indagine ambientale sul contenuto di ione ammonio

Provincia di Piacenza
INDAGINE AMBIENTALE SUL CONTENUTO DI IONE AMMONIO
DELLE ACQUE SOTTERRANEE NEI COMUNI DI
SAN PIETRO IN CERRO E CORTEMAGGIORE
(PROVINCIA DI PIACENZA)
RISULTATI CAMPAGNA 2005-2006
novembre 2006
ARPA - Sezione di Piacenza, Servizio Sistemi Ambientali, Ecosistema Bacini Idrografici
Via XXI Aprile n°48, 29100 Piacenza; tel. 0523/489651, fax 0523/482480
e-mail: [email protected]
A cura di:
ARPA
Agenzia Regionale per la Prevenzione e l’Ambiente
Sezione Provinciale di Piacenza
Responsabile di Progetto:
Dott.ssa Elisabetta Russo – Responsabile Ecosistema Bacini Idrografici – Servizio Sistemi
Ambientali – ARPA Sezione Provinciale di Piacenza
Dott.ssa Lia Barazzoni – Servizio Sistemi Ambientali – ARPA Sezione Provinciale di
Piacenza
Dott. Geol. Andrea Dadomo – Borsista Area Analitica Eccellenza “Isotopia e Radioattività
Ambientale” – Dipartimento Tecnico – ARPA Sezione Provinciale di Piacenza
Dott. Marco d’Antona – Master in difesa e manutenzione del territorio - A.A. 2004/2005 –
Università di Padova
Ecosistema Bacini Idrografici – Servizio Sistemi Ambientali – ARPA Sezione Provinciale di
Piacenza
Area Analitica Eccellenza “Isotopia e Radioattività Ambientale” – Dipartimento Tecnico –
ARPA Sezione Provinciale di Piacenza
Area Analitica Ambientale – Dipartimento Tecnico – ARPA Sezione Provinciale di Piacenza
Mariano Barchielli, Marco Dadomo – Servizio Territoriale/Distretto di Fiorenzuola d’Arda ARPA Sezione Provinciale di Piacenza
Vittorio Antonini – Staff Informatico - ARPA Sezione Provinciale di Piacenza
Dott.ssa Laura Piro – Co.Co.Pro. ARPA Sezione Provinciale di Piacenza
Dott. Ing. Francesco Fidone – Stagista ARPA Sezione Provinciale di Piacenza
Si ringraziano per la collaborazione:
Dott. Adriano Fava - Eccellenza Acque Interne - ARPA Sezione Provinciale di Reggio-Emilia
Dott. Geol. Giovanni Martinelli - ARPA Sezione Provinciale di Reggio-Emilia
Dott. Geol. Marco Marcaccio – Eccellenza Acque Interne/Acque Sotterranee - ARPA EmiliaRomagna
Eccellenza Ecosistemi Idrici Interni – Arpa Sezione Provinciale di Reggio-Emilia
Ecosistema Idrico – Servizio Sistemi Ambientali - Arpa Sezione Provinciale di Modena
Si ringraziano per i dati e le informazioni fornite:
Dott.ssa Paola Anaclerio – Servizio Agricoltura – Provincia di Piacenza
Geom. Gian Luigi Corsi - Servizio Tecnico di Bacino Trebbia-Taro, Sede di Piacenza
Il presente lavoro è stato oggetto della Tesi di Master in Difesa e Manutenzione del Territorio dell’Università degli
Studi di Padova - Facoltà di Agraria, Anno Accademico 2004-2005, “Indagine isotopica sull’origine
dell’ammoniaca presente in acquiferi della Piana Alluvionale Padana (Provincia di Piacenza)”, del dott. Marco
d’Antona; Tutor universitario: prof. Marco Borga, Tutor aziendale: dott. Roberto Sogni (Eccellenza Isotopia e
Radioattività Ambientale, Arpa Sezione Provinciale di Piacenza).
INDICE
PREMESSA ...................................................................................................1
IL PROGETTO DI ANALISI AMBIENTALE SUL LIVELLO DI INQUINAMENTO DI ACQUE
SOTTERRANEE NEI COMUNI DI SAN PIETRO IN CERRO E CORTEMAGGIORE
(PIACENZA) .................................................................................................1
1
IL PROGETTO .......................................................................................1
1.1
AQUANET: I RISULTATI DEL PROGETTO INTERREG ..................................................... 1
1.1.1 I nitrati .................................................................................................... 1
1.1.2 La Vulnerabilità......................................................................................... 3
1.1.3 Gli Allevamenti ......................................................................................... 3
1.1.4 I Modelli di diffusione – IPNOA .................................................................... 6
1.1.5 I Modelli di Trasporto - CRITERIA ................................................................ 6
1.1.6 Idrologia Isotopica .................................................................................... 9
1.2
IL CICLO DELL’AZOTO ................................................................................... 11
1.3
FERTILIZZAZIONE AZOTATA: DATI DI UTILIzzo ...................................................... 14
1.4
INQUADRAMENTO DELL’AREA DI STUDIO .............................................................. 19
1.4.1 Contesto territoriale................................................................................. 19
1.4.2 Il complesso idrogeologico della pianura alluvionale e deltizia padana ............. 22
1.4.3 Generalità sull’utilizzo dell’Idrologia isotopica nelle analisi ambientali .............. 27
2
3
IL MONITORAGGIO ............................................................................. 31
2.1
PIANO DI CAMPIONAMENTO ............................................................................. 31
2.2
CARATTERISTICHE E TIPOLOGIA CAMPIONI ........................................................... 34
MATERIALI E METODI .......................................................................... 37
3.1
ANALISI CHIMICO-FISICHE ............................................................................. 37
3.1.1 Spettro di base ....................................................................................... 37
3.2
ANALISI ISOTOPICHE .................................................................................... 37
3.2.1 Metodo con resine a scambio ionico ........................................................... 37
3.2.2 Metodo sperimentale testato da Arpa Piacenza ............................................ 38
4
5
6
RISULTATI ......................................................................................... 43
4.1
RISULTATI ANALISI CHIMICO-FISICHE ................................................................. 43
4.2
RISULTATI ISOTOPICI E COMMENTI .................................................................... 48
CONCLUSIONI.................................................................................... 51
BIBLIOGRAFIA-SITOGRAFIA ................................................................. 53
PREMESSA
IL PROGETTO DI ANALISI AMBIENTALE SUL LIVELLO DI INQUINAMENTO DI
ACQUE SOTTERRANEE NEI COMUNI DI SAN PIETRO IN CERRO E CORTEMAGGIORE
(PIACENZA)
1 IL PROGETTO
Nel dicembre 2004 veniva stipulata una convenzione fra AMMINISTRAZIONE PROVINCIALE di
PIACENZA e ARPA SEZIONE di PIACENZA per la realizzazione di un servizio di analisi ambientale
sulle acque sotterranee nei Comuni di San Pietro in Cerro e Cortemaggiore. L’interesse della
Provincia per questa zona particolare del territorio provinciale era determinato dai risultati
emersi da “AQUANET”, un progetto europeo Interreg III B Medocc sulla contaminazione da
nitrati delle acque sotterranee, appena concluso.
Il progetto, nato per i nitrati, aveva evidenziato una zona della provincia dove, nonostante
l’uso del territorio a zootecnia intensiva e quindi a rischio di contaminazione da nitrati, tale
inquinante veniva sempre rinvenuto sotto il limite di rilevabilità strumentale. La zona
comprende la parte nord-orientale della provincia, che insiste sui Comuni della Bassa
Pianura a confine con la provincia di Parma (Caorso, Monticelli d’Ongina, Castelvetro
Piacentino, Villanova sull’Arda, San Pietro in Cerro, Cortemaggiore, Besenzone, CadeoRoveleto). Frequenti sversamenti abusivi di liquame zootecnico nelle acque superficiali di
questa porzione di territorio (Cavo Fontana, Torrente Arda, Canale Allacciante Acque Alte)
avevano inoltre preoccupato ulteriormente la popolazione e le Amministrazioni ed indotto la
Provincia ad avviare uno studio di approfondimento sullo stato di effettiva compromissione
dell’acquifero sotterraneo.
1.1
1.1.1
AQUANET: I RISULTATI DEL PROGETTO INTERREG
I nitrati
Aquanet, progetto realizzato fra il 2001 e il 2004, aveva evidenziato come nel territorio
provinciale esistessero 4 zone critiche per la presenza di nitrati nelle acque sotterranee,
situate rispettivamente 1) a ovest del Torrente Tidone; 2) nella zona di deflusso
dell’interconoide Trebbia-Nure, a ridosso di Piacenza; 3) nell’area di conoide distale del
Torrente Nure; 4) nella zona apicale della conoide del Torrente Arda, come mostrato in
figura 1.1 (principali acquiferi della provincia) e figura 1.2 (distribuzione areale dei nitrati
nell’acquifero sotterraneo, anni 2004-2005).
Figura 1.1 – Estensione dei principali acquiferi e reticolo idrografico provinciale.
1
Figura 1.2 – Localizzazione delle 4 zone critiche sul territorio provinciale, per la presenza di nitrati
nell’acquifero sotterraneo: elaborazione 2004 e 2005.
*Le zone “interconoide Trebbia-Nure” e “conoide distale Torrente Nure” si congiungono.
2
1.1.2 La Vulnerabilità
Le zone di interconoide Trebbia-Nure (Piacenza) e conoide-Arda, ad alta concentrazione di
nitrati, corrispondono alle aree classificate con vulnerabilità intrinseca Alta ed Elevata,
come si vede nella figura 1.3, e quindi compatibili con la presenza di inquinanti
nell’acquifero sotterraneo per caratteristiche intrinseche di permeabilità del territorio; la
zona a ovest del Tidone invece mostra vulnerabilità Media, meno coerente con la presenza
del nitrato ad alta concentrazione, ma compatibile con la distribuzione della zootecnia sul
territorio.
Figura 1.3 – Vulnerabilità intrinseca.
* Elaborazione Provincia di Piacenza (Servizio Pianificazione Territoriale), anno 2000.
1.1.3
Gli Allevamenti
La figura 1.4 mostra infatti la localizzazione degli allevamenti suini, bovini e aviequini
sul territorio provinciale e le aree autorizzate allo spandimento liquami ai sensi della L.R.
50/95. Si può notare come tali attività siano concentrate solo in alcune parti del territorio;
considerando in particolare la zona nord-orientale della provincia, i comuni in cui sono più
3
concentrati soprattutto allevamenti bovini e spandimento di liquami sono Caorso, Monticelli
d’Ongina, Castelvetro Piacentino, Villanova sull’Arda, San Pietro in Cerro, Cortemaggiore,
Besenzone, Cadeo, Fiorenzuola d’Arda, Carpaneto Piacentino, Castell’Arquato e Alseno.
Figura 1.4 – Nell’ordine da sinistra allevamenti suini, bovini, aviequini e zone autorizzate allo spandimento liquami; i
comuni evidenziati in rosso sono quelli ad alta densità di allevamenti bovini e zone di spandimento liquami.
* Dati Provincia di Piacenza (Servizio Agricoltura), aggiornamento marzo 2006.
Durante le campagne di monitoraggio condotte nell’ambito del progetto AQUANET è sempre
risultato che nelle zone dove sono localizzate attività agro-zootecniche e la vulnerabilità
intrinseca è Alta o Elevata, la concentrazione di nitrati nelle acque sotterranee sottese
raggiunge e a volte supera la soglia di 50 mg/l, concentrazione limite per la potabilità, a
conferma del fatto che il nitrato utilizzato in superficie percola in profondità e contamina
l’acquifero sotterraneo: le due condizioni (uso del suolo e vulnerabilità) si devono verificare
contemporaneamente per avere alte concentrazioni di nitrato nelle acque sotterranee, come
nel caso del Comune di Alseno, indicato dalla freccia viola, dove la concentrazione di nitrati
è compresa fra i 50 e i 60 mg/l (fig. 1.5).
4
Figura 1.5 - Zona Nord-Orientale della provincia: a sinistra aree a isoconcentrazione di nitrati (mg/l-aprile 2004); a destra classi di vulnerabilità; in evidenza i confini dei
comuni: in verde quelli in zona vulnerabile e alta concentrazione di nitrati; in rosso quelli a bassa concentrazione di nitrati ed in zone non vulnerabili e vulnerabili (piana
alluvionale del Po).
NO3 mg/l
5
1.1.4
I Modelli di diffusione – IPNOA
Inoltre, nell’ambito del progetto AQUANET l’applicazione di modelli matematici previsionali
di diffusione dei nitrati (IPNOA) aveva prodotto mappe di rischio potenziale di
contaminazione dell’acquifero sotterraneo da nitrati di orgine agricola, dalle quali emergeva
che la parte Nord-Orientale della provincia era soggetta ad alto rischio di contaminazione da
nitrati, ma i dati del monitoraggio indicavano valori sempre al di sotto del limite di
rilevabilità (fig. 1.6).
Figura 1.6 – Mappa di rischio potenziale di contaminazione delle acque sotterranee da nitrati di origine agricola
(metodologia IPNOA); scala modificata.
1.1.5
I Modelli di Trasporto - CRITERIA
Con CRITERIA (modello matematico realizzato da ARPA Emilia-Romagna, Servizio
IdroMeteorologico) è stato simulato il trasporto dell’azoto derivato dall’attività agricola nelle
acque di percolazione della provincia, partendo dalle pratiche di irrigazione, studiando il
drenaggio e la lisciviazione indotti; i risultati ottenuti considerando il periodo 1980-2005,
ipotizzando 4 diverse rotazioni colturali, caratteristiche dell’area considerata sulla base dei
dati del censimento dell’agricoltura 2000, hanno mostrato che l’irrigazione, praticata
ordinariamente nel periodo estivo per ricostituire parte delle riserve idriche del terreno,
incrementa il rischio di dilavamento a seguito di eventuali precipitazioni successive,
soprattutto nel periodo autunno-invernale per effetto di una maggior umidità del suolo al
termine della stagione estiva. La lisciviazione, similmente al drenaggio, è stata determinata
considerando i quantitativi di azoto trasportati al di sotto dello strato potenzialmente
radicabile, definito come lo strato di terreno che si trova ad una profondità superiore a 2 m.
Il modello Criteria stima una percolazione media di azoto (nitrico + ammoniacale)
compresa tra 20 e 90 kg/ha, con una classe prevalente compresa tra 20 e 30 kg/ha (fig.
1.7- lisciviazione-kg/ha, aree blu e verdi); la frazione di gran lunga prevalente è costituita
dall’azoto nitrico (circa 20 volte superiore all’azoto ammoniacale), fatta eccezione per la
pianura nord-orientale, dove il rapporto tra le due frazioni si riduce considerevolmente a
6
favore dell’ammonio. La distribuzione delle concentrazioni mostra invece una maggiore
variabilità, con valori prevalentemente compresi tra 10 e 60 mg/l (aree verdi, gialle e
arancio in figura); vaste zone della pianura settentrionale presentano valori compresi tra 40
e 60 mg/l, con picchi di 90–100 mg/l, in ottimo accordo con i dati ottenuti dalle altre
elaborazioni e sovrapponibili alle zone ad alta vulnerabilità, dove sono stati effettivamente
trovati i nitrati col monitoraggio di campo.
7
Figura 1.7 – CRITERIA: da sinistra, rispettivamente, mappe di irrigazione, drenaggio (sopra), e lisciviazione (kg/ha e mg/l-sotto), medie annue.
Criteria
Criteria
Confini
Confini
Drenaggio annuale medio (mm) 1987-2000
531.00 - 590.00
472.00 - 531.00
413.00 - 472.00
354.00 - 413.00
295.00 - 354.00
236.00 - 295.00
177.00 - 236.00
118.00 - 177.00
59.00 - 118.00
0.00 - 59.00
Irrigazione annuale media (mm)
236.00 - 260.00
212.00 - 236.00
188.00 - 212.00
164.00 - 188.00
140.00 - 164.00
116.00 - 140.00
92.00 - 116.00
68.00 - 92.00
44.00 - 68.00
20.00 - 44.00
Criteria
Criteria
Confini
Confini
Conc. NTOT nel flusso drenante (mg/l)
90.00 - 100.00
80.00 - 90.00
70.00 - 80.00
60.00 - 70.00
50.00 - 60.00
40.00 - 50.00
30.00 - 40.00
20.00 - 30.00
10.00 - 20.00
0.00 - 10.00
Lisciavizione media annua N_TOT (Kg/ha)
216.00 - 240.00
192.00 - 216.00
168.00 - 192.00
144.00 - 168.00
120.00 - 144.00
96.00 - 120.00
72.00 - 96.00
48.00 - 72.00
24.00 - 48.00
0.00 - 24.00
8
1.1.6
Idrologia Isotopica
Le indagini di Idrologia Isotopica, condotte sempre nell’ambito del progetto AQUANET,
avevano anch’esse evidenziato una particolarità proprio nella parte Nord-Orientale del
territorio: nonostante una naturale protezione dell’acquifero, la parte orientale della
provincia risultava soggetta a rischio di inquinamento da prodotti azotati provenienti
dall’agricoltura e dalla zootecnia; ricordiamo che valori di δ15N compresi fra +5 e +20
distinguono un azoto di origine organica (reflui civili e zootecnici, linea rossa in fig. 1.7) da
un azoto di origine inorganica, caratterizzato da valori di δ15N compresi fra -5 e +5
(fertilizzanti sintetici, linea verde).
Figura 1.7 - Semplificazione dei campi di variazione dell’Azoto-15 nei composti naturali d’interesse (nitrati) del
Progetto AQUANET.
δ
-10
-5
0
15
N (vs AIR)
5
10
15
20
25
In particolare lo studio della distribuzione geostatistica del δ15N-NO3 (fig. 1.8) aveva
permesso di suddividere la provincia di Piacenza in tre settori distinti, in buon accordo
anche con l’uso reale del suolo (Provincia di Piacenza, 2000).
Figura 1.8 - Distribuzione geostatistica 2003 del rapporto δ15N/14N nel nitrato: la linea tratteggiata blu
separa il territorio in tre zone distinte (Val Tidone, interconoide e conoidi Trebbia-Nure, Val D’Arda).
?
δ15N
δ15N
9
• Il settore ovest, caratterizzato da valori di δ15N-NO3 >6‰, testimoniava un
inquinamento di origine organica, probabilmente riconducibile a scarichi domestici e di
industrie di trasformazione agroalimentari.
• La zona centrale, intensamente utilizzata per la coltura del pomodoro e del mais,
mostrava valori di δ15N-NO3 <6‰, in accordo con l’uso intensivo di fertilizzanti chimici.
• Il settore est, ricco di allevamenti, presentava valori di δ15N-NO3 >6‰. Il valore del
segnale isotopico testimonia in questo caso un elevato spargimento di liquami, connesso
alla forte pressione delle attività zootecniche presenti nella zona.
Occorre però evidenziare che il settore Nord-Orientale della provincia (contrassegnata in
figura 1.8 dal punto interrogativo rosso) non presenta alte concentrazioni di nitrati nelle
acque sotterranee, come supportato dai dati del monitoraggio pluridecennale. Tuttavia
stime del rischio potenziale IPNOA (Alto, Elevato e/o Estremamente Elevato) e della
lisciviazione stimata da CRITERIA, realizzate per l'area di studio, nonché l'effetto dell'uso del
suolo (a zootecnia intensiva, con ricorso a fertilizzazione organica con liquame),
porterebbero invece a pensare come possibile la presenza dei nitrati.
Da qui il dubbio che una forma azotata diversa dal nitrato, ma pur sempre proveniente dalla
fertilizzazione del terreno agricolo, sicuramente praticata in superficie, potesse in qualche
modo contaminare le acque sotterranee; una forma di azoto allo stato ridotto e non ossidato
(come si trova nello ione nitrico), come, ad esempio, lo ione ammonio. Le condizioni redox
poco o decisamente riducenti (Dadomo et al., 2005), tipicamente registrate nelle acque del
settore nord-orientale della provincia, risultano essere compatibili con questa ipotesi. Tale
situazione potrebbe quindi spiegare come la trasformazione di azoto nitrico in ammonico
abbia portato ad un valore “mascherato” di δ15N nello studio eseguito precedentemente
(AQUANET, 2004).
Proprio per verificare questa ipotesi è stato effettuato il presente studio, considerando un
sito-campione nell'areale caratterizzato da zootecnia elevata, basse concentrazioni di
nitrato, condizioni redox riducenti e alte concentrazioni di ammoniaca, ricompreso fra il
territorio dei Comuni di San Pietro in Cerro e Cortemaggiore, insistenti nel bacino idrografico
del Cavo Fontana (in azzurro nella fig. 1.9, confini comunali evidenziati in rosso, reticolo
idrografico in blu).
In particolare, l’analisi isotopica dell’azoto ammoniacale può fornire importanti informazioni
sulla natura/origine (geologica o organica) dell’ammoniaca presente nelle acque dei pozzi di
questa zona, e quindi eventualmente escludere la possibilità di contaminazione da liquami
delle acque.
Figura 1.9 - Il territorio del Bacino del Cavo Fontana (a sinistra); a destra gli acquiferi ricadenti nel territorio dei Comuni
di S. Pietro in Cerro e Cortemaggiore (confini in rosso): come si può notare, i comuni sono ricompresi completamente
nella Piana Alluvionale Padana (campitura verde chiaro).
10
1.2
IL CICLO DELL’AZOTO
Il ciclo dell'azoto è un ciclo biogeochimico in quanto l'azoto si muove principalmente tra
l'atmosfera, il terreno e gli esseri viventi. Questo ciclo viene definito gassoso poiché il pool
di riserva, cioè il serbatoio di questo elemento chimico, è appunto l'atmosfera, dove l'azoto
occupa circa il 78% del volume totale.
La sua importanza per gli organismi viventi è legata alla necessità di assimilare azoto per la
formazione di composti organici vitali, quali le proteine e gli acidi nucleici, ma, ad eccezione
di particolari batteri, l'azoto atmosferico non può essere direttamente assorbito dagli
organismi e ciò rappresenta spesso un fattore limitante per lo sviluppo forestale.
Le piante, però, possono assimilare l'azoto tramite l'assorbimento di alcuni composti azotati
(nitriti, nitrati e sali d'ammonio) che, disciolti nell'acqua, giungono fino alle loro radici. Una
volta organicato nella fitomassa, l'azoto viene quindi trasferito agli animali, mediante la
catena alimentare. La decomposizione dei resti organici restituisce al terreno l'elemento, che
può ritornare nell'atmosfera grazie all'azione di alcuni batteri specializzati (fig. 1.10).
Figura 1.10 - Il ciclo dell’azoto.
Questo ciclo risulta complesso proprio perché l'atomo di azoto può entrare a far parte di un
elevato numero di molecole: azoto molecolare, ammoniaca e sali d'ammonio, nitriti, nitrati
ed azoto organico. I processi chimici coinvolti per la loro formazione possono essere
suddivisi in quattro tipi: azotofissazione, ammonificazione, nitrificazione e denitrificazione.
Dall'atmosfera al terreno (N2ÆNH3)
L'azotofissazione è un processo riduttivo con cui l'azoto molecolare (N2) presente
nell'atmosfera viene trasformato in ammoniaca (NH3). Questa trasformazione può avvenire
sia industrialmente, sia naturalmente.
Il 90% della quantità fissata naturalmente viene prodotto dall'attività di batteri liberi nel
terreno o viventi in simbiosi mutualistica con le radici di alcune piante, come le leguminose,
l'ontano ed alcune felci.
Dal punto di vista agricolo, la fissazione biologica è una fonte d'azoto molto importante per
l'arricchimento del terreno, perché il solo uso dei fertilizzanti chimici non potrebbe
soddisfare la sua richiesta su scala mondiale. Una pratica agricola che sfrutta questa
simbiosi per la fertilizzazione del terreno è il sovescio con le leguminose.
11
Il rimanente 10% dell'azoto fissato proviene, invece, dall'azione dei fulmini durante i
temporali, che ossidano l'azoto gassoso formando nitrati, i quali raggiungono direttamente il
suolo tramite l'acqua contenuta nelle precipitazioni.
Nel terreno
Decomposizione (NorganicoÆNH3/NH4+)
Un'altra fonte di ammoniaca per il suolo deriva dalla decomposizione dell'azoto organico,
come gli amminoacidi presenti nei prodotti di rifiuto e nella sostanza organica in
putrefazione. Questo processo è detto ammonificazione o mineralizzazione ed è attuato
da particolari batteri e funghi che, degradando l'azoto amminico, liberano l'ammoniaca nel
terreno, dove può reagire con diversi composti per formare dei sali d'ammonio
organic-N ---> NH4+
Ossidazione (NH3ÆNO2-, NO3-)
I vegetali possono assorbire e metabolizzare l'azoto solo sotto forma di nitrati; urea e acido
urico liberano nel suolo ammoniaca (o sali d'ammonio derivati), le cui molecole che
provengono anche dalla decomposizione dell'azoto organico, o dalla degradazione di
proteine, possono subire ossidazione da parte di batteri liberi, con un processo chiamato
nitrificazione, in cui si distinguono i batteri nitrificatori (Nitrosomonas), che trasformano
l'ammoniaca in nitriti (NO2-):
NH4+ + H2O ---> NH2OH + 2[H] + H+
NH2OH + O2 ---> NO2- + [H] + H+
ed i batteri nitratatori (Nitrobacter), che, a loro volta, ossidano i nitriti a N03-:
NO2- + H2O ---> NO3- + 2[H]
La catena alimentare (NH4, NO3ÆNorganico, N2)
Gran parte dell'azoto presente nel terreno come ioni ammonio o nitrato entra nella biosfera,
dove viene organicato (cioè inserito in molecole organiche) e si muove in un piccolo ciclo
formato da piante, animali e batteri (ciclo biologico dell'azoto).
Una parte dell'azoto nitrico viene trasformato, ad opera di batteri denitrificanti
specializzati, in azoto molecolare che ritorna all'atmosfera, producendo ossidi di azoto come
specie intermedie (NO, N2O).
L’utilizzo dei differenti ossidi come accettori di elettroni da parte di Pseudomonas,
Micrococcus, Achromobacter, Thiobacillus dipende dalle condizioni redox; in genere avviene
nell’ordine: O2, NO3-, SO4--. La riduzione del nitrato da parte dei batteri è la causa maggiore
di denitrificazione all’interno del suolo:
4NO3- + 5C + 2H2O --> 2N2 + 4HCO3- + CO2
14NO3- + 5FeS2 + 4H+ >>>> 7N2 + 10SO4-- + 5Fe2+ + 2H2O
Una certa quantità di nitrati viene perduta per migrazione dalle zone terrestri verso i
sedimenti oceanici profondi (azoto nei sedimenti), entrando così in cicli geochimici di lunga
durata: dai sedimenti l'azoto può ritornare disponibile attraverso le eruzioni vulcaniche
(azoto "juvenile").
D'altra parte vi è un minimo, ma continuo rifornimento di azoto al ciclo della biosfera per
alterazione delle rocce ignee della litosfera.
Attraverso la catena alimentare, l'azoto giunge alle piante, quindi agli erbivori, da questi ai
carnivori di dimensioni sempre crescenti. Dagli esseri viventi, torna al terreno tramite
l'azione dei batteri decompositori ed infine riassorbito dalle piante.
12
Interventi antropici
Al di fuori dei cicli naturali, l’azoto viene immesso nell’ambiente artificialmente dall’uomo,
perturbando gli equilibri degli ecosistemi naturali nell’atmosfera, nel terreno, nelle acque.
Nel caso di acque superficiali l’eccesso di azoto è spesso accompagnato a sovraproduzione
di organismi algali (eutrofizzazione), che determinano una diminuzione dell’ossigeno
disciolto nelle acque. Queste aree anossiche, spesso chiamate “dead zones”, hanno un
effetto negativo sull’intero ecosistema acquatico, colpendo in particolare la fauna ittica (fig.
1.11).
Figura 1.11 – Ciclo dell‘azoto agricolo e sua compartimentazione nelle matrici ambientali.
Nell’ambiente, in corrispondenza di zone ad intensa fertilizzazione azotata organica e
inorganica, si verificano condizioni di lisciviazione di nitrati negli acquiferi sotterranei, se
non protetti (fig. 1.12).
Figura 1.12 – Ripartizione dell’azoto nell’ambiente e sua lisciviazione nelle acque sotterranee (groundwater).
13
1.3
FERTILIZZAZIONE AZOTATA: DATI DI UTILIzzo
Sebbene l’azoto sia un elemento essenziale per lo sviluppo degli organismi vegetali, può
essere anche una fonte di inquinamento ambientale. La carenza o l’eccesso di azoto,
infatti, influenzano gli ecosistemi, a livello globale, più di ogni altro elemento essenziale.
L’utilizzo, talora indiscriminato, dell’azoto come fertilizzante comporta ulteriori problemi
nell’ambiente: nella figura 1.13, dove è rappresentata la variazione del carico di azoto
zootecnico in Emilia-Romagna dal 1970 al 2000, si può notare come il Comune di
Cortemaggiore sia l’unico in provincia di Piacenza caratterizzato da un aumento >25%
(colorato in rosso), nonostante le province di Parma, Reggio e Modena mostrino ampie zone
di incremento.
Figura 1.13 – Variazione del carico di azoto di origine zootecnica: confronto dati censimenti 2000/1970.
La distribuzione della SAU (Superficie Agricola Utilizzabile) nelle province dell’EmiliaRomagna mostra Piacenza in una posizione notevole, con un’estensione di 125.588 ha,
confermando la vocazione agricola del territorio (fig. 1.14).
Figura 1.14 – SAU Regione Emilia-Romagna, dati V° Censimento dell’Agricoltura.
97.370,12
SAU ha
29.252,01
125.588,86
117.245,53
134.124,89
107.429,45
179.173,41
137.046,86
187.056,79
Piacenza
Parma
Reggio nell'Emilia
Modena
Bologna
Ferrara
Ravenna
Forli'-Cesena
Rimini
Alla pratica di coltivazioni intensive è spesso associato l’utilizzo di fertilizzanti azotati
inorganici, che vede Piacenza al 5° posto come utilizzo in regione dopo Ravenna, Ferrara,
Bologna e Modena, ma prima di Parma e Reggio Emilia, dove la concimazione organica
prevale su quella inorganica, anche per i disciplinari di produzione del Parmigiano-Reggiano,
che ne prevedono l’uso esclusivo (fig. 1.15). Anche il trend dal 2003 al 2005 vede una
leggera diminuzione, proprio sui nitrati, che continuano però ad essere il fertilizzante più
utilizzato in provincia di Piacenza, con il 50% sul totale (vedi elaborazione dati ISTAT anno
2005).
Se consideriamo la SAU nel territorio della provincia (Tabella 1.1 - Dati V° Censimento
Agricoltura, anno 2000), ricaviamo un apporto medio di azoto inorganico totale pari a 198
kg/ha/anno, con 101 kg/ha/anno di nitrati, quantitativo che pone Piacenza al 3° posto fra le
province della regione, dopo Ravenna e Bologna.
14
E’ doveroso tuttavia sottolineare che i dati di fertilizzazione azotata di sintesi riportati
rappresentano sempre “stime congiunturali”, e non dati misurati, ma ricavati da
informazioni indirette e incroci ad esempio da dati-PAC, vendite di prodotti finiti, stime di
coltivazioni praticate, ottenute da uso reale del suolo (metodologia del telerilevamento di
foto satellitari Quick Bird, fig. 1.16), secondo le dosi consigliate di concimazione
tradizionale; per la fertlizzazione organica con reflui zootecnici, il grado di incertezza
aumenta a tal punto da non permettere di dimensionare e valutare il fenomeno.
15
Figura 1.15 – Fertilizzanti azotati: dati ISTAT*
2003
2004
2005
Piacenza: fertilizzanti azotati per tipologia
trend 2003/2004/2005
600.000
300000
500.000
250000
400.000
200000
Azoto (Q)
azoto (Q)
RER: fertilizzanti azotati totali
trend 2003/2004/2005
300.000
200.000
2003
2004
2005
150000
100000
50000
100.000
Fertilizzanti azotati - qtà x tipologia - dati ISTAT 2005
Totale
Altri
Urea
NH4 Solfato
Tipologia
Fertilizzanti azotati - % x tipologia - dati ISTAT 2005
100%
38.925
qli
Altri
500000
nitrati
Rimini
Calciocianamide
Province
Forli'-Cesena
Ravenna
Ferrara
Bologna
Modena
Reggio Emilia
Piacenza
Parma
0
0
Altri
80%
79.726
qli
400000
38.925
200000
NH4
solfato
79.726
3.934
100000
Urea
60%
Azoto (%)
300000
3.934
qli
40%
NH4
solfato
126.286
qli
20%
Nitrati
Nitrati
126.286
16
Rimini
Ravenna
Forli'-Cesena
Province ER
Ferrara
Bologna
Modena
Reggio
nell'Emilia
C alcioc
ianami
de
Parma
Piacenza
Rimini
Ravenna
Forli'-Cesena
Province ER
Ferrara
Bologna
Modena
Reggio
nell'Emilia
0%
Parma
0
Piacenza
Azoto (quintali)
Urea
C alcio
cianam
ide
Tabella 1.1 - Elaborazione dati ISTAT – V° censimento generale dell’agricoltura 2000:
SAU in ettari, fertilizzanti azotati inorganici per tipologia (q), quantitativi per ettaro di SAU per provincia; dati ordinati per quantitativo di nitrati per ettaro di SAU.
Provincia
Ravenna
Bologna
Piacenza
Ferrara
Modena
Forli'-Cesena
Rimini
Reggio Emilia
Parma
EmiliaRomagna
SAU (ha)
Nitrati
(q)
Nitrati
/SAU
NH4
Solfato
(q)
NH4
Solfato
/SAU
Urea (q)
Urea/
SAU
Calciocian
amide (q)
Calciocian
amide/SA
U
Altri (q)
Altri/
SAU
Totale
azotati
(q)
Totale
azotati/
SAU
117.245,53
187.056,79
125.588,86
179.173,41
137.046,86
97.370,12
29.252,01
107.429,45
134.124,89
300.378
191.120
126.286
148.302
98.213
60.420
11.038
29.148
33.056
2,56
1,02
1,01
0,83
0,72
0,62
0,38
0,27
0,25
25.453
44.493
3.934
31.878
58.731
2.400
1.088
1.186
325
0,22
0,24
0,03
0,18
0,43
0,02
0,04
0,01
0,00
177.779
176.386
79.726
287.001
97.350
19.041
3.752
47.805
30.068
1,52
0,94
0,63
1,60
0,71
0,20
0,13
0,44
0,22
2.313
785
28
705
1.219
92
539
67
328
0,02
0,00
0,00
0,00
0,01
0,00
0,02
0,00
0,00
49.852
55.822
38.925
38.399
8.475
4.513
15
8.417
40.368
0,43
0,30
0,31
0,21
0,06
0,05
0,00
0,08
0,30
555.775
468.606
248.899
506.285
263.988
86.466
16.432
86.623
104.145
4,74
2,51
1,98
2,83
1,93
0,89
0,56
0,81
0,78
1.114.287,92
997.961
0,90
169.488
0,15
918.908
0,82
6.076
0,01
244.786
0,22
2.337.219
2,10
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Figura 1.16 – Immagine URS 2004, elaborazione da immagine satellitare Quick Bird, Provincia di Piacenza.
Nell’ordine, da sinistra: seminativi, vite (fucsia), bosco, ghiaie, non vegetato (grigio scuro), acqua (blu), pioppo, pomodoro (rosso),
erba medica, soia, mais, bietola, grano e orzo, cespugli, non classificato (bianco).
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