Il ruolo delle aree umide - Enea

Il ruolo delle aree umide
Ilaria Baneschi

Le aree umide: ruolo chiave e criticità
§ Si pongono come ecosistemi di transizione e collegamento
§ Sono tra gli ecosistemi più produttivi, indicati “riserva biologica” per
l’elevata biodiversità che supportano
§ Importanti come riserva di acqua superficiale per uso umano e irriguo
§ Mantengono e migliorano la qualità delle acque “intrappolando” solidi
sospesi nelle acque (nutrienti, metalli pesanti)
§ Valenza naturale e ricreativa
§ Sink di carbonio, nutrienti (N, P), inquinanti
§ La pressione antropica ne ha causato la degradazione e, in alcuni casi, la
distruzione
§ Cambiamenti locali crrelati a scala globale (global change) e gestione del
territorio
§ Interesse a monitorare e studiare lo stato di tali ecosistemi per
indirizzare gli interventi di recupero e miglioramento

Introduzione: l’area umida del Massaciuccoli
Ø Environment of sediment changes with depth (aerobic vs. anaerobic
Ø
metabolism of organic matter)
Ø Nutrient cycles in lakes and freshwater ecosystems controlled by redox
potential and microbial transformations of nutrients (frequently at low
contents of O2)
Ø Anaerobic processes: denitrification, sulfate reduction and methanogenesis
are responsible for the release of N2, H2S and CH4 from wetland sediments
Ø Other anaerobic micobial processes change the oxidation state of Fe, Mn in
wetland soils
Ø Anaerobic decomposition is often incomplete ◊ wetlands store significant
amounts of organic C

Bonifica meridionale

Introduzione: lago e cave
Ø Area lacustre: 7 km 2
Ø Profondità media del lago: 2 m (no
stratificazione)
Ø Dimensioni : 2.5 km per 3.5 km
Ø Volume del lago: 14 Mm 3
Ø cave: 25 m max profondità
38 Mm 3 volume
Ø Eutrofizzazione delle acque
Ø Elevata torbidità
Ø Salinizzazione delle acque
Ø Condizioni di anossia sul fondo
delle cave e stratificazione
termica
Ø Rilascio di CH 4 gas dai sediemnti

Seawater
Complessità
S
G
M
?

La scienza a Villa Borbone, Viareggio 24 Aprile 2010
Input and outflow

Carbonio e processi redox

Frazionamento isotopico
Durante la riduzione batterico del solfato in ambienti anaerobici
si ha luogo un frazionamento degli isotopi dello zolfo. Infatti,
in assenza di ossigeno, i batteri utilizzano lo zolfo dei solfati
come accettore di elettroni per l’ossidazione del carbonio
(Berner, 1970; 1984; Canfield and Raiswell, 1991): 2−
+
2 ( O)
+ SO + 2H
→ 2CO
+ H S + 2H
O
depth (m)
0.0
-2.0
-4.0
-6.0
-8.0
-10.0
-12.0
-14.0
-16.0
-18.0
CH 2
4(
aq) ( aq)
2(
g)
2 ( g)
2
Solfati (mg/l)
0 100 200 300 400 500 600 700 800
spring 2005
spring 2006

Frazionamento isotopico
SO 4 (mg/l)
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
San Rocchino samples
Incrociata samples
Gora di stiava sample
Seawater
Burlamacca channel samples
Springs water
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000
ID Cl SO4meas %seawater SO4calc f
Cl (mg/l)
Inc9.5-sp06 4713 543 17.5 817 66.49487
Inc13.5-sp06 4926 396 18.5 840 47.13845
Inc15.3-sp06 5010 384 19 848 45.28818
Inc16.2-sp06 5180 371 20 867 42.76829
Inc3.8-sp06 1084 418
sea 21486 2853

d 13 C DIC ‰ PDB
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
profondità
Diminuzione δ 13 C
dovuta all’apporto di
DIC per ossidazione
della materia organica
(Park and Epstein,
1961; Fogel and
Cifuentes, 1993)
-20
2 4 6 8 10 12 14
Alcalinità (meq/l)
L’aumento di alcalinità verso il
fondo è spiegabile considerando
la riduzione di solfati a solfuri
(Stumm, 2004). Nel processo di
riduzione del solfato sono
coinvolte differenti specie
organiche e, di conseguenza, con
un numero diveso di atomi di C e
con diverso stato di ossidazione
Nessuna spiega da sola tale
incremento di alcalinità. Possono
esistere inoltre reazione a spese
2−
−
2{ del CH 2O} manganese + SO4
⇔ 2 HCO3
+ He
2S
dei nitrati.
−
− +
2{ CH 2O} + NO3
+ H2O
⇔ 2 HCO3
+ NH
+
− 2+
{ O}
+ 2 MnO + 3H
⇔ HCO + 2Mn
+ 2H
O
CH 2
2
3
2
Processi di riduzione
0,75
0,50
0,25
0,00
SO4
1,00
0,75
0,50
0,25
1,00
0,00
0,00 0,25 0,50 0,75 1,00
Cl
" δ 13 C DIC in equilibrio isotopico
con la CO 2 atmosferica: ∼ -7/-8
‰
" δ 13 C carbonati : 0±5‰
" δ 13 C org : ∼ -12/-25 ‰
vegetazione terrestre
" δ 13 C

depth (m)
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
Risultati
δ 18 O SO4(‰PDB) δ 34 S SO4(‰CDT)
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0 20.0 22.0 24.0 26.0
Oxic water
Anoxic water
d18O-so4 18 OSO4 34S-so4
δ34 SSO4

depth (m)
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
δ 13 C DIC(‰PDB)
-22.0
0
-20.0 -18.0 -16.0 -14.0 -12.0 -10.0 -8.0 -6.0 -4.0 -2.0 0.0
Oxic water
Anoxic water
Risultati
depth (m)
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
δ
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0 20.0 22.0 24.0 26.0
18 OSO4(‰PDB) δ 34 SSO4(‰CDT) Oxic water
Anoxic water
d18O-so4 34S-so4
18 OSO4 δ34
SSO4

Risultati

Variazione di livello e di salinità
La scienza a Villa Borbone, Viareggio 24 Aprile 2010

Li
Siti di campionamento
Manual piston corer (AF
sistemi)

Caratterizzazione
isotopica

Gli isotopi del boro come
traccianti ambientali

I flussi di gas serra

q Il processo di OSSIDAZIONE BIOCHIMICA delle torbe
Reazione di ossidazione del materiale organico presente nel terreno con liberazione di CO2
C6 H12 O6 + 6O2 à 6CO2 + 6H2o + energia
q processo aerobico (limitato dalla carenza di ossigeno)
q cinetica favorita alle alte temperature (velocità di reazione massima a 40°C)
Ordini di grandezza delle velocità di abbassamento (da dati osservati):
• cm/anno (climi caldi, tropicali, es. Malesia)
• mm/anno (climi continentali, temperati, es. Olanda, Canada)

Le aree umide risultano essere
CH 4
Attribuito alla
degradazione dei batteri
anaeribici
Premessa
sink/source di CH 4 e CO 2
CO 2
Attribuito ai processi
biotici: degradazione,
respirazione, fotosintesi

Pianificazione del monitoraggi
Monitoraggio
flussi
Spaziale
campionamento sistematico
sullo specchio lacustre,
su una maglia di
spaziatura regolare,
circa 250 m, in modo da
ricoprire, con un
adeguato numero di
misure, tutta l'area
Temporale
monitoraggio
stagionale
Autunno Ottobre
2010
Inverno Febbraio
2011
Primavera Aprile
2011
Estate Agosto 2011

Pianificazione del monitoraggi
Monitoraggio
flussi
Spaziale
campionamento sistematico
sullo specchio lacustre,
su una maglia di
spaziatura regolare,
circa 250 m, in modo da
ricoprire, con un
adeguato numero di
misure, tutta l'area
Temporale
monitoraggio
stagionale
Autunno Ottobre
2010
Inverno Febbraio
2011
Primavera Aprile
2011
Estate Agosto 2011

Metodologia usata
per la misurazione dei flussi:
Camera di accumulo statica non
stazionaria
Portatile e maneggevole;
Effettua misure di flusso puntuali;
Rileva i flussi in tempi brevi (3-­‐4 minuti)
con buona accuratezza.

Discussione e risultati
Campionamento gas disciolti
Determinazione qualitativa
ppCH4
(atm)
ppCO2
(atm)
Inverno
Febbraio
2011
Primavera
Aprile
2011
Estate
Agosto
2011
pp
atmosfera
5,90E-05 4,06E-05 5,99E-01 2,00E-06
1,16E-02 5,36E-03 2,47E-03 3,50E-04

Limite di detezione strumentale
CH4

Determinazione del flusso totale
Statistica classica procedura di Sinclair
F tot = Σ F × A i in cui A i = p i
× A tot
CH 4 moli/d Ottobre
2010
Febbraio
2011
Aprile
2011
Agosto
2011
Flusso tot medio 1,286E+06 3,083E+05 4,913E+05 5,788E+05
Flusso conf.-95% 1,106E+06 2,132E+05 3,780E+05 5,134E+05
Flusso conf.+95% 1,466E+06 4,035E+05 6,045E+05 6,442E+05
CO 2 moli/d Ottobre
2010
Febbraio
2011
Aprile
2011
Agosto
2011
Flusso tot medio 4,677E+03 5,230E+04 2,945E+04 -2,601E+05
Flusso conf.-95% -2,135E+04 1,060E+04 1,044E+04 -2,932E+05
Flusso conf.+95% 3,070E+04 9,401E+04 4,846E+04 -2,270E+05

Confronto campagne CH 4
Flusso mol/m 2 d
Mappa isoflusso ottobre
2010
Mappa isoflusso aprile
2011
Flusso mol/m 2 d
Mappa isoflusso febbraio
2011
Flusso mol/m 2 d Flusso mol/m 2 d
Mappa isoflusso agosto
2011

Confronto campagne CO 2
Flusso mol/m 2 d
Mappa isoflusso ottobre
2010
Flusso mol/m 2 d
Mappa isoflusso aprile
2011
Flusso mol/m 2 d
Mappa isoflusso febbraio
2011
Flusso mol/m 2 d
Mappa isoflusso agosto
2011

Grazie per l’attenzione