Fitodepurazione 1 Premessa

La fi todepurazione è una tecnica naturale che sfrutta l’interazione suolo/pianta/co-munità batteriche per ridurre i carichi inquinanti in ingresso. L’azoto, in particolare, subisce vari processi di trasformazione che vanno dall’assorbimento diretto della ve-getazione all’accumulo nel suolo come sostanza organica alla trasformazione in azoto gassoso (denitrifi cazione). Tra le varie forme di fi todepurazione le zone umide a fl usso superfi ciale sono le più indicate per ridurre il carico di azoto proveniente dai terreni coltivati. Si tratta di bacini isolati, vegetati con piante idonee, nei quali l’acqua viene fatta scorrere superfi cialmente e fl uisce lentamente da un ingresso verso un’uscita.

Nell’ambito del presente progetto si è voluto quindi studiare l’effi cienza di una zona umida a fl usso superfi ciale nell’abbattere i carichi azotati provenienti dai circostanti terreni coltivati.

2.2 La prova

La zona umida, vegetata con Phragmites australis (Cav.) Trin., è inserita a valle del di-spositivo sperimentale di drenaggio controllato da cui riceve le acque, prima della consegna al recettore fi nale. L’area è divisa in due bacini, separati da un argine. Il ba-cino ovest è predisposto a zona umida, quello est, a risaia fi no al 1998, è utilizzato ora come cassa di espansione per eventuali tracimazioni. La zona umida investe un’area di circa 3.200 m², è situata 0,4 m sotto il piano di campagna ed è circondata da un argine di 0,3 m sopra il piano di campagna.

L’area è stata isolata per ridurre gli scambi laterali d’acqua con un fi lm plastico in PVC profondo 2 m e con uno spessore di 0,08 mm. Il suolo alla base è stato compattato per diminuire la permeabilità e limitare così le lisciviazioni. Sull’angolo sud-ovest della zona umida è posizionata una pompa di 3 kW di potenza che immette l’acqua preleva-ta, attraverso tubi collettori sotterranei, dalla prova di drenaggio controllato (Fig. 5).

I volumi d’acqua immessi nella zona umida sono conteggiati attraverso il tempo di fun-zionamento e la portata della pompa stessa. Al centro del bacino è stato posizionato un freatimetro profondo 3 m per la misura della profondità di falda e il prelevamento di campioni di acqua. Un pozzetto situato nell’angolo nord-ovest consente di rego-lare la fuoriuscita dell’acqua in eccesso dalla zona umida tramite gli aggiustamenti dell’altezza di uno sfi oratore, che permette anche di controllare il livello di sommer-sione e i tempi di permanenza dell’acqua. Il volume di defl usso è misurato grazie a un’apposita valvola contalitri.

Un campione viene prelevato ogni volta che l’acqua entra ed esce dal bacino e al-meno una volta al mese dalla falda e analizzato per azoto nitrico e totale. Un cam-pionamento di suolo e di vegetazione (parte ipogea ed epigea), secondo una griglia regolare di 11 punti, viene eff ettuato ogni anno a inizio della stagione vegetativa per poter calcolare il bilancio dell’azoto.

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59 Fig. 5 – Schema della wetland: P = pompa d’ingresso che immette l’acqua dal pozzetto (B) di rac-colta acque scolo parcella drenaggio controllatto S-DC1. U = uscita dell’acqua nel fosso aziendale recettore fi nale, a = arginelli, fr = freatimetro. Con linea tratteggiata il percorso dell’acqua.

2.3 Risultati

Considerando il bilancio idrico nell’intero periodo (Fig. 6) sono entrati nel bacino circa 14.000 mm di acqua (pari a più di 6 volte il volume delle precipitazioni dello stesso periodo) di cui 11.800 mm provenienti dalla prova del drenaggio controllato e 2.200 dalle piogge. Il bacino ha scaricato poco più di 1.600 mm evidenziando una forte ridu-zione del volume d’acqua in ingresso dovuta per lo più all’evapotraspiraridu-zione.

Le concentrazioni di azoto nitrico (Fig. 7) rilevate nei campioni in ingresso, uscita e nella falda hanno evidenziato mediane inferiori a 5 ppm. Passando attraverso la zona umi-da i valori vengono tendenzialmente ridotti. La mediana dell’acqua di falumi-da è inferiore a quella dell’acqua superfi ciale, suggerendo che le perdite di azoto nitrico per perco-lazione siano trascurabili.

Per l’azoto totale le tendenze sono simili anche se sono state rilevate concentrazioni maggiori. La mediana delle concentrazioni rimane tendenzialmente invariata passando attraverso il bacino e le concentrazioni in falda sono minori di quelle dell’acqua superfi -ciale confermando anche in questo caso che non ci sono perdite per percolazione.

In Figura 8 sono presentati i bilanci di massa di azoto nitrico e totale. Nel periodo con-siderato entrano nel bacino poco più di 420 kg/ha di azoto nitrico e circa 820 kg/ha di azoto totale. Ne vengono scaricati 42 kg/ha di nitrico e 80 kg/ha di azoto totale, evidenziando un abbattimento intorno al 90% per entrambe le forme azotate. L’azoto entra nel bacino in modo discontinuo con picchi spesso corrispondenti alle fertilizza-zioni delle colture, rappresentati nel grafi co con dei pallini, e alle piogge.

55 m

Zona umida ovest Zona umida est

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Fig. 6 – Bilancio idrico cumulato.

Fig. 7 – Box and whiskers delle concentrazioni (mg/L) in ingresso, uscita e nella falda, di azoto nitrico (a destra) e totale (a sinistra) nell’intero periodo considerato.

-4000

01/08/2006 01/10/2006 01/12/2006 01/02/2007 01/04/2007 01/06/2007 01/08/2007 01/10/2007 01/12/2007 01/02/2008 01/04/2008 01/06/2008 01/08/2008 01/10/2008 01/12/2008 01/02/2009 01/04/2009

drenaggio pioggia

tot in out

Volumi cumulati nel bacino (mm)

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61 Fig. 8 – Bilancio di massa cumulato dell’azoto nell’acqua.

I campionamenti eff ettuati sulla vegetazione a inizio e fi ne prova hanno dato i risultati riassunti in Tabella 3. La quantità di azoto totale stoccata nella vegetazione rimane praticamente costante nel periodo considerato con un aumento dell’azoto contenuto nell’apparato ipogeo soprattutto dello strato 0-20 cm e una diminuzione di quello epigeo. Tale fenomeno è probabilmente collegato con il fatto che la parte aerea della vegetazione è stata tagliata completamente per la prima volta a inizio del 2007.

Tab. 3 – Azoto accumulato nella vegetazione all’inizio e alla fi ne del periodo considerato.

kg/ha

parte ipogea (20-50 cm) parte ipogea (0-20 cm) parte aerea strame totale

2006 19 172 154 100 445

2009 34 273 52 65 424

I risultati riguardanti l’azoto immagazzinato nel suolo a inizio e fi ne prova sono rias-sunti in Tabella 4. Da notare come ci sia un accumulo di azoto a carico dello strato superfi ciale (0-20 cm) e un decremento a carico dello strato più profondo (20-50 cm).

Nel triennio si verifi ca un accumulo di azoto nel suolo di circa 560 kg/ha.

Il comparto suolo vegetazione nel suo insieme accumula 540 kg/ha di azoto fra inizio e fi ne del periodo di monitoraggio.

0 100 200 300 400 500 600 700 800

01/08/06 01/10/06 01/12/06 01/02/07 01/04/07 01/06/07 01/08/07 01/10/07 01/12/07 01/02/08 01/04/08 01/06/08 01/08/08 01/10/08 01/12/08 01/02/09 01/04/09

kg/ha in NO3-N

out NO3-N in TOT N out TOT N

soia mais barbabietola frumento

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Tab. 4 – Azoto accumulato nel suolo all’inizio e alla fi ne del periodo considerato.

kg/ha

strato 0-20 cm strato 20-50 cm totale

2006 2531 2568 5099

2009 3318 2342 5660

Il bilancio dell’azoto è calcolato secondo questa equazione:

N in = N out + N suolo/vegetazione + N taglio 2007 + N gassoso

L’azoto (kg/ha) perso in forma gassosa viene ricavato risolvendo l’equazione poiché tutti gli altri termini sono stati misurati (kg/ha):

820 = 80 + 540 + 154 + N gassoso N gassoso = 46 kg/ha

La maggior parte dell’azoto in entrata risulta immagazzinata nel comparto suolo/ ve-getazione. Solo il 10% viene scaricato con le acque in uscita e la denitrifi cazione sti-mata è pari al 6% dell’azoto immesso (Fig. 9). L’azoto asportabile con il taglio e l’allon-tanamento della parte aerea risulta pari al 19% suggerendo l’importanza delle scelte gestionali in tali bacini.

Fig. 9 – Ripartizione percentuale dell’azoto in ingresso nella zona umida nel periodo considerato.

10%

65%

19%

6%

output

accumulo suolo/vegetazione taglio 2007

azoto gassoso

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63 2.4 Conclusioni

La zona umida abbatte effi cacemente sia l’azoto nitrico che totale raggiungendo rimo-zioni di circa il 90% per entrambe le forme azotate. La maggior parte dell’azoto risulta accumulata nel comparto suolo vegetazione e la denitrifi cazione stimata è del 6%.

Il 19% dell’azoto immesso è stato asportato con il taglio del 2007 suggerendo l’utilità di questa pratica nella gestione di questo tipo di bacini.

I risultati ottenuti sono incoraggianti nell’applicazione di tali tecniche naturali di de-purazione delle acque di origine agricola, soprattutto considerando la semplicità di costruzione e gestione.

Altro aspetto positivo da non sottovalutare è la ridotta estensione che il bacino oc-cupa: circa il 5% del territorio servito, una frazione che potrebbe essere diminuita aumentando la profondità del bacino e mantenendone la capacità di invaso in pro-porzione.

Zona umida sommersa con Phragmites.

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Particolare dello scarico delle acque di drenaggio dalle parcelle del drenaggio controllato alla wetland.

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