Laghi di Mantova

157

158 Fig. 87. Ordinamento ottenuto dalla PCA utilizzando le medie giornaliere.

Punti = campioni; frecce = variabili. Codici delle variabili come segue:

chlmax, chlavg, chlmin = Chl-a concentrazione massima, media e minima;

T_air = temperatura dell'aria; Wat_T = temperatura dell'acqua; SolRad = radiazione solare; Mincio = fiume Mincio portate (Bresciani et al., in

revisione MF).

A questo punto è stata fatta un’analisi delle serie temporali relative ai cicli giornalieri della clorofilla e delle variabili correlate, usando, per quanto riguarda luce, temperatura e vento, sia il dato registrato al momento della misura della clorofilla, sia i dati ottenuti a diversi intervalli di tempo prima della misura (30 min., 1 ora, 24 ore, 48 ore, a seconda dei parametri).

Il primo test è stato quello di individuare l'esistenza di cicli periodici regolari, utilizzando l'analisi spettrale. Per quanto riguarda la clorofilla, l’analisi spettrale ha evidenziato l’esistenza di 2 cicli, uno con un periodo di 24 ore, il secondo di 12 ore, risultato analogo è stato ottenuto per la temperatura dell’aria e dell’acqua. La radiazione solare presenta un ciclo principale a 12 ore, ma anche un ciclo secondario con una frequenza di circa 8 ore, mentre il vento mostra un ciclo principale con periodo di 160 ore circa

159 (una settimana), all’interno del quale è presente un ciclo più corto con periodo 30 ore circa, legato al regime delle brezze locali. L’analisi ha permesso di evidenziare come il ciclo circadiano della clorofilla sia sincronizzato con i cicli dei parametri meteorologici. Relazioni più dirette possono essere esplorate con l’analisi delle cross correlazioni. In quest’analisi, abbiamo scelto le variabili atmosferiche come variabili guida, quindi il time-lag positivo con r più elevato indica lo scarto temporale nella risposta della clorofilla. La cross correlation tra la clorofilla e la temperatura dell’aria e dell’acqua, evidenzia che, considerando i time lags di segno positivo (Fig. 88), si trovano due correlazioni significative positive: la prima con un ritardo da 0 a 2 ore, la seconda con un ritardo di circa 100 ore. La risposta conferma come a un aumento di temperatura corrisponde un aumento di clorofilla. La risposta a breve scala (1-2 ore) potrebbe essere legata alla risposta metabolica immediata, quella a scala maggiore (circa 5 giorni) può essere spiegata con l’aumento della densità delle popolazioni (i tempi di raddoppiamento sono dell’ordine 2-5 giorni).

Fig. 88. A sinistra la Cross correlazione tra Chl-a e temperatura aria, a destra tra Chl-a e temperature acqua. Le due temperature si comportano

allo stesso modo su scala giornaliera, ma una cross-correlazione T_aria/T_acqua sembrerebbe indicare un ritardo di circa 5 giorni nella

risposta della massa d’acqua al variare della temperatura atmosferica (Bresciani et al., in revisione MF).

160 Se i risultati ottenuti dall’applicazione della cross correlation tra Chl-a e temperature erano prevedibili, i risultati riguardanti la radiazione solare e al vento hanno invece fatto emergere risultati meno scontati e interessanti. Per la radiazione solare la cross correlation ha evidenziato l’aumento di clorofilla con un intervallo di tre ore rispetto all’aumento della radiazione luminosa (Fig. 89a). Subito dopo, troviamo una relazione negativa con un ritardo di 8-9 ore. Queste relazioni si possono spiegare, da un lato, con lo stimolo alla fotosintesi quando aumenta la radiazione, dall’altro con un possibile effetto di fotosaturazione o fotoinibizione dopo un’esposizione prolungata a radiazioni elevate. Per quanto riguarda il vento si è registrata una relazione di segno positivo a un intervallo di 48 ore, mentre con un ritardo di 8-9 ore abbiamo una diminuzione della clorofilla a seguito di un aumento del vento (Fig. 89b).

Fig. 89. Cross correlazione tra Chl-a e radiazione solare (a) e tra Chl-a e intensità del vento (b) (Bresciani et al., in revisione MF).

Quest’ultimo effetto spiega la relazione negativa messa in evidenza dalla PCA (Fig. 87). Il vento determina un cambiamento delle condizioni fisiche della colonna d’acqua che, a breve termine, danneggia le popolazioni algali (aumento della torbidità, trascinamento in zone troppo illuminate o poco

161 illuminate), ma che, a maggiore scala temporale, stimola la sintesi di biomassa, magari per una risospensione di nutrienti dal fondo.

L’analisi spaziale dei risultati ottenuti dalle immagini APEX del 21 settembre 2011 ha evidenziato come, sia per la concentrazione di Chl-a sia per le ficocianine, le quantità aumentino passando dal lago Superiore ai laghi di Mezzo e Inferiore (Fig. 90).

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Superiore Mezzo Inferiore

Chl-a (mg/m3)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Superiore Mezzo Inferiore

Ficocianina (RFU)

51.7 % 98.3 % 99.8 %

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Superiore Mezzo Inferiore

Chl-a (mg/m3)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Superiore Mezzo Inferiore

Ficocianina (RFU)

51.7 % 98.3 % 99.8 %

Fig. 90. Confronti tra le concentrazioni di Chl-a (sinistra) e ficocianina (destra) nei tre differenti laghi di Mantova. Nel grafico di destra viene inoltre riportata la percentuale di superficie d’acqua in cui erano presenti i

cianobatteri con ficocianina.

Confrontando le zone con minor turbolenza delle acque e quelle con elevata turbolenza, in differenti zone fluviali del Mincio e dei laghi, si è evidenziato come questo parametro condizioni fortemente le concentrazioni di Chl-a e di ficocianina e quindi la possibilità di fenomeni di bloom e di crescita dei

162 cianobatteri, infatti, i grafici di Figura 91 mostrano chiaramente le differenze nelle concentrazioni tra le zone con ridotta turbolenza e le zone con elevata turbolenza.

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00

Ridotta turbolenza

Elevata turbolenza

Ridotta turbolenza

Elevata turbolenza

Ridotta turbolenza

Elevata turbolenza Fiume Mincio Lago Superiore Lago di Mezzo Chl-a (mg/m3)

0 200 400 600 800 1000 1200

Ridotta turbolenza

Elevata turbolenza

Ridotta turbolenza

Elevata turbolenza

Upper Lake Middle Lake

Ficocianina (RFU)

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00

Ridotta turbolenza

Elevata turbolenza

Ridotta turbolenza

Elevata turbolenza

Ridotta turbolenza

Elevata turbolenza Fiume Mincio Lago Superiore Lago di Mezzo Chl-a (mg/m3)

0 200 400 600 800 1000 1200

Ridotta turbolenza

Elevata turbolenza

Ridotta turbolenza

Elevata turbolenza

Upper Lake Middle Lake

Ficocianina (RFU)

Fig. 91. Confronti tra le concentrazioni di Chl-a (sinistra) e ficocianina (destra) tra zone a ridotta turbolenza ed elevata turbolenza per differenti

regioni d’interesse del fiume Mincio e dei laghi di Mantova.

Oltre ai parametri fino ad ora considerati, anche la relazione con le macrofite è un fattore molto importante per conoscere la possibilità di coesistenza tra questi differenti gruppi (fitoplancton-macrofite) e valutare come la presenza della vegetazione acquatica, con le sue caratteristiche, può limitare i fenomeni di bloom algale e di cianobatteri. L’analisi spaziale delle immagini MIVIS del 2007 e dell’immagine APEX del 2011 ha evidenziato come nelle zone dei laghi di Mantova ci sia una coesistenza di elevate concentrazioni di Chl-a e diverse forme di macrofite (Ceratophyllum demersum, Trapa natans,

163 Vallisneria spiralis e Nelumbo nucifera) ed elofite (Phragmites australis).

D'altra parte, la presenza di ben strutturate associazioni di fanerogame (sia sommersa sia emergente), accoppiata ad acqua corrente, condiziona le concentrazioni di Chl-a e di cianobatteri che risultano, come visibile nei grafici di Figura 92, in quantità inferiori nelle zone più vicine alle macrofite rispetto a quelle più lontane (> 50 m).

0-21 21<100 distance from the macrophyte stand edge (m)

0 10 20 30 40

0 10 20 30 40

Chl-a concentrations (mg m-3 )

0 10 20 30 40

FL

SM

EM

0<7 7<14 14<21

Fig. 92. Confronti tra buffer creati a differenti distanze tra diversi gruppi strutturali di macrofite (FL=macrofite flottanti libere, SM= macrofite

sommerse, EM= macrofite emerse) (Bolpagni et al., in revisione).

Analogamente alla Laguna dei Curi e al Lago Trasimeno, carote intatte di sedimento sono state prelevate al centro dei laghi Superiore e di Mezzo con

164 frequenza mensile al fine di valutare i flussi netti di ossigeno e nutrienti. Nei grafici di Figura 93 si riportano i flussi medi misurati nel periodo estivo (giugno-settembre). I due bacini lacustri sono molto carichi di sostanza organica labile molto reattiva, sia di origine fitoplanctonica sia macrofitica. I flussi di ossigeno superano quelli del lago Trasimeno di circa il 30% e riflettono uno stato trofico di questi sistemi tendente all’ipertrofia. A conferma di queste differenze i flussi di azoto ammoniacale riflettono esattamente quanto previsto dalla stechiometria dei processi di mineralizzazione, con valori prossimi al 10% dei flussi dell’ossigeno nei due siti. Questo indica condizioni di asfissia dei sedimenti superficiali e incapacità degli stessi di trattenere o ossidare l’ammonio prodotto. Altra differenza evidente rispetto al lago Trasimeno riguarda i flussi del fosforo reattivo, diretti dal sedimento all’acqua in entrambe le stazioni. Rispetto alla stechiometria N:P media del fitoplancton (16:1), il rapporto dei nutrienti rigenerati nei due laghi di Mantova è pari a circa 50:1 ad indicare una limitazione da fosforo e condizioni medie che non favoriscono le fioriture dei cianobatteri. È anche vero che i campionamenti hanno frequenza mensile e che quindi è possibile “perdere” un evento notturno di anossia spinta con efflussi maggiori di ione orto fosfato. In definitiva, è possibile sulla base di questi risultati evidenziare uno stato di maggiore compromissione dei sedimenti dei bacini mantovani analizzati rispetto a quelli del lago Trasimeno. È ipotizzabile che si possano instaurare condizioni che favoriscono il rilascio di P (e le fioriture di cianobatteri) in coincidenza di portate minime del fiume Mincio e di stratificazione termica delle masse d’acqua. I tassi di rigenerazione del fosforo sono stati sei volte inferiori rispetto a quelli misurati nella Laguna dei Curi.

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mmol NH4+ m-2 h-1

0 100 200

300 flussi di ammonio

Superiore Mezzo

mmol PO43- m-2 h-1

0 2 4 6 8 10

flussi di fosforo

Lago Superiore e Mezzo

mmol O2m-2 h-1

-3,5 -3,0 -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0

flussi di ossigeno

Fig. 93. Flussi netti di ossigeno e nutrienti nei laghi Superiore e Mezzo (laghi di Mantova).

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