosphate adsorption capacity.
Possible binding mechanisms:
Electrostatic bonds in extremely acid media
Hydrogen bonds with humic substances
Especially, covalent bonds with Fe and Al oxides.
105

Table 1: Soil properties and the KD-values for Glyphosate for different soils and silica
sand based on literature data (after Mentler et al., 2007).
Mentler et al.,
2007
Mentler et al.,
2007
Mentler et al.,
2007
Mentler et al.,
2007
Sorensen et al.,
2006
Dousset et al.,
2004
Mamy et al.,
2005
KD-value
[l/kg]
pHvalue
Clay
[w/w%]
106
Corg
[w/w.%]
Fe
[w/w.%]
Location
467 - 519 4.5 2.7 0.8 3.2 Wienerwald
13.8 – 29.3 5.8 17.2 3.45 2.2 Phyra
188 - 299 5.2 18.8 6.7 2.1 Eurosoil 7
1.5 – 2.9 6.4

Lupicka et al., 1997; Krzysko-Lupicka and Sudol, 2008; Obojska et al., 1999; Forlani
G et al., 1999; Obojska et al., 2002; Dick and Quinn 1995; Vathanomsat and
Brown, 2007):
Bacterial strains - (Pseudomonas sp., Agrobacter, Arthrobacter sp., Rhizobium
meliloti, Streptomycin, Escherichia coli, Flavobacterium sp. etc.)
Fungi – Fusarium (Phytopathogenic, potentially dangerous in soil environment
(Krzysko-Lupicka and Sudol, 2007)), Trichoderma harzianum, Scopulariopsis sp.,
Aspergilus niger, Geobacillus caldoxylosilyticus etc.
Yeasts – (Metal complexes affinity?)
Marine diazotroph Trichodesmium
Cyanobacetria Spirulina spp.
Actynomycete Streptomycete isolates
Unculturable soil microorganisms
Glyphosate biodegradation pathways. The pathways and rates of microbial degradation
in the environment will depend on a wide range of factors regulating microbial
population, size and ability to metabolize (Warren et al., 2003). Two major
mechanisms have been described for the utilization of phosphonates by microorganisms:
AMPA pathway due to C-N cleavage by oxidoreductase flavoprotein;
Sorcosine pathway due to C-P cleavage, the product of degradation is glycine.
(Gimsing et al., 2004; Warren et al., 2003; Dyhrman et al., 2006; Hayes et al.,
2000; Liu et al., 1991; Rueppel ML et al., 1977; Lipok et al., 2007; Krzysko-
Lupicka and Sudol, 2008; Krzysko-Lupicka et al., 1997; Obojska et al., 1999; Forlani
G et al., 1999; Obojska et al., 2002; Dick and Quinn 1995)
Environmental fate of metabolites
There is still a lack of data for better understanding of environmental fate of
AMPA (Peruzzo et al., 2008). Till know we know that AMPA is slow degraded as
glyphosate, but there is not enough data about AMPA accumulation. There are still
questions to be answered e.g. Should be AMPA considered as POP? What about
other glyphosate metabolites?
Surface run-off. In some previous study the lack of runoff for glyphosate was observed,
probable due to the tight bonding to the soil (Rueppel ML et al., 1977).
Since glyphosate is water soluble there is a potential risk of run-off in the case of
erosive precipitations very soon after the herbicide application and in the regions
with high risk of run-off.
Field experiments conducted in Kirchberg after corn yield (Stiria/Austria) on
cambisol and Pixendorf after cereal yield on chernozem (Lower Austria/Austria) in
September 2008 using a rainfall simulator under worst case scenario (e.g. 50 mm
rain in 1 hours immediately after glyphosate application) showed following results:
107

Glyphosate is not equally retained by the soil and can be dispersed with run off
up to 45% of the applied amounts.
No tillage plots show a much higher concentration of glyphosate in run-off than
conventional tillage. However, the total sum of glyphosate in run off was higher on
conventional tillage on Pixendorf site where the high infiltration capacity of the no
tillage plots prevented the run off. On the Kirchberg site the crusted soil surface
caused the high run off as well as corn crop cover.
For drawing final conclusions about the risk of glyphosate dissipation through
erosion processes, not only the classical erosion parameter must be considered, e.g.
erosivity of rain, erodibility of the soil, slope, soil constituents etc., but even more
the actual structural status of soil, like pore size distribution, infiltration rate, hydraulic
conductivity, and particular crop protection practices like mulching.
The tillage Pesticide residues in the bottom sediments of the surface water systems
may be influenced by a number of factors including runoff potential and intrinsic
properties of the pesticides (Krueger et al., 1999)
Dispersion
Solid particles adsorption
Aggregates adsorption
Risk for surface water systems!
(Eriksson et al., 2007, Warren et al, 2003; Krueger et al., 1999; Peruzzo et al.,
2008; Warnemuende et al., 2007; Siimes et al., 2006; Widenfalk et al., 2007)
Leaching-preferential flows. The sources and transport routes of pesticides to
groundwater are multifaceted. They can include non-point sources such as agriculture,
with pesticide leaching from top soil via:
Matrix-flow in sandy aquifers
Preferential flow or macropore flow in eg tills
Surface water recharge of groundwater through “leaky streams”
Soil cracks
Intra-aggregate pores
Inter-aggregate pores
In the study of Rueppel ML et al., (1977), glyphosate was considered as pesticide I
class and thereby posses no propensity for leaching. On the other hand, in certain
soils and under different conditions, there is a risk for groundwater contamination
as it is shown in some other investigations (Albrechsten et al., 2001; Landry et al.,
2005; Papiernik SK, 2001; Stenrød M et al., 2007). Degradation potential of pesticide
is lower in aquifers than in top soil.
Influence of glyphosate on shallow aquifers/aquatic/marine ecosystems. Influence
of glyphosate on different water organisms in water systems was already in
various investigations shown (Warren et al., 2003;Feng et al., 1990; Tsui and Chu,
2007; Peruzzo et al., 2008; Amorós et al., 2007; Widenfalk et al., 2007). There is
still a need for more data for better understanding the influence and behavior of
108

glyphosate and metabolites in water bodies. Interaction of these pollutants with
different organisms in water ecosystems should be more investigated:
In shallow aquifer ecosystems;
In different aquatic ecosystems, influence on plants and microbes;
Influence on marine plants and microbes.
The importance of investigation of the Glyphosate behavior in soil. Better understanding
of Glyphosates behavior is needed (e.g. adsorption conditions, environmental
influence, specific soil parameters, soil microbes behavior).
Based on this knowledge time dependent adsorption, degradation rates and consequently
risks for surface and groundwater involved can be estimated.
Multi component analyses of organic pollutants. There is a need of methodological
approaches of multi component analyses to measure the trace concentrations in
different ecosystems and rate of pollutant transformation in soil (Crommentuijn et
al., 2000; Papiernik SK, 2001). These methods should be used for:
Field measurements for monitoring purposes
Laboratory measurements under fully controlled conditions.
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b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
bb
b
b
b
bb
b
b
b
b
b
b
b
bb
b
b
113

b
b
bb
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
mm
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
114

SOIL SURVEY AND CLASSIFICATION
IN A COMPLEX TERRITORIAL SYSTEM: RAVENNA (ITALY)
RELEVE PEDOLOGIQUE ET CLASSIFICATION DES SOLS DANS UN
SYSTEME TERRITORIAL COMPLEXE: RAVENNE (ITALIE)
RILEVAMENTO PEDOLOGICO E CLASSIFICAZIONE DEI SUOLI IN
UN SISTEMA TERRITORIALE COMPLESSO: RAVENNA (ITALIA).
Alessandro Buscaroli (1) * , Massimo Gherardi (2) , Gilmo Vianello (2) ,
Livia Vittori Antisari (2) , Denis Zannoni (1)
(1) Interdepartmental Center for Research on Environmental Science (C.I.R.S.A.) -
University of Bologna, via dell'Agricoltura 5 – 48123 Ravenna (Italy)
(2) Department of Agroenvironmental Sciences and Technologies – CSSAS,
University of Bologna, via Fanin 42 – 40127 Bologna (Italy).
* Corresponding author: e-mail: alessandro.buscaroli@unibo.it
Summary
In the context of the PRIN 2007-2009 project, “Geochemical evaluation of agroenvironmental
quality in a complex territorial system: the case of Ravenna”, thirteen
pedological profiles (nine in a coastal pinewood, two in farmland and two in
urban park) were established. The profiles were described, sampled and analyzed
so as to obtain an overview of the pedological complexity of the studied areas.
Inside the pinewood, the soils were greatly influenced by their topographic location
and the vicinity of the superficial aquifer. The deeper layers were Typic Ustipsamments,
the more superficial ones Typic Psammaquents and the intermediate
ones Aquic Ustipsamments. The two farmland soils were Udifluventic Haplustepts,
with slight differences due to the origin of the soil and its use. In the park, both
soils were also Udifluventic Haplustepts with a human interfecence evidenced by
the abundance of brick fragments in the profiles.
Keyword: soils classification; soil chemistry; pedological profiles; Ravenna pinewood.
Résumé
Dans le cadre du projet PRIN 2007-2009 "Bilan géochimique pour l'évaluation de
la qualité agro-environnementale dans un système territorial complexe: le cas de
Ravenne" treize profils ont été caractérisés d'un point de vue pédologique: neuf
d'entre eux se trouvent dans une pinède littorale, deux autres dans une entreprise
agricole et les deux derniers dans un parc citadin. Les profils ont été décrits, échantillonnés
et analysés dans le but de déterminer un premier cadre cognitif de la complexité
pédologique des zones étudiées. Dans la pinède, les sols sont fortement
influencés par la position topographique et par la proximité de l'aquifère superficiel.
Les Typic Psammaquents correspondent aux profondeurs basses de la couche,
115

les Typic Ustipsamments aux profondeurs supérieures et les Aquic Ustipsamments à
la position intermédiaire. Les deux sols du domaine agricole font partie des Udifluventic
Haplustepts avec de légères distinctions déterminées par un usage différent
du sol et les origines des dépôts. Dans le parc citadin, les deux sols font partie eux
aussi des Udifluventic Haplustepts mais, dans ce cas, l'interférence anthropique
suggérée par l'abondance de fragments de briques sablées trouvés dans les profils
est évidente.
Mots-clés : Relevé pédologique ; classification du sol ; analyses physiques ; analyses
chimiques, Pinède de Ravenne.
Riassunto
Nell’ambito del progetto PRIN 2007-2009 “Bilancio geochimico per la valutazione
della qualità agro-ambientale in un sistema territoriale complesso: il caso di
Ravenna”, sono stati caratterizzati da un punto di vista pedologico tredici profili:
nove all’interno di una pineta litoranea, due all’interno di un’azienda agricola e due
all’interno di un parco cittadino. I profili sono stati descritti, campionati ed analizzati
al fine di generare un primo quadro conoscitivo della complessità pedologica
delle aree di studio.
All’interno della pineta i suoli risentono in maniera marcata della posizione topografica
e della vicinanza all’acquifero superficiale. A profondità di falda elevate
corrispondono dei Typic Ustipsamments, a profondità limitata dei Typic Psammaquents
ed in posizione intermedia degli Aquic Ustipsamments.
I due suoli dell’azienda agraria rientrano negli Udifluventic Haplustepts con leggere
distinzioni determinate da diverso uso del suolo ed origine deposizionale.
Nel parco cittadino i due suoli rientrano anch’essi negli Udifluventic Haplustepts
ma in questo caso è evidente l’interferenza antropica suggerita dall’abbondanza di
frammenti di laterizio rinvenuti nei profili.
Keyword: : classificazione dei suoli; chimica del suolo
Introduction
The concepts of pedologic research and soil classification shall be correlated with
paradigms depending on the soil quality. The knowledge of pedogenetic processes,
the speed they occur at shall be monitored and studied in order to link a specific
soil evolution with the concept of quality so as to choose indicators appropriate to
soil pedon (MacEvan, 1997). Pedologic surveys are required in the case of studies
dealing with soil utilization or environmental researches such as the one on soil
sustainability for farming activities. The precision of data involving pedologic surveys
is extremely important to take decisions as to the different research aspects
(Webster and Oliver, 1990; Domburg et al., 1994).
The concentration of trace elements in soils depends mainly on the type of bedrock
and on pedogenetic processes developed on it. The influence of the lithological
factor tends to decrease with soil development. The most important pedogenesis
116

aspects, linked with the destination of the potentially toxic elements (PTE) deal
with chemical alteration processes of the bedrock and the eventual PTE release,
and with the translocation and accumulation processes with iron oxides, clay and
organic matter, controlled by several pedogenetic processes (Alloway, 1995).
This work is aimed at characterizing and classifying soils belonging to three territorial
situations of the Municipality of Ravenna, having different anthropic pressures,
thus becoming preliminary and basic elements for additional surveys on the possible
effects of potentially toxic elements. As a matter of fact sites taken into account
have been the San Vitale Pinewood, a Site of Community Importance (SCI) concerned
by subsidence and aquifer salinization phenomena, bordering to the South
the petrochemical industrial pole connected with the activities of the harbour of
Ravenna. The urban park inside the town, which is subjected to depositions due to
vehicles traffic and the “Luigi Perdisa” extra-urban farm that accounts for the agricultural
heart of Ravenna.
Materials and methods
Localization of the area examined. This study has taken into account the observation
and monitoring a) of the San Vitale Pinewood soils, along two transects to the
North and to the South of the area involved, traced out from West to East; b) of the
soils belonging to the Luigi Perdisa farm, by opening a profile in an orchard and
one in an arable cultivation; c) of the soils of Ravenna public park in which two
profiles have been opened, depending on the distance to the main road (Fig. 1).
Phytoclimatic features. The warm Mediterranean climate of the area is the typical
climate of mild coastal environments, with about 600 mm of rainfall spread over
the spring-autumn period and annual mean temperatures of about 13 °C.
The San Vitale Pinewood is a protected area of about 1222 ha of surface within the
“Parco del Delta del Po” (Park of the Po Delta) and represents a remnant of pinewoods
where man has settled, on beach-ridge sands that deposited after the XII
century. The Pinewood develops on a substrate made up of sand deposits
(www.regione.emilia_romagna.it) stemming from sediments contributions of an
old branch of the Po Delta (Veggiani, 1974; Bondesan et al., 1995). The duneinterdune
system, which formed in 500 to 1000 years, has an almost parallel trend
to the coastline. The vegetable component derives from the association of dry and
wet environments where ashes (Fraxinus ornus and F. oxycarpa) and white poplars
(Populus alba) alternate with umbrella pines (Pinus pinea), maritime pines (Pinus
Pinaster) and oaks (Quercus robur), and the brushwood is rich in common hawthorn
(Crataegus monogyna), ivy (Hedera helix) and dog rose (Rosa canina L.)
(Piccoli et al., 1991).
The area, boasting a remarkable environmental consideration, is subject to subsidence
(Teatini et al., 2005) and aquifer salinization phenomena (Aquater, 1988;
Ugolini, 1997; Giambastiani et al., 2007; Antonellini et al., 2008), owing to the
117

closeness to the sea and to a lowlands system (Piallassa Baiona) connected to it,
which contributes to the saltwater intrusion, thus provoking the aquifer salinization.
To the detriment of its intrinsic natural features, the San Vitale Pinewood is located
within a strongly anthropized context, subject to different pressures such as the
contiguousness with an extended industrial area (the Ravenna petrochemical pole)
and with a traffic-congested thoroughfare, the SS 309 Romea; hence the possibility
of dry and wet deposition phenomena of organic and/or inorganic compounds that
might get in and accumulate in the environmental system.
118
Figure 1
Localization of examined
soil profiles on the Emilia-
Romagna region soil map
(modified from
http://gias.regione.emiliaromagna.it/suoli.asp).
Profile WGS84-UTM33
E (m) E (m)
PW1 279845 4934006
PW2 280023 4933960
PW3 280408 4933986
PW4 280655 4933957
PW5 280819 4933724
PW6 279119 4928551
PW7 279731 4928557
PW8 280209 4928509
PW9 280253 4928520
GP1 277768 4921580
GP2 277702 4921749
PER1 276899 4923884
PER2 277105 4923765
Pedologic delineations. From the pedologic point of view, the San Vitale Pinewood
falls within delineation 118, which comprises the soil complex
CER3/SAV1/PIR1 (www.regione.emilia-romagna.it). It is characterized by sandy
and calcareous soils formed on consolidated beach-ridge deposits. The mostly
widespread soils are represented by Ustipsamments (SSS, 2006) turning to Psammaquents
in interdune lowlands.

The Luigi Perdisa farm, covering an overall surface of 13.9 ha, is located in the
Northern outskirts the town of Ravenna and can be considered as representative of
the agricultural scene of Ravenna surroundings. It stands in an alluvial plain characterized
by the presence of canal, levee and river course as well as floodable plain
sediments deposition (RER, 2009). As far as the farm is concerned, cultivation
regulations provide for planting vineyards, pear orchards and apple orchards, and
for a portion dedicated to extensive crops mainly made up of maize and wheat in
an annual succession.
The public park, covering a surface of about 3.7 ha, is located within the historical
centre of Ravenna, not far from the railway network and from roads with an intensive
vehicles circulation.
It stands in an alluvial plain characterized by the presence of canal, levee and river
course sediments deposition (www.regione.emilia_romagna.it). Its realization dates
back to ancient times and at present the arboreal vegetation that can be found in is
mainly made up holm oaks (Quercus Ilex). Both delineation, 996 which includes
the “Perdisa” farm, and delineation 94, which includes Ravenna public park, are
represented by soils belonging to the Haplustepts great group (SSS, 2006).
The pedologic survey. The pedologic survey has entailed the opening and observation
of soils profiles within the three environmental contexts. In the pinewood nine
pedologic profiles have been described and sampled; they were distributed along
two transects, with West to East course, positioned in a Northern area (PW1-PW5)
and in a Southern area (PW6-PW9), the latter being close to the town industrial
pole.
According to knowledges acquired in previous studies (Zannoni, 2008; Buscaroli
and Zannoni, 2009) said sampling strategy has made it possible to intercept the
different microtopographical situations and the relevant soils associated to them.
According to the descriptive parameters indicated by Richardson et al. (2001), sites
PW1, PW3, PW5, PW7 and PW9 have been detected in low-lying interdune areas,
at a level more or less equal to the sea level. Profiles PW2, PW6 and PW8 are located
next to dune tops while profile PW4 can be found at the bottom of a dune
alignment, in a connection position with a wide depression.
Two profiles (PER1 and PER2) have been opened in the farm by means of a mechanical
excavator; the first is in an allotment of arable soil and the second inside
an apple orchard. Two profiles (GP1 and GP2) have been observed in the public
park; the first where the arboreal vegetation is very scattered, near the road axis
and the second in a much more internal position near a holm-oaks area. Table 1
shows the morphological descriptions of the 13 profiles observed according to
what proposed by Schoeneberger et al. (2002).
The samples of soil taken from the different horizons have been air dried, handground
and dry-sieved with a 2 mm mesh sieve.
.
.
119

.
.
Table 1 - Main descriptive elements of investigated soil profiles. Codes according to
Schoeneberger et al. (2002).
Profile
PW1
PW2
PW3
PW4
PW5
PW6
PW7
PW8
PW9
Hori
zons
Depth Color Munsell
(cm) Dry Moist
120
Structure
(a)
Texture
(b)
Roots
(c)
Rock
(d)
Boundary
e)
Oi 5 - 0 CW
A1 0 - 5 2,5Y 3/2 2,5Y 3/1 gr f1 s 2f 0% CW
A2 5 – 20 2,5Y 5/2 2,5Y 3/2 sg s 1f1m 0% AS
Cg1 20 – 80 2,5Y 7/1 2,5Y 5/1 sg s 1m 0% CW
Cg2 80 - 100 2,5Y 6/1 GLEY1 5/1 sg s 0 0% U
Oi 4 - 2 AW
Oe 2 - 0 AW
A1 0 – 4 2,5Y 4/2 2,5Y 3/2 sg s 2f 0% AW
AC 4– 17/23 2,5Y 5/6 2,5Y 5/4 sg s 2f2m 0% CS
C 17/23 – 70+ 2,5Y 6/3 2,5Y 5/3 sg s 1f2m 0% U
Oi 3 - 0 AW
A1 0 – 5 2,5Y 3/2 2,5Y 2,5/1 gr f1 s 2f 1%fSFB CS
A2 5 – 10 2,5Y 4/1 2,5Y 3/1 gr f1 s 1f1m 1%fSFB CW
ACg 10 – 35 2,5Y 4/1 2,5Y 3/1 sg s 1m 1%fSFB AW
Cg1 35 – 45 2,5Y 6/1 GLEY1 5/1 sg s 1f 0% CW
Cg2 45 - 100+ 2,5Y 6/1 GLEY1 6/1 sg s 0 0% U
Oi 1 - 0 AW
A1 0 - 5 2,5Y 4/2 2,5Y 3/2 gr f1 s 2f2vf 0% CS
A2 5 - 20 2,5Y 6/3 2,5Y 4/2 sg s 2m2co 0% CW
AC 20 - 60 2,5Y 5/4 2,5Y 5/2 sg s 1m1co 0% CS
C1 60 – 80 2,5Y 7/2 2,5Y 7/1 sg s 1m 0% GS
C2 80 – 100+ 2,5Y 6/2 2,5Y 6/1 sg s 1m 0% U
Oi 2 – 1 AW
Oe 1 - 0 AW
A1 0 – 5 2,5Y 4/4 2,5Y 4/2 gr f1 s 3f1m 1%fSFB AS
A2 5 – 15 2,5Y 5/2 2,5Y 4/2 sg s 2f1m 1%fSFB AS
Cg1 15 - 30 2,5Y 7/2 2,5Y 6/2 sg s 1f 0% CW
Cg2 30 - 70+ 2,5Y 7/1 2,5Y 6/1 sg s 1f 0% U
Oi 2 - 0 AW
A1 0 – 3/4 2,5Y 3/2 2,5Y 3/2 gr f1 s 2f2vf 0% CW
A2 3/4 – 20 2,5Y 5/3 2,5Y 4/2 sg s 2f2m 0% CW
C 20 – 80 2,5Y 6/2 2,5Y 5/3 sg s 1f1co 0% GS
Cg 80 - 100 2,5Y 7/2 2,5Y 6/2 sg s 1m 0% U
Oi 3 - 1 AW
Oa 1 - 0 AW
A1 0 - 5 2,5Y 3/1 2,5Y 2,5/1 gr f1 s 2f2vf 0% CS
A2 5 – 13 2,5Y 4/3 2,5Y 4/3 gr f1 s 2f 0% AS
Cg1 13 – 50 2,5Y 7/1 2,5Y 5/2 sg s 1vf1m 0% CW
Cg2 50 – 80 2,5Y 6/2 2,5Y 6/1 sg s 1vf 0% GW
Cg3 80 – 100+ 2,5Y 6/4 GLEY1 6/1 sg s 0 0% U
Oi 5 - 2 AW
Oa 2 - 0 AW
A1 0 – 5 2,5Y 4/3 2,5Y 4/2 gr f1 s 2f2vf 0% CW
A2 5 – 20 2,5Y 5/4 2,5Y 4/4 sg s 2m2co 0% CW
C1 20 - 80 2,5Y 6/3 2,5Y 5/3 sg s 1co1vc 0% CW
C2 80 - 100+ 2,5Y 6/4 2,5Y 5/4 sg s 1m 0% U
Oi 3 – 1 AS
Oa 1 - 0 AW
A1 0 – 5 2,5Y 3/2 2,5Y 2,5/1 gr f1 ls 3f3vf 1%fSFB CS
A2 5 – 10 2,5Y 5/2 2,5Y 4/1 sg ls 2vf 1%fSFB AS
Cg1 10 – 30 2,5Y 6/4 2,5Y 5/3 sg ls 1vf 1%fSFB CW
Cg2 30 – 80 2,5Y 6/3 2,5Y 5/1 sg ls 1vf 0% GW
Cg3 80 - 100+ 2,5Y 5/3 GLEY1 6/1 sg ls 0 0% U

Table 1 - (follows)
Pro
ile
GP1
GP2
PER1
PER2
Hori
Depth oolor Munsell
zons (cm) Dry Moist
121
Structure
(a)
Texture
(b)
Roots
(c)
Rock
(d)
Boundary
(e)
Oi 0,5 - 0 AW
Au1 0 - 3 2,5Y 5/2 2,5Y 4/2 sbk f2 l 2f2vf 1%fA CW
Au2 3 – 7 2,5Y 5/2 2,5Y 4/3 sbk f2 sil 1f1m 1%fA CW
Au3 7 – 25 2,5Y 5/2 2,5Y 4/3 abk m3 sil 1vf1co 3%mA CS
Bwu 25 – 57 2,5Y 7/2 2,5Y 5/4 abk co3 sic 1co 5%mA CS
BCu 57 – 80 2,5Y 7/2 2,5Y 6/3 abk co3 sic 0 3%mA CS
C 80 – 100+ 2,5Y 6/3 2,5Y 5/4 abk co3 sic 0 0% U
Oi 0,5 - 0 CW
Au1 0 – 5 2,5Y 5/2 2,5Y 4/2 sbk f2 sl 2f2vf 5%mA AW
Au2 5 – 30 2,5Y 6/4 2,5Y 5/4 sbk m3 cl 1f1m1c 3%mA CS
BWu 30 - 50 2,5Y 7/4 2,5Y 6/4 abk co3 sicl 1m 5%mA CS
BCu 50 - 65+ 2,5Y 6/4 2,5Y 5/4 abk co3 l 0 7%mA U
Ap 0 – 40 2,5Y 6/3 2,5Y 4/3 sbk m2 sil 2vf1m 1%fA CW
Bw1 40 – 65 2,5Y 7/3 2,5Y 5/2 sbk m2 sil 1vf1f 1%fSFB GW
2Bw2 65 – 81 2,5Y 7/3 2,5Y 5/3 sbk m2 sicl 1vf1f 5%fSFB AW
3Cg1 81 – 110 2,5Y 5/4 2,5Y 5/3 sg sl 1vf1f 0% CS
3Cg2 110 –140 2,5Y 5/4 2,5Y 5/3 sbk f1 sl 0 0% CW
4Cg3 140 - 200+ 2,5Y 7/2 2,5Y 6/2 sbk m2 sic 0 0% U
Oe 3 – 0 AW
Ap1 0 – 28 2,5Y 6/3 2,5Y 4/3 abk m2 sicl 2vf1m 1%fA CS
Ap2 28 – 53 2,5Y 6/4 2,5Y 4/3 sbk m2 sicl 2vf1m 1%fA CS
Bw1 53 – 83 2,5Y 4/3 2,5Y 5/3 sbk co2 sil 1f1co 0% CS
2Bw2 83 – 130 2,5Y 7/3 2,5Y 5/3 sbk co2 sicl 1f1vf 1%fSFB GS
3Cg1 130 – 153 2,5Y 7/3 2,5Y 5/3 sbk m1 sil 1f 0% CS
3Cg2 153 – 194 2,5Y 7/3 2,5Y 5/4 sbk m1 sil 1vf 0% CS
3Cg3 194 – 210+ 2,5Y 6/4 2,5Y 5/2 sbk m1 sil 0 0% U
(a)
Structure 1 = weak, 2 = moderate, 3 = strong, gr = granular, abk = angular blocky, sbk = subangular blocky,
sg = single grain, f = fine, m = medium, co = coarse.
(b)
Texture (field estimation) s = sand, ls = loamy sand, l = loam, sil = silt loam, sic = silty clay, sl = sandy loam,
cl =clay loam, sicl = silty clay loam.
(c)
Roots 0 = absent, 1 = few, 2 = common, 3 = many, vf = very fine, f = fine, m = medium, co = coarse, vc =
very coarse.
(d)
Rock fragments % vol, f = fine, m = medium, co = coarse, SFB = shell fragments, A = artefacts.
(e) Boundary A = abrupt, C = clear, G = gradual, S = smooth, W = wavy, U = unknown.
The fraction having a diameter below 2 mm has been submitted to pH, total
CaCO3, electrical conductivity (EC), total organic carbon (TOC) and total nitrogen
content (Tot. N) analytical determinations, carried out according to what provided
for by the Official Methods for soil chemical analysis (MiPAF, 2000). The data
obtained from analytical determinations are reported in table 2.
Results and discussion
Soils morphological features. Soils of the San Vitale Pinewood highlight a typical
A/C sequence. The organic-mineral horizons (A1 and A2), about 20 cm thick, usually
have a darker colour, between 2,5Y3/1 and 2,5Y5/4 (dry colour).
.
.

Table 2 - Chemical properties of investigated soil profiles.
Profile Horizons Depth
(cm)
pH EC (1:2,5)
dS m
Tot. CaCO3 TOC Tot. N C/N
-1 g Kg -1 g Kg -1 g Kg -1
A1 0 - 5 7,1 1,95 26 71,2 5,5 13
PW1 A2 5 – 20 7,6 0,71 13 36,6 2,4 16
Cg1 20 – 80 8,3 0,17 85 1,3 0,7 2
Cg2 80 – 100+ 8,2 0,15 60 1,8 0,1 34
A1 0 – 4 6,4 0,24 7 52,3 3,0 17
PW2 AC 4– 17/23 8,0 0,12 20 5,0 1,7 3
C 17/23 – 70+ 8,5 0,10 56 0,8 1,0 1
A1 0 – 5 7,3 5,47 9 76,7 5,7 14
A2 5 – 10 6,8 5,18 9 51,7 3,7 14
PW3 ACg 10 – 35 7,0 5,14 7 28,9 2,3 13
Cg1 35 – 45 8,0 2,29 87 4,0 0,3 14
Cg2 80 –100+ 8,2 2,64 89 1,9 0,2 8
A1 0-5 7,4 0,22 20 31,9 3,0 11
A2 5-20 7,8 0,13 18 16,9 1,2 14
PW4 AC 20-60 7,9 0,10 25 11,0 1,0 11
C1 60-80 8,1 0,21 61 1,3 0,2 6
C2 80-100+ 8,3 0,36 82 / 0,2 /
A1 0 – 5 8,3 1,46 18 34,0 2,4 14
PW5 A2 5– 15 8,6 1,86 25 10,8 1,0 11
Cg1 15-30 9,1 0,94 96 0,7 0,2 3
Cg2 30-70+ 8,7 1,61 114 2,9 0,0 96
A1 0 – 3/4 7,4 0,58 11 100,8 6,1 17
PW6 A2 3/4 – 20 7,6 0,23 13 28,1 2,1 13
C 20 – 80 8,1 0,09 31 6,0 0,3 18
Cg 80-100+ 8,4 0,08 51 1,5 0,1 16
A1 0 - 5 7,4 4,25 11 118,1 7,6 16
A2 5 – 13 8,1 4,02 36 25,9 2,2 12
PW7 Cg1 13 – 50 8,6 1,46 116 4,3 0,7 6
Cg2 50 – 80 8,5 1,24 118 6,3 0,2 42
Cg3 80 – 100+ 8,5 1,05 118 2,1 0,2 14
A1 0 – 5 5,8 0,44 0 139,8 6,9 20
A2 5– 20 7,2 0,28 18 46,5 3,0 16
PW8 C1 20-80 8,4 0,18 123 4,2 0,2 24
C2 80-100+ 8,5 0,31 123 7,0 0,2 30
A1 0 – 5 8,1 3,01 11 49,3 4,1 12
A2 5 – 10 8,5 3,00 24 21,4 2,1 10
PW9 Cg1 10 – 30 8,7 2,28 103 3,9 0,5 8
Cg2 30 –80 8,5 3,57 147 2,1 0,3 8
Cg3 80-100+ 8,6 3,56 130 2,0 0,2 9
Au1 0 - 3 7,7 0,60 141 73,1 7,1 10
Au2 3 – 7 7,9 0,49 168 42,9 4,4 10
Au3 7 – 25 8,0 0,33 179 31,8 3,2 10
GP1 Bwu 25 – 57 8,5 0,17 232 5,8 0,8 7
BCu 57 – 80 8,6 0,19 221 2,9 0,8 4
C 80 – 100+ 8,6 0,24 201 0,0 3,2 0
Au1 0 – 5 7,8 0,15 176 33,9 1,0 34
Au2 5 – 30 8,1 0,13 226 6,8 0,8 9
GP2 Bwu 30 - 50 8,4 0,15 234 6.1 0,8 0
BCu 50 - 65+ 8,4 0,13 237 3,5 1,3 3
Ap 0 – 40 7,9 0,19 203 12,4 1,3 10
Bw1 40 – 65 8,3 0,15 208 8,2 1,0 8
2Bw2 65 – 81 8,2 0,22 234 6,4 0,9 7
PER1 3Cg1 81 – 110 8,3 0,21 219 3,2 0,3 10
3Cg2 110 –140 8,3 0,28 214 3,1 0,4 9
4Cg3 140-200+ 8,6 0,40 250 8,5 0,7 13
Ap1 0 – 28 8,5 0,17 203 11,3 1,3 9
Ap2 28 – 53 8,5 0,17 204 9,5 1,1 8
Bw1 53 – 83 8,8 0,20 237 5,9 0,7 9
PER2 2Bw2 83 – 130 9,0 0,48 234 5,6 0,6 10
3Cg1 130 – 153 9,1 0,37 228 3,9 0,4 10
3Cg2 153 – 194 8,7 0,31 241 3,7 0,3 12
3Cg3 194 – 210+ 8,8 0,33 221 2,5 0,4 6
122

C horizons that make up the parent material are characterized by lighter colours,
between 2,5Y6/3 and 2,5Y7/2 (dry colour).
Most of the radical apparatus, usually fine and very fine, are located in the epipedon,
which are characterised by a fine granular structure that shows an extremely
weak aggregation degree. The parent material has fewer roots, generally having a
medium or sometimes coarse size, destined to the physical anchorage of plant species
present. The trend often turns out to be subhorizontal, mainly as to horizons
subject to periodical water saturation, highlighted by the presence of mottles (g).
The texture, assessed in quick way through the sample manipulation, proves to be
always sandy, except for the PW9 profile, where it is sandy-loam. The rock fragments
are usually absent, except for the presence of scattered fragments of shells,
and the distinctness class of the boundaries between the horizons are either abrupt
or clear, having a wavy or smooth topography.
The soils of the “Perdisa” farm are very deep, with a sequence of A/B/C horizons.
The colour shows quite a moderate variability range (2,5Y7/3 – 2,5Y4/3, dry colour)
but with poorly linear trends. This aspect, together with the different texture
and structure features that can be observed in both profiles, is referable to transport
and deposition of sediments, that occurred in these environments. The texture of
surface horizons is silt loam (PER1) and silty clay loam (PER2), while in depth it
becomes sandy loam and silty clay as to PER1, and silt loam as to PER2. The surface
structure, usually sub-angular blocky of moderate degree at surface, becomes
loose (PER1) or weak (PER2) at depth. The biological activity, expressed through
the presence of radical apparatus, is generally present up to a depth of about 100
cm while, as far as the PER2 profile observed inside the orchard is concerned, it
reaches higher depths.
The two profiles observed in the public park of Ravenna show a sequence of A/B/C
horizons. The colours of said horizons are between 2,5Y5/2 and 2,5Y7/4 (dry colour);
and similarly to what observed for the farm soils, they have irregular textures
and structures due to the stratigraphy of river course sediments. However, the remarkable
presence of brick fragments along the profiles (u) shall be highlighted, as
an evidence of rearrangements and disturbance actions carried out by man during
the centuries.
Soils chemical-physical features. As far as total organic carbon (TOC) is concerned,
the soils of the San Vitale Pinewood are characterized by significant rates
in the A1 epipedon (139 to 31 g of Corg . kg -1 ), but show a sudden decrease already
in A2 horizon, below 5 cm of depth, with rates between 51 and 5 g . kg -1 (Vittori
Antisari et al., 2008).
A similar situation occurs in the profiles of the public park while, as far as the farm
is concerned, the values are remarkably lower and typical of tilled and cultivated
soils.
Similarly to what observed for TOC, also the total nitrogen content (Tot. N) of
surface horizons turned out to be elevated at surface, in the pinewood soils and in
the public park GP1 profile, and rapidly decreased next to C horizons. In the Per-
123

disa farm, values are remarkably lower, probably in connection with removals determined
by crops typologies and by the homogenization of surface horizons, determined
by periodical tillage activities.
The pinewood soils are usually poorly or weakly calcareous at surface and became
moderately or very calcareous in subsurface horizons. Said trend reveals a remarkable
surface decarbonation, favoured by the coarse texture and by the consequent
high permeability of these soils. The decarbonation process is also indicated by the
pH trend, which is basically neutral or subacid at surface and turns into subalkaline
or moderately alkaline at depth.
The soils of both the public park and the farm appear very calcareous from the
surface and become strongly calcareous at depth. Therefore in these soils the decarbonation
process seems to be not so evident as against surface horizons, both
due to the reduced permeability (finer textures) and to the rearrangement operated
by man. Moreover the values of CaCO3 show a discontinuous trend in relation to
depth, which is suggestive of subsequent sediments contributions, unlike what observed
in almost all the pinewood soils. As a direct consequence of the elevated
rates in CaCO3, the pH value of public park or farm soils prove to be weakly to
strongly alkaline, with trends generally decreasing with depth, except for profile
PER2 that shows non-linear trends.
As to soils electrical conductivity (EC), table 2 shows that no salinization problems
arise either in the public park soils or in the farm ones. However things are different
inside the pinewood where a more articulated situation can be observed.
Some soils have a widespread salinity all along the profile (PW3, PW5, PW7 and
PW9); others only at surface (PW1), and some others absence of salinity (PW2,
PW4, PW6 and PWN8).
The electrical conductivity recorded in soils results to be, in said litoraneous environments,
strongly related with the one of groundwater. Studies recently carried
out in the same area (Zannoni, 2008; Buscaroli and Zannoni, 2009) clearly indicate
how, in soils belonging to more elevated areas from a topographical point of view
(PW2, PW4, PW6 and PW8), the stratum is located at such a depth as to determine
any possible consequence on deep horizons only (beyond 1 m of depth) while not
affecting the surface.
In inter-dune depressions, where the water table is at lower depths, it can significantly
affect the soils characteristics. In particular, when the water table is strongly
characterized by salinity as in the case of profiles PW2, PW4, PW6 and PW8, the
EC of the whole profiles turns out to be elevated. Moreover, during the summer
period, to coincide with strong surface evapotranspiration phenomena, a large increase
in surface horizons EC has been observed, mainly due to saline accumulations,
which can be observed also in investigated profiles.
Soils classification. Data gathered have made it possible to locate soils from a
taxonomical point of view, according to what provided for in the Keys to soil taxonomy,
10 th edition (SSS, 2006), up to the family hierarchical level (table 3).
124

The soils of the San Vitale Pinewood fall into the Psamments suborder. Studies
carried out in the same area (Zannoni, 2008; Buscaroli and Zannoni, 2009) have
highlighted how, under conditions similar to those of profiles PW3, PW7 and PW9,
values of Sodium Adsorption Ratio (SAR) and of Exchangeable Sodium Percentage
(ESP) observed are such so as to make soils fall within the Sodic subgroup
(SSS, 2006).
Besides a strict taxonomic arrangement, the presence of soluble bases and even
more their mutual relation (SAR) can substantially affect the flora development.
With this respect, some authors (Álvarez-Rogel et al., 1997, 2007; Alaoui-Sossè et
al., 1998) stress how, within environmental contexts similar to those under study,
the variations in soils salinity are among the main variables in the diffusion of plant
species. Other authors (Gerdol et al., 1985; Piccoli et al., 1991; Blaylock, 1994;
Reinman and Breckle, 1995; Álvarez-Rogel et al., 2001) associate the presence of
plant species to the relation of some ionic forms and to the soil S.A.R..
Profile Soil Survey Staff, 2006
PW1 TYPIC PSAMMAQUENTS, mixed, calcareous, mesic
PW2 TYPIC USTIPSAMMENTS Mixed, calcareous, mesic
PW3 SODIC PSAMMAQUENTS Mixed, calcareous, mesic
PW4 AQUIC USTIPSAMMENTS Mixed, calcareous, mesic
PW5 TYPIC PSAMMAQUENTS Mixed, calcareous, mesic
PW6 AQUIC USTIPSAMMENTS Mixed, calcareous, mesic
PW7 SODIC PSAMMAQUENTS Mixed, calcareous, mesic
PW8 TYPIC USTIPSAMMENTS Mixed, calcareous, mesic
PW9 SODIC PSAMMAQUENTS Mixed, calcareous, mesic
GP1 UDIFLUVENTIC HAPLUSTEPTS Fine-silty, mixed, mesic
GP2 UDIFLUVENTIC HAPLUSTEPTS Coarse-loamy, mixed, mesic
PER1 UDIFLUVENTIC HAPLUSTEPTS Fine-loamy, mixed, superactive
PER2 UDIFLUVENTIC HAPLUSTEPTS Fine-silty, mixed, superactive
Conclusions
125
Table 3 –
Classification
of soil profiles
(SSS, 2006)
Chemical-physical pedologic surveys carried out on 13 soils profiles have made it
possible to confirm the taxonomic definitions indicated in the pedologic delineations
of the Emilia-Romagna region soil map (RER, 2009). The survey carried out
in the San Vitale Pinewood, along two transepts located at right angles with the
dune system, has highlighted such a close relation between microtopography, surface
stratum depth and relevant saline concentration as to enable a taxonomic
selection at subgroup level, within the Ustipsamments/Psammaquents complex
(Fig. 2).
In the specific instance, profiles PW2, PW4, PW6 and PW8 located in the highest
spots of the dune structure suffer either moderately (Aquic Ustipsamments, PW4
and PW6) or not at all (Typic Ustipsamments, PW2 and PW8) the presence of the
water-table.

Figure 2 – Topographical position of soil profile in regard to water-table.
On the contrary, profiles PW1, PW3, PW5, PW7 and PW9 localized in positions
that are morphologically depressed, are involved by a periodical hydric saturation
(Typic Psammaquents, PW1 and PW5) that may sometimes affect the chemism,
owing to the high saline concentration (Sodic Psammaquents, PW3, PW7, PW9).
This last condition shall be taken into account in future analytical determination
regarding cation exchange capacity (CEC) and metal extraction.
Acknowledgment. Research co-financed of Ministry of University and Research, within
the frame of the project 20077A9XJA_PRIN 2007 Subproject 003 (L. Vittori Antisari) of
Bologna University, “Diffusion of PTE in the soil-plant system in environments characterized
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.
128

POTENTIALLY TOXIC ELEMENTS ALONG SOIL PROFILES
IN AN URBAN PARK, AN AGRICULTURAL FARM,
AND THE SAN VITALE PINEWOOD (RAVENNA, ITALY)
ELEMENTS POTENTIELLEMENT TOXIQUES LE LONG DES PROFILS
DU SOL DANS UN PARC URBAIN, UNE EXPLOITATION AGRICOLE
ET DANS LA PINEDE DE SAN VITALE (RAVENNE, ITALIE)
ELEMENTI POTENZIALMENTE TOSSICI LUNGO PROFILI DEL
SUOLO IN UN PARCO CITTADINO, IN UN'AZIENDA AGRICOLA E
NELLA PINETA DI SAN VITALE (RAVENNA, ITALIA)
Livia Vittori Antisari (1) *, Enrico Dinelli (2) , Alessandro Buscaroli (2) ,
Stefano Covelli (3) , Francesca Pontalti (1) , Gilmo Vianello (1)
(1)
Department of Agroenvironmental Sciences and Technologies – CSSAS,
University of Bologna, via Fanin 44–Bologna (Italy).
(2)
Interdepartmental Center for Research on Environmental Science (C.I.R.S.A.) -
University of Bologna, via dell'Agricoltura 5-Ravenna (Italy)
(3)
Department of Geological, Environmental and Marine Sciences –
University of Trieste, via Weiss 2–Trieste (Italy).
*Corresponding author: E-mail: livia.vittori@unibo.it Tel: +39 0512096210.
Summary
Potentially toxic elements (PTEs) abundances in top soil and along the soil profiles
from areas affected by different anthropogenic inputs were investigated.. The
study area is located within the Ravenna Municipality, a complex territorial system
highly affected by industrial (a large petrolchemical complex) agricultural activities.
Three zones with distinct environmental features were identified: the San
Vitale Pinewood affected by atmospheric deposition pollutans from the industrial
complex (PW1, PW4, PW6 and PW8 soil profiles); a public garden within the Ravenna
city center, mainly affected by traffic pollution (GP1 soil profile); the "Luigi
Perdisa" farm located immediately northwards Ravenna was selected due to the use
of fertilizers as well as atmospheric deposition (PER2 soil profile). The total concentration
of PTEs (Ba, Cr, Cu, Cr, Ni, Pb, Zn) was determined by X ray fluorescence
spectrometry (XRF), and the pseudo-total concentration with aqua regia digestion
(AR) and ICP-OES quantification in order to evaluate the extractability of
the elements. Results showed a significant increase of some PTEs (Cu, Pb, Zn) in
the top soil compared to the pedological substrate. In the Ravenna urban park
(GP1 station), Pb and Zn concentrations exceeded the threshold values established
by current Italian laws for soils from "public, residential and private areas" (D. Lgs
152/2006). The correlation between top soil and the subsoil highlighted that some
PTEs, such as Cu, Pb and Zn, are anthropogenic and they are mainly associated to
129

the deposition of airborne pollutants, whereas other elements (Cr and Ni) are
lithologenic.
Key-words: heavy metals; enrichment factor; soil profiles; Pinewood San Vitale;
ICP-OES;XRF
Résumé
Le but de cette étude est d'évaluer le taux de concentration d'éléments potentiellement
toxiques (EPT) dans les horizons supérieurs et le long du profil de sols intéressés
par les différents impacts anthropiques. Les études ont été conduites dans la
zone qui englobe la commune de Ravenne, caractérisée par un système territorial
complexe en raison de la présence d'un pôle pétrochimique mais aussi d'une agriculture
très productive. Trois zones avec des impacts différents pour l'environnement
ont été identifiées : la Pinède de San Vitale touchée par des dépôts atmosphériques
dérivant de l'activité de l'industrie pétrolochimique (profils pédologiques
PW1, PW4, PW6 et PW8) ; un jardin public qui se trouve dans le centre historique
de la ville de Ravenne et qui subit une pollution due à la circulation automobile
(profil pédagogique GP1). Pour finir, l'entreprise agricole "Luigi Perdisa" située
immédiatement au nord-est de Ravenne a été choisie aussi bien à cause de la
contamination possible par des produits chimiques utilisés en agriculture que pour
les différents types de dépôts atmosphériques (profil pédologique PER2). Les études
ont permis de déterminer les concentrations totales en spectrométrie de fluorescence
aux rayons X (XRF) mais aussi pseudo-totales avec solubilisation dans l'eau
régale (AR) de certains métaux lourds (Ba, Cr, Cu, Cr, Ni, Pb, Zn), à la suite de
quoi a eu lieu la lecture en ICP-OES dans le but d'évaluer dans quelle mesure ces
éléments peuvent être extraits.
Les déterminations effectuées démontrent un enrichissement significatif de certains
EPT (Cu, Pb, Zn) dans les horizons de surface par rapport au substrat pédologique.
Dans le parc urbain de Ravenne (GP1), les concentrations de Pb et Zn sont supérieures
aux limites prévues par la législation italienne (Décret Législatif 152/2006)
dans les zones résidentielles et les espaces verts. La corrélation entre les valeurs de
concentration de certains EPT comme CU, Pb et Zn rencontrés dans les horizons
en surface et en profondeur met clairement en évidence leur origine anthropique
due en majeure partie à des dépôts d'agents polluants présents dans l'atmosphère
tandis que l'origine d'autres éléments (Cr et Ni) résulte de type lithologique.
Mots-clés : EPT ; facteur d'enrichissement ; profils du sol ; Pinède de San Vitale ;
ICP-OES ; XRF.
Riassunto
Scopo di questo studio è la valutazione del grado di anomalia di elementi potenzialmente
tossici (EPT) negli orizzonti superficiali e subsuperficiali di suoli soggetti
a differenti iuput antropogenici. L'area di studio ha interessato il comune di Ravenna,
caratterizzata da un sistema territoriale complesso per la presenza di un polo
130

petrolchimico, ma anche soggetta ad un'attività agricola intensa ed altamente produttiva.
Sono state identificate tre zone potenzialmente impattate da differenti attività
antropiche: la Pineta di San Vitale interessata da deposizioni atmosferiche
derivanti dall'attività dell'industria petrolchimica (profili pedologici PW1, PW4,
PW6 e PW8); un giardino pubblico presente nel centro storico della città di Ravenna,
interessato da inquinamento da traffico veicolare (profilo pedologico GP1);
l'azienda agricola "Luigi Perdisa" collocata immediatamente a nord-est di Ravenna
scelta sia per la possibile contaminazione da prodotti chimici usati in agricoltura sia
per i diversi tipi di deposizioni atmosferiche (profilo pedologico PER2). Di alcuni
metalli pesanti (Ba, Cr, Cu, Cr, Ni, Pb, Zn) sono state determinate sia le concentrazioni
totali in spettrometria di fluorescenza a raggi X (XRF), sia quelle pseudo
totali con solubilizzazione in aqua regia (AR) e successiva lettura in ICP-OES con
lo scopo di valutare il livello di estraibilità di tali elementi.
Le determinazioni effettuate mostrano un significativo arricchimento di alcuni EPT
(Cu, Pb, Zn) negli orizzonti di suolo superficiale rispetto al substrato pedologico;
nel parco urbano di Ravenna (GP1), le concentrazioni di Pb e Zn sono superiori ai
limiti previsti dalla legislazione italiana (D. Lgs 152/2006) per le aree residenziali e
di verde pubblico. La correlazione tra i valori di concentrazione di alcuni EPT,
quali Cu, Pb e Zn, riscontrati negli orizzonti superficiali e di profondità evidenzia
chiaramente la loro origine antropica per lo più dovuta a deposizioni di contaminanti
presenti in atmosfera, mentre per altri elementi (Cr e Ni) la loro provenienza
risulta litologenica.
Parole chiave: EPT; fattore di arricchimento; profili del suolo; Pineta di San Vitale;
ICP-OES; XRF.
Introduction
The environmental quality of urban soil is closely related to human health (De
Miguel et al, 1998; Madrid et al., 2002) so that monitoring potenzially toxic elements
(PTEs) environmental compartments has gained considerable importance
nowadays. Their increase due to anthropic activities, has very often reached critical
thresholds of toxicity (Alloway et al., 1990; Adriano et al., 1992). The vehicular
traffic is one of the main and more significant sources, wich has increased the
fluxes of atmospheric pollutants. For a sound evaluation of the impact of anthropogenic
activities on heavy metals distribution it is essential to know the natural
(background) level in an undisturbed situation geologically similar to the study
setting (Plant et al., 2001). Only knowing that, it is possible to evaluate the bias
compared to natural conditions (Reimann & Garrett, 2005) and to, quantify the
alteration using different approaches such as a Geoaccumulation Index (Igeo,
Müller, 1979; Förstner & Müller, 1981) or an Enrichment Factor (Rubio et al.,
2000) calculation.
These approaches have been applied to several sites within the Ravenna city centre
and its close surroundings which have been extenaively affected by all the potential
sources of contamination (urban, agricultural, industrial). Soil samples were col-
131

lected from some profiles excavated in a urban garden located in the city centre, in
a agricultural field just north of the city. In addition, several profiles were "opened"
and subsampled in the San Vitale Pinewood, a protected area close to a large industrial
complex.
Among all the investgated profiles, six of them were selected to compar total
(XRF) and pseudo-total (aqua regia) (Alloway, 1990) metal concentrations. Total
element concentrations are more relevant if a geochemical interpretation of data is
requited as in this specific study. Besides, direct comparison with available geochemical
data on sedimentary deposits in the area is also possible. Following the
pseudo-total approach, result describe the maximum concentration of an PTE that
can be released from a parent materials in natural environment. The aqua regia
leach or digestion procedure is normally used for simulating this characteristic in
the laboratory. It is potentially extremely interesting, althoug it can be affected by
many uncertainties regarding the operating procedures. In any case, the comparison
of the two results ìs a useful approach to discuss and to gain an insight into metal
stability in the soil environment.
Materials and methods
Sites description and soil profiles sampling. The study area belongs to the Ravenna
Municipality (Emilia Romagna region), a complex territorial system
chatacterized by the development of petrolchemical industrial complex and,, also,
by an intensive agricultural activity. The monitoring sites selected in Ravenna city
were: the Central Urban Park (GP) located in the historical city, the ITAS “L. Perdisa”
extra-urban farm (PER), and the San Vitale Pinewood (PW), an importance
community site (ICS).
Geographical location. Three zones of different anthropogenic impact were identified:
the San Vitale Pinewood probably affected by atmospheric deposition that
could be derived from the petrolchemical industry or from vehicle exhaust (soil
profiles PW1, PW4, PW6, and PW8); a public garden within Ravenna city, mainly
affected by traffic pollution (soil profile GP1); the farm "Luigi Perdisa" located
immediately northwards of Ravenna was selected because of the use of fertilizers
and also subject to various types of atmospheric deposition (soil profile PER2). All
the sites were georeferenced (UTM33-WGS’84 reference systems) using a GPS
system (Fig.1).
Pedological survey. The San Vitale Pinewood is located along the 118 pedological
delineation of the Emilia Romagna region (www.regione.emilia-romagna.it).
CER3/SAV1/PIR1 soils were present. The San Vitale Pinewood is characterized
by sand and calcareous soils forming upon deposits of sand bar consolidated by old
reforestation. Cerba (CER3), and Aquic Ustipsamments (USDA, 2006) are the
most commonly represented soils; in those areas which are morphologically higher,
San Vitale soils, Typic Ustipsamments (SAV1) are present whereas in those lower
areas, between the dunes, Pirottolo soils are recognized (PIR1,Typic Psamma-
132

quents). The extra urban farm ITAS "L. Perdisa" is placed along the 996 pedological
delineation and the SMB1 soils (www.regione.emilia-romagna.it). The
pedological substrate of both farm (PER2) and urban park (GP1) is plane flooded
deposits and the soil is Udifluventic Haplustepts (USDA, 2006). The soil of Ravenna
urban park is classified Udifluventic Haplustepts (USDA, 2006) and this
belongs to the 94 pedological delineation introducing the soil complex
VIL1/SMB1, characterized by canal deposits.
Soil sampling. At each site (Fig. 1), a soil profile was open down to 150 cm depth,
and each horizon was sampled . Moreover, at each site also the soil material between
0-20 and 80-100 cm was collected and prepared for analysis. Among the all
the investigated sites reported in Figure 1, PW 1, 4, 6, 8; PER2 and GP1 were
selected for the detailed analytical work.
133
Figure 1
Geographical location of
sampling sites on pedogical
delineations of Emilia-
Romagna soil map
(http://gias.regione.emiliaromagna.it/suoli.asp)
Pedogical delineations:
94 Udifluventic Haplustepts
118 Aquic, Typic Ustipsamments/Typic
Psammaquents
complex
996 Udifluventic Haplustepts
Soil profiles:
PER2
in ITAS “L. Perdisa” farm.
GP1
in Central Urban Park..
PW1 and PW4
in San Vitale Pinewood
North transect.
PW6 and PW8
in San Vitale Pinewood
South transect.

Chemical analysis
.
X-Ray Fluorescence – total PTEs concentration. Total metal concentration and
major element composition were obtained by X-Ray fluorescence spectrometry
(XRF). All samples were homogenized in an agate mortar. Chemical determinations
were obtained by X-ray fluorescence spectrometry (Philips PW 1480) on
pressed powder pellets, following the matrix correction methods of Franzini et al.
(1972; 1975), Leoni & Saitta (1976) and Leoni et al. (1986). The estimated precision
and accuracy for trace-element determinations are better than 5%, except for
those elements

soil and the background material was more marked in the agricultural site PER2,
where, on the contrary, Pb contents are relatively constant. All the PTEs displayed
strong grain-size dependence, as reported by the detailed discussion referring to
samples from the area by Dinelli et al. (2007).
Table 1 - PTEs concentrations determined by fluorescence X ray along some soil profiles.
The Pinewood transect-North was represented by PW1 and PW4 soil profiles, the Pinewood
transect-South was represented by PW6 and PW8 soil profiles, the urban park transect
was represented by GP1 soil profile, while the farm transect was represented by
PER2 soil profile. Concentration ranges from Late Pleistocene-Holocene samples from
boreholes in the area are provided as reference values (Amorosi et al., 2002; Curzi et al.,
2006).
Transect Soil
fi
PW1
PW-North
PW-South
PW4
PW6
PW8
GP GP1
PER PER2
Heavy metal concentrations (mg/kg)
Depth
( )
0-5
Ba
251
Cr
101
Cu
5
Ni
47
Pb
54
V
50
Zn
60
5-20 285 115 7 47 47 47 37
20-80 254 112 3 60 9 45 33
80-100 247 121 2 71 9 47 28
0-5 265 117 4 62 33 51 51
5-20 294 124 12 76 22 48 49
20-60 279 120 6 66 24 49 45
60-80 265 95 bdl 61 10 40 26
80-100 244 208 8 69 15 71 48
0-3/4 255 68 8 44 19 42 103
3/4-20 262 91 2 50 26 46 46
20-80 353 113 bdl 55 21 41 26
80-100 251 86 3 46 15 41 31
0-5 258 68 10 58 48 61 93
5-20 263 89 5 64 37 58 70
20-80 255 96 4 60 17 42 30
80-100 258 80 10 59 8 41 37
0-3 332 75 41 61 86 72 142
3-7 413 78 53 65 86 73 149
7-25 431 91 53 65 105 77 159
25-57 333 100 23 72 20 85 68
57-80 351 97 33 71 32 85 80
80-100 366 103 36 66 24 84 82
0-28 361 99 65 76 25 89 84
28-53 326 87 26 70 22 82 72
53-83 336 90 28 69 24 84 74
83-120 349 95 23 74 20 89 69
120-153 356 89 22 62 30 72 62
153-194 446 99 32 60 21 71 63
194-210 391 90 22 66 21 75 59
Borehole (Amorosi et al., 2002) 285-535 96-210 4-19 61-130 4-27 87-169 52-124
data (Curzi et al.., 2006) 206-381 66-268 13-45 30-148 6-29 54-117 43-99
This fact explains the different ranges observed in the Pinewood of San Vitale and
the other two sites. The former are sandy samples whereas the latter have a larger
135

proportion of clayey material, as reported by Buscaroli et al. (2009). Compared to
other data available from the area, referred to deeper and older sediments that include
either fine or coarse grained sediments (Amorosi et al., 2002; Curzi et al.
2006), Pb and Zn display wider ranges and highest maxima suggesting anthropogenic
contribution for these elements. In the GP1 profile, the higher concentrations
occur down to 25 cm depth, thus suggesting a diffuse migration of Pb and Zn elements
to deeper horizon. All other elements, except for only one sample having
high Cu concentration in PER2 profile, are within the ranges observed for reference
borehole data.
Geoaccumulation index (Igeo) has been calculated for each metal (Table 2) in order
to evaluate metals contamination in soil samples from the Ravenna area.
Geoaccumulation index was originally defined by Müller (Müller, 1979; Forstner
and Müller, 1981) as a quantitative tool to determine metals contamination in
sediments and is based on the comparison of current concentrations with preindustrial
levels. Geoaccumulation index (Igeo) can be calculated by the equation:
Igeo = log2 [Cn/(1.5·Bn)] (1)
where Cn = metal concentration in the the topmost sample; Bn = metal concentration
in the 80-100 cm sample. In this way each site has a different background values
but it helps because of the difference in grain size that affects EPT abundance.
In any case the concentration in the deep samples are comparable with those of
boreholes of analogous grain size as already pointed out.
Müller has distinguished seven classes of sediments: unpolluted (Igeo 0), from
unpolluted to moderately polluted (0 < Igeo < 1), moderately polluted (1 < Igeo < 2),
from moderately to strongly polluted (2 < Igeo < 3), strongly polluted (3 < Igeo < 4),
from strongly to extremely polluted (4 < Igeo < 5), extremely polluted (Igeo > 5).
According to these scheme the Pb is most critical element suggesting moderately
polluted conditions in the san Vitale pinewood in both transects with the soil profiles
near to industrial settlement (PW1 and PW8) and for the Ravenna urban park.
The most likely origin is related to emissions from vehicle exhaust that have been
concentrated in these sites characterized by limited or absent reworking. There
appears to be moderate pollution for copper in the PER2 site, for the reasons already
outlined.
Table 2 – Values of the Igeo calculated according to Müller (1979). Only positive values
were reported.
Transect
Soil
profile Ba Cr
Geoaccumulation index Igeo
Cu Ni Pb V Zn
PW-North
PW1
PW4
0.6 1.9
0.6
0.5
PW-South
PW6
PW8
0.7
2.0 0
1.1
0.7
GP GP1 1.3 0.2
PER PER2 1.4
136

.Comparison between total and pseudo-total data (AR). The comparison of total
(XRF) versus pseudo total concentration (AR) provided some useful suggestions
about PTEs behaviour in the soil environment. In general, as one might expect, the
PTEs total concentrations both top sand depth soil were higher than pseudo-total s
in almost all cases, as one can verify by the results on selected samples reported in
table 3. A better picture could be obtained by the visual comparison of the results
presented in figure 2, that included the analysed samples.
Barium was the elements with the minor amount extracted by AR; the very low
(

Nickel generally displays high levels of extractability, usually > 75%, that does not
change among different horizons.
Lead, in almost all cases provided comparable results, which means that a large
portion of the elements is extractable and it suggests association with different
exchangeable sites of clays, Mn Fe and Al oxides, organic matter and all components
dissolved by AR reaction. An important source related to contamination is
likely to be present, as already pointed out. Some samples from deep horizon in the
Pinewood area display low extractability (

.
.
Figure 2a - Comparison of total (XRF) vs. pseudo-total (AR) Ba, Cr, Cu, Ni concentrations
for the studied samples. The 1:1 line is reported in the scatter diagram for comparison. On
the right column the frequency histograms for the considered variables.
139

......
Figure 2b - Comparison of total (XRF) vs. pseudo-total (AR) Pb, V, Zn concentrations for
the studied samples. The 1:1 line is reported in the scatter diagram for comparison. On the
right column the frequency histograms for the considered variables.
In fact, as said, PIN1 is located near the Romea street but also PIN8 is relatively
close to an important pathway of the industrial area. This evidence can be explained
as a diffuse contribution of airborne pollution accumulated in an undisturbed
setting. As concern the urban park in Ravenna city (GP1), Pb and Zn concentrations
exceeded the threshold values established by current Italian laws for
soils of "public, residential and private areas" (D. Lgs 152/2006), as suggested by
the pseudototal results (aqua regia). The comparison between total and pseudo-
140

total concentrations for (Ba, Cr, Cu, Ni, Pb, V, Zn) indicated differences for Ba, Cr,
Ni e V whereas Cu, Pb e Zn showed the same results for both extraction methods,
which implies that the first group of elements are retained in stable lattice position
and can be considered to have low mobility. Conversely, the latter are extractable
almost completely which could suggest association to other phases in the soil environment
(organic matter, Fe-Mn-Al oxides) more susceptible to instability and
indicating the importance of non natural contribution.
Acknowledgment. Research co-financed of Ministry of University and Research, within
the frame of the project 20077A9XJA_PRIN 2007 Subproject 003 (L. Vittori Antisari) of
Bologna University, “Diffusion of PTE in the soil-plant system in environments characterized
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142

Sr ISOTOPIC EVIDENCE FOR STUDYING
THE SALINIZATION OF SOILS: AN EXAMPLE
FROM THE SAN VITALE PINEWOOD (RAVENNA)
APPLICATION DES ISOTOPES DU Sr
A L’ETUDE DE LA SALINISATION DES SOLS:
UN EXEMPLE DANS LA PINEDE DE SAN VITALE (RAVENNE)
APPLICAZIONI DEGLI ISOTOPI DELLO Sr
ALLO STUDIO DELLA SALINIZZAZIONE DI SUOLI:
UN ESEMPIO DALLA PINETA DI SAN VITALE (RAVENNA)
Francesca Castorina (1)(2) , Umberto Masi (1)(2)*
(1) IGAG-CNR, c/o Dipartimento di Scienze della Terra,
Università di Roma “La Sapienza”, Roma (Italy)
(2) Dip.to di Scienze della Terra, Università di Roma “La Sapienza”, Roma (Italy)
* Corresponding author: e-mail: umberto.masi@uniroma1.it
Summary
In the frame of a multidisciplinary project of research on the San Vitale Pinewood
ecosystem, north of Ravenna, the Sr isotope study of a soil profile developed on an
old coastal dune aiming at detecting the effect of salinization is presented. The Sr
isotope ratios of the bulk soil samples decreased significantly from upper (0.717) to
lower (0.712) horizons because of the abundant marine salts deposited by the
brackish water present in the deep soil. While the main source of Sr in the upper
horizons is the silicates, especially the feldspaths contained in the old dune sediments;
in contrast, Sr in the lower horizons is significantly also of evaporitic origin
(0.707-0.709). This latter is dominantly the strontium bio-available to the plants.
Key words: Sr isotopes; soils; salinization; San Vitale Pinewood.
Résumé
Dans le cadre d’un projet multidisciplinaire de recherche sur le processus de salinisation
des sols, nous présentons une application des isotopes du Sr à un profil de
sol développé sur une ancienne dune côtière dans la Pinède S.Vitale, au nord de
Ravenne. La composition isotopique du Sr dans les échantillons du sol tel quel
diminue des horizons superficiels (0,717) aux horizons profonds (0,712) par suite
de l’abondant dépôt de sels marins par l’eau saumâtre présente dans les horizons
inférieurs du profil. Le strontium présent dans les horizons les plus superficiels
provient des silicates de l’ancienne dune, en particulier des feldspaths, mais le
strontium des horizons inferieurs provient en grade partie aussi du lessivage des
évaporites (0,707-0,709). Le strontium biodisponible pour les plantes est surtout
dérivé des évaporites.
Mots clés: Isotopes du Sr; sols; salinisation; Pinède San Vitale.
143

Riassunto
Nel quadro di uno studio multidisciplinare sui processi di salinizzazione che interessano
i suoli della Pineta di san Vitale, a nord di Ravenna, viene presentato un
esempio di applicazione degli isotopi dello Sr. La sua composizione isotopica nei
campioni di suolo tal quale diminuisce significativamente dagli orizzonti superficiali
(0,717) a quelli profondi (0,712), a causa della abbondante deposizione di sali
marini ad opera dell’acqua salmastra presente nella parte bassa del profilo. Mentre
lo Sr presente negli orizzonti superiori del suolo è essenzialmente quello dei silicati
dell’antica duna, in particolare dei feldspati, lo Sr degli orizzonti inferiori deriva
considerevolmente anche dai sali e minerali evaporitici (0,707-0,709). Lo Sr biodisponibile
per le piante è essenzialmente quello derivato dagli evaporiti.
Parole chiave: Isotopi dello Sr; suoli; salinizzazione; Pineta di S.Vitale.
Introduction
This paper illustrates a part of a multidisciplinary study of the Pineta San Vitale
(hereinafter Pineta) ecosystem, dealing with the application of Sr isotopes to detect
chemical processes occurring in the local soils, affected by salinization hazard.
This may contribute to suggest solutions useful to stop or, at least, slow down the
decline of the Pineta ecosystem.
It is known since the 90’s that Sr isotopes may provide interesting information
about the sources and the processes involving Sr in soils and groundwaters (e.g.
Aberg, 1995; Capo et. al., 1998; Stewart et al., 1998; Négrel et al., 2001). In fact,
Sr isotope ratios can allow for detecting the sources of Sr, distinguishing among the
contributions from the minerals present in the soil and a variety of anthropogenic
and natural sources supplying the element from outside, especially via atmospheric
(dry and wet) deposition. These sources are represented by industrial and vehicular
emissions, dust from soils, marine aerosol, as well as infiltration of waters from
rivers, drainage canals and sea lagoons. All these anthropogenic and natural
sources are present in the Ravenna area, that is a typical industrial and farming area
near to the Adriatic coastline. Moreover, Sr isotope ratios can allow for determining
the main sources of Sr available to the plants, i.e. bio-available Sr. Two papers
on the Sr isotopic composition of Sardinian soils have been carried out by Castorina
and Masi ( 2007, 2008 ); they represent the first contributions concerning Sr
isotopes applied to Italian soils.
Geological setting and sampling
Among the soil sites distributed along two transects cutting transversally the Pineta
area, we have selected Pin-9 site as representative for this paper. This soil profile,
the thickness of which encompasses about 1 m, is composed of two main horizons
A and C, in turn subdivided in A1 and A2, and C1 and C2 subhorizons, respec-
144

tively. A level of turf occurs at depth of 30 cm. The soil, that is located at 0.12 m
a.s.l., is totally inundated by brackish-saline water at 50 cm of depth.
Analytical procedure
Each sample was first washed with bidistilled water to remove soluble salts. Then
each sample was split in two aliquots, one of which was dissolved completely with
HF+HNO3 mixture. The other aliquot was leached out with 1N ammonia acetate to
dissolve more soluble carbonates, representing the labile Sr, i.e. that bio-available.
Sr for isotopic analyses was separated in a 3 ml AG50 W-X8 resin column. Isotopic
analyses were carried out at IGAG-CNR c/o Dipartimento di Scienze della
Terra, University of Rome “La Sapienza” using a FINNIGAN MAT 262RPQ multicollector
mass spectrometer with Re double filaments in static mode. The internal
precision (within-run precision) of a single analytical result is given as two standard
error of the mean. Repeated analyses of standards gave averages and errors
expressed as two standard deviation (2) as follows : NBS 987,
87 86 86 88
Sr/ Sr=0.710241±13 (n=20), Sr/ Sr normalized to 0.1194.
Experimental results
Figure 1 depicts the patterns of the vertical distribution of Sr isotopes in the bulksoil
samples and the acetic extracts. The Sr isotopic compositions of the watersoluble
salts exhibit no significant variation with depth (0.7091-0.709). In contrast,
the Sr isotope ratios of the bulk-soil samples decrease significantly and systematically
with depth (0.717-0.712), while the isotopic compositions of the acetic extracts
display only slight decrease with depth (0.709 -0.708).
145
Figure 1
Distribution of
the Sr isotopes
in the bulk-soil
samples and the
acetic extracts
of PIN-9 soil
profile.

Discussion
As concerns the water extracts, the rather uniform distribution of the Sr-isotope
ratios with depth through the profile indicates that the strontium contained in the
soluble salts proceeds from a same source. As the latter displays Sr isotopic composition
comparable with present-day seawater (Hodell et al., 1990), marine salts
represent the source of Sr in the water extracts. Marine salts can be air-borne to the
soil as aerosol and/or deposited by the brackish water present in deeper horizons of
the soil.
As concerns the bulk-soil samples, their Sr isotopic compositions are always
higher than the value of present-day seawater, indicating that bulk Sr derives from
a different source. However, as the Sr isotope ratios of the samples from the A
horizons are higher than those from the C-horizon samples, there is suggestion of
mixing of Sr supplied by two sources. One source is characterized by Sr isotope
ratio > 0.717, while the other source displays Sr isotope ratio

Acknowledgment. Research co-financed of Ministry of University and Research within the
frame of the project 20077A9XJA_PRIN 2007 Subproject 001 (U. Masi) of the University
of Rome "La Sapienza", “Application of the isotopic ratios of Sr, Nd, Fe and Ra as tracers
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147

.
.
148

PRELIMINARY RESULTS ON THE DISTRIBUTION
AND SOLUBILITY OF HEAVY METALS
IN URBAN AND SUBURBAN SOILS OF RAVENNA
RESULTATS PRELIMINAIRES SUR LA DISTRIBUTION
ET SOLUBILITE DES MÉTAUX LOURDS
DANS DES SOLS URBAINìS ET SUBURBAINS DE RAVENNE
RISULTATI PRELIMINARI SULLA DISTRIBUZIONE
E SOLUBILITÀ DI METALLI PESANTI
IN TERRENI URBANI E SUBURBANI DI RAVENNA
Marina Gatti*, Anna Flora Campanale
Institute of Agricultural and Environmental Chemistry
Università Cattolica del Sacro Cuore - Piacenza
*Corresponding author: E-mail: marina.gatti@unicatt.it; fax: +39 0523 599448
Summary
Three location types with of different environmental impacts were considered in the
district of Ravenna, a city park, a suburban pinewood and arable fields. In this paper
we report the preliminary results about the relationship between land use and soil management
with chemical fractionation of heavy metals. The distribution and solubility of
Cr, Ni, Cu, Zn, Cd and Pb was determined by water and LMWOAs extraction procedures
in horizons A1 and A2 of 13 soils. In general the maximum potentially toxic
element concentrations were associated with soil collected from the pinewood, and
they tended to decrease with depth.
The upper layer enrichment of the pinewood soils clearly revealed an anthropogenic
origin of pollution. Under the pinewood, the extraction power by the single extraction
procedures showed a pattern quite similar in terms of ranking of metals extracted, except
that Zn and Ni were more dissolved than Cu by the use of LMWOAs. Under the
pinewood, the metal levels presented a rather similar distribution pattern in terms of
ranking of extractive power by the single extraction procedures, with Zn and Ni being
more dissolved than Cu by the use of LMWOAs extractant. However, both readily
available pools were demonstrated to be more enriched in Ni, Zn, Cd and Pb compared
those of city park and arable soils. City park and arable soils had high contents of Cu.
The highest concentrations were particularly shown by the arable soil under orchard,
due to frequent fungicide applications. Single extractions were compared to metals
dissoved in aqua regia by bivariate correlations.
By comparison, pinewood soils showed higher positive relationships between pseudototal
contents determined by aqua regia and metal concentrations from single extraction
procedures than city park and arable soils. The highest correlation coefficients
were found for Zn and Cd by water extraction, and for Cu and Pb by LMWOAs extrac-
149

tion. Both water and LMWOAs pools exhibited poor correlation with pseudo-total
contents of Cr and Ni.
Keywords: Heavy metals; extraction unique; urban soil; pinewood soil; pollution.
Résumé
Trois sites dans différentes incidences sur l'environnement ont été identifiés dans le
district de Ravenne, un parc de la ville, une banlieue de forêt de pins et des champs
cultivés. Dans cette contribution, nous avons rapporté des résultats préliminaires sur la
relation entre l'utilisation et la gestion des sols et la chimie de fractionnement des métaux
lourds. La distribution et la solubilité du Cr, Ni, Cu, Zn, Cd et Pb ont été déterminées
en utilisant les procédures d'extraction dans l'eau et les acides organiques à faible
poids moléculaire (LMWOAs) dans les horizons A1 et A2 de 13 sols. En général, la
plus forte concentration d'éléments potentiellement toxiques était associée à des sols de
la forêt de pins, en montrant une tendance à la baisse avec la profondeur. L'enrichissement
de la couche supérieure du sol de la forêt de pins montre clairement une origine
anthropique. Dans la forêt de pins, le contenu en métaux présentait un modèle de distribution
assez similaire en termes de pouvoir d'extraction par la procédure simple, sauf
que Zn et Ni étaient sont plus solubles que le Cu avec LMWOAs. Toutefois, les deux
groupes se sont montrés plus riches en Ni, Zn, Cd et Pb que le sol du parc de la ville et
les terres agricoles. Aussi bien les deux terrains du parc de la ville que ceux qui ont été
cultivés étaient riches en Cu. Les concentrations les plus élevées ont été particulièrement
remarquées dans le sol d'un verger, en raison des fréquentes applications de fongicides.
Des extractions individuelles ont été comparés à celles de certains métaux dans
l'eau régale au moyen de corrélations bivariées. Les sols de la forêt de pins montrent
des relations positives plus élevées entre les pseudo-contenus et les concentrations
totales obtenues à partir des procédures d'extraction que les sols de la ville, du parc et
des terres agricoles. Les coefficients de corrélation significativement les plus élevés ont
été trouvés pour le Zn et le Cd extraits dans l'eau, et pour le cuivre et le plomb extraits
dans LMWOAs. Les extraction tant dans l'eau que dans LMWOAs montrent peu de
corrélation avec la pseudo-totalité du contenu en Cr et Ni.
Mots-clés: Métaux lourds; extraction simple; sol urbain; sol de pinède; pollution.
Riassunto
Tre siti di diverso impatto ambientale sono stati individuati nel distretto di Ravenna, un
parco cittadino, una pineta suburbana e un’area agricola. In questo contributo vengono
riportati i risultati preliminari sulla relazione tra l'uso e gestione del suolo e il frazionamento
chimico di metalli pesanti. La distribuzione e la solubilità di Cr, Ni, Cu, Zn, Cd
e Pb sono state determinate utilizzando procedure di estrazione in acqua e acidi organici
a basso peso molecolare (LMWOAs) negli orizzonti A1 e A2 di 13 suoli.
In generale, la massima concentrazione di elementi potenzialmente tossici era associata
ai suoli della pineta, manifestando una tendenza a diminuire con la profondità.
L’arricchimento dell’orizzonte più superficiale dei suoli della pineta evidenzia chiara-
150

mente un inquinamento di origine antropica. In pineta, il potere estrattivo delle singole
procedure determinava una sequenza di estrazione dei metalli abbastanza simile, con la
differenza che Zn e Ni erano maggiormente solubilizzati del Cu con l’impiego di
LMWOAs. Comunque, entrambi i pools prontamente disponibili sono risultati più
arricchiti in Ni, Zn, Cd e Pb rispetto a quelli dei suoli del parco cittadino e dell’area
agricola. Sia i terreni del parco cittadino che quelli coltivati sono risultati molto dotati
di Cu. Le concentrazioni più elevate sono state particolarmente riscontrate nel suolo
sotto frutteto, a causa di frequenti applicazioni di fungicidi.
Le singole procedure di estrazione sono state confrontate con i metalli dissolti in acqua
regia attraverso correlazioni bivariate. Rispetto ai suoli del parco cittadino e dell’area
agricola, i suoli della pineta mostrano relazioni positive superiori tra i contenuti pseudo-totali
determinati in acqua regia e quelli ottenuti dalle estrazioni in acqua e
LMWOAs. I coefficienti di correlazione significativamente più elevati sono stati trovati
per Zn e Cd estratti in acqua, e per Cu e Pb estratti in LMWOAs. Sia l’estrazione in
acqua che in LMWOAs indicano una scarsa correlazione con i contenuti pseudo- totali
di Cr e Ni.
Parole chiave: Metalli pesanti, Estrazione singola, Suoli urbani, Suoli di pineta, Inquinamento
Introduction
Urban areas are particularly vulnerable to pressure from human activities which result
in release of potentially toxic elements into the environment. Soil pollution may result
from widespread emissions of industrial plants, thermal power stations as well as vehicular
traffic (Chen et al., 1997; Imperato et al., 2003). The city of Ravenna is particularly
suitable for the systematic study of the enrichment and bioavailability of potentially
toxic elements, because of the existence of many industrial activities such as
steelworks, petrol refineries and chemical industries in the western district of the city
near the sea. Rural soils may also be affected by increasing levels of heavy metals due
to intensive agriculture in the in the suburban areas of the city. Cr, Cu, Zn and Cd are
common anthropogenic elements in the cultivated soils. The eco-toxicological significance
of heavy metals in soil is mostly dependent on their soluble and exchangeable
existing forms and on the soil’s ability to release ions from the soil solid phase to replenish
those removed from solutions by plants. The evaluation of metal contamination
based on total or “pseudo total” soil content is solely one of the aspect to be considered,
although at the moment an aqua regia extraction procedure (ISO 11466) is often required
by regulations to estimate contamination of soils. It is of great concern in the
scientific community to define single or sequential extraction procedures for identification
of metals pools, which differ in mobility and thus in capability to interact with
plant roots. Potentially toxic metals and micronutrients occur within the soil matrix as
free ions and soluble complexes, exchangeable ions, associated with soil organic matter,
occluded or co-precipitated with metal oxides, carbonates or phosphates and other
secondary minerals, ions in crystal lattices of primary minerals (Adriano, 2001).
151

Water soluble metals can easily be mobilized and may considered as highly available
(Seguin et al., 2004). Extraction of pore water, leaching test and DGT are selected
methods for assessment of bioavailability of heavy metals in soil solution (ISO, 2008).
In addition the National Institutes for environmental protection (ISPRA, Istituto Superiore
per la Protezione e la Ricerca Ambientale) and health (ISS, Istituto Superiore di
Sanità) recommended a soil water extraction as a method to determine the solid-liquid
partition coefficient of soil contaminants for healthy-environmental risk assessment
(APAT-ISS, 2007).
Adsorption-desorption processes are important controls on the concentration of metals
in the soil solution. From this point of view, study on sorption-desorption reactions of
heavy metals showed that low-molecular-weight-organic-acids (LMWOAs) are involved
in many interactions with the physicochemical properties of soils influencing
desorption of metal cations by complexation (Harter, 1983; Bruemmer et al., 1988;
Pohlman and McColl, 1988; Fox, 1995; Drever and Stilligs, 1997; Qin et al., 2004).
Soil solution LMWOAs, mainly aliphatic mono-, di- and tricarboxylic acids, originate
from several biotic sources (Strobel, 2001). Major sources are from decomposition of
soil organic matter in the upper soil horizons (Christ and David, 1996; Evans, 1998),
microbial metabolites and plant roots exudates (Jones, 1998; Ma and Miyasaka, 1998).
Root exudation of chelating aliphatic LMWOAs improves weathering and release of
cations from soil minerals and increase the availability of nutrient cations in the
rhizosphere of plants and fungi (Leyval and Berthelin, 1991; Marschner and Römheld,
1994). In order to mimic soil solution levels of heavy metals a single extraction procedure
with LMWOAs was investigated to estimate metal phytoavailability (Shan et al,
2003; Wang et al., 2003; Feng et al., 2005). The authors observed better correlations
between plant uptake and extractable levels by LMWOAs extractant in comparison
with other one-step extraction methods and attributed to LMWOAs the extraction of
the labile fractions in soil solution which are responsible for the short-term available
pool.
The main objectives of this study were to assess spatial changes of metals in surface
soils in the urban environment of Ravenna and to correlate them with soil physicochemical
properties and metal content in plant leaves simultaneously sampled. Specifically
in this paper we reported the preliminary results about the relationship between
land use and management and chemical fractionation of metals in the topsoil using
single extractions. Further, single extractions were compared to aqua regia digestion
by bivariate correlation.
Materials and methods
Three location types of different environmental impact were identified in the district of
Ravenna, Italy: a city park mainly exposed to vehicular traffic; a suburban pinewood of
naturalistic importance at 10 km north of the city surrounded by industrial infrastructures
and rural arable fields to the east of Ravenna city. In October 2008 nine pinewood,
two city park, and two arable soil profiles were selected and sampled accordingly
to pedogenetic horizons. Developed on the same parent material, the thirteen soil
152

profiles vary with respect to textural classes of the top soil layer: pinewood soils were
predominantly sandy, city park soils were sandy loam and arable soils were silty loam.
Pedological survey and physico-chemical composition of soil profiles are reported in
Vittori Antisari et al., this conference. Surface soil samples referred as A1 (0-5 cm
depth) and A2 (5 cm-variable depth) horizons, previously air dried and sieved to 2 mm,
were further ground with a planetary mill bowls in agate at 700 rpm min -1 and sieved to
0.2 mm in order to achieve better homogenization and then minimize the errors related
to sub-sampling. The single extraction procedures were carried out in triplicate, including
the blanks. Water soluble heavy metals were determined accordingly to the method
APAT-ISS, 2007. Briefly, 50 g soil was shaken in 100 mL of MilliQ (resistivity 18.2
M cm) water for 24h. The soil suspension was then centrifuged and filtered.
LMWOAc soluble heavy metals were extracted by mixing 5.5 g soil with 25 mL of
acetic, formic, citric and malic acids at a total concentration of 10 mM and at a molar
concentration ratio of 2:2:1:1 (Shan et al., 2003). The soil suspension was shaken for
12h, centrifuged and filtered. Soil moisture was determined on 10 g samples by oven
drying at 105 °C to constant weight. After filtration, the concentrations of Cr, Ni, Cu,
Zn, Cd and Pb in the extracts were immediately determined by ICP-MS (Agilent mod.
7500ce) equipped with collision cell. At the beginning of the measurement session the
instrument was accurately calibrated using multi-element standard solutions. The detection
limits of the method (MDL) were calculated multiplying 3.3 * SD of the blanks
by the dilution factor. In the absence of certified reference materials accuracy was
evaluated including several “matrix-matched" solutions in the analysis run. The average
recovery of the "spike" was within -3% and +9% and -4% and +19% for water and
LMWOA extraction, respectively. Basic statistics and Spearman correlation coefficients
were performed using SPSS 15.0 for Windows (SPSS Inc., USA). Normality of
data was analyzed using the Shapiro-Wilk test.
Results and discussion
The descriptive statistics concerning the content of Cr, Ni, Cu, Zn, Cd and Pb in the
water and LMWOAs extracts of the nine pinewood top soil layers are shown in table 1.
The data indicate remarkable differences between the extractive ability of the two single
procedures. Although the variety of extractants and extraction procedures in previous
studies make it difficult to compare the results obtained by different workers, as
expected, LMWOAs solubilised more soil metals than water. With the exception of
LMWOAs soluble Cd in the A2 horizon, concentration sets were not normally distributed
almost all being rather right-skewed, i.e., the mass of the metal data were
concentrated at low values. It was reported that pollutants released into the soil from
point sources are apt to experience successive random dilutions giving rise to
concentration distributions that are right-skewed (Wayne, 1995).
Left-skewed distributions were only observed for Cd and Ni in one of the two horizons
under study. Therefore medians instead of means would best describe such distributions.
153

A1 horizon of the pinewood soils showed a decreasing order of water solubility as
follows: Cu, Zn, Ni, Pb, Cr, and Cd. A2 horizon partially reflected the previous ranking
order due to a greater enrichment of Ni with respect to Zn. Compared with water soluble
metals LMWOAs dissolved more Zn and Ni, thus mobility of the six metals declined
in the following order: Zn, Ni, Cu, Pb, Cr, and Cd. A2 horizon was enriched in
Cr compared with A1 horizon, producing a reverse order between Pb and Cr.
Table 1 - Water and LMWOAs extractable metals in the 9 soil pinewood samples for
each horizon under investigation (g kg -1 )*.
Extractant
Horizon
Cr Ni Cu Zn Cd Pb
Range 3.0-71 31-132 24-223 19-252 0.14–1.2 3.3-60
A1 Median 7.1 50 86 81 0.67 16
Mean ± SD 15±22 61 ±32 94 ±62 94±72 0.59±0.39 21±19
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 and -5,
not so much enriched in water extractable metals.
There were significant differences between city park and arable soils in extractable
contents of potentially toxic elements. Average concentrations are displayed in table 3.
As far as concerned the upper horizon, water soluble Cr and Zn were significantly
higher in city park than in arable soils (p

A different behaviour characterized the two arable soils under investigation as regards
the content of copper, being one of them sampled under orchards. Since many years,
treatments with fungicides based on copper salts have been widely applied, resulting in
a considerable build-up of water and LMWOAs extractable Cu. Therefore, largest
standard deviations caused a lack of significance between copper means. In the lower
horizon highest metal concentrations were observed in city park soils, except for Cd.
LMWOAs extraction showed a different mobilization of metals compared to water
extraction.
Table 3 - Average water and LMWOAs extractable metals from city park (CP) and arable
(AR) soils (g kg -1 ).
Extractant
Water
LMWOAs
Soil
CP
Horizon
Cr Ni Cu Zn Cd Pb
A1 5.6 ±3.7 33 ±16 80 ±10 32 ±11 0.29 ± 0.06 3.7 ±0.23
A2 7.0 ±4.6 23 ±9.4 73 ±6.6 17 ±2.3 0.13 ± 0.05 1.4* ±0.19
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 soil, such as texture,
organic matter content, cation exchange capacity, salinity, pH and redox potential
are the main parameters controlling plant uptake of heavy metals (Sauerbeck and Hein,
1991, Davies, 1992). Significant effects of soil texture and particle-size distribution on
mobility of heavy metals in soils have been reported (Qian et al., 1996; Meers et al.,
2007).
In order to give an insight into the potentiality of the two single extraction procedures
to reflect some measure of the pseudo-total soil content, data sets were divided into
soils with sandy texture (pinewood soils) and sandy loam and silty loam texture (city
park plus arable soils). In table 4 are displayed Spearman correlation coefficients ()
between the extracted metals by water and LMWOAs and pseudo-total soil content of
heavy metals as determined by aqua regia (data shown in Vittori Antisari et al., this
conference). Based on the weaker extraction procedure, a higher relative positive correlation
of pseudo-total concentrations of Cu, Zn, and Cd of pinewood soils can be derived
compared to the city park plus arable soils. For Pb, the correlation was found to
be positive for pinewood soils but at a lesser probability level than for Cu, Zn and Cd.
No Pb correlation was achieved for city park plus arable soils because over than 60%
of the samples were below the detection limit of the method.
Table 4 - Correlation coefficients () between soil pseudo-total contents of Cr, Ni, Cu,
Zn, Cd and Pb and soluble metals by single extraction procedures.
Water LMWOAs
Element
Pine-wood City park and Pine-wood soils City park and
soils (n=18) arable soils (n=8) (n=18) arable soils (n=8)
Cr – 0.106 – 0.429 0.304 0.167
Ni – 0.084 – 0.143 – 0.040 – 0.024
Cu 0.558** 0.643* 0.779*** 0.643*
Zn 0.792*** 0.810** 0.498* ND
Cd 0.806*** 0.762* 0.040 – 0.310
Pb 0.470* ND 0.695** ND
*,** and *** significant at the probability level of p

Zn and Ni, typically show a near-linear relationship of soluble or easily extractable
concentration to total metal concentration in the soil after long term application of sewage
sludge (McBride et all., 2000; Chaundri et all., 2001). These results suggest that
soil metal enrichment from anthropogenic origin may render potentially toxic elements
more available to organic receptors.
Both water and LMWOAs pools exhibited poor correlation with pseudo-total contents
of Cr and Ni. Despite variable, and locally very high, background levels of Cr and Ni
in the area under study, Sammartino et al. (2004) observed a very low degree of correlation
between extracted Cr and Ni by weak acids and total metal excess in topsoil
samples. By comparison, pinewood soils showed higher positive relationships between
pseudo-total contents and extracted metals by single extraction procedures than city
park plus arable soils. In the sandy soils of the pinewood mobility of Cu, Zn, Cd and
Pb seems to be better controlled by the total content of such metals with more dangerous
consequences from the environmental point of view.
Conclusions
Taking into account the fewer samples from city park and arable soils, in general the
maximum potentially toxic element concentrations were associated with soil collected
from the pinewood, and tended to decrease with depth. The upper layer enrichment of
the pinewood soils clearly revealed an anthropogenic origin of pollution. Under the
pinewood, the extraction power by the single extraction procedures showed a pattern
quite similar in terms of ranking of metals extracted, except that Zn and Ni were more
dissolved than Cu by the use of LMWOAs. Under the pinewood, the metal levels presented
a rather similar distribution patter in terms of ranking of extractive power by the
single extraction procedures, with Zn and Ni being more dissolved than Cu by the use
of LMWOAs extractant. However, both readily available pools were demonstrated to
be more enriched in Ni, Zn, Cd and Pb compared to city park and arable soils. City
park and arable soils were highly endowed in Cu. The highest concentrations were
particularly shown by the arable soil under orchard, due to frequent fungicide applications.
The data in this study indicate that neither of the extractant alone was good enough to
reflect some measure of the pseudo-total contents of heavy-metal in soils. However,
there were high positive correlations between water extractable Cu, Zn and Cd and
between LMWOAs extractable Cu and Pb and respective pseudo-total contents under
the pinewood, thus suggesting that the examined single extraction procedures might
give an insight on soil pseudo-total contents of sandy soils. These preliminary results
suggest further work on the effects of metals in such soils by testing the proposed
methodologies on datasets acquired on the vegetation cover and soil parameters.
Acknowledgments. This research was partially supported by a grant from the Italian Ministry
of University and Research (PRIN 2007-20077A9XJA-005), subproject “Determination of
potentially toxic elements by ICP-MS in the water-soil-plant system in areas under different
types of anthropogenic pressures”.
158

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160

SOIL QUALITY ASPECTS IN THE REMEDIATION
OF CONTAMINATED SITES
ASPECTS DE LA QUALITE DU SOL
LORS DE L'ASSAINISSEMENT DES SITES POLLUES
GLI ASPETTI DELLA QUALITÀ DEL SUOLO
NELLA BONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Francesca Pedron, Gianniantonio Petruzzelli*, Carlo Ciardi
Istituto per lo Studio degli Ecosistemi CNR Pisa
* Corresponding author: e-mail: gpetruzzelli@ise.cnr.it
Summary
In the recent years there has been a growing interest in the cleaning-up approaches
that improve soil quality after remediation treatments. This issue which is far from
existing in Italy is of great importance in the U.S.A. where the Environmental Protection
Agency is promoting innovative cleaning-up strategies (green remediation)
that restore contaminated sites to productive use with a great attention to the global
environmental quality, including the preservation of soil functionality. Incorporation
of sustainability in remediation procedures is also considered as of high economic
value.
Key words: Contaminated sites; soil quality; remediation.
Résumé
Ces dernières années a grandi l'intérêt pour la récupération de la qualité du sol dans
les interventions de dépollution. Cette idée qui est encore loin de la réalité italienne
est par contre en train de prendre une importance considérable aux U.S.A. où l'
EPA promeut des stratégies de remédiation innovantes (green remediation) qui
rendent les sites contaminés à une utilisation productive. L'EPA considère comme
prioritaire la récupération de la qualité de tous les milieux ambiants, en promouvant
en même temps la durabilité écologique du point de vue économique.
Mots-clés: Sites pollués; qualité du sol; remédiation.
Riassunto
Negli ultimi anni è cresciuto l’interesse sul recupero della qualità del suolo negli
interventi di bonifica. Questo concetto che è ancora lontano dalla realtà italiana sta
invece assumendo una notevole importanza negli U.S.A. dove l’EPA sta promuovendo
strategie di bonifica innovative (green remediation) che restituiscano i siti
contaminati ad un utilizzo produttivo considerando come prioritario il recupero
della qualità di tutte le matrici ambientali, promuovendo nel frattempo la valorizzazione
ecologica anche dal punto di vista economico.
Parole chiave: Siti contaminati; bonifica; qualità del suolo.
161

Introduzione
La necessità di conservare inalterata l’insostituibile azione di protezione che il suolo
svolge nei confronti di altri comparti ambientali, si è manifestata, in questi ultimi
anni, in seguito alla problematica della bonifica dei siti contaminati, mediante un
interesse crescente nei confronti dell'inquinamento del terreno. Questo ha
contribuito a far diventare tale tematica uno dei punti centrali di molte normative
ambientali che si susseguono e si rinnovano con un ritmo che era assolutamente
imprevedibile solo qualche anno fa. Tuttavia nelle operazioni di bonifica la qualità
del suolo è stata spesso considerata solo marginalmente essendo l’obiettivo
primario degli interventi quello di raggiungere i livelli di concentrazioni residue dei
contaminanti richiesti dalla normativa, con una ridotta attenzione alle possibili
conseguenze che le tecnologie impiegate possono avere sulla qualità del suolo.
Relazione
Negli ultimi anni è cresciuto l’interesse sul recupero della qualità del suolo negli
interventi di bonifica. Questo concetto che è ancora lontano dalla realtà italiana sta
invece assumendo una notevole importanza negli U.S.A., dove la sistemazione
finale di un sito bonificato in ottica fortemente ecologica ne promuove anche la
valorizzazione dal punto di vista economico. Come momento fondamentale per la
protezione della salute dell’uomo e dell’ambiente, L’EPA sta promuovendo strategie
di bonifica innovative (green remediation) che restituiscano i siti contaminati
ad un utilizzo produttivo riducendo i costi, e promuovendo nel frattempo la valorizzazione
anche dal punto di vista economico della qualità dell’ambiente (EPA,
2008). Questa nuova linea di tendenza si propone di favorire le strategie di bonifica
che abbattano i consumi energetici e favoriscano l’impiego di risorse naturali; in
questo modo si riducono anche gli impatti sull’ambiente, compreso quello
all’esterno di un sito contaminato, la produzione di ulteriori rifiuti ed i rischi per la
salute degli addetti alle operazioni di bonifica. Il concetto che ispira questo approccio
è quello di considerare tutti gli effetti ambientali che sono legati ad un intervento
di bonifica e di inserire tra le valutazioni di primaria importanza i benefici ambientali
che possono derivare dalla strategia intrapresa e che devono essere valutati
anche economicamente. La ricerca di ridurre gli impatti sull’ambiente e la spinta a
considerarne la qualità come obiettivo di primaria importanza da raggiungere al
termine degli interventi di bonifica, porta in primo piano, tra gli altri aspetti, anche
quello della qualità del suolo, sia per quanto riguarda gli effetti più immediati che
definiscono i percorsi di rischio derivanti da questa matrice, ad esempio inalazione
di particelle di suolo contaminato, sia quelli di lungo termine, ma non meno importanti,
nei quali il suolo svolge una fondamentale azione di protezione delle acque e
della catena alimentare. In una visione globale di protezione dell’ambiente non si
deve inoltre trascurare le quantità ingenti di suolo che ogni anno si perdono per i
processi di erosione con un danno ecologico ed economico difficilmente quantificabile
per le sue dimensioni; pertanto diviene essenziale poter recuperare ad una
162

elevata funzionalità anche i suoli nei siti contaminati, mediante scelte tecnologiche
innovative ambientalmente compatibili.
Anche nell’ambito della problematica dei siti contaminati, esiste quindi una spinta
ad aumentare la sostenibilità rivolgendo un’attenzione specifica alla qualità del
suolo, a partire dalla fase di caratterizzazione del sito fino alla scelta delle tecnologie
da impiegare delle quali si deve verificare non solo l’efficienza ma anche
l’impatto sull’ambiente ed in particolare sul suolo. Questa nuova strategia di bonifica
identifica come necessaria una valutazione molto più approfondita di quella
che attualmente viene data agli aspetti progettuali che coinvolgono la qualità del
suolo, evidenziando la necessità di un confronto su base sito specifica tra le possibili
tecnologie impiegabili, in relazione agli effetti ambientali complessivi derivanti
dalle operazioni di bonifica.
La considerazione della qualità del suolo entra a far parte di una strategia innovativa
che si accompagna anche ad una scelta di riduzione di consumi energetici, indirizzando
verso quelle tecnologie che si basano sull’impiego di energie rinnovabili.
Si guarda al terreno non più esclusivamente come ad un contenitore di sostanze
inquinanti, ma come una matrice ambientale a cui affidare la funzione di protezione
degli altri comparti dell’ambiente.
Il concetto di qualità del suolo dovrebbe da sempre attraversare tutte le fasi degli
interventi di bonifica, dalla caratterizzazione alla scelta delle tecnologie necessarie,
tuttavia finisce per essere spesso un aspetto trascurato dal momento che sul piano
normativo è necessario esclusivamente rispettare, al termine degli interventi, i livelli
di concentrazione dei contaminanti nel suolo ritenuti adeguati per la protezione
dell’uomo e dell’ambiente. Finisce così per passare in secondo piano la considerazione
concreta della qualità del suolo e questa mancanza può portare nel medio e
lungo periodo a conseguenze molto negative e particolarmente insidiose, perché le
risposte dal suolo arrivano sempre in tempi piuttosto lunghi, cosicché i pericoli non
sono spesso immediatamente percepibili. Nella fase di caratterizzazione la ricerca
esclusiva dei valori di concentrazione dei contaminanti presenti in un sito, può
produrre molti dati analitici in grado di soddisfare le richieste della normativa, ma
che spesso non forniscono alcuna informazione sui meccanismi di contaminazione
e sui processi di trasferimento dei contaminanti dal suolo all’uomo ed agli altri
comparti ambientali.
Nella fase di selezione delle tecnologie, la scelta di puntare sulla qualità del suolo
significa prendere in considerazione non solo l’efficienza del trattamento, ma anche
gli aspetti che comportano una ridotta invasività, privilegiando gli interventi ad
energia passiva (bioremediation , phytortemediation) sia come rimedi primari che
come fasi finali di rifinitura se sono state necessarie differenti tecnologie. Altrettanto
accattivanti appaiono in questo contesto, quelle tecnologie che basandosi sulla
mobilità dei contaminanti nel suolo ne riducano la biodisponibilità impedendo il
loro trasferimento nei cicli ambientali e da qui all’uomo.
L’approfondimenti di alcuni aspetti dei processi che regolano la biodisponibilità a
livello sito specifico, rappresenta un momento essenziale per una più approfondita
163

conoscenza dei rischi associati all’inquinamento e che può indirizzare anche la
scelta dei trattamenti di bonifica.
In particolare risulta essenziale la valutazione di come i processi chimici, fisici e
biologici agiscono nel suolo nelle reazioni di assorbimento e rilascio dei contaminanti
da parte della fase solida, con la conseguente modifica delle forme chimiche
che si traduce in una diversa biodisponibilità nei confronti degli organismi viventi,
in grado a loro volta di modificare, con la loro presenza, la biodisponibilità di alcuni
contaminanti (Petruzzelli e Pedron, 2007).
L’utilizzo delle conoscenze dei processi di biodisponibilità è un momento importante
nella scelta e nella applicazione delle tecnologie di bonifica, sia perché alcune
tecnologie si basano proprio sulla biodisponibilità sia perché la valutazione della
biodisponibilità serve per verificare l’applicabilità e l’efficienza del trattamento
prescelto in uno specifico contesto ambientale. Negli ultimi anni si stanno sviluppando,
soprattutto nei paesi scientificamente più avanzati, una serie di trattamenti
di bonifica che utilizzano le conoscenze sulla biodisponibilità dei contaminanti nel
terreno e si indirizzano verso due diverse strategie :quella di ridurre o quella di
aumentare la biodisponibilità. Le tecnologie che riducono la biodisponibilità hanno
lo scopo di impedire, di fatto, il trasferimento del contaminante dal suolo
all’organismo vivente.
Si seguono essenzialmente tre strade:
rimozione della fase labile del contaminate , quindi di quella frazione che più
facilmente può inserirsi nei processi di biodsponibilità
conversione della frazione labile in una frazione stabile (ad esempio la precipitazione
dei metalli), o modifica dello stato redox verso forme insolubili
aumento della resistenza al trasferimento di massa dei contaminanti, ad esempio
mediante processi di biostabilizzazione .
L’impiego di tecnologie non invasive può accelerare i tempi di riutilizzo del sito
senza provocare drastiche modifiche alla qualità dell’ambiente.
Un esempio di green remediation
A titolo d’esempio di una green remediation si può considerare l’impiego di una
copertura vegetale in alternativa ad un capping di tipo tradizionale, che può avere
un effetto devastante sui cicli biogeochimici nel suolo.
Lo scopo principale di questa tecnologia è quello di ridurre il rischio di diffusione
dei contaminanti derivante da processi di infiltrazione delle acque meteoriche e dal
trasporto per via eolica delle particelle più fini di terreno. Il principio su cui si basa
questa tecnologia è quello di sfruttare la capacità intrinseca del suolo di immagazinare
acqua piovana e di trattenerla fino a quando non viene eliminata mediante i
processi di evapo-traspirazione .
L’applicabilità della tecnologia è legata ad una accurata caratterizzazione del sito e
da una elevata progettualità che deve prendere in esame due aspetti essenziali
la capacità di trattenere l’acqua da parte del suolo
I processi di evapotraspirazione
164

Questa applicazione delle tecnologie di phytoremediation può essere anche molto
utile per il controllo idraulico nei sistemi di bonifica eventualmente in aggiunta ad
altri trattamenti come fase finale, mediante la copertura di un sito nel quale sia
necessario ridurre i processi di infiltrazione delle acque meteoriche senza dover
ricorrere a costosi interventi di capping.
La capacità delle piante di intercettare la pioggia infatti, può essere impiegate nelle
operazioni di bonifica per prevenire o ridurre i processi di infiltrazione; inoltre
l’apparato radicale è in grado di rimuovere notevoli quantità di acqua dopo che è
entrata negli strati sub superficiali del suolo in modo tale che la presenza di una
copertura vegetale può garantire un effettivo controllo idraulico.
La copertura vegetale può essere programmata impiegando opportune miscele di
semi ovvero utilizzando specifiche specie vegetali a seconda delle particolari condizioni
del suolo per massimizzare sia il fenomeno di intercettazione delle acque
piovane che le capacità di traspirazione. L’opportunità di impiego di una copertura
vegetale è da considerarsi di notevole interesse sia nelle operazioni di recupero di
aree degradate quando il terreno “nudo” perde molte delle sue proprietà di filtro e
protezione per le acque profonde sia negli interventi di bonifica veri e propri quando
sia necessario regolamentare il flusso di acqua che si infiltra nel suolo.
Quest’ultimo aspetto è già applicato con successo negli USA come tecnologia innovativa,
e rientra nelle specifiche tecnologie di phytoremediation ; come tale si
ritrova descritto nelle applicazioni annualmente riportate dall’EPA integrandosi
con le tecnologie di “ landfill cap alternatives” (FRTR, 2007). La tecnologia spesso
definita copertura evapotraspirazionale consiste nel predisporre una adeguata
combinazione di terreno e vegetazione per massimizzare i processi di evaporazione
e traspirazione delle piante e la capacità di immagazzinamento di acqua disponibile
del terreno per minimizzare le infiltrazioni d’acqua; la copertura evapotraspirazionale
è perciò una forma di controllo idraulico da parte della vegetazione. Al termine
della fase di pioggia l’acqua che è stata intercettata dalle foglie e quella rimasta
nella zona delle radici viene rimossa mediante il processo di evapotraspirazione,
riducendo così notevolmente la quantità che può percolare verso gli strati più profondi
del terreno. La tecnologia può essere opportunamente modulata per sfruttare
al massimo questo effetto a seconda delle specifiche condizioni del terreno e le
caratteristiche climatiche della zona interessata. Naturalmente il processo risulta
tanto più efficace quanto maggiore sono la capacità di trattenere l’acqua da
parte del suolo e quella di evapotraspirazione del sistema suolo – pianta.
La pianta infatti, può essere considerata un sistema idraulico continuo, che mette in
connessione l’acqua presente nel suolo con il vapore acqueo contenuto
nell’atmosfera. In questo sistema lo stato idrico che, come noto, è descritto attraverso
la misura termodinamica del “potenziale idrico” (w), esprime lo stato energetico
dell’acqua. Il gradiente di potenziale nel continuum suolo-pianta- atmosfera
può essere impiegato per guidare il trasporto del flusso idrico attraverso la pianta
dal suolo verso l’atmosfera e in un’applicazione di phytoremediation può essere
ingegneristicamente controllato. La copertura vegetale consente inoltre di ridurre i
165

processi di diffusione eolica dei contaminanti veicolati dalle particelle più fini di
terreno; è infatti noto che la presenza di copertura vegetale tende a stabilizzare gli
strati superficiali del suolo garantendo una migliore stabilità strutturale (Rizzi et
al., 2004) ed una drastica riduzione dei processi di spolveramento. In questo caso
si aggiungono quindi alla efficacia del controllo idraulico derivante dalla copertura
vegetale anche gli effetti positivi tipici delle tecnologie di fitostabilizzazione che
sono già ben documentati nella letteratura specifica del settore pur trattandosi di
una tecnologia innovativa.
Conclusioni
Con lo svilupparsi di un crescente interesse per l'applicazione di nuove tecnologie
in grado di rispondere ai requisiti fondamentali di minor impatto ambientale e di
maggior accettabilità pubblica, oggi il concetto di qualità del suolo può divenire
una parte importante delle strategie di risanamento. Questa possibilità si rispecchia
anche nell’evoluzione dell’applicazione delle tecnologie di bonifica; infatti, fino
agli anni '90 la maggior parte degli interventi prevedeva la rimozione del terreno
con collocamento in discarica o incenerimento, oggi l’impiego di tecnologie innovative
è in continuo aumento e maggiore è l’attenzione agli effetti che l’impiego di
certe tecnologie possono avere sull’ambiente. Un esame delle tecnologie applicate
a livello internazionale mostra una positiva, anche se talora “inconscia”, evoluzione
nella considerazione della matrice suolo. Nel caso dei suoli nei siti contaminati il
rapporto terreno - contaminanti è molto complesso, spesso caratterizzato dalla presenza
contemporanea di differenti classi chimiche di composti che si sono accumulate
nel tempo. In questo ambito la scienza del suolo deve offrire, all’interno di un
approccio multidisciplinare, un contributo essenziale per una scelta corretta delle
strategie di recupero dei suoli contaminati in modo che il suolo non sia più considerato
semplicisticamente come un rifiuto da trattare, ma come una matrice che esplica
funzioni essenziali di protezione degli altri comparti ambientali, orientando, di
conseguenza, anche la scelta delle tecnologie di bonifica, verso quelle soluzioni
che consentono di ottenere al termine delle operazioni un suolo, per quanto possibile,
con un’elevata funzionalità.
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166

TREND OF METAL AND METALLOID CONCENTRATIONS IN SOILS
OF AN AREA IN THE NORTHERN PART OF VICENZA PROVINCE
FLUCTUATION DE LA TENEUR EN CERTAINS METAUX
ET MÉTALLOÏDES DANS LES SOLS
D’UNE ZONE DE LA HAUTE REGION DE VICENCE
ANDAMENTO DEL CONTENUTO DI ALCUNI METALLI E
METALLOIDI NEI SUOLI DI UN'AREA DELL'ALTO VICENTINO
Paolo Giandon (1) *, Roberta Cappellin (2) , Giovanni Gasparetto (1)
(1)
ARPAV Servizio Osservatorio Suoli e Rifiuti, via Baciocchi 9 – 31033
Castelfranco Veneto. Fax (2) ARPAV Dipartimento Provinciale di Vicenza
* Corresponding author: e-mail: pgiandon@arpa.veneto.it Fax 0423 720 388.
Summary
In the area that comprises the municipalities situated in the northern part of the
high plains of the province of Vicenza, a survey was conducted on the concentration
of major metals and metalloids in the soils: antimony, arsenic, beryllium, cadmium,
cobalt, chromium, copper, mercury, nickel, lead, selenium, tin, vanadium
and zinc. Altogether 92 samples were collected in 50 points, at two depths (5-40
cm and 80-120 cm, respectively representing the anthropic and the natural content
in each metal), on an area of approximately 4900 ha.
The analysis revealed the presence of significantly higher values of chromium,
cobalt, nickel and vanadium in the map units with parent basic volcanic rocks than
in units where soils originated from limestone. Only for certain metals (copper,
lead and zinc) were higher values found in the upper layer than in the deeper one.
Keywords: Soil; heavy metals.
Résumé
Dans la zone des communes situées dans le nord des hautes plaines de la province
de Vicenza, un sondage a été mené sur la concentration des principaux métaux et
métalloïdes dans les sols: antimoine, arsenic, béryllium, cadmium, cobalt, chrome,
cuivre, mercure, nickel, plomb, sélénium, étain, vanadium et zinc. On a prélevé 92
en 50 points, à deux profondeurs (5-40 cm et 80-120 cm, représentant respectivement
les teneurs naturelle-anthropique et naturelle pour chaque métal), sur une
superficie d'environ 4900 ha.
L'analyse a révélé la présence de valeurs sensiblement plus élevées de chrome, de
cobalt, de nickel et de vanadium dans les unités cartographiques à substrat volcanique
basique que dans celles à matériaux calcaires. Seulement pour certains
métaux (cuivre, plomb et zinc) on a trouvé des valeurs plus élevées à la surface
qu'en profondeur.
Mots-clés: Sol; métaux.
167

Riassunto
Nell’area che comprende i comuni di situata nella zona settentrionale dell’alta pianura
in provincia di Vicenza, è stata condotta un’indagine sulla concentrazione dei
principali metalli e metalloidi presenti nei suoli: antimonio, arsenico, berillio, cadmio,
cobalto, cromo, rame, mercurio, nichel, piombo, selenio, stagno, vanadio e
zinco. Sono stati prelevati 92 campioni in 50 punti, a 2 profondità (5-40 cm e 80-
120 cm, rappresentative rispettivamente del contenuto naturale-antropico e naturale
di ciascun metallo), su una superficie complessiva di circa 4.900 ha.
I risultati dell’analisi hanno evidenziato la presenza di valori sensibilmente più
elevati di cromo, cobalto, nichel e vanadio nelle unità cartografiche caratterizzate
da substrato geologico formato da rocce vulcaniche basiche rispetto alle unità in
cui sono presenti anche materiali di natura calcarea. Solo per alcuni metalli (rame,
piombo e zinco) si sono riscontrati valori più elevati nell’orizzonte superficiale
rispetto a quello profondo.
Parole chiave: Suolo; metalli.
Introduzione
In alcune aree del territorio maggiormente interessate a sistemi di coltivazione intensivi
si manifesta talvolta la necessità di verificare se l’apporto di residui organici
ai suoli ha determinato nel tempo l’alterazione delle caratteristiche naturali dei
suoli.
In un’area dell’Alto Vicentino alcuni amministratori locali hanno richiesto ad
ARPAV di realizzare una indagine ambientale con l’obiettivo di verificare lo stato
di qualità dei suoli allo scopo di accertare l’assenza di fenomeni di contaminazione
che potessero essere generati da pratiche agronomiche non corrette, compreso
l’apporto di sostanze organiche di scarto, quali fanghi, reflui ed altri ammendanti.
L’area d’indagine è rappresentata da terreni agricoli situati nei seguenti comuni
della provincia di Vicenza: Schio, Monte di Malo, S. Vito di Leguzzano, Santorso,
Malo e Marano Vicentino con un estensione totale di 4900 ha circa.
La maggior parte del territorio (figura 1) è costituita da suoli di alta pianura antica
formatisi su conoidi fluvioglaciali di età pleistocenica tardiglaciale costituiti dalle
alluvioni del fiume Leogra – Timonchio e del fiume Astico.
Il substrato su cui si sono formati i suoli risulta essere costituito in prevalenza da
sabbie e ghiaie di diversa origine determinata dalla composizione mineralogica dei
bacini idrografici dei due fiumi.
L’andamento a canali intrecciati è oggi difficilmente riconoscibile nella porzione di
pianura più occidentale (AA2.1) che si presenta come una superficie indifferenziata
caratterizzata da deposizioni meno grossolane; nelle zone più ad oriente (AA1.2) è
invece più evidente l’andamento a canali intrecciati e i suoli sono solitamente meno
profondi e più ghiaiosi. La parte meridionale appartiene invece alla bassa pianura
antica indifferenziata (BA2.1), anch’essa formatasi nel periodo tardiglaciale
168

(Pleistocene), caratterizzata da sedimenti più fini rispetto a quelli depositati nella
parte più settentrionale per effetto della riduzione della capacità di trasporto dei
fiumi andando verso valle.
Figura 1 - Le unità di paesaggio della carta dei suoli del Veneto ricadenti nell’area
d’indagine. Le unità di paesaggio sono codificate con le seguenti sigle: AA1.2 (Superficie
modale dei conoidi fluvioglaciali dell’alta pianura antica con tracce di canali intrecciati);
AA2.1 (Superficie modale dei conoidi fluvioglaciali dell’alta pianura antica con scarse
tracce di canali intrecciati); BA2.1 (Bassa pianura antica indifferenziata di origine fluvioglaciale);
LB1.4 (Basse dorsali di rilievi prealpini a substrato basaltico su versanti ripidi
alternati a ripiani intermedi); LB1.5 (Basse dorsali di rilievi prealpini a substrato basaltico
su versanti a bassa pendenza).
L’origine geologica e geomorfologica dei suoli appartenenti all’unità di paesaggio
individuata in figura con le sigle LB1.4 e LB1.5 è invece differente: si tratta infatti
delle ultime propaggini dei rilievi prealpini con substrato formato da rocce vulcaniche
basiche (basalti). Qui i suoli si sono formati a partire dall’alterazione di queste
rocce, che determinano una colorazione scura, essendo questi materiali ricchi in
basi, una tessitura fine ed una elevata dotazione di elementi chimici. La presenza di
169

questi materiali è risultata evidente anche nei suoli alluvionali dell’alta pianura,
dove però l’effetto viene mitigato dalla presenza di altri materiali provenienti
dall’alterazione di rocce a diversa litologia (prevalentemente calcarea).
Metodologia
Per individuare le aree in cui eseguire il prelievo dei campioni per la determinazione
del contenuto in metalli pesanti è stato svolto uno studio preliminare basandosi
sulla zonizzazione prevista dai PRG comunali o, per alcuni comuni, su indicazione
diretta delle amministrazioni. Tale studio ha suddiviso il territorio in funzione
dell’utilizzo prevalente e sono state prese in considerazione solo le aree utilizzate,
o potenzialmente utilizzabili, a scopi agricoli, escludendo le zone prive di valenza
produttiva.
La cartografia così realizzata è stata sovrapposta alla cartografia pedologica
esistente (Carta dei suoli del Veneto in scala 1:250.000) utilizzando come riferimento
il livello rappresentato dalle unità cartografiche di suolo (L4) e, per successiva
aggregazione, dai sistemi di suolo (L3).
In questo modo sono state individuare le 5 unità cartografiche (L4) più rappresentate
e i 3 sistemi di suolo (L3) corrispondenti all’alta pianura antica ghiaiosa e calcarea
(AA1), alla bassa pianura antica (BA2) e alla fascia collinare dei rilievi prealpini
(LB1).
Il successivo posizionamento dei punti di prelievo è avvenuto seguendo un approccio
tipologico, secondo gli indirizzi della ISO 19258:2005, in funzione delle tipologie
di suoli presenti nell’area.
Per ciascun punto di campionamento sono state effettuate delle trivellate pedologiche
per un totale di 50 osservazioni e sono stati raccolti dei campioni a profondità
variabile in funzione degli orizzonti pedologici individuati e descritti in campagna;
in particolare, seguendo la metodologia prevista dalla ISO 19258:2005, per la determinazione
del contenuto pedo-geochimico (definito in seguito contenuto naturale),
cioè il contenuto derivante esclusivamente da fonti geologiche e da processi
pedogenetici, sono stati campionati e analizzati gli orizzonti ad una profondità tra
gli 80 e i 120 cm o in corrispondenza del substrato. Per la determinazione del contenuto
di background o contenuto naturale antropico (“usual” nella definizione ISO
19258) sono stati invece analizzati i campioni superficiali con una profondità
compresa tra i 5 e i 40 cm circa. Nelle aree con un maggior contenuto in ghiaia non
è sempre stato possibile raggiungere, utilizzando la trivella manuale, l’orizzonte
più profondo e i prelievi sono quindi stati effettuati in corrispondenza
dell’orizzonte B o della massima profondità raggiungibile. Il numero totale di campioni
analizzato è pari a 92 di cui 50 campioni superficiali e 42 campioni profondi.
Tutti gli orizzonti rilevati in campagna sono stati descritti secondo le metodologie
previste dal “Manuale per la descrizione del suolo” (ARPAV, 2004). Le osservazioni
sono state inserite in una banca dati informatizzata e georeferenziate.
La densità totale finale di rilevamento è stata di 1 osservazione/km 2 , localizzate
nelle diverse unità nel modo descritto in tabella 1.
170

L4 L3 PUNTI ETTARI DENSITA oss./ha
AA1.2 AA1 9 918 0,01
AA2.1 AA2 22 2358 0,01
BA2.1 BA2 9 852 0,01
LB1.4 LB1 3 74 0,04
LB1.5 LB1 7 665 0,01
171
Tabella 1
Ripartizione dei
campionamenti
eseguiti all’interno
delle unità
cartografiche.
Sui campioni di suolo è stata effettuata la determinazione analitica di pH, tessitura,
capacità di scambio cationico, carbonio organico, calcare totale, metalli (arsenico,
antimonio, berillio, cadmio, cobalto, cromo, rame, mercurio, nichel, piombo, selenio,
stagno, vanadio e zinco) totali estratti mediante attacco con aqua regia, utilizzando
i metodi ufficiali di analisi chimica del suolo di cui al D.M. 13.09.1999.
Tabella 2 - Metodi utilizzati per le analisi dei terreni.
Determinazione Metodo Riferimento
pH in acqua
metodo potenziometrico con rapporto
suolo-acqua 1:2,5
per sedimentazione previa distruzione
della sostanza organica con perossido
di idrogeno e dispersione in
DM 13.9.99 Met. III.1
Granulometria
sodio esametafosfato; frazionamento
in sabbia (da 2 a 0,05 mm), limo (da
0,05 a 0,002 mm) e argilla (

I metodi analitici e i riferimenti normativi utilizzati per la determinazione degli altri
parametri sono riportati nella tabella 2.
Le analisi dei terreni sono state eseguite presso il laboratorio ARPAV di Treviso,
sede di Castelfranco Veneto.
Sull’insieme di dati raccolti, suddivisi in orizzonti superficiali ed orizzonti profondi,
sono state eseguite delle elaborazioni statistiche, in particolare per ciascun parametro
sono stati determinati il valore medio, la deviazione standard, il valore
massimo, mediano e minimo dapprima per l’intera popolazione e successivamente
in funzione delle unità di paesaggio individuate tramite la cartografia pedologica.
Risultati
Nelle tabelle 3 e 4 sono riportate le statistiche descrittive dei risultati ottenuti per
ciascun metallo analizzato e per i due orizzonti campionati.
Alcuni metalli (cobalto, vanadio e stagno) presentano valori medi, sia in superficie
che in profondità, superiori ai limiti di legge del D. Lgs 152/06 per le aree a verde
pubblico.
Per gli altri elementi gli orizzonti superficiali presentano generalmente un contenuto
medio maggiore o uguale rispetto agli orizzonti profondi per effetto di lievi fenomeni
di arricchimento di origine antropica, tranne per il nichel, l’arsenico e, in
misura minore, per il berillio per i quali si determina un andamento opposto; per il
cromo occorre mettere in evidenza che i valori medi sono stati calcolati considerando
tutta la popolazione di dati disponibili che comprende anche due valori molto
172

elevati riscontrati nello stesso punto che è stato oggetto di successivo approfondimento.
I superamenti dei limiti risultano essere molto evidenti, sia in superficie che in
profondità, anche per lo stagno; per tale elemento però come evidenziato anche da
altre indagini su tutto il territorio regionale, il contenuto medio nei minerali costituenti
del terreno risulta essere ben al di sopra dei limiti previsti dalla normativa; ad
es. per i basalti il contenuto medio è pari a 1,5 mg/kg mentre per le argilliti si raggiungono
valori medi pari a 6 mg/kg (Alloway, 1995).
I risultati delle elaborazioni delle concentrazioni medie di ciascun metallo per unità
di paesaggio (L4) suddivisi in orizzonte superficiale ed orizzonte profondo sono
riportati in tabella 5.
Nell’elaborazione per unità di paesaggio alcuni dati sono stati accorpati sulla base
della cartografia pedologica esistente, delle osservazioni di campagna e dei risultati
analitici utilizzando anche il rapporto tra componenti mineralogiche (Amorosi,
2005); è stato inoltre eliminato il campione che presentava dei valori molto elevati
di cromo sia in superficie che in profondità.
Discussione e conclusioni
Analizzando i dati per unità di paesaggio si evidenzia che il superamento dei limiti
di legge per i metalli cobalto e vanadio è limitato ad alcune aree; per gli altri metalli
si può rilevare una tendenza generale ad un maggior contenuto in superficie che
in profondità, più evidente per rame, zinco e piombo; il nichel sembra invece avere
un andamento inverso con un maggior contenuto in profondità, legato ad una probabile
origine naturale. Nelle unità di paesaggio corrispondenti ai rilievi prealpini
(LB1.4 e LB1.5) può essere messo in evidenza il maggior contenuto in cromo e
nichel rispetto alle altre aree oggetto d’indagine; tale arricchimento è dovuto alla
natura del materiale su cui si sono formati i suoli. L’elevato contenuto in vanadio è
di origine naturale e legato alla particolare litologia dei materiali da cui il suolo si è
formato. Anche il vanadio è infatti particolarmente abbondante nelle rocce vulcaniche
provenienti da magmi basici, inoltre alcune forme ioniche del vanadio possono
173

sostituire gli ioni del ferro nei minerali in cui tale elemento è presente (Alloway,
1990). La stretta correlazione con l’elevato contenuto in cobalto e, confrontando le
medie totali degli elementi, con il cromo e il nichel sono un’ulteriore conferma
dell’origine naturale di tali elementi.
Anche nell’unità di paesaggio AA1.2 è evidente un maggior contenuto in vanadio,
mentre gli altri metalli hanno concentrazione media inferiore ai limiti di legge. Tali
aree infatti hanno avuto un’origine geomorfologica molto complessa legata alla
sovrapposizione di depositi colluviali provenienti dal bacino di alimentazione del
torrente Astico che si sono in parte mescolati con depositi e sedimenti provenienti
dagli altri torrenti di portata minore e il cui bacino di alimentazione aveva composizione
mineralogica differente.
Per il cobalto i limiti vengono superati sia negli orizzonti superficiali che negli
orizzonti profondi nelle unità di paesaggio LB1.4 e LB1.5 che corrispondono ai
rilievi collinari con substrato silicatico basico. Il cobalto è infatti particolarmente
abbondante nelle rocce vulcaniche basiche ed ultrabasiche e nelle rocce metamorfiche
con minerali ferromagnesiaci quali l’olivina, il pirosseno e il serpentino (Alloway,
1990). A tale proposito si evidenzia che nelle unità di paesaggio LB1.4 e
LB1.5 anche i valori minimi di concentrazione rilevati risultano essere sempre
superiori al limite di 20 mg/kg.
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.
174

.SOIL AND LAND QUALITIES INFLUENCE
FOREST DECLINE IN THE VENETIAN PLAIN (NE ITALY)
INFLUENCE DE LA QUALITÉ DU SOL
ET DU TERROIR SUR LA DEGRADATION DES BOISEMENTS
DE LA PLAINE VENETIENNE (N-E ITALIE)
L’INFLUENZA DELLE QUALITÀ DEL SUOLO
E DEL TERRITORIO SUL DECLINO DEI BOSCHI PLANIZIALI
IN VENETO (ITALIA NORD-EST)
Claudio Bini*, Gabriella Buffa , Elisa D’Onofrio, Diana Maria Zilioli
Dipartimento di Scienze Ambientali, Università Ca’ Foscari di Venezia
Dorsoduro, 2137 – 30123 Venezia (Italy)
* Corresponding author: e-mail: bini@unive.it
Summary
Forest decline in the Venetian plain (NE Italy) is a major concern. Particularly
English Oak (Quercus robur) looks seriously damaged, being in strong ecological
competition with Common Hornbeam. A survey was planned in six forests located
at different sites in the Venetian territory, in order to obtain more information on
soil qualities in relation with forest health, and to suggest possible restoration
strategies.
The areas investigated were located in the lower portion of the Holocene alluvial
plain. Microtopography determined significant differences in soil hydrological
regime, and therefore the whole area is strongly influenced by the groundwater
level, which conditions the soil quality. Most soils are Inceptisols and/or have
aquic/oxyaquic properties which may enhance forest decline. Soil drainage control
and changes in present land management are suggested so as to create favourable
conditions for oak growth.
Key words: Soil quality; forest decline; soil hydrology.
Résumé
Un examen des forêts de la plaine vénetienne a montré qu’elles étaient endommagées
par des qualités du sol et du terroir qui sont à l’origine de problèmes de croissance
et de régenération du peuplement et surtot de la chênaie, en compétition avec
la charmille.
Les observations sur les sols à nappe temporaire et les relevés phytosociologiques
conduits dans six bois de la plaine de Venise (N-E Italie) ont permis de vérifier
l’impact de la microtopographie, de l’hydrologie, de la composition des sols et de
la gestion forestière orientée vers les arbres de haute tige dont l'habitat est de plus
en plus isolé, sur la dégradation du peuplement.
175

Le contrôle de la dynamique de la nappe temporaire et une gestion durable sur ces
sols peuvent limiter la tendance du bois à se dégrader. Il est indispensable, afin
d’assurer la stabilité des arbres, d’adapter les opérations classiques de régénération
de ces importantes communités naturelles, comme reconnu par la Directive Européenne
« Habitat ».
Mot-clés: Qualité du sol; dégradation du bois, hydrologie du sol.
Riassunto
A seguito di un monitoraggio sulle condizioni vegetative dei boschi planiziali del
Veneto, è emerso lo stato di grave declino della farnia, in competizione con il carpino.
Si è allora deciso di indagare da cosa tale declino potesse dipendere. E’ stato
condotto perciò un rilevamento delle qualità del suolo e del territorio, al termine
del quale si è accertato che la microtopografia, l’idrologia e le caratteristiche vertiche
dei suoli indagati sono responsabili dei danni riscontrati.
Una parallela indagine fitosociologica e vegetazionale ha messo in evidenza le
trasformazioni indotte negli ultimi decenni dalla attuale gestione dei boschi, avviati
ad alto fusto e con crescente isolamento degli habitat. Viene proposto di tenere
sotto controllo l’idrologia del suolo, con particolare riferimento al drenaggio superficiale
ed all’abbassamento del livello freatico, e di modificare la gestione dei boschi,
tornando al taglio programmato, in modo da favorire la farnia nella competizione
con il carpino.
Parole chiave: Qualità del suolo; declino dei boschi planiziali; idrologia del suolo.
Introduzione
La pianura veneta si mostra oggi come un territorio fortemente antropizzato, in cui
l’espressione dell’originale paesaggio è rappresentata da pochi lembi relitti di vegetazione
naturale. Tra questi spiccano sicuramente gli ultimi residui di bosco planiziale
sparsi fra le colture agrarie.
Queste formazioni forestali sono estremamente frammentate e risultano, molto
spesso, isolate e caratterizzate da una struttura non naturale e da una composizione
floristica molto impoverita, ben lontana dalle condizioni naturali. Nella maggior
parte dei casi l’interruzione delle pratiche selvicolturali tradizionali (ceduazione,
manutenzione scoline) ha inciso negativamente, comportando un cambiamento
dello stato di conservazione dei boschi stessi, conseguente alla modificazione dei
caratteri climatici, pedologici ed idrogeologici, ovvero di quei fattori in grado di
determinare la presenza di una particolare copertura vegetale.
Il presente lavoro si propone, quindi, di valutare lo stato di conservazione di alcuni
boschi planiziali relitti, in particolare di alcuni querco-carpineti della pianura veneta
orientale, in relazione agli aspetti edafici, floristici, vegetazionali e paesaggistici.
Ciò allo scopo di ricavare una chiave di lettura dei cambiamenti che interessano il
paesaggio vegetale del Veneto e di fornire utili indicazioni per la sua gestione.
176

Problematiche di conservazione dei boschi planiziali
I querco-carpineti planiziali costituiscono formazioni forestali in cui il carpino
bianco è consociato, in maniera subordinata, alla farnia. Nelle attuali condizioni
gestionali ed ecologiche, tuttavia, esso mostra una tendenza a soppiantare la farnia
(Pividori e Bellio, 2005), per la maggiore tolleranza all’ombreggiamento e
all’aridità (Del Favaro e Lasen, 1993; Mason, 2001).
La farnia, specie caratteristica dei querco-carpineti planiziali, ha trovato, negli ultimi
millenni, le condizioni pedoclimatiche favorevoli al proprio sviluppo nella
pianura veneta. Si presenta piuttosto resistente al freddo, alla neve ed alle nebbie e
sopporta abbastanza bene le gelate tardive. Predilige le posizioni di pieno sole, o
mezza luce, mentre non tollera le condizioni di completo ombreggiamento (Mason,
2001; Susmel, 1994).
Dal punto di vista pedologico, essa predilige terreni profondi e con un buon grado
di umidità, ma che non siano soggetti a condizioni di saturazione per periodi molto
lunghi (Costantini, 2006). Limitazioni moderate allo sviluppo della pianta si incontrano
in presenza di substrati con tessitura grossolana, o fine, e con reazione acida
compresa tra 4,5 e 5,5. Suoli inospitali per la farnia possono essere quelli molto
acidi o fortemente alcalini, nei quali si riscontra una seria difficoltà di crescita,
soprattutto nella fase di plantula (Costantini, 2006; Pividori e Bellio, 2005; Susmel,
1994).
Fenomeni di deperimento della farnia (senescenza precoce, scarsa rinnovazione
naturale) sono frequenti nei boschi planiziali. Alla base di questi fenomeni è evidente
l’azione di ripetuti stress fisiologici legati a:
- abbassamento del livello di falda;
- permanenza eccessiva di ristagni idrici;
- attacchi parassitari;
- cambiamento del tipo di gestione, con conversione da ceduo a fustaia. In questo
caso, la sola responsabile del deperimento è la carenza di luce. La farnia, infatti, si
è sempre rinnovata bene nei cedui composti con molta luce al suolo, subito dopo il
taglio del soprassuolo maturo.
Materiali e metodi
I boschi. Fra i boschi planiziali relitti presenti nella pianura veneta sono stati selezionati
sei siti: Carpenedo (2,9 ha), Lison (6 ha), Zacchi (1 ha), in provincia di
Venezia, Basalghelle (14 ha), Cavalier (9 ha) e Cessalto (28 ha), in provincia di
Treviso.
Tutti i boschi indagati sono collocati in ambito rurale, a parte il bosco di Carpenedo,
inserito in un contesto suburbano.
La storia recente di questi boschi è simile. Hanno, infatti, risentito tutti dei forti
tagli operati durante le due guerre mondiali. Nel corso degli anni sono stati, inoltre,
soggetti a varie pratiche di gestione che ne hanno alterato non solo l’estensione,
ma, molto spesso, anche la composizione. Si tratta, quindi, di boschi seminaturali,
177

governati per molti anni a ceduo composto e che attualmente si presentano come
fustaie più o meno disetanee. La loro valenza ambientale è comunque elevata, in
quanto:
- costituiscono una riserva di specie vegetali che stanno scomparendo dalla pianura
veneta;
- sono centri di rifugio e di nidificazione per numerose specie animali;
- esercitano un’azione di mantenimento della falda freatica;
- costituiscono un bacino di trattenuta dell’acqua meteorica, che viene lentamente
distribuita anche alle falde esterne;
- esercitano un’azione di conservazione del suolo;
- svolgono un ruolo importante nella difesa delle vicine colture agrarie sia dagli
eventi meteorologici (in particolare il vento), che dagli attacchi parassitari.
Viste le numerose funzioni ecologiche svolte, i boschi studiati sono oggi tutelati sia
dal punto di vista idrogeologico che paesaggistico. Per la loro importanza dal punto
di vista strettamente naturalistico sono stati, inoltre, dichiarati S.I.C. e Z.P.S. in
base alla Direttiva Habitat 92/43/CE e alla Direttiva Uccelli 79/409.
Inquadramento geomorfologico e idrogeologico. Tutti i siti studiati sono localizzati
nella bassa pianura veneta, posta poco a sud-est della fascia delle risorgive
(ARPAV, 2004; 2005; 2008) e caratterizzata dalla giustapposizione di barre sabbiose
e depressioni intradossive limoso-argillose (Fontana et al., 2004).
Studi condotti nelle province di Treviso e Venezia (Dal Prà et al., 2000; Mazzola,
2003) hanno evidenziato in queste aree la presenza di un sistema di falde freatiche
discontinue il cui livello raggiunge profondità di 1-2 m sotto il piano campagna. Si
tratta di corpi idrici sub-superficiali fortemente influenzati dalle precipitazioni, che
registrano una generale tendenza all’abbassamento del livello freatico. Tra le possibili
cause di questo fenomeno gli autori (Mazzola, 2006) indicano:
- le variazioni dei fattori di alimentazione, in particolare delle precipitazioni, e i
cambiamenti nelle condizioni di drenaggio (variazione dei deflussi, ecc.);
- l’aumento dei prelievi, non solo nelle falde di bassa pianura ma anche in quelle di
media ed alta pianura;
- i processi legati alla subsidenza.
Attività in campo. Sono state effettuate 32 osservazioni pedologiche, sia durante la
stagione estiva che nel periodo autunno-invernale, allo scopo di verificare le condizioni
del suolo (colore, screziature, umidità, tessitura, struttura, porosità, pH, reazione)
nelle diverse stagioni e la risposta della falda alle variazioni climatiche stagionali.
Contestualmente alle osservazioni pedologiche, durante le stagioni vegetative
degli anni 2007 e 2008 è stato effettuato un censimento di tutta la flora presente
nei sei boschi studiati. La raccolta è stata effettuata con una cadenza quindicinale
e ha permesso di produrre, per ogni bosco, un elenco floristico il più possibile
completo, compatibilmente con la durata della ricerca. Nel periodo di massimo
sviluppo vegetativo sono stati, inoltre, eseguiti complessivamente 20 rilievi fitosociologici,
distribuiti nei vari boschi in rapporto alle loro dimensioni. Le specie rac-
178

colte sono state determinate utilizzando Flora d’Italia (Pignatti, 1982) e le chiavi
Flora Helvetica (Lauber et al., 2001) ed Exkursionflora von sterreich (Adler et
al., 1994).
Risultati
Caratterizzazione dei suoli. Tutti i suoli studiati appartengono all’ordine degli
Inceptisuoli, e rientrano nel sottordine degli Udepts e nel grande gruppo degli Eutrudepts.
A livello di sottogruppo, per ogni bosco sono stati individuati i seguenti
tipi di suolo:
SITO TIPO DI SUOLO
CARPENEDO Oxyaquic Eutrudepts
LISON Aquertic Eutrudepts, Oxyaquic Eutrudepts, Vertic Eutrudepts
ZACCHI Oxyaquic Eutrudepts
BASALGHELLE Aquertic Eutrudepts, Vertic Eutrudepts
CAVALIER Oxyaquic Eutrudepts,Vertic Eutrudepts
CESSALTO Fluvaquentic Eutrudepts, Oxyaquic Eutrudepts
Le analisi compiute rivelano, come pone in evidenza il sottogruppo, che i suoli
indagati sono generalmente caratterizzati da tessiture fini (tra l’argilloso-limosa e la
franco-limoso-argillosa), drenaggio lento e permeabilità mediocre. Il ristagno idrico
risulta particolarmente evidente nelle piccole depressioni interne che caratterizzano
praticamente tutti i siti considerati.
Analisi floristica. La stesura dell’elenco floristico ha permesso il confronto con
dati pregressi di natura floristica (Chiesura et al., 1974; Zanetti, 1985). Pur tenendo
presente che, dato il breve periodo di monitoraggio, i dati in nostro possesso sono
da ritenersi ancora non definitivi, risulta evidente che negli ultimi 40 anni c’è stata
una significativa diminuzione della ricchezza in specie che ha portato anche alla
scomparsa di alcune entità tipiche dei boschi planiziali. Un dato negativo emerso
dall’analisi floristica, è la presenza, relativamente alta (8-15%) in quasi tutti i boschi,
di specie esotiche-coltivate. La percentuale più elevata si ritrova nel bosco di
Carpenedo, unico relitto situato in un contesto urbano, nel quale si riscontra la presenza
di specie coltivate ad uso ornamentale (Quercus ilex, Prunus laurocerasus,
Trachycarpus fortunei, ecc.), penetrate nel bosco dai parchi e dai giardini vicini.
Negli altri boschi, la componente esotica più significativa è rappresentata da Robinia
pseudacacia, specie che a metà degli anni 1980 (Zanetti, 1985; Saccardi, 1982),
era segnalata solo ai margini delle formazioni forestali, mentre oggi si riscontra
sempre più all’interno.
Analisi della vegetazione. Il quadro sintassonomico delle comunità esaminate fa
riferimento all’associazione Asparago tenuifolii-Quercetum roboris (Lausi 1966)
Marincek 1994, le cui specie guida sono Quercus robur, Fraxinus angustifolia,
Carpinus betulus, Ulnus minor e Acer campestre.
179

Tutti i boschi considerati presentano una elevata complessità strutturale, con
discrete coperture sia nello strato arboreo, che in quello arbustivo. La componente
arborea è differenziata, con una scarsa presenza di farnia e carpino nei boschi di
Lison e Cessalto, nei quali, invece, abbondano il frassino ossifillo, che evidenzia un
carattere più spiccatamente igrofilo, e l’acero campestre. In nessuno dei rilievi la
farnia è presente nello strato arbustivo, mentre ha una presenza quasi costante nello
strato erbaceo, come plantula, raggiungendo talvolta anche coperture molto elevate.
Lo strato erbaceo è in massima parte dominato da due specie: Hedera helix e Vinca
minor, che talvolta formano estesi tappeti che impediscono lo sviluppo di altre
specie. Si tratta, infatti, di due specie a strategia competitiva, stimolate dagli elevati
contenuti in sostanze azotate del suolo, e nello stesso tempo stress-tolleranti, così
da sopportare anche un elevato ombreggiamento.
Discussione e conclusioni
Dall’esame dei risultati ottenuti è possibile riscontrare come i fattori edafici influenzino
la definizione del paesaggio vegetale a livello di micromorfologia. Ciò è
evidente nel caso dei boschi di Lison e Cessalto, dove la presenza di depressioni
all’interno dell’area, unita al carattere aquico dei suoli, ha favorito la formazione di
consorzi boschivi più igrofili.
Per quanto riguarda il problema del deperimento della farnia, nei contesti meno
igrofili (boschi di Carpenedo, Zacchi, Basalghelle e Cavalier) questo sembra essere
dovuto ad un concorso di cause, in cui entrano in gioco, principalmente:
1. l’interruzione delle pratiche di gestione del bosco, in particolare degli interventi
di ceduazione e della manutenzione delle canalette di scolo presenti all’interno dei
vari siti;
2. la tendenza ad una variazione nella distribuzione stagionale delle precipitazioni;
3. l’abbassamento del livello freatico.
Alle condizioni di asfissia radicale che interessano la farnia, specie nei mesi invernali,
si affiancano le condizioni di deficit idrico estivo dovute al carattere vertico di
alcuni suoli ed all’abbassamento del livello di falda, il che accentua i problemi di
adattabilità della farnia alle variazioni stagionali.
Riguardo l’interruzione delle pratiche di ceduazione, questo problema sembra essere
uno degli elementi che determinano la limitata rinnovazione naturale della farnia.
Considerando gli aspetti legati alla scala paesaggistica, dalle osservazioni compiute
è emerso come i suddetti boschi siano molto isolati ed esposti ai disturbi derivanti
dalla matrice esterna. A determinare tale condizione contribuiscono la ridotta dimensione
dei siti, le pratiche di asportazione del mantello che li ha interessati in
tempi recenti e il forte isolamento, sia geografico che funzionale. La concomitanza
di questi fattori sta gradualmente determinando una semplificazione della componente
floristica dei boschi, con conseguente perdita di biodiversità.
Dal presente lavoro è emerso come l’approccio interdisciplinare utilizzato nella
valutazione dello stato di conservazione dei boschi planiziali permetta di evidenzia-
180

e i vari fattori in gioco nel cambiamento di un habitat. Le analisi pedologiche e
vegetazionali hanno permesso di suddividere i siti indagati in due tipologie differenti
che richiedono pratiche di gestione diverse. In particolare, per le formazioni
identificate come più mesofile la ripresa degli interventi di ceduazione e di manutenzione
delle canalette di scolo interne sembra essere l’unico fattore in grado di
garantire la permanenza della farnia nella struttura forestale e, quindi, la conservazione
del bosco così come si presenta oggi. Per quanto riguarda, invece, le formazioni
più igrofile, le pratiche di drenaggio delle acque superficiali sono sconsigliate,
in quanto andrebbe perso il carattere distintivo che garantisce la stabilità di queste
comunità.
Appare quindi chiaro come la sopravvivenza di questi boschi sia legata non solo
alla ripresa delle pratiche selvicolturali, ma anche alla realizzazione di una rete
ecologica, ovvero di un insieme di corridoi biologici che permettano l’interazione
tra i sistemi naturali rimasti.
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182

CONTROL AND ANALYSIS ACTIVITIES ON SOIL, WASTE
AND SEDIMENT SAMPLES OF BOLOGNA ARPA DEPARTMENT
ACTIVITE DE CONTRÔLE ET ANALYSE SUR LES ECHANTILLONS
DE SOL, DECHETS ET SEDIMENTS DE L’AGENCE REGIONALE POUR
LA PREVENTION ET L’ENVIRONNEMENT DE BOLOGNE
ATTIVITÀ DI CONTROLLO ED ANALISI SULLE MATRICI SUOLO,
RIFIUTI E SEDIMENTI DI ARPA SEZIONE DI BOLOGNA
Emanuela Fabbrizi
Arpa Emilia-Romagna Sezione Provinciale di Bologna
E.mail: efabbrizi@arpa.emr.it fax 051342642
Summary
The communication provides an overview of the activities of the waste and soil
laboratory of the technical department of ARPA, Bologna. Sample treatment
requires particular attention to the sites the samples come from. This helps deciding
appropriate analytical research and improving the efficiency of resource use. Sample
types are varied, but they may be broadly grouped into two categories: waste
and soils. They are treated according to environmental law dlgs 152/06. Some subcategories
of these samples are regulated by regional laws.
Key-words: Soil; waste; sludge; sediments.
Résumé
Cette communication donne un aperçu des activités du laboratoire des sols et des
déchets du département technique de la section ARPAD de Bologne. Le traitement
des échantillons exige de porter une attention particulière aux problèmes de leur
région d'origine afin d'adapter les analyses en vue d'améliorer l'efficacité de l'utilisation
des ressources. Les types d'échantillons sont variés, mais globalement regroupés
en deux catégories: les sols et les déchets. A niveau normatif, le traitement
de ces échantillons se fait en référence au texte de l'environnement (Décret
législatif 152/06 et succ. Mod.). Certaines sous-catégories de ces échantillons sont
réglementées par des lois régionales.
Mots-clés: Sols; déchets; boues; sédiments.
Riassunto
Il lavoro offre una panoramica sulle attività svolte dal laboratorio suolo rifiuti del
dipartimento tecnico della sezione di Bologna. Le matrici trattate richiedono una
particolare attenzione alle problematiche del territorio di provenienza per la contestualizzazione
delle indagini analitiche da svolgere e per migliorare l’efficienza
di utilizzo delle risorse. Le tipologie di campioni sono molteplici, ma sostanzial-
183

mente riconducibili a due categorie: suolo e rifiuti. A livello normativo per la trattazione
di queste matrici si fa riferimento al testo unico ambientale (D. lgs. 152/06
e succ. mod.). Alcune sottocategorie delle suddette matrici sono regolamentate da
leggi regionali.
Parole chiave: Suolo; rifiuti; fanghi; sedimenti.
Introduzione
Le tipologie di campioni numericamente più importanti che vengono normalmente
processate nel laboratorio suolo rifiuti del Dipartimento Tecnico di Arpa, Sezione
di Bologna, sono suolo e rifiuti. I fanghi destinati all’utilizzo agronomico ed i sedimenti
rappresentano due sottocategorie ricorrenti dei rifiuti e provengono dalla
rilevante attività agroalimentare presente sul territorio, che da un lato crea la necessità
di utilizzare un sistema di canalizzazione delle acque e dall’altro offre la possibilità
di utilizzare i fanghi come ammendanti per il suolo. Il decreto legislativo
152/06 e succ. mod., noto come testo unico ambientale, costituisce il riferimento di
base nella gestione dei rifiuti e dei siti contaminati. Le matrici in oggetto sono trattate
alla parte IV del suddetto decreto, in particolare si parla di siti contaminati al
titolo V e di rifiuti ai titoli I, II e III. I fanghi destinati all’utilizzo agronomico sono
regolamentati a livello nazionale dal decreto legislativo 99/92, mentre a livello
regionale dalla delibera regionale 2773/04 e succ. mod.. I sedimenti sono stati caratterizzati
nell’ambito di un progetto “Caratterizzazione dei sedimenti nei corpi
idrici artificiali del territorio provinciale di Bologna e prime valutazioni sulle interazioni
con la qualità delle acque” svolto da Arpa in collaborazione con
l’Università di Bologna ed il consorzio di Bonifica Reno Palata.
Materiali e metodi
Dall’attività di controllo analitico sui fanghi destinati allo spandimento effettuati da
Arpa si era riscontrata la presenza di composti non normati dal dlgs 99/92; la DGR
2773/2004 aggiunge ai parametri già previsti i composti organici persistenti che
devono essere tenuti in considerazione nel formulare il giudizio di idoneità per
l’utilizzo agronomico. Nei controlli successivi all’uscita della delibera la ricerca
delle sostanze organiche persistenti con tecniche strumentali ad ampio spettro di
determinazione si riscontrava la presenza di toluene ed idrocarburi. Si è reso quindi
necessario un nuovo intervento della giunta regionale che ha inserito con la delibera
550/2007 i valori limite per questi due parametri ed il concetto di SAUF (Soglia
di Attenzione di Utilizzo Fanghi), un criterio per individuare una concentrazione di
attenzione per i composti eventualmente riscontrati nelle analisi non presenti nelle
tabelle, calcolato tenendo conto anche delle caratteristiche di pericolosità dei composti
stessi. L’utilizzo dei fanghi provenienti da impianti di trattamento dei reflui
avviene in ragione dell’elevato contenuto di sostanza organica che li caratterizza; la
normativa quindi fissa dei limiti inferiori per quanto riguarda i nutrienti che costituiscono
una fonte di arricchimento per il suolo (Carbonio organico, Azoto e Fosforo
184

totali) e dei limiti superiori per metalli e composti organici persistenti nel rispetto
del principio di precauzione. Alla luce dei risultati delle indagini analitiche svolte
durante gli ultimi anni ed attente valutazioni delle soglie di attenzione, la giunta
regionale ha recentemente deliberato (dgr 297/2009) l’esclusione dei parametri
toluene, idrocarburi e LAS (alchilbenzensolfonati lineari) dall’elenco dei parametri
da controllare. L’art. 184 del dlgs 152/06 suddivide i rifiuti per provenienza in
urbani e speciali, e per le loro caratteristiche di pericolosità in pericolosi e non pericolosi.
Un rifiuto si definisce pericoloso quando contiene sostanze che possiedono
le caratteristiche indicate nell’ All. III della direttiva 91/689/CEE, recepita dal
152/06 nell’All. I della parte IV (tossico, infiammabile, corrosivo, esplosivo, comburente,
cancerogeno, teratogeno, mutageno…). Per alcune di queste caratteristiche
è fissato un limite di concentrazione superato il quale il rifiuto diventa pericoloso.
La comunità europea ha istituito un sistema di codifica dei rifiuti con la decisione
532/2000 ed All. D alla Parte IV del dlgs 152/06, che istituisce il catalogo CER
(codice europeo dei rifiuti) e che distingue i rifiuti pericolosi dai non pericolosi con
un asterisco.
Art. 184 D.lgs. 152/06:
RIFIUTI RIFIUTI
PROVENIENZA PERICOLOSITA’
URBANI URBANI SPECIALI
SPECIALI
PERICOLOSI
PERICOLOSI
NON NON PERICOLOSI
PERICOLOSI
185
Schema 1
Classificazione dei rifiuti
I campioni di laboratorio possono avere origine da situazioni di diverso tipo, quali,
ad esempio, zone sottoposte a sequestro, ritrovamenti in seguito ad abbandono e
depositi incontrollati. In molti casi sono previste sanzioni amministrative o penali
ed è quindi fondamentale che le analisi evidenzino le caratteristiche di pericolosità
del rifiuto in esame.
I sedimenti sono stati oggetto di studio nell’ambito di un progetto, commissionato
dalla regione Emilia Romagna ad Arpa Bologna, sulla “Caratterizzazione dei sedimenti
nei corpi idrici artificiali del territorio provinciale di Bologna e prime valutazioni
sulle interazioni con la qualità delle acque”.
Il progetto, nel tentativo di semplificare almeno in parte la gestione dei canali, propone
un modello di tipo statistico come strumento di supporto nella fase di pro-
PROVENIENZA PERICOLOSITA’

grammazione di interventi, nella valutazione di soluzioni alternative ad un problema
o nella previsione di situazioni critiche. I dati ottenuti dalla caratterizzazione
analitica dei sedimenti che ha coinvolto il laboratorio, hanno contribuito insieme a
dati cartografici ed altri fattori come, ad esempio l’utilizzo del suolo, all’ im- plementazione
di questo strumento.
Attraverso il modello è possibile prevedere la formazione dei sedimenti nei canali
e valutare il rischio che essi siano contaminati. Le analisi di laboratorio hanno evidenziato
tra i parametri critici alcuni metalli ed in alcuni casi è stata riscontrata la
presenza in tracce di policlorobifenili ed idrocarburi; i dati sono stati confrontati
con quelli ottenuti in passato negli stessi punti di prelievo e si è constatata una generale
attenuazione dei valori.
Secondo il dlgs 152/06, parte IV titolo V riguardante i siti contaminati, quando
avviene un superamento delle concentrazioni di soglia di contaminazione (CSC) su
campioni effettuati in fase preliminare su un sito è obbligatorio procedere alla caratterizzazione
di quest’ultimo ed all’analisi di rischio sito specifica. Attraverso
l’analisi di rischio sito specifica si determinano le concentrazioni di soglia di rischio
(CSR) e, se esse risultano superate si deve obbligatoriamente procedere alla
bonifica del sito contaminato.
Come specifica l’Art. 240 del testo unico ambientale la bonifica del sito consiste
nell’insieme di interventi atti ad eliminare le fonti di inquinamento e le sostanze
inquinanti o a ridurre le concentrazioni delle stesse presenti nel suolo, nel sottosuolo
e nelle acque sotterranee ad un livello uguale o inferiore ai valori delle concentrazioni
soglia di rischio (CSR).
Il controllo analitico sui siti contaminati interviene in diversi momenti: in fase preliminare
e durante la caratterizzazione quando ancora non si conosce bene la situazione,
durante la bonifica per monitorare gli interventi ed a fine lavori per certificare
l’avvenuta bonifica.
Discussione e conclusione
Le attività svolte dal laboratorio riguardano senza dubbio matrici abbastanza
complesse ed è chiara l’importanza che assume qualsiasi fonte di informazioni a
diretto contatto con il territorio. La conoscenza delle problematiche legate ad
esempio allo sviluppo di alcuni settori produttivi è sicuramente un ottimo punto di
partenza nella fase di pianificazione dei controlli analitici da effettuare. Il dialogo
biunivoco con i distretti territoriali ed i servizi ambientali aiuta gli operatori sia
nella comprensione delle problematicità dei campioni, sia nell’interpretazione dei
risultati.
Il laboratorio costituisce un importante strumento anche per la di ricerca e lo sviluppo
di nuovi strumenti, come nel caso del progetto sui sedimenti dei canali, che
possano implementare le conoscenze ed agevolare processi decisionali e con la
prospettiva di avere a disposizione sistemi sempre più efficienti per effettuare il
monitoraggio ambientale.
186

Bibliografia
DECRETO LEGISLATIVO 3 Aprile 2006, n. 152 “NORME IN MATERIA
AMBIENTALE” pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale n. 88 del 14/04/06, Supplemento Ordinario
n.96
DECRETO LEGISLATIVO 27 Gennaio 1992, n. 99 “Attuazione della Direttiva
86/278/CEE, concernente la protezione dell’ambiente, in particolare del suolo,
nell’utilizzazione dei fanghi di depurazione in agricoltura” pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale
n. 38 del 15/02/92
DELIBERA DELLA GIUNTA REGIONALE dell’Emilia Romagna n. 2004/2773 approvata
il 30/12/2004 “Primi indirizzi alle Province per la gestione e l’autorizzazione all’uso dei
fanghi di depurazione in agricoltura” pubblicata sul Bollettino Ufficiale Regionale (BUR)
n. 12 del 20/01/2005
DELIBERA DELLA GIUNTA REGIONALE dell’Emilia Romagna n. 2007/550 approvata
il 23/04/2007 “Programma di approfondimento delle caratteristiche di qualità dei fanghi di
depurazione utilizzati in agricoltura” pubblicata sul Bollettino Ufficiale Regionale (BUR) n.
76 del 06/06/2007
DELIBERA DELLA GIUNTA REGIONALE dell’Emilia Romagna n. 2009/297 approvata
il 13/03/2009 “Adeguamenti e misure semplificative delle disposizioni in materia di gestione
dei fanghi di depurazione in agricoltura” pubblicata sul Bollettino Ufficiale Regionale
(BUR) n. 59 del 08/04/2009
DIRETTIVA 91/689/CEE del 12/12/1991 del consiglio relativa ai rifiuti pericolosi pubblicata
sulla Gazzetta Ufficiale delle Comunità Europee (GUCE) del 31/12/1991 n. L 377
DECISIONE 2000/532/CE della Commissione, del 3/05/2000, che sostituisce la decisione
94/3/CE che istituisce un elenco di rifiuti conformemente all'articolo 1, lettera a), della
direttiva 75/442/CEE del Consiglio relativa ai rifiuti e la decisione 94/904/CE del Consiglio
che istituisce un elenco di rifiuti pericolosi ai sensi dell'articolo 1, paragrafo 4, della direttiva
91/689/CEE del Consiglio relativa ai rifiuti pericolosi [notificata con il numero C(2000)
1147] (Testo rilevante ai fini del SEE) pubblicata sulla Gazzetta Ufficiale delle Comunità
Europee (GUCE) del 06/09/2000 n. L 226
ZAPPAROLI A. M. (2007) Report Tecnico “Caratterizzazione dei sedimenti dei corpi
idrici artificiali del territorio della provincia di Bologna” del Marzo 2007 disponibile sul
sito Arpa: http://www.arpa.emr.it/bologna nella sezione Report Tecnici.
187

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SOIL MICROARTHROPOD CONTRIBUTION
TO THE EVALUATION OF SOIL BIOLOGICAL QUALITY
LA CONTRIBUTION DES MICROARTHROPODES EDAPHIQUES
A L'EVALUATION DE LA QUALITE BIOLOGIQUE DU SOL
IL CONTRIBUTO DEI MICROARTROPODI EDAFICI
NELLA VALUTAZIONE DELLA QUALITÀ BIOLOGICA DEL SUOLO
Cristina Menta
Dipartimento di Biologia Evolutiva e Funzionale, Università di Parma.
E-mail: cristina.menta@unipr.it
Summary
Soil fauna is an important component of soil systems because of its involvement in
many aspects of organic matter decomposition, partial regulation of microbial activities,
nutrient cycles and granular structure. Pollutants and other degradation
factors can cause both quantitative and qualitative changes in this fauna, which
affects soil functioning. The use of soil bioindicators and test organisms may be
helpful in detecting environmental changes. In a review related to soil arthropod
communities, Van Straalen (1998) specified that such bioindicators may play a role
in soil monitoring measures. The edaphic invertebrates used in monitoring soil
pollution and degradation include nematodes, enchytraeids and other oligochaetes,
gastropods, springtails, isopods and arachnids (Cortet et al, 2000; Menta et al.,
2008; Parisi et al., 2005; van Straalen, 2004).
Keywords: Soil fauna; microarthropods; soil quality.
Résumé
La fauna édaphique est une composante importante du sol impliquée dans de nombreux
aspects de la décomposition de la matière organique, dans la régulation partielle
de l’activité microbienne, le cycle des nutrients et la texture du sol. Des phénomènes
de pollution et de dégradation peuvent provoquer des changements tant
qualitatifs que quantitatifs de la faune édaphique, avec des conséquences sur le
fonctionnement du sol dans son ensemble. L’usage d’indicateurs biologiques peut
faciliter l’estimation des changements du milieu. Dans sa révision générale des
communautés de microarthropodes édaphiques, Van Straalen (1998) met in evidence
l’importance de ces indicateurs biologiques dans les activités de monitorage.
Les invertébrés utilisés dans l'évaluation de la pollution et de la dégradation du sol
comprennent des Nématodes, des Enchytracidés et d'autres Oligochètes, des Gastéropodes,
des Collemboles, des Isopodes et des Arachnides (Cortet et al., 2000 ;
Menta et al., 2008 ; Parisi et al., 2005; Van Straalen, 2004).
Mots-clés: Faune du sol; microarthropodes; qualité du sol.
189

Riassunto
La fauna edafica è un’importante componente del sistema suolo essendo coinvolta
in numerosi aspetti della decomposizione della sostanza organica, regolazione parziale
dell’attività microbica, ciclo dei nutrienti e struttura del suolo. Fenomeni di
inquinamento e di degrado possono causare cambiamenti, sia qualitativi che quantitativi,
della fauna edafica, con ricadute sul funzionamento del suolo. L’uso di
bioindicatori può essere un valido aiuto per valutare i cambiamenti ambientali. Van
Straalen (1998), in una review relativa alla comunità di microartropodi edafici,
mette in evidenza che tali indicatori possono giocare un ruolo importante nelle
attività di monitoraggio. Gli invertebrati impiegati nella valutazione degli effetti
dell’inquinamento e degrado del suolo includono nematodi, enchitreidi e altri oligocheti,
gasteropodi, collemboli, isopodi, aracnidi (Cortet et al., 2000; Menta et al.,
2008; Parisi et al., 2005; van Straalen, 2004).
Parole chiave: Fauna edafica ; microartropodi; qualità del suolo.
Fauna edafica
Gli organismi che popolano il suolo appartengono a quasi tutti i raggruppamenti
tassonomici dei procarioti e degli eucarioti. Alcuni di questi taxa comprendono
forme quasi esclusivamente presenti nel suolo mentre altri annoverano forme presenti
sia nel suolo che in ambiente aereo.
La sostanza organica vivente del suolo comprende la microflora (batteri, attinomiceti,
funghi e alghe), la pedofauna, rappresentata da organismi come nematodi,
collemboli e lombrichi e, infine, le radici delle piante. Il numero di specie, la composizione
e la diversità biologica di un suolo dipendono da numerosi fattori quali le
caratteristiche chimico-fisiche del suolo, l’umidità, la temperatura, la profondità, il
contenuto e la disponibilità di nutrienti, le lavorazioni agricole, la presenza di sostanze
inquinanti ecc. Generalmente, la biodiversità tende ad essere più elevata in
aree forestali, seguita da terreni prativi fino ad arrivare alle aree coltivate, generalmente
più povere di specie.
È sorprendente come nel suolo esiste una comunità di organismi animali estremamente
complessa e diversificata che partecipa alle attività funzionali di creazione e
mantenimento della struttura, degrado della sostanza organica, controllo della microflora
e che quindi partecipa attivamente al mantenimento del suolo nei suoi
diversi aspetti chimico- fisico-biologici.
Il grado di interazione con il suolo è molto differente in funzione delle abitudini di
vita dei vari taxa e della porzione del ciclo biologico spesa all’interno di esso; in
particolare quest’ultimo aspetto, in stretta relazione con gli adattamenti morfologici
e le funzioni ecologiche degli organismi, permette di suddividerli in quattro grandi
categorie, prive di alcun valore tassonomico: geofili inattivi temporanei, geofili
attivi temporanei, geofili periodici e geobionti (fig. 1). I geofili inattivi temporanei
sono organismi che vivono nel suolo solo per alcuni periodi della loro vita, per
svernare o durante la fase di metamorfosi, quando la stabilità climatica e la prote-
190

zione fornita dall'ambiente ipogeo sono più necessari. A causa della loro relativa
inattività, gli appartenenti a questo gruppo hanno un impatto modesto sulle funzioni
ecologiche dell’ambiente ipogeo, anche se possono rientrare nella rete trofica del
suolo come prede.
191
Figura 1
Categorie di organismi in
relazione al rapporto che
essi contraggono con il suolo.
I geofili attivi temporanei (o edafoxeni) abitano nel suolo in modo stabile per buona
parte del loro ciclo vitale, attraversando uno o più stadi di sviluppo, ed emergendo
come adulti. Oltre alle cicale e ad alcune specie di neurotteri, gli insetti di
questo gruppo appartengono per la maggior parte ai ditteri, coleotteri e lepidotteri,
il cui ciclo di sviluppo comprende la fase di pupa. La relativa inattività della pupa
rende, come nel caso dei geofili inattivi temporanei, il suo contributo alle funzioni
del suolo molto basso, mentre le larve hanno un’importanza considerevole sia come
detritivori sia come predatori, in particolare negli ambienti in cui la loro densità
è elevata. I geofili periodici conducono una fase del ciclo biologico nel suolo, generalmente
la fase larvale, ma nel corso dell’intera vita continuano a mantenere
rapporti con esso entrandovi periodicamente per cacciare, deporre le uova o sfuggire
a condizioni climatiche sfavorevoli. Molti coleotteri (carabidi, scarabeidi, cicindelidi),
ad esempio, conducono lo stadio larvale nella lettiera o nei primi orizzonti
del suolo mentre, nello stadio adulto, utilizzano quest’ultimo come fonte trofica,
rifugio e altro. Infine i geobionti (o edafobi) sono organismi estremamente adattati
alla vita nel suolo e non sono in grado di abbandonarlo neppure temporaneamente,

avendo caratteristiche anatomiche, sia della fase giovanile che di quella adulta, che
non consentono loro di sopravvivere negli ambienti epigei. A questo gruppo appartengono
molte specie di miriapodi, isopodi, acari, e molluschi, oltre alla maggior
parte dei collemboli, dipluri, e proturi, che sono un esempio particolarmente evidente
di organismi edafobi.
Molti taxa animali che vivono nel suolo mostrano caratteri morfologici di adattamento
all’ambiente edafico comuni, fenomeno detto di convergenza evolutiva (Fig.
2).
Figura 2 - Fenomeno di convergenza evolutiva di adattamento al suolo in alcuni artropodi
edafici.
Alcuni di questi caratteri, quali la riduzione delle dimensioni del corpo (miniaturizzazione),
la riduzione della lunghezza delle appendici (zampe, antenne ecc.) e la
perdita di funzionalità degli occhi, che in alcuni casi comporta la completa scomparsa
degli stessi (anoftalmia), sono diretta conseguenza dei processi di riduzione
di strutture che rivestono un'importanza determinante nell’ambiente epigeo ma, nel
suolo, perdono la loro funzione. Accanto a questi caratteri, negli organismi edafobi
è possibile individuarne altri che sono stati sviluppati per consentire la sopravvivenza
all’interno dell’ambiente ipogeo, tra cui lo sviluppo di idrorecettori e che-
192

miorecettori. Queste strutture, che sostituiscono gli occhi, in alcuni casi sono presenti
non soltanto nella regione preorale e orale, ma anche su tutto il corpo, consentendo
a questi organismi di muoversi agevolmente nel suolo e di trovare cibo e
condizioni più adatte per la sopravvivenza.
Una ulteriore classificazione ancora oggi ampiamente utilizzata si basa sulle dimensioni
degli organismi, prevedendo quattro categorie dimensionali (Wallwork,
1970):
- Microfauna: organismi la cui taglia del corpo è compresa tra 20 µm e 200 µm.
Solo un gruppo, i protozoi, è compreso completamente all’interno di questa categoria;
tra gli altri, piccoli acari, nematodi, rotiferi, tardigradi e crostacei copepodi
sono compresi nel limite superiore.
- Mesofauna: organismi la cui taglia del corpo è compresa tra 200 µm e 2 mm. I
microartropodi, come acari e collemboli, sono i maggiori rappresentanti di questo
gruppo, che include anche nematodi, rotiferi, tardigradi, piccoli araneidi, pseudoscorpioni,
opilioni, enchitreidi, larve di insetto, piccoli isopodi e miriapodi.
- Macrofauna: organismi di dimensioni comprese tra 2 mm e 20 mm. In questa
categoria vengono inclusi alcuni lombrichi, gasteropodi, isopodi, miriapodi, alcuni
araneidi e la maggior parte degli insetti.
- Megafauna: organismi di dimensioni maggiori di 20 mm. A questa categoria appartengono
gli invertebrati di dimensioni maggiori (lombrichi, gasteropodi, miriapodi)
e i vertebrati (insettivori, piccoli roditori, rettili e anfibi).
Aspetti ecologici della fauna edafica
Da alcuni studiosi la fauna edafica è stata definita come un “super organismo” che
assume importanza determinante nei processi chimico-fisici e biologici che hanno
sede nel suolo. A causa dell’assenza di luce, che rende inattuabile la fotosintesi, tra
gli organismi che popolano il suolo troviamo pochi veri fitofagi, se non si estende
la definizione di animali del suolo ad organismi di superficie, o si considerino fitofagi
anche i microartropodi fungivori (Wallwork, 1970).
L’azione di animali, quali tipicamente protozoi, nematodi, rotiferi, alcuni collemboli
e acari, che si nutrono di microflora, costituita da batteri, attinomiceti e funghi
(sia ife che spore), è di importanza determinante sia per la regolazione della densità,
sia per la diffusione di questi microrganismi. Ad esempio, i collemboli che si
nutrono di funghi possono disperdere, attraverso le feci, spore fungine ancora vitali
in aree distanti anche alcuni metri rispetto alla zona di origine.
Mancando il supporto della produzione primaria all’interno del suolo, acquista un
ruolo fondamentale la catena del detrito, che diventa la base della rete trofica ipogea;
infatti, molti organismi come gli isopodi, alcuni miriapodi, i lombrichi, i
collemboli, un ampio insieme di acari, le larve e gli adulti di alcuni insetti, si nutrono
dei detriti vegetali e animali che si depositano sul suolo. La pedofauna svolge
un’azione prevalentemente di tipo meccanico, mentre la degradazione chimica è
fondamentalmente a carico di funghi e batteri, sia liberi sia simbionti intestinali di
altri organismi; d’altra parte la sostanza organica durante la digestione si arricchi-
193

sce di enzimi, che si distribuiscono nel suolo con le feci e favoriscono
l’umificazione.
La continua attività di scavo di alcuni organismi edafici favorisce la creazione di
spazi all’interno del suolo con conseguente aumento della porosità dello stesso;
l'aumento dei pori tra le particelle incrementa a sua volta l’attività batterica aerobia
e la conseguente velocità di demolizione della sostanza organica. La bioturbazione
ha anche effetti positivi sulla ritenzione idrica, sui processi di percolazione e sullo
sviluppo della rizosfera. L’azione di scavo permette il rimescolamento del suolo e
l’incorporazione della sostanza organica degli strati più superficiali in quelli più
profondi, mentre la sostanza minerale viene portata verso la superficie. Questo
processo è svolto in modo evidente dai lombrichi anecici, che si spostano in senso
verticale nel suolo raggiungendo profondità anche di alcuni metri.
La pedofauna, ed in particolar modo molluschi e lombrichi, esercita effetti sul suolo
anche attraverso le secrezioni mucose cutanee, che operano un’azione di cementazione
sulle particelle di terreno, favorendone la stabilità, la sua struttura e rendendolo
meno vulnerabile ai processi erosivi. Le secrezioni mucose, le feci (in
particolare quelle dei lombrichi) e il corpo stesso dell’animale (al momento della
morte) influenzano la concentrazione di gran parte dei nutrienti presenti nel suolo e
soprattutto quella del potassio, del fosforo e dell’azoto, riducendo il rapporto C/N
della lettiera e facilitandone la decomposizione.
La componente vivente edafica può quindi essere considerata il motore che consente
il funzionamento del suolo, andando ad agire sulle caratteristiche fisiche dello
stesso, come la struttura e la porosità, quelle chimiche, con la liberazione e il sequestro
di sostanze, il ricircolo dei nutrienti, attraverso la trasformazione e la
demolizione della sostanza organica e sulla componente biotica stessa, attraverso
relazioni complesse come possono essere le simbiosi o il parassitismo.
La figura 3 schematizza alcune tra le attività ecologicamente di maggiore importanza
che avvengono nel suolo e gli organismi che ne sono responsabili. Tali attività
sono state suddivise secondo i principali processi, come la mineralizzazione
della sostanza organica, includendo i cicli del C, N, P e S e la sintesi di materiale
organico da parte della microflora del suolo, trasformazione e trasporto del materiale
del suolo attraverso la pedofauna.
Fauna edafica come indicatore di qualità del suolo
Generalmente il grado di inquinamento e di degrado di un suolo vengono valutati
attraverso analisi di tipo chimico, fisico e microbiologico. Negli ultimi anni è emersa
la necessità di individuare metodiche e analisi in grado di definire la qualità
del suolo attraverso lo studio degli organismi viventi che lo popolano e che ne garantiscono
la funzionalità. Il monitoraggio biologico del suolo, definito anche biomonitoraggio,
è rivolto alla valutazione della qualità attraverso l’uso di organismi
viventi.
L’idea di base della bioindicazione è che la relazione tra fattori del suolo e comunità
dello stesso può essere stretta: quando i fattori del suolo influenzano la struttura
194

di comunità, la struttura di comunità può contenere informazioni relative alle caratteristiche
del suolo.
Figura 3 - Organismi del suolo, loro numero approssimativo e attività ecologicamente
importanti (da Verhoef, 2004, modificato).
In relazione a ciò, l’uso ripetuto di bioindicatori nei programmi di monitoraggio
può essere un valido aiuto per la valutazione dei cambiamenti ambientali in uno
stadio precoce o nella valutazione dell’efficacia di opere di bonifica e risanamento
195

del suolo.
L’individuazione di un organismo come bioindicatore è un’operazione complessa,
che generalmente richiede conoscenze dettagliate relative alla tassonomia e
all’ecologia della specie individuata come potenzialmente indicatrice. Per lo studio
della comunità di viventi del suolo, attualmente sono disponibili un numero limitato
di indicatori e indici i cui protocolli e procedure siano standardizzati e accettati a
livello internazionale. Inoltre, per gli indici biologici attualmente individuati, spesso
manca una specificità tra indicatore e situazione e ciò comporta la impossibilità
di inserire tali indicatori nelle prove routinarie del suolo. Inoltre, nella maggior
parte dei casi, non sono ancora disponibili valori di riferimento di suoli definiti di
buona qualità e tali valori possono variare significativamente in relazione alla tipologia
di suolo, all’uso, al periodo colturale ecc.
La bioindicazione è una relazione quantitativa tra struttura di comunità e fattori
ambientali (Van Straalen, 2004). Specificità e risoluzione sono le due maggiori
proprietà sulle quali un sistema di bioindicatori deve essere valutato (Van Straalen,
1998).
Le proprietà della struttura di comunità che possono essere utilizzate per ottenere
informazioni relative alla qualità del suolo sono:
- ricchezza e diversità in specie;
- rapporto tra le specie (dominanti e rare);
- distribuzione della taglia del corpo nelle varie specie;
- classificazione degli attributi del ciclo di vita;
- classificazione in accordo con le preferenze eco-fisiologiche;
- struttura delle catene trofiche.
La scelta delle specie di invertebrati terrestri bioaccumulatori o bioindicatori da
inserire nei piani di monitoraggio per la valutazione del livello di inquinamento,
degrado o di bonifica dei suoli non è semplice essendo dipendente dalla specie e
dalle caratteristiche delle sostanze da monitorare. Oltre ad essere evidenti differenze
specie-specifiche o tra sottospecie, la risposta ai contaminanti può essere diversa
tra individui di sesso o età differente nell’ambito della stessa specie. È per questo
motivo che l’uso degli invertebrati nei piani di monitoraggio deve prevedere un
numero di individui sufficientemente elevato, al fine di far fronte a questa variabilità
individuale.
I microartropodi edafici che possono essere inseriti in programmi di monitoraggio
per la valutazione del livello di inquinamento o di disturbo di un suolo dovrebbero
possedere alcuni requisiti:
- essere comuni in aree urbane e rurali durante la maggior parte dell’anno ed essere
facili da raccogliere e identificare, preferibilmente direttamente in campo;
- contenere concentrazioni di elementi in traccia relative al livello di esposizione;
- avere dimensioni sufficienti da permettere l’analisi chimica degli elementi con
una certa facilità;
- avere un’ampia distribuzione geografica, per consentire la comparazione con altre
aree;
196

- non devono migrare su lunghe distanze;
- non devono essere uccisi da moderate concentrazioni di metalli o altri elementi
tossici;
- la loro biologia deve essere sufficientemente conosciuta (ad esempio il comportamento
alimentare, la fecondità, l’abbondanza stagionale ecc.).
- devono essere disponibili risultati sperimentali di laboratorio, riguardanti le risposte
della specie alle sostanze tossiche.
Gli invertebrati impiegati nel monitoraggio degli inquinanti includono nematodi,
oligocheti, gasteropodi, collemboli, coleotteri, isopodi e aracnidi. Gli studi relativi
a questo argomento sono numerosi (a titolo di esempio si citano le review di Cortet
et al, 2000 e Van Straalen, 2004) .
I collemboli, insieme agli acari, sono uno dei gruppi di microartropodi più abbondanti
negli ambienti edafici, rivestendo un ruolo chiave nei processi di decomposizione
della sostanza organica e nelle reti trofiche che nel suolo hanno sede.
Nell’ambito del gruppo dei collemboli, Folsomia candida (fig. 4) è la specie maggiormente
studiata e ampiamente utilizzata nei test tossicologici subletali e letali
(Cortet et al., 2000; Crommentuijn et al., 1993; Crommentuijn et al., 1995; Hopkin,
1997; Trublaevich & Semenova, 1997; van Gestel & Mol, 2003).
197
Figura 4
Folsomia candida
Il saggio di sopravvivenza e riproduzione con F. candida (ISO 11267:1999) consente
di determinare gli effetti sulla specie provocati da sostanze aggiunte a "suolo"
creato artificialmente in laboratorio (più propriamente definito substrato). Tale test
può essere inoltre impiegato per valutare e/o comparare gli effetti di trattamenti di
rimediazione ed effetti subletali o non tossici di composti chimici. Il metodo può
essere applicato anche a suoli naturali.

Bibliografia
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198

TRACE ELEMENTS IN FRUIT AND VEGETABLE
TRACES DE MÉTAUX DANS LES FRUITS ET LÉGUMES
METALLI IN TRACCIA IN FRUTTA E VERDURA
Stefania Papa* , Laura Cerullo, Anna Di Monaco,
Giovanni Bartoli, Antonietta Fioretto
Seconda Università di Napoli
Dipartimento di Scienze della Vita – Via Vivaldi 43, 81100 Caserta
*Corresponding author: stefania.papa@unina2.it
Abstract
The concentration of six different trace metals [vanadium (V), nickel (Ni), chromium
(Cr), lead (Pb), copper (Cu) and cadmium (Cd)] were determined in various
fruit and vegetables [peach (Prunus persica L.), plum (Prunus domestica L.), tomato
(Solanum lycopersicum L.), courgette or marrow (Cucurbita pepo L.) and
lettuce (Lactuca sativa L.)] provided by diverse farms. Metal distribution was also
separately evaluated, in skin and pulp, where it was possible. Their contributions to
human daily intake of trace metals were investigated. Atomic absorption spectrometry
was used to determine the concentrations of these metals in the fruit and
vegetables. All traces of elements tested in peaches and tomatoes were higher in
the skin than in the pulp except for Cd in the peaches; all traces of elements tested
in plums and marrows were higher in the pulp than in the skin. The concentrations
of Pb and Cd in lettuce were 1.3 and 2.7 times above the permissible levels, respectively.
It is concluded that the regular monitoring of food trace metals is very important
to prevent diseases that depend on their excessive accumulation in the human
food chain.
Keywords:: Trace elements; fruit; vegetables.
Résumé
Les traces de six différents métaux [vanadium (V), nickel (Ni), chrome (Cr), plomb
(Pb), cuivre (Cu) et le cadmium (Cd)] ont été évaluées dans différents fruits et
légumes [pêches (Prunus persica L.), prunes (Prunus domestica L.), tomates (ì
Solanum lycopersicum L.), courgettes (Cucurbita pepo L.) et laitues (Lactuca sativa
L.)] provenant de diverses exploitations agricoles. La distribution a également
été évaluée séparément dans la peau et la pulpe, lorsqu'il a été possible. Leur contribution
à l'absorption quotidienne humaine de traces de métaux a été étudiée. La
spectrométrie d'absorption atomique a été utilisée pour déterminer les concentrations
de ces métaux dans les fruits et légumes. Toutes les traces de métaux testées
dans les pêches et les tomates se sont montrées plus élevées dans la peau que dans
la pulpe, sauf pour le cadmium dans les pêches. Toutes les traces de métaux testées
199

dans les prunes et les courgettes se sont montrées plus élevées dans la pulpe que
dans la peau. Les concentrations de plomb et de cadmium dans les laitues ètaient
respectivement 1,3 et 2,7 fois plus élevées que le niveaux admissibles. Il est conclu
que le suivi régulier des traces de métaux dans l'alimentation est très important
pour prévenir les maladies causées par leur accumulation excessive dans la chaîne
alimentaire humaine.
Mots-clés: Traces de métaux; fruits; légumes.
Riassunto
I livelli di sei diversi metalli in tracce [vanadio (V), nichel (Ni), cromo (Cr), piombo
(Pb), rame (Cu) e il cadmio (Cd)] sono stati determinati in diversi prodotti ortofrutticoli
[pesche (Prunus persica L.), prugne (Prunus domestica L.), pomodoro
(Solanum lycopersicum L.), zucchina (Cucurbita pepo L.) e lattuga (Lactuca sativa
L.)] forniti da diverse aziende agricole.
La distribuzione dei diversi metalli è stata anche valutata separatamente, nella buccia
e nella polpa, dove è stato possibile. Sono stati esaminati i loro contributi
nell'assunzione giornaliera. Per la determinazione della concentrazione di questi
metalli, nella frutta e verdura è stato utilizzato uno spettrofotometro ad assorbimento
atomico.
Tutti gli elementi in traccia testati nelle pesche e pomodori sono risultati più elevati
nella buccia che nella polpa fatta eccezione per il Cd nelle pesche; tutti quelli saggiati
nelle prugne e zucchine sono risultati più elevati nella polpa che nella buccia.
Le concentrazioni di Pb e Cd nella lattuga sono risultate 1,3 e 2,7 volte, rispettivamente,
più elevate rispetto ai livelli ammissibili.
Il monitoraggio periodico dei metalli in tracce nel cibo è molto importante per prevenire
le malattie che dipendono dal loro eccessivo accumulo nella catena alimentare
umana.
Parole chiave: Elementi in traccia; frutta; verdura.
Introduction
Food safety is a major public concern worldwide. During the last decades, the increasing
demand for food safety has stimulated research regarding the risk associated
with consumption of foodstuffs contaminated by pesticides, heavy metals
and/or toxins (D’Mello, 2003). Fruit and vegetables are important components of
the human diet, by contributing protein, vitamins, potassium, calcium, iron, and
other essential nutrients generally needed in short supply (Thompson and Kelly,
1990). They also act as buffering agents for acidic substances obtained during the
digestion process. However, these plants may contain both essential and toxic elements,
such as trace metals, at a wide range of concentrations (Bahemuka and
Mubofu, 1999). Metals, such as lead, chromium, cadmium and copper are cumulative
poisons. These metals cause environmental hazards and are reported to be exceptionally
toxic (Ellen et al, 1990). Contamination of fruit and vegetable products
200

with trace metal may be due to irrigation with contaminated water, the addition of
fertilizers and metal-based pesticides, industrial emissions, transportation, the harvesting
process, storage and/or at the point of sale. Human beings are encouraged
to consume more vegetables and fruits, which are a good source of vitamins, minerals,
fiber and are beneficial for health. However, these plants contain both essential
and toxic metals over a wide range of concentrations. It is well known that
plants take up metals by absorbing them from contaminated soil as well as from
deposits on parts of the plants exposed to the air from polluted environments
(Khairiah et al, 2004; Chojnacka et al, 2005). Publicity regarding the high level of
trace metals in the environment has created apprehension and fear in the public as
to the presence of trace metal residues in their daily food. The public is confused
and alarmed about their food safety. Keeping in mind the potential toxicity and
persistent nature of heavy metals, and the frequent consumption of vegetables and
fruits, it is necessary to analyze these food items to ensure the levels of these contaminants
meet agreed international requirements (Radwan and Salama, 2006). The
aim of this study was to determine the concentrations of trace metals in selected
edible fruit and vegetable products to estimate their contribution to the daily intake
of trace metals. Metal distribution was also separately evaluated, in skin and pulp,
where it was possible.
Material and Methods
Samples of the edible fruit and vegetable (peach, plum, tomato, marrow and lettuce)
were taken from main farms.
All the samples, divided in skin and pulp, were oven-dried at 75°C until constant
weight and ground to a fine powder by a Fritsch pulverisette 6 with an agate
pocket, to prevent element contamination.
Trace element (V, Ni, Cr, Pb, Cu and Cd) extraction and analyses were carried out
in triplicate by atomic absorption spectrometry (SpectrAA 20 Varian) and quantified
using standard solutions (STD Analyticals, Carlo Erba). Aliquot of the powdered
samples (250 mg) were mineralised in a Milestone Microwave Laboratory
Systems (Ethos 900), endowed with temperature control, by a combination of hydrofluoric
and nitric acid (HF 50%:HNO3 65%=1:2). After digestion the solutions
were diluted by deionised water to a final volume of 50 ml. Accuracy was checked
by concurrent analysis of standards (Resource Technology Corporation, Laramie,
WY). The recovery was higher than 90 %.
The mean (±SD) concentrations for each trace metal regardless of the kind of fruit
and vegetable were calculated and a comparison of this data in the selected samples
was studied, and compared with the permissible levels set by the FAO and WHO.
Based on the average concentration and the average consumption of edible vegetables,
estimates of the amount of each trace metal consumed were calculated.
201

The correlations were determined using the simple Pearson correlation coefficient.
(ANOVA) followed by Tukey test (MINITAB INC 13).
Results and discussion
Table 1 shows the mean concentrations of trace metals in the fruit and vegetable
samples and the permissible Pb, Cd and Cr levels (FAO and WHO, 2001). The
results show that all trace elements tested in peaches and tomatoes were higher in
skin than in pulp except for Cd in the peaches; all trace elements tested in plum and
marrows were higher in pulp than in skin.
The pulp contamination of fruits and vegetables may be related to pollutants in
farm soil, while the skin contamination may depend on air pollution from highway
traffic (Igwegbe et al, 1992).
Table 1 - Concentrations of trace metals in fruit and vegetable products (mg/kg dry
weight).
Peach Plum Tomato Marrow Lettuce
Recom max l
for vegetables b
skin pulp skin pulp skin pulp skin pulp
Pb 0.43 0.37 0.31 0.45 1.65 1.33 2.87 2.13 3.31 0.3
V 0.25 0.09 ND ND 4.09 1.81 8.98 6.78 10.4 NP c
Cd 0.09 2.18 0.12 0.67 0.31 0.28 0.50 3.58 1.93 0.2
Cu 12.4 5.79 5.49 6.48 19.3 13.9 22.3 14.9 37.8 40.0
Cr 2.07 0.65 0.11 0.46 11.3 6.04 0.18 0.55 1.65 2.3
Ni 2.30 2.92 1.30 1.10 4.16 2.45 8.39 6.92 8.16 NP c
a ND = Not detected. Levels were below the detection limit - b Recom max l = Recommended
maximum limit; b Source: FAO/WHO (2001), Joint Codex Alimentarius Commission
- c NP = not provided.
The concentrations of Pb and Cd in lettuce were 1.3 and 2.75 times above the permissible
levels, respectively (tab.2). It is known that a long exposure to lead can
cause anemia, colic saturnine until neurotoxic effects like chronic encephalopathy
or polyneuritis; cadmium can cause hypertension, higher blood pressure, atherosclerosis
and progressive reduction in kidney function.
The amounts of trace elements may be hazardous if fruits and vegetables are taken
in large quantities. On the other hand the intake is cumulative of that derived by
other foods (pasta, meat, milk and their derivatives etc.). Therefore, it is estimated
that man can swallow daily contaminants that are near to the weekly limits for
202

chronic hazards. In addition the daily tolerable dose for adults is lower than for
childs.
The regular monitoring of food trace metals, therefore, is very important to prevent
diseases dependent on their excessive build-up in the human food chain.
Table 2 - Tolerable daily intake (TDI) and esitmation daily intake of trace elements
through consumption of fruit and vegetables considering a typical diet (300g of fruit and
vegetable per day).
TDI
(µg/day/60k
g b.w.) a
Estimated daily intake (µg/day)
Peach Plum Tomato Marrow Lettuce
Pb 214 13.14 17.65 19.18 21.10 284.5
V NP b
Cd 60 77.4 26.28 4.04 35.45 165.88
Cu 50-200 23.07 18.04 87.4 5.44 141.82
Cr NP b
Ni NP b
a (FAO/WHO, 1993) - b NP = not provided
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SOIL DEPLETION DUE TO URBANISATION IN THE AREAS
NEAR THE PO RIVER (MUNICIPALITIES OF CASTEL S. GIOVANNI,
SORBOLO, BONDENO - ITALY)
PERTES DE SOL DUES À L'URBANISATION DANS DES ZONES
LIMITROPHES DU PÔ (COMMMUNES DE CASTEL
S. GIOVANNI, SORBOLO, BONDENO - ITALIE)
PERDITA DI SUOLO PER URBANIZZAZIONE IN AREE LIMITROFE
AL FIUME PO (COMUNI DI CASTEL S. GIOVANNI,
SORBOLO, BONDENO - ITALIA)
Massimo Gherardi*, Samantha Lorito, Gilmo Vianello, Livia Vittori Antisari
Department of Agroenvironmental Sciences and Technologies – Soil Analysis
Experimental Center Agricultural Faculty (CSSAS),
University of Bologna, via Fanin 44–Bologna (Italy).
*Corresponding author: E.mail: massimo.gherardi@unibo.it
Summary
The loss of soil resources in Italy is particularly evident in the vast plain of the Po
River, where urbanisation has led to a progressive depletion of land surface. Builtup
areas now cover about 9%, on average, of the total surface area, but in the most
densely inhabited communities, lying mainly along the major artery of the Via
Emilia, impermeable areas may exceed 20%. This trend shows no signs of relenting,
above all because of the demand for large surfaces generated by the tertiary
sector. The phenomenon thus needs to be carefully controlled, especially as regards
land located near the Po River and its main tributaries. The soils in these areas have
different pedogenetic and micro-morphological characteristics and support particularly
demanding agronomic activities; the productivity levels of which match the
highest levels in Europe. The management of the land generally entails the maintenance
of efficient water regulation networks. In this context there is a pressing need
to investigate the dynamics of changes in land use in relation to soil quality, particularly
in areas that have undergone urban development.
Key world: GIS; soil depletion; Po river.
Résumé
La dégradation évidente du sol dans la Plaine du Pô est représentée par l'extension
croissante de l'urbanisation, laquelle atteint une valeur moyenne de 9% environ;
dans les communes à densité de population élevée, pour la plupart le long de l'axe
représenté par la Via Emilia, les surfaces imperméabilisées peuvent excéder 20%
du total. Cette tendance ne montre aucun signe de fléchissement, à cause de la demande
d'amples surfaces surtout de la part du secteur tertiaire. Ce phénomène exi-
205

ge d'être attentivement contrôlé, notamment lorsque les aires concernées sont proches
du cours du Pô et de ses affluents majeurs. En effet les sols de ces zones, très
divers par leurs conditions tant pédogénétiques que micromorphologiques, hébergent
des activités agronomiques particulièrement exigeantes et à productivité élevée
comparable à celle des régions européennes les plus avancées du secteur. Ces
activités sont conditionnées par le maintien d'un réseau efficace en matière hydraulique.
De là s'ensuit l'exigence de confronter l'évolution de l'utilisation des sols,
tout particulièrement en relation avec l'habitat humain, et les caractéristiques de la
qualité des sols.
Mots-clés: Pertes de sol; S.I.G.; fleuve Pô.
Riassunto
Nella pianura padana un evidente fenomeno di degrado della risorsa suolo è rappresentato
dal suo progressivo consumo per urbanizzazione, che ha raggiunto valori
medi intorno al 9%; nei comuni ad alta densità abitativa, per lo più collocati lungo
l’asse della Via Emilia, le superfici impermeabilizzate possono superare il 20%
del totale. Tale trend mostra di non arrestarsi a causa della richiesta di ampie superfici
da parte soprattutto del settore terziario. Il fenomeno richiede un attento
controllo, in particolare nei casi in cui i territori interessati ricadano in prossimità
dell’asta del fiume Po e dei suoi affluenti maggiori. I suoli di queste zone, variabili
sia per condizioni pedogenetiche che micromorfologiche, ospitano infatti attività
agronomiche particolarmente esigenti e pur presentando un tipo di utilizzazione
agricola ad elevato livello di produttività, in linea con le regioni europee più avanzate
nel settore, sono per lo più condizionati dal mantenimento di efficienti reti di
regimazione idraulica. Ne deriva pertanto la necessità di porre a confronto la dinamica
di trasformazione dell’uso del suolo (in stretta relazione allo sviluppo del
sistema insediativo) con le caratteristiche di qualità dei suoli interessati.
Parole chiave: Consumo di suolo;GIS; fiume Po.
Introduction
The development of large urban centres, the growth of the industrial, handicrafts
and tertiary sectors and the extension of road networks are some of the major causes
that have contributed, since the end of the second world war, to the progressive
depletion of arable land surfaces, particularly in plain areas where the soils are best
suited to agricultural use. The absence of adequate land planning exposes such
areas to considerable damage, both from an environmental and social standpoint,
and mainly to the detriment of agriculture. As vast surfaces are covered by buildings
and roads, the consequences are not only an irreversible depletion of soil
resources but also a progressive reduction in ground absorption capacity, which
leads to major hydrogeological imbalances.
206

207

This phenomenon is particularly evident in the vast plain areas of the Po River
Valley, where as a result of urbanisation built-up areas now cover around 9% of the
total land surface; in some cases, along the Via Emilia, a major route, the figure
exceeds 20% (Fig. 1).
The present study took into account a surface area of approximately 650,000 hectares,
including the coastal towns of the Po Delta area, from Melegnano to Ferrara.
For the entire area, an evaluation was made of the patterns of urbanisation in the
period between 1885 and 1995, while the subsequent analysis, aimed at a qualitative
and quantitative determination of soil depletion, was limited to several areas
within the region of Emilia.
Methodology
Farmland conversion trends were qualitatively and quantitatively evaluated in relation
to urbanisation. The evaluation entailed a sequence of step.
In the first stage, multi-temporal land use maps were generated by means of a suitable
geographical information system; different sets of mapping data on a scale of
1:25,000 were overlaid and their relationship was analysed in order to evaluate
urban development patterns and trends.
The information used for this purpose was derived from the following sources:
- topographic maps on a scale of 1:25,000, series 25V and 25N of the Italian
Military Geographic Institute (IGMI), referring to the periods 1885-1890,
1933-1969, 1980-1995;
- technical maps on a scale of 1:25,000 and 1:10,000 of the Regions of Emilia-
Romagna, Lombardy, Piedmont and Veneto, referring to the period 1985-1995;
- aerial surveys of the IGMI (GAI survey flight–1954/55) and the General Aerial
Photography Company of Parma (Italy survey flight – 1994);
- municipal boundaries defined on the basis of the databank of the Po River Basin
Authority.
The second stage consisted in a pedological evaluation of the study areas; the information
used for this purpose was retrieved from the databank of the Region of
Emilia- Romagna (www.gias.net).
Using GIS procedures, the map of urbanisation patterns obtained in the first stage
of the study was compared with the soils map. In this manner it was possible to
assess net soil depletion directly in relation to urban expansion occurring within
these areas. The agronomic characteristics of the soils thus diverted from other uses
were likewise analysed. This enabled a qualitative assessment of soil depletion; the
resulting information may be usefully exploited by policymakers to improve landplanning
tools so as to ensure more prudent use and promote conservation.
In the initial stage of the project, the urban boundaries existing in the periods 1885-
1890, 1955-1960 and 1990-1995 were manually traced on non-deformable transparent
film. This support was first calibrated on the frame on a scale of 1:25,000 of
respective geographic attribution and adjusted on the basis of regional technical
maps (CTR) for the period 1990-1995 and the IGMI map for the period 1885-1890.
208

Table 1 – Soil types present in the municipalities of Castel S. Giovanni (Piacenza), Sorbolo
(Parma) and Bondeno (Ferrara), broken down by soil delineations and agronomic qualities
of the soils present (official data of the Region of Emilia Romagna).
NAME OF
DELINEATION (*)
BARCO CHROMIC LUVISOLS
TYPIC PALEUSTALFS
BORGHETTO CALCARIC CAMBISOLS
FLUVENTIC USTOCHREPTS
CALABRINA HAPLIC CALCISOLS
VERTIC USTOCHREPTS
CLASSIFICATIONS AGRONOMIC
QUALITIES
209
Influenced by a high silt content, absence of limestone
and presence of gravel
Influenced by the presence of gravel, which mainly
affects their physical-hydrological behaviour
Influenced by a fine texture, moderate availability of
oxygen and absence of limestone
CASA PONTE GYPSIC VERTISOLS Influenced by a fine texture, imperfect availability of
oxygen and salinity at greater depths
CASTELVETRO CALCARIC CAMBISOLS Influenced by a high silt content and hydromorphy
AQUIC USTOCHREPTS due to the vicinity to watercourses
CASTIONE
CALCIC VERTISOLS
Influenced by a fine texture and moderate availability
MARCHESI ENTIC CHROMUSTERS of oxygen
CATALDI HAPLIC CALCISOLS
Influenced by a high silt content, which mainly
FLUVENTIC USTOCHREPTS affects hydrological behaviour
CITTADELLA FERRIC LUVISOLS
Influenced by an excess of silt and absence of li-
AQUIC PALEUSTALFS mestone, such as to affect the ability of water to
infiltrate the soil
GHIARDO HAPLIC LUVISOLS
Influenced by an excess of silt and absence of li-
AQUIC HAPLUSTALFS mestone, such as to affect the ability of water to
infiltrate the soil
MEDICINA HAPLIC CALCISOLS
Influenced by a high clay content and moderate
VERTIC USTOCHREPTS availability of oxygen
MONTICELLI HAPLIC CALCISOLS
Do not show any particular problems given their
FLUVENTIC USTOCHREPTS relatively balanced texture
MORTIZZA CALCARIC CAMBISOLS Influenced by a low clay content and presence of
FLUVENTIC USTOCHREPTS horizons characterised by a large particle size
RISAIA
EUTRIC VERTISOLS
Influenced by a high content of expandable clays and
DEL DUCA
ENTIC CHROMUSTERS consequent seasonal water contrasts
RIVERGARO HAPLIC LUVISOLS
VERTIC PALEUSTALFS
Influenced by a fine texture and absence of limestone
RUINA CALCARIC CAMBISOLS Influenced by a high silt content, which affects
AQUIC USTOCHREPTS physical and hydrological behaviour
SAN GIORGIO HAPLIC CALCISOLS
Do not show any particular problems given their
FLUVENTIC USTOCHREPTS relatively balanced texture
SANT’OMOBONO CALCARIC CAMBISOLS Influenced by a high silt content, which mainly
FLUVENTIC USTOCHREPTS affects hydrological behaviour
SECCHIA CALCARIC CAMBISOLS Do not show any particular problems given their
FLUVENTIC USTOCHREPTS relatively balanced texture
STRADAZZA CALCARIC CAMBISOLS Influenced by a high silt content, which affects
FLUVENTIC USTOCHREPTS hydrological behaviour
TEGAGNA HAPLIC CALCISOLS
Influenced by a high silt content, which affects
TYPIC USTOCHREPTS hydrological behaviour
TERZANA CALCIC VERTISOLS
Influenced by a fine texture and moderate availability
ENTIC CHROMUSTERS of oxygen
(*) from the regional catalogue of soil types in the plains of Emilia-Romagna – Region of Emilia-Romagna, Cartography
Service - Pedological Division
The resulting tracings were input into the database via a horizontal plane HP scanner,
processed, calibrated and geo-referenced and subsequently converted to the

Arcview shape file format. The various layers were then assembled on a scale of
1:50,000 for printing.
The second stage of the study entailed the extraction of data relative to the urbanised
surface area for each period and each municipal territory. These data were then
overlaid on the soil map derived from the database of the region of Emilia-
Romagna, with soil types classified according to the FAO-UNESCO method.
The database associated with the new overlay maps allowed a calculation to be
made of soil depletion in relation to pedological type and urban expansion.
Evaluation of soil depletion due to urbanisation
The results of the analysis conducted on three municipalities, Castel S. Giovanni
(Piacenza), Sorbolo (Parma) and Bondeno (Ferrara) are presented here by way of
example. Soil delineations were defined for each, along with the agronomic features
of the soils present (table 1).
By overlaying the maps relative to urban expansion on the pedological data it was
possible to quantitatively and qualitatively assess the soil depletion for each municipality
analysed.
Municipality of Castel S.Giovanni (Piacenza). Castel S.Giovanni is a small municipality
(4,260 Ha) situated northwest of Piacenza. The urbanised area has expanded
considerably over the past century. In 1889 it represented 2.6% of the total
municipal land area, but by 1990 this value had risen to 8.6% (Table 2).
Table 2 - Soil depletion due to urbanisation in the municipalities of Castel S. Giovanni
(Piacenza), Sorbolo (Parma) and Bondeno (Ferrara), expressed in Ha and as a percentage
of the total municipal land area.
Municipalities
Total surface
area
Urbanised surface area (Ha)
(Ha) 1889 1955 1990
Castel S. Giovanni (Piacenza) 4412 113 (2.6%) 119 (2.7%) 371 (8.6%)
Sorbolo (Parma) 3927 46 (1.2%) 82 (2.1%) 329 (8.4%)
Bondeno (Ferrara) 17514 178 (1.1%) 267 (1.5%) 811 (4.5%)
From a pedological point of view, the municipal territory is characterised by soils
that differ both in taxonomic terms and in agronomic quality. Based on indications
provided by the Region of Emilia-Romagna, the following soil delineations may be
identified (table 3). The soil delineations most greatly affected by urban development
(Fig.2) may be divided into groups according to the types of soils present
therein. A first group “Barco-Cittadella-Ghiardo-Rivergaro” is characterised by
decarbonated leached soils (Alfisols) with frequent deep gravel layers. From a mechanical
standpoint they are well suited to bearing heavy structural building loads;
approximately 20% of these soils, equivalent to 5.6% of the entire municipal land
surface, have been turned over to urban development.
210

Soil delineations Surface in
hectares (Ha)
Castelvetro, Mortizza 39.233
Castione Marchesi 267.551
Monticelli 808.637
Risaia Del Duca 68.651
Ghiardo, Barco 370.010
Tegagna, Calabrina 1121.730
Cittadella, Rivergaro 1270.470
Vicobarone, Montalbo, Fontanino 157.486
.
211
Table 3
Quantity in hectares of
soil types, grouped into
delineations, in the municipality
of Castel
S.Giovanni (Piacenza).
Figure 2 - Map representing the depletion of different soil types due to urban development

The second group, “Calabrina, Castione Marchesi-Tegagna”, is characterised by
very clayey soils (Vertic Inceptisols or Vertisols), which are subject to water stagnation
in certain periods of the year. Approximately 7% of these soils, or 2.5% of
the entire municipal surface area, have been covered as a result of urbanisation.
The “Monticelli” soils, which display the best agronomic qualities, have been spared
by urban development. It is in fact possible to observe a sparse presence of
farmhouses, whose number and extension have not changed significantly over the
past century.
Municipality of Sorbolo (Parma). Sorbolo is the smallest of the three municipalities
analysed (3,927 Ha) and is situated in proximity to the Po River, between the
provinces of Parma and Reggio Emilia. Here urban development has had the greatest
impact, with the ratio of urbanised areas to total municipal land area rising
from 1.18% in 1889 to 8.36% in 1990 (see Table 2). Urbanisation has mainly affected
the “Sant’Omobono” soils: in this zone 16% of the available surface area
has been developed, equivalent to 5% of total municipal land area. Sant'Omobono
soils have acceptable agronomic qualities (Fluventic Inceptisols), as may be seen
from the data reported in Table 1. From a pedological point of view, this territory is
less differentiated than the municipality of Castel S.Giovanni. In addition to the
"S.Omobono", the following soil types may be found (table 4). “Risaia del Duca-
Medicina-Cataldi” soils are definitely clayey (Vertisols and Vertic Inceptisols),
meaning that their structural conditions are susceptible to change due to climate
factors. Here about 5% of the soil surface, equal to 3.5% of the total municipal land
area, has been lost to urban development.
Soil delineations Surface in hectares
(Ha)
Castelvetro, Mortizza 17.896
Risaia Del Duca 1717.887
Sant'omobono 1158.206
Medicina, Cataldi 1031.750
Cataldi, San Giorgio, Borghetto 1154.011
212
Table 4
Quantity in hectares of soil
types, grouped into delineations,
in the municipality of
Sorbolo (Parma)
Municipality of Bondeno (Ferrara). Situated in the western part of the province of
Ferrara, Bondeno is the largest of the municipalities examined (17,514 Ha). As
may be observed in table 2, the percentage increase in urbanised surface area is
markedly lower than in the other two previously analysed municipalities. This is
most likely due to the particular nature of the land, which has served to limit expansion
and cause development to be concentrated in areas less prone to hydromorphy.
From a pedological viewpoint Bondeno is characterised by the prevalence
of “Risaia del Duca – Case Ponte” soils, made up of expandable, oxygen-deficient
clay (Vertisols) and “Ruina-Stradazza” soils, which are silty and have poor internal
drainage (Aquic Inceptisols).

Approximately 3.5% of the soil surface falling within the “Risaia del Duca – Case
Ponte” delineation has been urbanised; this represents 2.9% of the total municipal
land surface. By contrast, 8.2% of the available “Ruina-Stradazza” soil surface,
representing about 2% of total municipal surface area, has been lost to urbanisation.
Soil delineations Surface in hectares
(Ha)
Risaia Del Duca 1638.000
Ruina, Stradazza 4021.574
Cataldi, San Giorgio 493.634
Terzana, Ruina 1035.774
Sant'omobono, Secchia 1672.044
Risaia Del Duca, Case Ponte 8474.694
Conclusions
213
Table 5
Quantity in hectares of soil
types, grouped into delineations,
in the municipality of
Bondeno (Ferrara)
A qualitative and quantitative evaluation of soil depletion due to urban development
may undoubtedly contribute to a more rational and responsible use of this
resource. The method proposed involves a first stage in which a small-scale investigation
is conducted with the aim of precisely identifying the changes that have
occurred as a result of urbanisation over a specific period of time. The second stage
consists in a large-scale qualitative and quantitative analysis (at a municipal level)
of soil depletion in relation to the urban development recorded. The very fact that
the defined study areas coincide with the areas of jurisdiction of the local authorities
may enable an immediate implementation of land planning tools aimed at
achieving a more judicious use of soil resources and preventing the most fertile
soils from being converted to non-agricultural use and from being sacrificed, in
particular, to urbanisation, insofar as this is possible.
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214

MINERAL HORIZONS, ELECTROMAGNETIC FIELDS
AND CIRCULAR SHAPES IN THE GRASS
HORIZONS MINÉRAUX, CHAMPS ÉLECTROMAGNÉTIQUES
ET FORMES CIRCULAIRES DANS L'HERBE
ORIZZONTI MINERALI, CAMPI ELETTROMAGNETICI
E FORME CIRCOLARI NELL’ERBA
Valentino Straser
ITSOS “C.E.Gadda” – 43045 Fornovo Taro PR, Italy
E.mail: fifurnio@tiscali.it
Summary
The occasional appearance of circular shapes in meadows and farmland located on
slopes usually affected by gravitational phenomena, offered an occasion for
verifying the possible relation between the position of the circles in the grass, the
gravitational movement of the slope affecting its mineral horizons and the variations
of electric and static magnetic fields close to the circular shapes and in the
surrounding area. The stress caused by the “creeping” movement in the uderlying
ground turned out to be in direct relation with the variation in the electric and magnetic
fields caused by piezoelectric and piezomagnetic minerals such as quartz. The
onset of the electromagnetic process involves the conversion of electric energy on
the surface into an area of spherical shape which is linked with a different growth
of herbaceous species compared to the surrounding vegetation.
Key words: Mineral horizons; electromagnetic fields; solifluction; soil creep; circles
in grass; piezoelectricity.
Résumé
La sporadique apparition de formes circulaires dans des prés et des terrains cultivés
le long de pentes en général exposées aux phénomènes de gravitation, nous a donné
l'occasion de vérifier expérimentalement l'éventualité d'une relation entre la position
des cercles dans l'herbe, le mouvement gravitationel du versant concernant les
horizons minéraux et les variations de champ électrique et magnétique statiques
près des formes circulaires et dans le territoire environnant. La tension induite par
le mouvement “rampant” dans le sol sous-jacent s'est révélée en relation directe
avec la variation du champ électrique et magnétique causée par la déformation de
minéraux piézo-électriques et piézo-magnétiques comme le quartz. L'apparition du
phénomène électromagnétique entraîne la conversion de l'énergie électrique qui se
manifeste à la surface comme un espace de forme sphérique caractérisé par une
croissance de l'herbe différente de celle du reste de la végétation.
215

Mots-clés: Horizons minéraux; champs électromagnétiques; solifluxion; soil creep;
cercles dans l'herbe; piézo-électricité.
Riassunto
La sporadica comparsa di forme circolari in prati e in terreni agricoli situati lungo
pendii, generalmente interessati da fenomeni gravitativi, ha costituito l’occasione
per verificare, dal punto di vista strumentale, la eventuale relazione fra la posizione
dei cerchi nell’erba, il movimento gravitativo del versante che coinvolge gli orizzonti
minerali, le variazioni di campo elettrico e magnetico statico in prossimità
delle forme circolari e nella zona circostante. Lo stress indotto dal movimento
“strisciante” nel suolo sottostante è risultato essere in diretta relazione con la variazione
del campo elettrico e magnetico, prodotto dalla deformazione di minerali
piezoelettrici e piezomagnetici, come ad esempio il quarzo. La generazione del
processo elettromagnetico comporta la conversione di energia elettrica che si manifesta
in superficie, in un spazio di forma sferica, che si caratterizza dal resto della
vegetazione per una diversa crescita delle specie erbacee.
Parole chiave: Orizzonti minerali; campi elettromagnetici; soliflusso; soil creep;
cerchi nell’erba; piezoelettricità.
Introduction
The research on the dynamic processes of slopes caused by force of gravity has
offered indications about the stability of slopes in well defined hilly and mountainous
areas. The analysis of the surface elements, which “mirror” dynamics in the
detrital blanket below, reveals that small changes in the slope equilibrium have
occurred, as well as incipient evolutions of gravitational movements. Generally
speaking, they are slow, partial movements of the soil originating curvatures in the
surface which depend on the slope gradient. It is a real creeping movement of the
detrital blanket which can be affected by gravity but also by other factors, such as
the circulation of water or thermal expansion or shrinkage according to the season.
What matters from a dynamic point of view is the variability of such processes in
time, with reference to the speed and intensity of the gravitational process.
Actually this is a normal, natural, in a sense continuous subsidence process of the
detrital blanket that covers the slopes and tends to slip downwards. The grass blanket
might not break and reveal distortions, such as the circular shapes that appear in
the meadows searched in the area where investigations were made.
However this research concentrated on the analysis of the movements that occur
below the ground surface which, at times, generate stress in the minerals, and not
on the slow movements of solifluction and soil creep which cause crinkles on the
surface. Fragments of quartz (or of other minerals) originating from meteoric degradation
or the presence of arenaceous rocks can generate electromagnetic energy
through the piezoelectric process when they are compressed or under stress (see:
Bishop, 1981; Finkelstein, Hill & Powel, 1973; Teodorani, 2004). When there are
216

slope movements, the flows of the materials underneath intensify in some areas and
“spread out” in others. Where there is greater tension, therefore, piezoelectric minerals
are subject to pressures that can generate charged clouds propagating upwards
to the surface. The same process has been studied on a greater scale to verify relations
existing between tectonic stress and seisms, the appearance of anomalous
light phenomena in the atmosphere and the creation of electromagnetic fields (see:
Straser, 2007, Balbachan & Parkhomenko, 1983; Brady & Rowell, 1986; Derr,
1986; Freund, 2002; Wessel-Berg, 2004; Derr & Persinger, 1990; St-Laurent,
Derr& Freund, 2006; and others).
The production of electromagnetic energy and its concentration in well-defined
areas of the atmosphere, usually a few metres from the soil, have sometimes been
connected with the circular shapes that appear in cereal crops fields (Levengood &
Talbott, 1999). Concern for these circular shapes goes back to the early 1980s and
refers to oats fields along grassy, steep slopes near Bratton, England (Meaden,
1991).
217
Figure 1
Index map
If we accept the hypothesis that “balls of light” can radiate energy upon the earth
surface and create geometrical shapes, usually circular ones, even though not always
perfect, then it is reasonable to think that dot-like concentrations of static
electromagnetic energy generated underground can cast similar circular shapes
onto the surface. In this research the circulation of underground waters, which
might influence the amplification of the electric charges and thus affect the growth
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)
crop under rotation, located near Selva Grossa, in the province of Parma (Fig.
1).
The area, which geologically belongs to the Solignano Flysch composed of arenaceous-clayey
sequences with regular intercalations of marly-calcareous beds in the
mid-lower part (Zanzucchi, 1980), is also affected by mild seismicity and by the
occasional appearance of anomalous phenomena in the atmosphere (Straser, 2007;
Straser & Kokus, 2008). The field, which covers an area of about one hectare, is on
sloping ground with a gradient above 5%; the lower part is crossed by the road
linking Strada di Fondovalle Taro and Strada Statale della Cisa. Various circular
shapes (about fifteen) varying in diameter from 70-80 cm to about 3 m, which have
also been surveyed by the satellite (Fig. 2), are visible in the field in autumn, winter
and spring. The circular shapes are in larger number in the steepest stretches; in
the lower part of the field there is a landslip affecting the road practicability.
Figure 2 - The area investigated photographed in autumn, winter and spring and from a
bird's eye view (circled in white).
218

Materials and methods
The research has been carried out with instrumental seasonal mesurements
to survey the values of static electric and magnetic field in the grass circles
and surrounding areas. Measurements were taken by means of a multifield static
gauge model ESM-390, to display the variations of natural magnetic and electric
fields. Fig. 3)
Figura 3 - The portable instrument has the following technical specifications:
Viewer: analog Magnetic scale range: from 0 to 50 kHz - from 0 to 100 uT
Electric scale range: from 0 to 50 kHz – from 0 to 1000V/m
Radiofrequency scale range: from 0.01mW/cm² to 1mW/cm² – from 100 kHz to 2.5 Ghz
Operational temperature: 0°C to +50°C.
Results
The readings were registered in fall (2008), winter and spring 2009 (Tab.1), when
the circles are visible and easily distinguishable from one another amid the vegetation,
as they are brown in colour. In both circumstances the frequency was almost
the same, whereas the value of the static electric field measured outside the
meadow was always higher than inside the circles.
Discussion and conclusion
The measurements taken on the ground revealed a higher value of the electric field
in the areas outside the meadow when compared to the values measured inside the
circles in the grass: the instrumental value in the different stations is usually constant.
The static magnetic field, however, was higher or just the same when measured
outside the meadow and near the landslip or inside the circles. Microwave frequency
was virtually the same both outside the meadow and inside the circles, with
one exception, when intermittent pulsation was recorded. The swing had been
219

measured on the day (14 April 2009) previous to a minor seismic event with epicentral
area located about 10 km away from the research area (Tab. 2).
.
Table 1 - List of the readings measured in fall 2008, winter and spring 2009
Date 15.11.08 10.01.09 09.04.09
Place
Selva
Grossa
Magnetic
field
Electric
field
Frequency
Magnetic
field
Electric
field
220
Frequency
Magnetic
field
Electric
field
uT V/m mW/cm 2
uT V/m mW/cm 2
uT V/m mW/cm 2
Staz. 1 1 5 0,01 0,8 8 0,01 0,2 2-8 0,01-0,1
Staz. 2 0,5 5 0,01 0,2 5 0,01 0,1-0,5 2 0,01
Staz. 3 0.3 2 – 10* 0,01 0,2 5 0,01 0.2 2 0,01
Staz. 4 0,2 –1* 2 – 10* 0,01 0.3 5 0,01 0.2 2 0,01
Staz. 5 0,2 2 – 10* 0,01 0,2 5 0,01 0.2 2 0,01
Staz. 6 0,2 2 – 10* 0,01 0,2 5 0,01 0.2 2 0,01
(*)indicates the pulsations swinging around the two values measured in less than 10 seconds.
The maximum diameter of the circle (no. 2) is about 3 metres (see photo)
..
Table 2 - Data about the earthquake linked with the emission of microwaves recorded in
the area investigated
Date-time Magnitude Coordinates Depth Epicentral area:
municipalities affected
within 10 Km
16.04.2009 at 2.7 44.59°N, 10.124°E 5.9 CALESTANO (PR)
01.11.51
(in Italy)
15.04.2009 at
23.11.52 (UTC)
km TERENZO (PR)
This last fact is of relevant scientific interest since it could reveal that coincidence
may exist between the stress produced in rocks and seismicity; however it is not
analysed in the present research. To complement the measurements taken, also lab
experiments were carried out to check whether analogies might exist among the
values of the static magnetic and electric field generated when pressures are exerted
on the soil. Ground samples (about 3,000 cm 3 ) were collected near the research
area and pressures varying from 20 to 120 bars were applied. Each increase
in pressure coincided with a rise of the static magnetic and electric field, measured
with the same multifield instrument used in the open air and set one metre away
from the hydraulic press.
The results of the lab experiments confirmed that higher values of static magnetc
and electric field correspond to higher pressure affecting the mineral horizons. If
we transfer lab data into practice, we can notice that in the area where the minerals
Frequency

are under higher pressure, the values of the electric and magnetic fields are usually
higher than inside the circles in grass. The phenomenon seems to be due to the
evolution of natural events and influenced by both the electromagnetic field and the
geophysics of the place. According to the model here conjectured, we can conclude
that circular areas in the grass reflect conditions of stress in the ground. The lower
values of electric and magnetic field in comparison to the external areas may indicate
that there is lighter pressure on the mineral horizons. Pressure affects the stress
on piezoelectric minerals, therefore also the production of static magnetic and electric
fields which, in turn, may affect the different growth of vegetation. Similarly to
what happens for Balls Of Light located a few metres above the ground and assumed
to be able to generate circular shapes in cereal crops, the appearance of circles
in grass crops may be caused by an electric and magnetic underground source
within a depth of a few metres. The projection of the electromagnetic lines goes
upwards instead of propagating downwards to the surface (Fig. 4). The method
could be applied in areas of hydrogeological hazard, both for the identification of
dangers caused by gravitational movements along a slope and for the location of
the areas with greater flow of particles through the different horizons, especially
mineral ones. The method can also be useful for the assessment of areas affected by
gravitational movements, especially in farmland, by spotting the presence of circular
shapes in the grass and recording peculiar values of electric and magnetic fields.
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221
Figure 4
A model for the
interpretation
of the generation
of circles
in the grass
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