Il ruolo delle deposizioni atmosferiche nel bilancio dell`azoto

CNR Istituto per lo Studio degli Ecosistemi
Verbania Pallanza
http://www.iii.to.cnr.it
Michela Rogora
Il ruolo delle deposizioni atmosferiche
nel bilancio dell’azoto per il Verbano
ed I suoi principali tributari
for Europe
Il problema AZOTO
9 Aumento della produzione antropogenica di
Nr a partire dagli anni ’60 (da 15 a 165 Tg N a-1):
effetti sulle emissioni in atmosfera e sulla
ricaduta di N attraverso le deposizioni
9 Deposizioni atmosferiche come principale
sorgente di N per suoli e acque superficiali
soprattutto in aree remote, non interessate da
disturbo antropico diretto
9Diffusa evidenza di una condizione di azoto
saturazione dei suoli in alcuni ecosistemi forestali
del N-Italia e di aumento dei nitrati nelle acque
9Numerosi effetti negativi su ecosistemi
terrestri ed acquatici: sbilanci nutritivi, riduzione
biodiversità, acidificazione, eutrofizzazione delle
aree costiere
Input totale di N dalle deposizioni
supera il fabbisogno dell’ecosistema.
L’N in eccesso viene lisciviato alle
acque superficiali (Aber et al. 1989)
1
Lago Maggiore
Elevati volumi di precipitazione
Deposizione di inquinanti
atmosferici, con gradiente S-N
Bacino imbrifero
del Lago Maggiore
9Superficie totale: 6600 km2
9Popolazione: 700 x 103
9Copertura forestale: 49%
(30% latifoglie)
9Altitudine: media 1270,
max 4920 m a.s.l.
D
A
T
I
Chimica delle acque lacustri
1956
Chimica dei principali tributari
(13) e dell’emissario
1970/80
Chimica delle deposizioni
atmosferiche (14 stazioni)
1980/90
Volume di precipitazione (128) 1984
CNR ISE Verbania Pallanza
LSA-SPAAS Bellinzona
2
Le deposizioni di N
e le variazioni
a lungo termine
8.0
NO3 wet deposition
(kg N ha-1 y-1)
4.0
Fonte: EMEP
http://www.emep.int
0.0
kg ha-1 a-1
120
Pallanza
SO4
100
9 Diminuzione generalizzata dei SO4 e
dell’acidità delle piogge negli ultimi 15-20
anni (-40% nel bacino del Lago Maggiore)
80
60
9 Deposizioni dei composti dell’azoto
40
sono rimasta pressochè costanti (15-25 kg
N ha-1 y-1)
20
NH4 + NO3
0
1974
1980
1986
1992
1998
2004
1. Effetti sulla chimica dei tributari – Trend N-NO3 1978-2005
Dati normalizzati e destagionalizzati
(Repeated loess smoothing)
Seasonal Kendall test
p
B
Can -0.00002
0.57
Ern
-0.00002
2.16
Gio
-0.00002
1.59
Mag -0.00002
0.76
SBe -0.00002
1.09
SGi -0.00002
1.67
Tic
-0.00002
0.42
Toc -0.00002
0.30
Tre
-0.00002
0.86
Ver
0.05969
0.11
Cann
Sgio
1977
1982
1987
Erno
Tici
1992
Gion
Toce
1997
Magg
Verz
2002
Sber
Tres
2007
Rogora, M. Biogeochemistry, 2007
3
2. Effetti sulla chimica dei tributari - Stagionalità N-NO3 nel tempo
N-NO3 (µeq L-1)
150
Cann
Erno
Gion
Magg
Sber
Sgio
Tici
Toce
Tres
Verz
125
100
75
50
25
Valori medi 1978-82
0
Gen
Mar
Mag
Valori medi 2001-05
Lug
Set
Nov
Gen
Mar
Mag
Lug
Set
Nov
Modello di Stoddard
Classificazione dei bacini in 4 stadi (0 – 3) di N saturazione in
base alle concentrazioni mensili di N-NO3 nelle acque
I fiumi sono passati da stadio 1-2 (saturazione lieve o media) degli anni ‘70-’80
a stadio 2-3 (saturazione medio-elevata) negli ultimi 5 anni
Aumento degli apporti di N dai tributari al Lago Maggiore
µg N l-1
1200
1000
800
600
N-NO3
400
N totale
L. Maggiore
200
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
4
Calcolo degli input atmosferici di N
1. Deposizione wet di N inorganico
14 stationi (chimica)
Concentrazioni
(100 m x 100 m grid)
X
130 stations (volume)
Deposizioni
Volume
2001
(anno asciutto)
2002
(anno piovoso)
N inorganico totale (meq m-2 y-1)
40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
Calculo degli input totali di N
2. Stima dei contributi di deposizione secca e N organico
Deposizione secca (dry) di N può essere stimata da concentrazioni in atmosfera e velocità
di deposizione (Federal Office of Environment Forests and Landscape, 1996)
deposizione wet
Rapporti dry/wet per diversi
composti e categorie di uso del
suolo disponibili perlaparte
svizzera del bacino (0.25-0.45)
deposizione dry
Concentrazioni x
portate
Dati su N organico da siti forestali
nel Nord Italia (ICP FOREST
network): 15-40% dell’N totale a
seconda della tipologia forestale
deposizione totale
Contributo
dalla popolazione
(1.0 eq ab-1 giorno-1)
Input totale di N
Output di N
5
Risultati 3. Ritenzione % di
N nei bacini (2001 – 2002)
100 * (input – output)
Retenzione % =
output
Ve
r
59 zas
-3 ca
9
Maggia
57-43
9Non c’e’ un chiaro
pattern geografico
Toce
57-22
Ticino imm.
45-33
Cannobino
75-71
9Ritenzione minore
in anni più piovosi
(es. 2000, 2002)
S. Bernardino
38-34
Giona
65-50
na
ro
St -40
52
S. Giovanni
69-32
Tresa
56-37
9Nella maggior parte dei bacini
ritenzione non supera 50%
Bardello
47-33
Erno
47-6
Boesio
38-2
Bilancio pluriennale dell’N per il Lago Maggiore (106 eq y-1)
2002
2003
2004
2005
2006
Quantità di precipitazione
2244
1066
1469
956
1296
Input dall’atmosfera ai bacini dei tributari
1246
791
834
910
772
41
59
38
68
59
825
259
304
259
564
259
273
259
300
259
Uscite dal lago
920
331
569
322
301
Ritenzione % a lago
15
41
31
39
46
Contributo % delle deposizioni
atmosferiche agli input totali di N
76
54
69
51
54
ritenzione % nella parte terrestre del bacino
Input totale al lago (bacini tributari +
areale costiero + superficie del lago)
Atmosfera
Popolazione
9Ritenzione di N nella parte terrestre del bacino, drenata dai tributari, è inversamente
proporzionale agli apporti atmosferici
9Contributo delle deposizioni agli apporti totali di N non è mai inferiore al 50% e può
arrivare all’80% in anni piovosi
6
Relazioni con variabili meteo – Analisi delle cross-correlazioni
CCF
tra N-NO3
e “drivers”
Can
Ern
Gio
Mag
SBe
SGi
Tic
Toc
Tre
Ver
Tmax
0.68
0.85
0.78
0.80
0.84
0.76
0.59
0.43
0.58
0.16
Tmin
0.66
0.84
0.75
0.75
0.79
0.79
0.62
0.47
0.58
0.28
Tmed
0.63
0.82
0.69
0.78
0.80
0.72
0.62
0.34
0.63
0.15
mm
-0.24
0.03
0.05
-0.17
-0.20
-0.02
0.17
0.13
0.12
0.01
Ndep
-0.33
0.02
-0.10
-0.22
-0.25
-0.05
-0.06
-0.20
-0.06
-0.08
Tx lag1
0.70
0.85
0.78
0.81
0.83
0.77
0.60
0.45
0.58
0.16
Tx lag2
0.71
0.86
0.79
0.81
0.82
0.77
0.61
0.47
0.59
0.17
Tx lag3
0.71
0.86
0.79
0.81
0.81
0.77
0.63
0.50
0.59
0.17
Tx lag4
0.71
0.86
0.79
0.81
0.79
0.77
0.64
0.53
0.59
0.18
9Nessuna correlazione significativa con deposizioni di azoto o mm di precipitazione
9Correlazioni significative tra N-NO3 (nei fiumi con trend positivo) e temperature (Tmax)
9Correlazione aumenta considerando lag di 2, 3, 4 mesi
Hp: temperatura della
stagione precedente influenza
rilascio di N dai suoli
Rogora, M. Biogeochemistry, 2007
Maggiore + Como + Iseo + Garda = 118 km3
(79% del volume totale delle acque dolci in Italia)
1000
800
Como
Iseo
Maggiore
Garda
600
400
Nitrati (µg L-1)
200
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
7
Conclusioni
Conclusioni
9Le deposizioni di azoto rappresentano la principale sorgente di questo elemento per I
corpi d’acqua nel bacino imbrifero del Lago Maggiore e per il lago stesso
9La tendenza all’aumento delle concnetrazioni di NO3 nei tributari e nel lago può essere
attribuita ad una condizione di N-saturazione dei suoli nei bacini
9Gli studi sull’N- saturazione in relazione ai cambiamenti climatici dimostrano come il
riscaldamento, unito ad una maggior frequenza di eventi estremi (siccità, precipitazioni
intense), possono esacerbare gli effetti delle deposizioni di azoto su foreste e acque
È necessaria una riduzione delle emissioni antropiche
di NOx ed NH3 in adempimento a quanto previsto dai
Protocolli internazionali!
Grazie per l’attenzione
8