Valutazione della pericolosità da nitrati di origine agricola: il modello IPNOA

Il metodo IPNOA (indice di pericolosità da nitrati di origine agricola) messo a punto da Trevisan et al. [2002] ricalca l’approccio di quello relativo agli IPA (indice di pericolosità agricola) sviluppato dagli stessi autori [Trevisan et al. 2000]. La fondamentale differenza tra questi metodi sta nella scelta delle unità di uso suolo a cui associare le fonti di inquinamento che, nel caso dell’IPNOA, sono ricondu- cibili esclusivamente alle superfici coltivate, mentre nell’applicazione degli IPA, fanno riferimento anche a territori modellati artificialmente e/o boscati, ambienti naturali ecc. Un’ulteriore differenza deriva dal fatto che nel metodo IPA si considerano gli apporti azotati, fosfatici e l’applicazione di prodotti fitosani- tari. Il metodo IPNOA non tiene conto del contributo derivante da fertilizzanti a base di fosforo e di quel- lo, considerato irrilevante, dei prodotti fitosanitari.

Il metodo IPNOA è stato applicato in diversi contesti territoriali del nord e centro Italia [Aquanet 2004; Addeo G. et al. 2005], sia a scala regionale che provinciale. Poiché il metodo in esame non tiene conto delle caratteristiche del suolo, delle strutture idrogeologiche e non fornisce quindi elementi sul rischio reale, la rappresentazione cartografica degli IPNOA di una data area, può essere convenientemen- te sovrapposta a una mappa di vulnerabilità intrinseca degli acquiferi, elaborata tramite SINTACS, al fine di valutare il rischio potenziale di inquinamento.

numero di input limitato e facilmente reperibili, consente di ottenere una zonizzazione del territorio in classi di pericolosità crescente.

Il vantaggio di questo sistema parametrico a punteggi e pesi risiede nella semplicità con cui si analizzano gli effetti sinergici dei parametri considerati, anche se non fornisce previsioni quantitative sulle concentrazioni del potenziale contaminante nei vari comparti ambientali.

L’applicazione metodologica, sia nelle attività di gestione e di analisi dei dati, sia nella creazione dei prodotti cartografici, si avvale dei sistemi informativi geografici (GIS).

L’approccio che caratterizza questo metodo consiste principalmente di due fasi:

1. individuazione delle categorie di fattori che concorrono alla creazione del pericolo potenziale di con- taminazione delle acque sotterranee;

2. attribuzione a ciascun fattore di un punteggio in funzione dell’importanza che esso assume nella valu- tazione complessiva finale.

Le categorie di fattori che caratterizzano la valutazione dell’IPNOA sono riconducibili ai fattori di pericolo (FP) ed ai fattori di controllo (FC). Attraverso i primi si vanno a definire tutte le attività agrico- le che, apportando azoto sulla superficie agraria, generano o possono generare un impatto sulle acque sotterranee; con i fattori di controllo, invece, si valuta la capacità di condizionare la reattività e la mobi- lità dei nitrati in funzione delle condizioni specifiche del sito e delle pratiche agricole adottate.

3.6.3.1 Fattori di pericolo

I fattori di pericolo includono i fertilizzanti organici e non organici ed i fanghi di depurazione. La metodologia si basa sull’assunto che gli apporti al suolo di tali composti non superino la capacità di metabolizzazione da parte della vegetazione e della microflora del terreno.

Fertilizzanti minerali (FPfm)

L’azoto è presente nel terreno sotto forma organica, ammoniacale e nitrica; questi composti hanno un comportamento ed un valore nutritivo diverso. I concimi azotati minerali, in particolare, si classifica- no a seconda del tipo e della combinazione dell’azoto in essi presente e quindi del loro comportamento verso il terreno e le piante. Questi tipi di concime possono essere distinti secondo la forma ammoniacale o nitrica. L’azoto ammoniacale è solubile in acqua, ma è ben trattenuto dal potere assorbente del terreno, che lo preserva dalla lisciviazione. Esso è però una forma transitoria, in quanto destinato a essere ossida- to ad azoto nitrico. L’azoto nitrico è solubilissimo in acqua e non è trattenuto dal potere assorbente del terreno, perciò può infiltrarsi in profondità trascinato dalle acque percolanti, rappresentando la forma che può provocare inquinamento delle acque di falda.

Normalmente è assai difficile reperire i dati sulle quantità di fertilizzanti impiegati in agricoltura (sia a livello provinciale che comunale). Dunque, nella metodologia IPNOA, il carico di nitrati apportato dai fertilizzanti minerali è stimato tenendo conto delle asportazioni medie di azoto per ciascuna coltura, secondo quanto indicato in letteratura. Quindi si assume che le concimazioni azotate non superino il fab- bisogno delle piante.

Fertilizzanti organici (FPfo)

I fertilizzanti organici sono utilizzati per migliorare le caratteristiche fisico-chimiche del terreno; possono essere di origine vegetale (residui colturali e sottoprodotti delle industrie alimentari ecc.), di ori- gine animale (reflui zootecnici, sottoprodotti della lavorazione delle carni e della pelle etc.) e di origine mista (letame, compost ecc.).

Il letame è ottenuto dalla fermentazione delle deiezioni, prodotte dagli animali in stabulazione, mescolate con la lettiera. La composizione varia con la specie allevata, con la tecnica di allevamento e con la tecnica di produzione del letame stesso.

Il liquame è costituito dalle deiezioni degli animali e spesso anche dalle acque di lavaggio, utiliz- zate per la pulizia degli ambienti zootecnici. Anche i liquami presentano un’estrema variabilità in termini di composizione.

Nel metodo IPNOA, la valutazione della quantità di azoto apportata dalle deiezioni animali è otte- nuta con le seguenti fasi (figura 3.2):

1. determinazione del carico zootecnico;

2. determinazione della superficie agricola utilizzabile (SAU); 3. determinazione del contenuto di azoto per tipo di refluo; 4. calcolo del carico di azoto per ettaro di SAU.

Fanghi di depurazione (FPfd)

I fanghi di depurazione derivano dai processi di trattamento delle acque reflue civili e industriali, cedono al terreno elevate quantità di azoto, paragonabili a quelle apportate dai fertilizzanti chimici.

I fanghi che possono essere utilizzati in agricoltura derivano da: 1. impianti di depurazione civili;

2. cicli di lavorazione e reflui degli impianti di depurazione delle industrie agroalimentari; 3. impianti di potabilizzazione.

Generalmente, per ridurre gli impatti, la quantità di fanghi utilizzata dovrebbe essere inferiore a 20 t/ha annue.

Figura 3.1 - Schema procedurale di calcolo del carico di azoto da fertilizzazione organica (Aquanet 2004: modificato)

In Italia, l’articolo 3 del D.Lgs. 99/92 disciplina l’utilizzo dei fanghi di depurazione in agricoltura, ponendo le seguenti condizioni:

1. devono essere sottoposti a trattamento;

2. devono essere idonei a produrre un effetto concimante e/o ammendante e correttivo del terreno; 3. non devono contenere sostanze tossiche e nocive e/o persistenti, e/o bio-accumulabili in concentrazio-

ni dannose per il terreno, per le colture, per gli animali, per l’uomo e per l’ambiente in generale. Il calcolo del carico di azoto dei fanghi di depurazione considera:

1. la composizione e le caratteristiche dei fanghi;

2. i luoghi di utilizzazione dei fanghi (localizzazione e superficie), colture in atto e quelle previste; 3. caratteristiche chimico-fisiche dei suoli;

4. l’uso del suolo.

Nella tabella 3.10 sono riportati i pesi da attribuire a ciascun livello dei fattori di pericolo. Tabella 3.10 - Classificazione dei fattori di pericolo

Apporto di N da fertilizzanti

Minerali (kg/ha) Classe di pericolo

FPfm 0 1 1 – 25 2 26 – 100 3 100 – 180 4 > 180 5

Apporto di N da fertilizzanti organici e

reflui zootecnici (kg/ha) Classe di pericolo FPfo

0 1 1 – 150 2 151 – 300 3 300 – 500 4 > 500 5 Apporto di N da fanghi

di depurazione (kg/ha) Classe di pericolo FPfd

0 1 1 – 150 2 151 – 500 3 500 – 1500 4 > 1500 5 3.6.3.2 Fattori di controllo

Nel metodo IPNOA sono considerati fattori di controllo (FC) gli elementi che regolano il pericolo di perdite di nitrati dai suoli.

La lisciviazione degli elementi fertilizzanti dipende da fattori pedologici (FCa), climatici (FCc), agronomici (FCpa) e dalla tecnica di irrigazione (FCi).

Contenuto di azoto nel suolo (FCa)

Nel calcolo della concimazione azotata è importante considerare il contenuto di azoto totale di un terreno e la quota parte di questo elemento che può essere resa in forma prontamente disponibile per le piante; questa quantità è variabile e dipende dalle condizioni climatiche e pedologiche.

Il metodo IPNOA classifica i suoli sulla base del reale contenuto di azoto [Giardini 1992], asse- gnando a ciascuna tipologia di terreno un punteggio, calcolato considerando che il pericolo di perdite azotate per lisciviazione è maggiore nei suoli eccessivamente dotati di questo elemento.

Clima (FCc)

Tra i parametri climatici che possono influenzare il processo di lisciviazione dell’azoto dal suolo, i più importanti sono la temperatura, la quantità e la distribuzione delle piogge, che regolano il processo di infiltrazione dell’acqua nel suolo.

La metodologia stabilisce una classificazione delle precipitazioni e delle temperature, rapportate ad una classe di riferimento cui viene attribuito il valore unitario.

Il rischio di inquinamento delle falde, causato dalle attività agricole, sarà più elevato in quelle aree caratterizzate da maggiore piovosità e da temperatura più basse rispetto a quelle di riferimento.

Pratiche agricole (FCpa)

(tipo, dose, periodo e modalità di distribuzione) e dalle altre pratiche colturali (lavorazioni, inerbimento ecc.). Le lavorazioni del terreno comprendono le varie manipolazioni meccaniche eseguite per miglio- rarne la fertilità e creare le condizioni favorevoli per accogliere le colture [Bonciarelli F., 1998]. Esse contribuiscono a modificare le proprietà dei suoli, migliorarne la porosità, incrementare l’infiltrazione dell’acqua e ridurre le perdite per evaporazione.

Questo fattore di controllo considera il tipo di lavorazione e la modalità di distribuzione del conci- me, ponendo come situazione di riferimento (FC_PA=1) la lavorazione tradizionale associata alla distribu- zione uniforme del concime su tutta la superficie. La localizzazione del concime in prossimità della pian- ta e la concimazione fogliare sono delle tecniche a basso impatto che riducono il pericolo di contamina- zione da nitrati degli acquiferi e avranno quindi un punteggio inferiore all’unità. Alla fertirrigazione è attribuito invece un impatto negativo e di conseguenza il valore del fattore risulta maggiore di uno.

Per quanto riguarda le lavorazioni, il punteggio massimo è attribuito a quelle tradizionali, che rap- presentano la condizione di riferimento, alla quale sono rapportate le altre tecniche; queste ultime sono responsabili di un impatto minore e hanno, di conseguenza, un punteggio più basso.

Irrigazione (FCi)

L’irrigazione è una pratica agricola che consiste nell’apportare acqua al terreno nei periodi in cui si verifica un deficit idrico, quando le perdite per evapotraspirazione sono maggiori della riserva idrica del terreno. L’irrigazione può favorire il trasporto delle sostanze inquinanti verso l’acquifero. I fattori che condizionano questo processo sono il volume irriguo, la durata d’adacquamento e l’efficienza di irriga- zione caratteristica del sistema di distribuzione.

Nella tabella 3.11, sono rappresentati i fattori di controllo, secondo quanto riportato dalla metodo- logia, con le classi ed i punteggi relativi.

Tabella 3.11 - Classificazione dei fattori di controllo

Contenuto di azoto nel suolo (%) Punteggio IPNOA FCa

>0,5 1,04

0,22 – 0,5 1,02

0,15 – 0,22 1,00

0,1 – 0,15 0,98

<0,1 0,96

Precipitazioni (mm/anno); T(°C) Punteggio IPNOA FCc

>1200; 6 – 15 1,10 1050 – 1150; 13 1,08 950 – 1100; 14 – 16 1,06 800 – 1000; 12 1,04 600 – 1000; 15 – 16 1,02 600 – 800; 12 – 13 1,00 500 – 900; <16 0,98 600 – 700; 13 – 14 0,96 < 600; 15 – 17 0,94

Pratiche agronomiche Punteggio IPNOA FCpa

Fertirrigazione 1,04

Distribuzione concimazione Lavorazione tradizionale 1,00

su tutta la superficie Distribuzione concimazione

via fogliare 0,98

Distribuzione concimazione Lavorazione minima 0,96

localizzata

Non lavorazione 0,94

Irrigazione Punteggio IPNOA FCi

Sommersione 1,06

Scorrimento 1,04

Aspersione 1,02

Le variabili considerate sono classificate, come previsto dai metodi parametrici, secondo un peso che caratterizza l’incidenza (positiva, negativa o neutra) dei fattori coinvolti nel fenomeno. Tale elabora- zione, oltre ad attenuare gli eventuali errori di stima e la soggettività delle misure, consente anche di rap- presentare graficamente i risultati ottenuti. Dalla combinazione dei pesi attribuiti si ricava inizialmente il valore dell’indice IPNOA non normalizzato (grezzo).

La stima del pericolo di inquinamento da nitrati di origine agricola è determinata dal prodotto della somma dei pesi dei fattori di pericolo per il prodotto dei pesi dei fattori di controllo, secondo la seguente equazione:

dove:

FP_fm= fattore di pericolo determinato dai fertilizzanti minerali; FP_fo = fattore di pericolo determinato dai fertilizzanti organici; FP_fd = fattore di pericolo determinato dai fanghi di depurazione;

FC_a = fattore di controllo rappresentato dal contenuto di azoto nel suolo; FC_c = fattore di controllo rappresentato dal clima;

FC_pa= fattore di controllo rappresentato dalle pratiche agronomiche; FC_i = fattore di controllo rappresentato dall’irrigazione.

Nella formula, dal punto di vista teorico matematico, i fattori di pericolo sono quelli che contribui- scono in maggior misura al valore dell’IPNOA grezzo. I valori dell’indice IPNOA_gsono suddivisi, sulla base dei percentili delle 135125 possibili combinazioni, in 6 classi [Padovani e Trevisan 2002]. Ad ogni classe è assegnato un giudizio del grado di pericolo, come riportato nella tabella 3.12.

Tabella 3.12 - Classi e giudizi di pericolo IPNOA

Valore IPNOAg Classe Pericolo Potenziale

2,54 – 3,18 1 Improbabile 3,19 – 5,88 2 Molto basso 5,89 – 7,42 3 Basso 7,43 – 9,31 4 Moderato 9,32 – 11,10 5 Alto 11,11 – 17,66 6 Elevato

L’applicazione dell’indice IPNOA non è finalizzata ad una stima quantitativa dei nitrati presenti in falda, ma a fornire una graduatoria delle porzioni di territorio caratterizzate da un differente pericolo di contaminazione. Generalmente, al fine di validare il modello proposto, si procede al confronto con i dati analitici, se disponibili, dei valori di nitrati misurati nelle acque sotterranee secondo quanto riportato nella seguente tabella 3.13 [Addeo et al. 2005].

Tabella 3.13 - Classi di rischio IPNOA

Concentrazione dei nitrati (mg/l) Classe di rischio prevista

0 – 5 1 – 2

5 – 25 2 – 3

25 – 50 4

>50 5

Nel concetto di rischio sono presenti diverse componenti: l’evento che può accadere, il suo conte- sto ambientale, il danno che esso può produrre e l’incertezza relativa all’evento stesso. Inoltre, il rischio esprime il valore economico della perdita di risorse naturali, di attività economiche, di infrastrutture, sino

(

fm fo fd

) (

a c pa i

)

g FP FP FP FC FC FC FC

ad arrivare alla perdita di vite umane. Può pertanto essere definita la funzione: Rischio= Pericolosità x Vulnerabilità x Valore economico

Poiché una valutazione corretta dell’aspetto economico legato alle risorse idriche risulta di diffici- le determinazione, in questo lavoro, si è considerato esclusivamente il rischio potenziale. Il rischio poten- ziale di contaminazione delle acque sotterranee si ottiene attraverso l’utilizzo congiunto dei metodi IPNOA e SINTACS. Dalla sovrapposizione dei due modelli si possono individuare le aree soggette al rischio potenziale di contaminazione da nitrati.

Dunque, il rischio potenziale è calcolato come prodotto fra le classi di pericolosità e quelle di vul- nerabilità della risorsa, secondo la seguente relazione:

dove

I_p= indice IPNOA I_v= indice SINTACS

Il risultato è sintetizzato in sei classi di rischio che sono normalizzate secondo quanto riportato nella tabella 3.14.

Tabella 3.14 - Classificazione delle classi di rischio

Classe di rischio Punteggio di rischio Grado di rischio potenziale R_{p o t}= I_px I_v 1 1-2 Molto basso 2 3-4 Basso 3 5-6 Moderato 4 7-10 Alto 5 11-18 Elevato 6 19-36 Estremamente elevato

Nel documento Uso irriguo dell'acqua e principali implicazioni di natura ambientale (pagine 116-122)