Descrizione delle fasi di monitoraggio

I punti di campionamento scelti sono 3, ubicati nella parte a valle del torrente Melacce, uno si trova a pochi chilometri dall’immissione del torrente nell’Ombrone (denominato “punto 3”), l’altro è il punto di monitoraggio fisso dell’A.R.P.A.T. del quale, infatti, si hanno dati risalenti agli anni passati (denominato “punto 2”), l’ultimo (denominato “punto1”), quello più a monte è stato collocato in prossimità del punto di emersione del torrente dal subalveo, ma ad una distanza tale da garantire alle acque di adattarsi al nuovo ambiente.

Fig 5.1, foto aerea del torrente Melacce.

Nella foto si osserva il tratto del torrente interessato dallo studio, a sinistra si distingue un meandro dell’Ombrone dove si inserisce il Melacce, il “punto 3” si trova in questa zona, andando verso destra si vede il percorso compiuto dal torrente in studio prima della sua immissione nel fiume, dove si trova il “punto 2”, quello noto perché precedentemente fissato dall’A.R.P.A.T, andando sempre più verso destra, e quindi più a monte, dopo aver superato il ponte che si trova circa al centro della foto, si trova il “punto 1”. Il resto del torrente, andando quindi sempre più a monte, è la parte del Melacce con portata non presente tutto l’anno. Vedere, nel file allegato “Cartografia”, la carta geologica del bacino del torrente Melacce con l’indicazione dei punti di campionamento. Di seguito si trovano i dettagli della foto aerea precedente per ciascun punto di campionamento:

Fig 5.2, tratto di cui è rappresentativo

il punto 1

Fig 5.3, tratto di cui è rappresentativo il punto 2

Fig 5.4, tratto di cui è rappresentativo il punto 3

La cadenza temporale del campionamento è praticamente quella stagionale, in modo tale da verificare le variazioni lungo tutto l’anno (da novembre ’05 a giugno ’06) dei vari parametri, quindi tentando di distinguere quelle dovute alle condizioni meteoclimatiche da quelle di altra origine. In ciascun punto di monitoraggio sono stati prelevati i campioni di acqua per le analisi chimiche, in particolare per la quantificazione di cationi (calcio, sodio, magnesio, potassio), anioni (cloruri, solfati, nitrati, carbonati), ossigeno (B.O.D.5), per l’analisi di tossicità (test su Daphnia Magna e saggio su Vibrio Fischeri), e per il conteggio degli Escherichia coli, sono anche state svolte sul posto le misurazioni di ph, temperatura, alcalinità ed ossigeno disciolto sono stati, infine, calcolati I.B.E. ed I.F.F. Inoltre, durante la prima fase dello studio, è stato prelevato un campione del materiale solido che “cementifica” i ciottoli al fine verificarne la natura. Quindi in ogni stazione sono stati campionati:

-due bottiglie da 1l di acqua tal quale, per la determinazione di cationi ed anioni

-una bottiglia da 1,5 l per la determinazione del B.O.D.5.

-due barattoli sterili di acqua tal quale, per il test di tossicità sulla D. Magna (da congelare), l’altro per il controllo degli E. coli

-due bottigliette di acqua filtrata ed acidificata (da conservare in frigo), per la determinazione dei metalli

-un barattolo di acqua filtrata per la determinazione dei metalli

-un campione di acqua filtrata (da congelare), per la quantificazione dei nutrienti

-un barattolo sterile di acqua tal quale, da congelare, per il test di tossicità con i batteri bioluminescenti

Durante i trasferimenti i campioni prelevati sono mantenuti all’interno di un frigorifero, anche in laboratorio sono conservati in frigo a circa 4°C o nel congelatore, al fine di non alterarne le proprietà. In ciascuna stazione di monitoraggio, prima di ogni campionamento sono state misurate: temperatura aria ed acqua, ossigeno disciolto, ph ed alcalinità. L’Indice di Funzionalità Fluviale è stato calcolato durante due dei quattro campionamenti svolti, nel primo, quello autunnale, e per il terzo, quello primaverile, questa scelta è stata motivata per la scarsa vegetazione negli altri periodi dell’anno che rende poco significativa l’applicazione di tale indice, ed inoltre per la mancanza di modifiche dell’ambiente fluviale oggetto dello studio, quindi risultava perfettamente inutile e dispendiosa la ripetizione del metodo ad ogni stagione. Mentre l’I.B.E. è stato ripetuto su tutte le stazioni per tutte e quattro le fasi di campionamento per un totale di dodici valori dell’indice, più che sufficienti per il mappaggio biologico, anche in relazione alla lunghezza del corso d’acqua in studio, ma comunque svolti essendo l’I.B.E. alla base delle motivazioni che hanno spinto al presente studio. A causa di motivi tecnici la misurazione del B.O.D.5 ed il test dei batteri luminescenti non sono state svolte per tutte le fasi dello studio.

5.1 Prima fase di campionamento

E’ importante precisare che questa fase dello studio segue un periodo di forti piogge che quindi hanno aumentato la portata del torrente favorendo l’effetto diluizione e modificato la comunità dei macroinvertebrati, tramite il loro dilavamento da parte della forte corrente, e per l’alterazione del substrato sul quale vivono. Risultati dei metodi di indagine applicati (tabella 5.1.1):

T (°C) aria

T (°C)

acqua Ph (unità di ph)

Alcalinità (mg/l

CaCO3) I.B.E. Classe I.B.E.

Punto 1 14,5 10 7,99 342 - -

Punto 2 12 10,5 8,12 312 7 •

Il valore di I.B.E. riportato in tabella risale allo stesso giorno in cui sono stati prelevati i campioni e svolte le altre misurazioni, come si nota il mappaggio biologico non è completo, ma è relativo soltanto alla stazione 2, questo perché le condizioni meteo del periodo precedente al campionamento hanno fatto registrare delle forti, e straordinarie, piene per tutti i corsi d’acqua del bacino dell’Ombrone, allora è stato scelto di effettuare “un I.B.E. di prova” per osservare quanto la comunità ha risentito delle piene. Per questo scopo il punto di monitoraggio scelto è stato il 2 lo stesso in cui si svolge il mappaggio biologico dell’A.R.P.A.T. e di cui, quindi, ci sono a disposizione molti dati da usare come confronto. La comunità osservata era composta prevalentemente da Baetis, Hydropsichidae, Dryopidae, Simuliidae, in assenza di plecotteri, la popolazione risulta quindi scarsa sia nel numero delle specie osservate sia nel numero degli individui, a testimoniare la presenza di condizioni ambientali che selezionano la comunità (nel Capitolo 6 è contenuta la descrizione dettagliata delle popolazione campionata). Questo risultato è perfettamente concorde con quelli dei precedenti I.B.E., così il dato ottenuto può ritenersi valido nonostante sia stato raccolto durante un periodo di forti piene. Per gli altri punti di monitoraggio il dato di I.B.E., al momento del campionamento, non è stato svolto in quanto il dato che si poteva ottenere non poteva essere considerato significativo per la mancanza di termini di confronto che potessero “convalidare” quello raccolto, comparazione necessaria date le condizioni ambientali al momento del campionamento. Per le altre stazioni dello studio il calcolo dell’indice è stato, quindi, rimandato ad un momento migliore. Nelle stazioni di campionamento 3 e 2, è stato prelevato un campione del materiale solido che unisce i ciottoli, tra loro ed al substrato, che si trovano sul letto del torrente. Si può subito osservare da questi pochi dati, come l’alcalinità diminuisca leggermente, nei tre punti considerati, da monte a valle, e proprio nella stazione 1, quella con alcalinità maggiore, è l’unica dove non è stato possibile prelevare il solido perché in quantità minore. Al momento della compilazione della scheda di rilevamento e registrazione dei dati di campo prevista dalle procedura dell’I.B.E., nella stazione 2, sono state osservate tracce di anaerobiosi, come mostra la foto 5.1.2:

Le macchie di anaerobiosi si presentano come delle chiazze scure, nero-verdi, poste sotto i sassi che si trovano nel letto del torrente, testimoniano la presenza di punti del substrato in cui si ha la mancanza ossigeno. L’I.F.F. è stato calcolato per l’intero tratto di torrente che comprende tutte le stazioni di monitoraggio, il metodo prevede la suddivisione del corso d’acqua in tratti che si distinguono tra loro per il cambiamento delle caratteristiche dell’ambiente fluviale, per il torrente Melacce sono stati individuati sette tratti, per ognuno è stato calcolato l’indice:

scheda I.F.F.1: è il tratto più a valle, senza copertura nella direzione dell’Ombrone

scheda I.F.F.2: si distingue dal precedente per la presenza della copertura, comprende il punto 3 scheda I.F.F.3: tratto di torrente con una strada che costeggia la sponda sinistra

scheda I.F.F.4: tratto prima del punto 2 caratterizzato dalla presenza di arbusti e canneto scheda I.F.F.5: tratto che comprende il punto 2

scheda I.F.F.6: tratto prima del ponte (lungo circa 400m)

L’applicazione del metodo, per i tratti individuati lungo il torrente ha dato i seguenti risultati (tabella 5.1.3):

Dai dati dell’I.F.F. si deduce che il corso d’acqua è in buono stato, ovvero l’uomo non ha alterato in modo significativo questo ambiente, risultato che concorda con quelli degli anni passati, e che ancora una volta va contro alla qualità ambientale che si ottiene dall’I.B.E. Passato il momento di piena del torrente, e diversi giorni per permettere alla comunità di ristabilirsi, è stato svolto un campionamento della comunità dei macroinvertebrati nel punto 1 al fine di calcolare l’I.B.E. La comunità campionata risultava molto scarsa, praticamente assente, gli unici organismi osservati sono stati Leuctra, Baetis, Simuliidae, si trattava, cioè, di una popolazione anormale, tanto è vero che il metodo I.B.E. non prevede questo tipo di comunità, e non fornisce un risultato ma indica solo le possibili cause che possono aver portato alla “strana” comunità, come errori durante il campionamento o il momento sbagliato del campionamento riportando come esempio proprio il caso di un periodo di forti piene. Per questo è stato scelto di non svolgere il campionamento della comunità nell’altra stazione rimanente, la 3, perché inutile visto i risultati ottenuti nel punto 1; a differenza del campionamento precedente (è il caso delle stazione 2 dove era stato fatto “l’I.B.E. di prova” che poi si è considerato attendibile sulla base del confronto con i dati raccolti in passato nello stesso punto) in questo caso le ondate di piena che si sono susseguite hanno decimato la comunità rendendo impossibile l’applicazione del metodo I.B.E. Comunque quello che si vede dai diversi campioni della comunità dei macroinvertebrati raccolti è che questa risulta essere, in ogni caso, particolarmente scarsa, in qualità ed in quantità, sia in condizioni ambientali normali sia in periodi che seguono forti piene. Nel punto 1, lo stesso giorno in cui è stato tentato di fare l’I.B.E., sono stati raccolti i dati di alcalinità e di ossigeno disciolto, misurazioni ripetute anche sul punto di monitoraggio A.R.P.A.T. del torrente Trasubbie, con i seguenti risultati (tabella 5.1.4):

Alcalinità (mg/l CaCO3) Ossigeno disciolto (mg/l O2) T (°C) aria T(°C) acqua Melacce 342 8,5 5 8 Trasubbie 240 10 8 8

La misurazione dell’ossigeno disciolto è stata svolta tramite il kit, da usare sul posto, che stima l’O2 per titolazione. Sulla base di questo dato si può calcolare la % di saturazione dell’ossigeno, avendo calcolato la concentrazione alla saturazione calcolata con il metodo della formula empirica di Mortimer:

Cs = e [ 7,7117 - 1,31403 ln ( t + 45,93) + 5,25 ln ( 1 - h / 44,3 ) ] (mg/l di O2) Facendo i calcoli si ottiene:

I.F.F. (sx;dx) Classe I.F.F. (sx;dx)

scheda I.F.F.1 200 ; 200 • ; • (buono)

scheda I.F.F.2 190 ; 185 •-• ; •-• (buono-mediocre)

scheda I.F.F.3 205 ; 205 • ; •(buono)

scheda I.F.F.4 200 ; 200 • ; • (buono)

scheda I.F.F.5 215 ; 220 • ; • (buono)

scheda I.F.F.6 225 ; 210 • ; • (buono)

par il Melacce, con una temperatura dell’acqua di 8 °C e una quota altimetrica in km di 0,08, un valore di concentrazione alla saturazione di Cs = 11,73 mg/l di O2. Quindi la % di saturazione si ottiene facendo una semplice proporzione:

%Sat = [O misurato/O sat ] * 100 = 72,46

Ripetendo i due calcoli per il torrente Trasubbie, con una temperatura dell’acqua di 8°C ed essendo collocato il punto di monitoraggio a 0,17 km sul livello del mare, si ottiene:

CS = 11,2 (mg/l di O2)

E quindi una %Sat = 84,6

Si nota come in entrambe i torrenti la %Sat sia elevata, cioè sono acque dalla buona ossigenazione, questo è dovuto anche alla buona movimentazione che presentano entrambi i corsi d’acqua, sono infatti molto spesso presenti gradini e massi che facilitano l’ossigenazione. In base alla %Sat dell’ossigeno esiste una classificazione delle acque (vedere appendice 1), dati quindi i valori sopra calcolati, sia nel caso del torrente Melacce che per il Trasubbie, i campioni sono classificabili al livello di “soddisfacente”, classe 2. Questo significa che le tracce di anaerobiosi trovate nel punto 2 sono casi puntuali, e non importanti, di mancanza do ossigeno. Le misurazioni svolte mostrano un’alcalinità diversa tra i due torrenti, osservazione che trova conferma anche sulla base dei dati relativi al monitoraggio svolto sui due corsi d’acqua negli anni dal 2001 al 2005 (vedere appendice 4 e 5). Le condizioni meteo dopo l’ultimo campionamento, non sono migliorate, ma si sono susseguite altre ondate di piena causate delle eccezionali piogge; questo ha impedito lo svolgimento del mappaggio biologico attraverso il metodo I.B.E. in quanto la comunità dei macroinvertebrati è stata dilavata ad ogni ondata di piena ed il tempo tra un’ondata di piena e la successiva è stato troppo breve per consentire il ripopolamento del corso d’acqua e, di conseguenza, è stato impossibile applicare la procedura di calcolo dell’I.B.E.. L’impossibilità dell’applicazione del metodo nei periodi di piena (in particolare durante, tra e dopo le ondate di piena) è una forte limitazione dell’I.B.E., che viene quindi a mancare anche per intere stagioni, come è accaduto durante questo studio; di fondamentale importanza è il fatto che questa mancanza non è limitata al periodo di durata della piena ma si estende a molto tempo dopo, periodo necessario alla comunità per riprende a colonizzare il substrato, il metodo quantifica questo intervallo temporale di ricolonizzazione in circa 30 giorni. Risultati (tabella 5.1.5) delle analisi chimiche sui campioni di acqua svolte in laboratorio:

SO4-- (mg/l) Cl- (mg/l) CO3--(mg/l) Punto 1 181 52 342 Punto 2 180 52 312 Punto 3 183 52 285 Ca2+ (mg/l) Na+(mg/l) K+ (mg/l) Mg2+ (mg/l) Punto 1 132 56 1,7 33 Punto 2 132 56 1,6 33 Punto 3 132 55 1,6 33 NH3 (mg/l N) NO3- (mg/l N) N TOT (mg/l N) P TOT (mg/l P) Punto 1 0,003 2,2 2,3 0,012

Punto 2 0,003 2,2 2,3 0,012

Punto 3 0,003 2,3 2,5 0,012

Dal risultato delle analisi chimiche si può osservare che si tratta di un’acqua contenente quantità abbastanza elevate di solfati e carbonati, l’altra osservazione da fare è che questi dati sono coerenti con quelli ottenuti dai controlli effettuati in passato; nel complesso, quindi, non si osservano particolari anomalie. La foto 5.1.6 seguente testimonia la presenza sulla superficie dei ciottoli, prelevati dal letto del torrente, di un materiale dal solido che li unisce, tra loro ed al substrato, materiale la cui presenza è stata verificata nel punto 2 e 3, non nel punto più a monte, 1.

Il campione solido è stato sottoposto ad analisi chimiche semiquantitative, i cui risultati, espressi in percentuale, sono stati:

carbonato 95% solfato 4,80% altro 0,2%

Il precipitato che cementifica i ciottoli tra loro e con il letto del torrente è costituito essenzialmente da carbonati, in ogni caso costituisce un fattore inquinante, per l’ambiente fluviale considerato, in quanto la sua presenza modifica il micro-habitat, favorendone la semplificazione. Il solido non è stato analizzato nelle successive fasi di studio in quanto si presuppone che nel tempo le sue caratteristiche rimangano immutate, causa la mancanza di cambiamenti nell’ambiente fluviale considerato. I campioni di acqua, prelevati nei tre punti, sono stati oggetto anche della valutazione tossicologica tramite il saggio di tossicità acuta sulla Daphnia Magna; il saggio è stato svolto direttamente sui campioni di acqua senza l’uso delle diluizioni in quanto mai è stata osservata tossicità nei campioni, tal quali, testati durante i monitoraggi dell’A.R.P.A.T. dal 2001 al 2005. Approfondimenti sul test di tossicità acuta sulla Daphnia Magna sono nell’appendice 6. La tabella 5.1.7 seguente mostra i risultati del test di tossicità e dell’analisi microbiologica basata sul conteggio degli Escherichia coli:

I risultati del test di tossicità acuta sono concordi con quelli ottenuti in passato, ovvero l’acqua campionata lungo il torrente Melacce non mostra tossicità nei confronti della Daphnia Magna, ed anche l’analisi microbiologica non evidenzia inquinamento dato che il risultato ottenuto è inferiore

%Immobilità E. coli (U.F.C/100ml) Punto 1 0 35±12 Punto 2 0 36±12 Punto 3 0 36±12

al limite di legge. Importante è sottolineare che lungo il torrente è evidente la mancanza di strutture di ritenzione della materia organica, l’assenza, quindi, di materia organica di grandi dimensioni, ma anche fine, e la mancanza di vegetazione acquatica. Questo è concorde con la precedente osservazione fatta sulla base dei risultati dell’I.B.E. secondo la quale il torrente Melacce ha un ambiente molto semplificato, sintomo questo di un’alterazione della sua qualità ambientale.

5.2 Seconda fase di campionamento

E’ stato svolto alla fine del mese di gennaio, ed è stato la ripetizione di quello autunnale, infatti i campioni, ovviamente, sono stati prelevati nelle stesse tre stazioni del campionamento precedente, l’unica differenza sta nella mancanza del calcolo dell’I.F.F. Questo perché è molto complicato applicare il metodo nel periodo invernale a causa dell’assenza di foglie su alberi ed arbusti che impedisce la valutazione sulla copertura vegetale, inoltre la scelta è stata motivata dal fatto che durante il periodo dello studio lungo il torrente non sono state effettuate modifiche di nessun genere, quindi risultava perfettamente inutile ripetere l’I.F.F. sprecando inutili energie. Il campionamento, come quello precedente, si è basato sul prelievo di campioni di acqua che sono stati poi analizzati in laboratorio, sulle misurazioni delle temperature, ph, alcalinità ed ossigeno sul posto, inoltre è stato ripetuto il mappaggio biologico, attraverso il metodo I.B.E., esattamente nei tre punti di riferimento.

I dati raccolti al momento del campionamento, ed il metodo I.B.E., hanno dato i seguenti risultati (tabella 5.2.1): T (°C) aria T (°C) acqua Ph (unità di ph) Alcalinità (mg/l CaCO3) O2 disciolto (mg/l O2) I.B.E. Punto 1 11,4 10,7 8 330 10 8(•) Punto 2 10,4 10,7 7,98 297 9,8 8(•) Punto 3 10,7 10,6 8,04 312 12,9 8-9 (•)

Dai dati raccolti in campagna si non si osservano significative differenze con quelli del campionamento precedente, confermando la coerenza nelle condizioni ambientali del torrente. La seconda classe raggiunta dal torrente nel punto tre è dovuta alla presenza di più plecotteri, ma si tratta comunque di una comunità molto scarsa, semplificata, in quanto mancano del tutto gli efemerotteri di qualità; anche negli altri due punti la classe raggiunta è la seconda ma la comunità risulta comunque molto semplificata. Nel Capitolo 6 è descritta nel dettaglio la composizione delle comunità campionate. Anche in questo caso, come nella fase precedente dello studio, è stato misurato sul posto, attraverso l’apposito kit, l’ossigeno disciolto dal quale poi è stata stimata la % di saturazione:

-punto 1:

O2 disciolto = 10 mg/l T acqua = 10,7 °C Quota = 0,08 km

Applicando questi dati alla formula di Mortimer, che definisce empiricamente la concentrazione alla saturazione di ossigeno nell’acqua, si può risalire alla %Sat:

Cs = 11,02 mg/l %Sat = 90,74 -punto 2:

O2 disciolto = 9,8 mg/l T acqua = 10,7 °C Quota = 0,066 km

Con questi dati la concentrazione alla saturazione e poi la %di saturazione di ossigeno sono: Cs = 11,02 mg/l %Sat = 88,93

-punto 3:

O2 disciolto = 12,9 mg/l T acqua =10,7 °C Quota = 0,045 km Da cui si ottengono:

Cs = 11,04 mg/l %Sat = 91,85

Dai valori delle % di saturazioni si verifica che le acque raccolte nelle tre stazioni di campionamento hanno una “soddisfacente” ossigenazione, come osservato nella fase precedente dello studio. I risultati delle analisi chimiche svolte in laboratorio sull’acqua campionata nelle tre stazioni sono i seguenti (tabella 5.2.2):

SO4-- (mg/l) Cl- (mg/l) CO3--(mg/l) Punto 1 172 58 333 Punto 2 173 58 318 Punto 3 171 58 291 Ca2+ (mg/l) Na+(mg/l) K+ (mg/l) Mg2+ (mg/l) B.O.D.5 (mg/l O2) Punto 1 87 58 1,4 34 1,6 Punto 2 90 58 1,4 34 0,9 Punto 3 80 58 1,4 34 1,6 NH3 (mg/l N) NO3- (mg/l N) N TOT (mg/l N) P TOT (mg/l P) Punto 1 0,004 2 2,5 0,015 Punto 2 0,004 2,1 2,4 0,014 Punto 3 0,018 2,1 2,4 0,014

Dal risultato delle analisi chimiche svolte sui tre campioni di acqua si osserva, come nel caso delle precedenti analisi, quantità di solfati e carbonati piuttosto elevati se confronti con lo stesso parametro misurato su corsi d’acqua simili al Melacce, come il Trasubbie. Il test di tossicità acuta sulla Daphnia Magna, anche in questo caso svolto sul tal quale anziché sulle diluizioni, il test i microtox sul Vibrio Fischeri, e l’analisi microbiologica hanno dato i seguenti risultati (tabella 5.2.3): %Immobilità E. coli (U.F.C/100ml) H30 medio% Punto 1 0 35±12 -15 Punto 2 0 30±11 -10,8 Punto 3 0 25±10 -10

Anche in questo caso l’acqua non ha dimostrato avere capacità tossiche sia nei confronti del crostaceo sia nei confronti dei batteri bioluminescenti, e non mostra anomalie per quanto riguarda l’aspetto microbiologico. Nell’appendice 6 sono contenuti degli approfondimenti sul test di tossicità, con l’elaborazione dei dati, ottenuti proprio dalle prove sull’acqua campionata per questa fase dello studio. Anche per questa fase dello studio vale l’osservazione fatta in precedenza in riferimento alla mancanza di materia organica, delle strutture di ritenzione e all’assenza di vegetazione acquatica, caratteristiche che evidenziano la selettività dell’ambiente.

5.3 Terza fase di monitoraggio

Come negli altri casi sono state mantenute le tre stazioni di monitoraggio dove sono stati prelevati i campioni di acqua, solido, dove è stato svolto l’I.B.E., e dove sono state registrate la misurazioni

“in situ” come ph, alcalinità, temperature, ossigeno disciolto ed inoltre è stato applicato il metodo I.F.F. lungo il torrente come è stato fatto per il campionamento autunnale. Infatti è proprio in primavera che il metodo trova la sua migliore applicazione grazie allo sviluppo delle vegetazione che, così, permette valutazioni migliori sullo stato dell’intero ambiente fluviale. Le misurazioni fatte al momento del campionamento hanno dato i seguenti risultati (tabella 5.3.1):

T (°C) aria T (°C) acqua

Ph (unità di ph)

Alcalinità (mg/l

CaCO3) O2 disciolto (mg/l O2) I.B.E.

Punto 1 13 11 7,96 333 9,5 8(•)

Punto 2 16 12 7,94 318 10,3 7(•)

Punto 3 18 12 7,92 291 11

7/8 (•- •) Da questi primi dati raccolti si osserva che l’alcalinità è dello stesso ordine di grandezza delle