L’ACQUA

• Il ciclo dell’acqua, importanza e funzioni nella

pianta, nel terreno e nella biosfera;

• L’acqua nel terreno e sue dinamiche nel

sistema suolo-pianta-atmosfera;

• La qualità dell’acqua (direttiva nitrati).

Prof. Giancarlo Barbieri - Università di Napoli Federico II

Progetto cofinanziato dal

programma LIFE+

L’ACQUA

Il ciclo dell’acqua

Importanza e funzioni

-nella biosfera

-nella pianta

-nel terreno

L’acqua nel terreno

- dinamiche nel sistema S-P-A

La qualità dell’acqua

Inquinanti e contaminantiUn contaminante è “ogni cosa che viene aggiunta all'ambiente che

causa una deviazione dalla composizione media”

Un inquinante, per essere considerato tale, deve essere un contaminante responsabile di causare effetti nocivi all'ambiente, inteso in senso lato come unione delle parti naturale ed antropica (Williamson, 1973)

QUALITÀ DELLE ACQUE E PRODUZIONE AGRICOLA

Stato della qualità delle acque in Italia.Azoto

Zolfo e Azoto acidificante

Salinizzazione

Effetti della qualità delle acque sulla produzione agricola.Acidificazione

Salinizzazione

Effetti della produzione agricola sulla qualità delle acque.Salinizzazione

Inquinamento da nitrati

STATO DELLA QUALITÀ DELLE ACQUE IN ITALIA.Eutrofizzazione

I carichi totali di concimi azotati in Lombardia,Veneto e Friuli

Venezia Giulia sono dell'ordine di 138-326 kg ha-1 anno-1

i carichi di azoto di origine zootecnica, sono più alti per la

Lombardia (142), seguita da Veneto (87), Piemonte (69), Emilia-

Romagna (62), Lazio (47) e Campania (41).

Le eccedenze (deposizioni rispetto alle

soglie di sensibilità):

per N nutriente (eq N ha-1 anno-1), sono

preoccupanti nelle aree alpine e subalpine e

in Pianura Padana, mentre è di lieve entità

in vaste aree della penisola.

Stato della qualità delle acque in Italia.Eutrofizzazione

Acidificazione

S N solo per S

(eq H+ ha-1 anno-1),

sono preoccupanti

sulle Alpi e in

Liguria.

Salinizzazione

In Italia, si stima che problemi di salinità interessino ormai 450.000 ha

In Italia si registra la progressiva salinizzazione delle falde in Pianura

Padana, Salento, Iblei, Piana di Palermo e Puglia.

Secondo l’APAT, la situazione potrebbe essere anche peggiore perché le

acque sotterranee sono scarsamente monitorate.

Effetti della produzione agricola sulla qualità delle acque.

P.A . ⇒⇒⇒⇒ Inquinamento da nitrati

Principi guida ripresi dai CBPA si rifericono a:

- dimensionare le dosi sulle esigenze delle colture,

- frazionare il più possibile le dosi,

- evitare somministrazioni troppo anticipate,

- migliorare l'uniformità di distribuzione,

- ricorrere alla fertirrigazione dove possibile,

- fornire parte dell'N con fertilizzanti organici,

- evitare impieghi intempestivi di liquami,

- scegliere ordinamenti con maggiore copertura del suolo,

- regolare i flussi idrici,

- riutilizzare le acque di scolo,

- migliorare in generale la fertilità del terreno.

Il concetto di qualità delle acque

Ieri: definizione di limiti quantitativi o di concentrazione da

rispettare

Oggi: nozione più articolata di “corpo idrico”

insieme di ecosistemi costituiti da acqua, suolo (sedimenti) e biota (comunità animali e vegetali a diversi livelli trofici), con una propria e complessa struttura e con specifiche funzionalità

Lo stato di qualità ecologico e ambientale del corpo idrico

dipende da molteplici interazioni chimiche, fisiche, biologiche e

idromorfologiche tra le diverse componenti naturali dello stesso

(funzionalità del corpo idrico)

Questi concetti sono assunti come principi da tutte le

legislazioni nazionali della UE (WFD 2000/60/UE D.Lgs152/2006)

Il concetto di qualità delle acqueL’obiettivo: garantire e conservare un Buono Stato Ecologico e

Ambientale, qualitativo e quantitativo, per tutti i corpi idrici di

qualunque tipologia

Gli elementi di qualità ambientale riguardano tre componenti:– aspetti chimici, fisici, microbiologici ed idromorfologici di base, il ciclo dell’ossigeno, nutrienti, ecc;– aspetti biologici;– presenza dei microinquinanti di sintesi e non.

Gli obiettivi stabiliti dalla normativa saranno raggiunti mediante

l’attuazione di Piani di Gestione di Distretto– il controllo della qualità delle acque usate in agricoltura,

rappresenta certamente un fattore critico, visto il notevole contributo

in termini di pressioni che le acque irrigue comportano sulla qualità

generale delle acque di un bacino/distretto idrografico.

Il concetto di qualità delle acqueSi definisce quindi “qualità dell’acqua” l’insieme delle caratteristiche

chimico-fisico-biologiche dell’acqua (espresse in termini di quantità

misurabili) quale risultano dall’effetto delle cause naturali ed

antropiche che le deteminano.

Gli standard di qualità dell’acqua sono definiti in relazione all’uso a cui

essa è destinata.

Criteri& Standards

Per valutare la qualità di un’acqua si usano Criteri e Standard di

riferimento

I criteri sono giudizi basati su elementi scientifici

Gli Standards sono valori definiti

•sia oggettivamente, sulla base di elementi scientifici,

•sia arbitrariamente, su basi puramente burocratiche…

L’utilizzo delle acque in agricolturaLe caratteristiche chimico-fisiche che devono avere per essere

utilizzabili in specifici contesti sono soggetti alle disposizioni del

D.Lgs. 152/2006 (allegati tecnici - qualità delle acque per determinati

usi)

No disposizioni specifiche riguardanti l’uso irriguo…Raccomandazioni (NON norme…) FAO (1985….): indicano i

problemi per le colture e per il suolo, derivanti dalla presenza di alcune

specie chimiche e microbiologiche nelle acque di irrigazione in

funzione delle diverse colture e delle diverse tecniche irrigue

I problemi principali connessi con l’utilizzo delle acque in agricoltura,

riguardano essenzialmente:

1. la concentrazione salina, che se superiore ad un dato livello genera

una perdita nella resa della pianta;

2. il tasso di infiltrazione dell’acqua a causa di elevata sodicizzazionedel terreno;

3. la presenza eccessiva di elementi tossici (metalli pesanti, Litio,

Boro, Cloro, residui di fitofarmaci, ecc.).

Normativa di riferimento

D.Lgs. 152/99tratta nel dettaglio gli aspetti legati alla qualità dei corpi

idrici naturali e artificiali, stabilendo gli obiettivi minimi

di qualità (BUONO STATO ecologico ed ambientale) da

raggiungere per le acque a specifica destinazione (ad uso

potabile, di balneazione, idonee alla vita dei pesci e dei

molluschi)

– Le definizioni di “buono” e “sufficiente” sono riportate

negli allegati tecnici del decreto che, stabilendo i valori

limite di parametri biologici, chimici, fisici e

microbiologici determinanti lo stato ecologico del corpo

idrico, sono in grado di identificarne la corrispondente

classe di qualità ambientale.

Normativa di riferimentoIl D.Lgs. 152/99 viene attuato tramite una serie di decreti derivati:

– il Decreto 12 giugno 2003 n. 185 (Norme tecniche per il riutilizzo

reflui),

– il Decreto Legislativo 2 febbraio 2001 n. 31 (Qualità acque

destinate al consumo umano – usi industriali)

– il Decreto 6 novembre 2003, n. 367 (Standard di qualità

nell’ambiente acquatico per le sostanze pericolose).

La normativa nazionale è stata ridisegnata a livello Comunitario in

seguito all’emanazione della Direttiva 2000/60/CE che ridefinisce

in maniera organica e complessiva l’intera legislazione comunitaria

in tema di risorse idriche

Con la pubblicazione del D.Lgs. n. 152 del 3 aprile 2006 si

completa il lungo iter legislativo per recepire la direttiva

2000/60/CE

D.Lgs. n. 152 del 3 aprile 2006rappresenta un grande sforzo di integrazione normativa tra le leggi ed i decreti nazionali:– legge n. 39 del 10 maggio 1976 c.d. legge Merli (Scarichi);– legge 18 maggio 1989 n. 183 “Norme per il riassetto organizzativo e funzionale della difesa del suolo” (Bacini idrici);– legge n. 36 del 5 gennaio 1994 “Disposizione in materia di risorse idriche” (Ciclo idrico integrato e ATO)– decreto legislativo n. 152 dell’11 maggio 1999 “Disposizioni sulla tutela delle acque ….”

e le direttive comunitarie:– Nitrati (dir 91/676/CEE– Reflui (dir 91/271/CEE)– Acque (dir 2000/60/CE)– Sostanze pericolose (dir. 76/464/CEE)– Pesci e molluschi (78/655/CEE, 79/923/CEE)– Balneazione (in parte)– Acque per il consumo umano (dir. 75/440/CEE).

Decreto 2 maggio 2006 in attuazione dell’art. 99,comma 1 del D.Lgs 152/2006

riprende sostanzialmente il precedente decreto 185/2003“Regolamento recante norme tecniche per il riutilizzo delle acque reflue in attuazione dell’art 26, comma 2 del D.Lgs. 152/99”stabilisce le norme tecniche per il riutilizzo di acque reflue industriali, domestiche ed urbane attraverso la regolamentazione delle destinazioni d’uso e dei relativi requisiti di qualità.Le acque reflue recuperate a destinazione irrigua devono avere, all’uscita dell’impianto di recupero, requisiti di qualità chimico-fisici e microbiologici almeno pari a quelli riportati nella tabella dell’allegato al decreto (al punto 3).

Obiettivo di qualità per specifica destinazione

Nell’allegato I alla parte terza del D. Lgs.152/06 sono

elencati anche i criteri per la classificazione dei corpi idrici

a destinazione funzionale. Sono acque a specifica

destinazione funzionale:

a) le acque dolci superficiali destinate alla produzione di acqua potabile;b) le acque destinate alla balneazione;c) le acque dolci che richiedono protezione e miglioramento per essere idonee alla vita dei pesci;d) le acque destinate alla vita dei molluschi

Aree sensibiliSi considera area sensibile un sistema idrico classificabile in

uno dei seguenti gruppi:

a) laghi naturali, altre acque dolci, estuari e acque del litorale già

eutrofizzati, probabilmente esposti a prossima eutrofizzazione, in

assenza di interventi protettivi specifici.

b) acque dolci superficiali destinate alla produzione di acqua potabile

che potrebbero contenere, in assenza di interventi, una

concentrazione di nitrato superiore a 50 mg/L (stabilita

conformemente alle disposizioni pertinenti della direttiva 75/440

concernente la qualità delle acque superficiali destinate alla

produzione d’acqua potabile;)

c) aree che necessitano, per gli scarichi afferenti, di un trattamento

supplementare al trattamento secondario al fine di conformarsi

alle prescrizioni previste dalla norma.

Zone vulnerabili da nitrati di origine agricolaSi considerano zone vulnerabili le zone di territorio che scaricano

direttamente o indirettamente composti azotati in acque già

inquinate o che potrebbero esserlo in conseguenza di tali di

scarichi.

Tali acque sono individuate in base tra l’altro dei seguenti criteri:

1. la presenza di nitrati o la loro possibile presenza ad una

concentrazione superiore a 50 mg/L (espressi come NO-3) nelle

acque dolci superficiali, in particolare quelle destinate alla

produzione di acqua potabile, se non si interviene ;

2. la presenza di nitrati o la loro possibile presenza ad una

concentrazione superiore a 50 mg/L (espressi come NO-3) nelle

acque dolci sotterranee, se non si interviene ;

3. la presenza di eutrofizzazione oppure la possibilità del verificarsi

di tale fenomeno nell’immediato futuro nei laghi naturali di acque

dolci o altre acque dolci, estuari, acque costiere e marine, se non

si interviene

DIFFUSIONE DEI NITRATI NELLE ACQUE SOTTERRANEE DELLA CAMPANIA

CONCENTRAZIONE DI NITRATI NELLE ACQUE DEI POZZI E DELLE SORGENTI

Zone vulnerabili da prodotti fitosanitariLe Regioni e le Province autonome individuano le aree in cui richiedere limitazioni o esclusioni d’impiego, anche temporanee, di prodotti fitosanitari autorizzati, allo scopo di proteggere le risorse idriche e altri comparti rilevanti per la tutela sanitaria o ambientale, ivi inclusi l’entomofauna utile e altri organismi utili, da possibili fenomeni di contaminazione.

Un’area è considerata area vulnerabile quando l’utilizzo al suo interno dei prodotti fitosanitari autorizzati pone in condizioni di rischio le risorse idriche e gli altri comparti ambientali rilevanti.

Come per le zone vulnerabili da nitrati, anche nel caso dei fitofarmaci si prevedono due fasi di individuazione delle aree interessate dal fenomeno: una indagine di riconoscimento (prima individuazione) e un’indagine di maggiore dettaglio (seconda individuazione)

Acque superficiali naturali (fiumi laghi) e artificiali (invasi e canali)Parametri obbligatori e valori di concentrazione indicati nella legislazione italiana come standard qualitativi a difesa dell’uomo e degli ecosistemi

Specie inorganiche in acque dolci

*Lo Standard di QualitàAmbientale SQA fissa la

concentrazione al di sopra

della quale si ritiene esista

un rischio per la salute

dell’uomo e per quella

delle specie viventi negli

ecosistemi associati.

Specie organiche

*Lo Standard di QualitàAmbientale SQA fissa la

concentrazione al di sopra

della quale si ritiene esista

un rischio per la salute

dell’uomo e per quella

delle specie viventi negli

ecosistemi associati.

Parametri microbiologici

Quindi….“gli obiettivi ambientali corrispondenti allo stato sufficiente e buono, sono

rappresentati da livelli di concentrazione dei parametri chimico-fisici di base piùrestrittivi di quelli previsti per le acque reflue trattate per un riuso agricolo, ad

eccezione del parametro Escherichia Coli “(la concentrazione di un determinato

elemento infatti, può non aver conseguenze negative per l’uomo ma può averle per

altri organismi più sensibili (alghe, pesci, ecc.) che potrebbero subire danni legati

ad esempio allo sviluppo o alla riduzione della popolazione)”

FAO: i limiti di qualità delle acque irrigue suggeriti in relazione all’efficienza

agronomica dell’utilizzo e in funzione della salubrità delle produzioni, sono stati

definiti dalla FAO sulla base di considerazioni di tipo produttivo o igienico-sanitario tenendo conto solo marginalmente degli aspetti prettamente ambientali(mentre il documento FAO è datato 1985, le normative prese a riferimento

risalgono al 2000 (in avanti) e, basandosi su nuove impostazioni concettuali

ecologiche ed ambientali, si pongono obiettivi di tutela dell’ecosistema in generale,

decisamente più ambiziosi e complessi della sola garanzia sanitaria delle

produzioni agricole.)

….segue

Il decreto sui reflui è l’unica norma che definisce limiti imperativi

all’impiego delle acque in ambito irriguo (NO norma di riferimento per l’utilizzo delle acque in agricoltura)

….i valori dei parametri di qualità riportati (D.Lgs 152/2006), sono

di carattere generale (o per destinazione d‘uso, ma non irriguo), e in

questo senso, si ricava come dal punto di vista normativo non vi siano vincoli all’utilizzo delle acque in agricoltura in funzione dello stato di qualità ambientale

…..considerando la pluralità di fonti di approvvigionamento idrico

per l’agricoltura (acque superficiali, sotterranee, corpi idrici

artificiali, ecc.) la qualità delle acque irrigue varia in funzione delle stato di qualità del corpo idrico da cui l’acqua è prelevata

Le raccomandazioni sull’efficiente impiego

agronomico delle acque (riconducibili in generale

alle disposizioni FAO), seppur datate, vengono

ancora oggi assunte a livello generale (anche a

causa dell’assenza di disposizioni normative

specifiche mirate ad una definizione della qualità

per uso agricolo) come punti fermi orientati a

fornire garanzie igienico-sanitarie per le acque

irrigue

Criteri di valutazione

“Metodi ufficiali di analisi delle acque per uso agricolo e zootecnico”

D.M. 23 marzo 2000 pubblicati sul Supplemento Ordinario alla Gazzetta Ufficiale n. 87 del 13 aprile 2000

Ossigeno e altre componenti gassose

• La presenza dell' ossigeno nell'acqua e' influenzata dalla sua temperatura e dalla presenza di sostanze biodegradabili; la concentrazione di quest'elemento ètuttavia sempre contenuta dalla ridotta solubilitàdell'aria nell'acqua.

• Per questo motivo sarebbero da preferirsi l' acqua piovana e le acque superficiali.

• Allo stato gassoso possono inoltre trovarsi CO2, H2S, SO2 e CH4 , la cui presenza può risultare limitante ai fini di una conveniente utilizzazione irrigua.

• A volte il cloro usato ai fini depurativi per le acque potabili può essere presente sotto forma gassosa, ma a contatto con l'ambiente si volatilizza, per l'azione combinata di luce ed aria.

Parametri fisici

• I caratteri fisici riguardano la temperatura ed i materiali solidi in sospensione.

• La temperatura delle acque superficiali varia in relazione a quella dell'aria ed alla provenienza, mentre quella delle acque sotterranee è costante durante tutto l'anno e nell'Italia meridionale si aggira intorno ai 15°C.

• Ai fini irrigui la temperatura dell'acqua dovrebbe essere quanto più possibile vicina a quella della vegetazione e dello strato di substrato interessato dagli apparati radicali.

Parametri fisici• E' considerata fredda un'acqua la cui temperatura e'

inferiore a 3/4 di quella dell'aria; essa risulta poco adatta all' irrigazione in quanto può provocare turbe fisiologiche soprattutto sulle colture più delicate.

• In questi casi risulterà necessario adottare opportuni accorgimenti operativi, quale, ad esempio, quello di stoccare le acque in bacini superficiali, per favorire l'innalzamento della temperatura.

• Al contrario, un'acqua "tiepida" può essere vantaggiosamente utilizzata, oltre che per sopperire ai fabbisogni idrici, anche per operare un condizionamento termico della coltura

• Temperature dell'acqua superiori a 35°C sono letali per le piante.

Torbida

• Le sostanze solide presenti nell'acqua hanno

diversa provenienza:

– particelle terrose presenti nell'acqua in seguito a

fenomeni erosivi;

– dispersioni finissime costituite da materiali argillosi,

silicati, carbonati, provenienti da industrie del

cemento, di refrattari, della ceramica e del vetro;

– materiali di vario tipo scaricati nei corsi d'acqua da

industrie varie;

– reflui d' insediamenti civili non depurati o solo

parzialmente depurati.

Rischio di occlusione nei sistemi microirrigui in

funzione di diversi parametri

Filtrazione

• I principali modelli di filtri presenti sul mercato

sono i filtri idrocicloni, quelli a graniglia o a

sabbia, a rete, a dischi lamellari.

• L’impiego dell’uno o dell’altro tipo dipende

soprattutto dal tipo di acqua, non escludendo

accoppiamenti:

idrociclone + rete;

graniglia + rete;

idrociclone + graniglia + rete.

Idrociclone o separatore centrifugo

• Viene impresso all'acqua un movimento vorticoso e grazie alla forza centrifuga, è possibile separare materiali con peso specifico maggiore (terreno e sabbia) che si accumulano nella parte inferiore del filtro.

• Indicati per acque ricche di sabbia e particelle grossolane ma non per materiali organici più leggeri dell'acqua.

• Devono essere abbinati a filtri a rete.

Filtro a sabbia o graniglia

• l'elemento filtrante è costituito da strati di sabbia e/o ghiaia contenuti in grossi recipienti.

• Abbinato ai filtri a rete è usato per l'eliminazione dei materiali organici ma richiede frequenti e costanti interventi di pulitura.

• Il filtraggio avviene grazie ad una rete di acciaio inossidabile e/o in nylon con maglie più o meno fitte a seconda delle particelle da trattenere.

• Adatti per acque prive di materiale organico ma con sabbia fine e molto fine.

• La pulitura può avvenire manualmente o automaticamente per inversione del flusso

Filtro a rete

Filtro a dischi lamellari

• Il filtro a dischi lamellari è costituito da un corpo in plastica molto resistente contenente un elevato numero di lamelle rugose, che compresse una sull’altra per mezzo di una molla o di bulloni formano un’efficace superficie filtrante.

• Le lamelle sono di diversi colori e ad ogni colore corrisponde un grado di filtrazione diverso.

Sistema orientativo di filtrazione in funzione della qualità dell’acqua

Parametri microbiologici• Per l'aspetto microbiologico si dovrebbe controllare la

presenza eventuale di germi patogeni per l'uomo e per gli

animali, ma poiché molte di queste specie sono difficili

da rilevare si procede, di solito, alla determinazione di

specie indicatrici quali colibatteri e streptococchi.• La presenza di microrganismi patogeni nelle acque

superficiali è conseguenza prevalentemente dello scarico

di effluenti di insediamenti urbani non depurati o trattati

solo parzialmente e, sia pure in misura minore, di

allevamenti zootecnici. I corpi idrici che ricevono i

reflui, presentano infatti una carica batterica di molto

superiore a quella delle acque di diversa origine.

Parametri microbiologici

Gli standard di qualità microbiologica fanno riferimento ad

indicatori quali i coliformi totali, i coliformi fecali e gli streptococchi fecali; la presenza di questi germi è infatti

sempre accompagnata da altri agenti patogeni.

La ricerca dei coliformi totali serve a definire l'efficacia di

un trattamento disinfettante, mentre la ricerca dei

coliformi fecali e degli streptococchi fecali, che possono

vivere solo in presenza di materiale fecale di animali a

sangue caldo, serve ad evidenziare l'esistenza di una

contaminazione fecale quasi certa

L'unità di misura più comunemente impiegata è MPN (Most

Probable Number) /100 ml che indica la media delle misure

eseguite per sette giorni consecutivi.

Inoltre, con acque molto inquinate si possono anche avere

problemi riconducibili a quelli visti per le sostanze solide e cioè di

distribuzione dell'acqua.

Costo dei trattamenti di disinfezione

0.15-0.20Clorinazione

0.50-0.70Ultrafiltrazione

0.80-0.90Termico

0.20-0.25Filtrazione lenta su sabbia

0.20-0.30Tratt. con ozono

0.30-0.40Radiazioni UV

Costo (euro/m3)Metodo

Limite di accettabilità per i parametri

complementari

Salinità• La salinità di un acqua non è altro che l'evidenza diretta

della dissociazione in questa di sali minerali.

• Il contributo di un sale alla salinità dell'acqua è tanto maggiore quanto più elevata è la sua concentrazione ed in particolare quanto più esso è dissociato.

• I sali che più frequentemente si trovano disciolti nelle acque sono essenzialmente i nitrati, i cloruri, i solfati, i carbonati ed i bicarbonati di elementi alcalini ed alcalino-terrosi (sodio, potassio, magnesio, calcio)

• Interessanti per i loro effetti, sono alcuni singoli elementi (boro, cloro, sodio ed altri)

Salinità

• Nel determinare i criteri di idoneità delle

acque per l'irrigazione, in particolare, si

fa riferimento a:

– la concentrazione totale di sali in soluzione

– il rapporto relativo del sodio rispetto ad altri

cationi

– le concentrazioni di ioni specifici che

possono essere tossici per le piante quali il

boro, il cloro e lo stesso sodio.

Misura della salinità

• Nel caso di misure analitiche la salinità si esprime

come residuo salino fisso o residuo secco o

durezza totale o contenuto in sali solubili:

– contenuto totale di sali disciolti nell'unità di volume in

g/l o come concentrazione dei sali minerali in parti per

mille.

– l'acqua viene definita salmastra quando ha un residuo

secco pari o superiore al 2 per mille o 2000 ppm.

– un indice analitico più completo è rappresentato dai

meq/l

Misura della salinità• I metodi conduttivimetrici consentono di tener conto della

pressione osmotica che una determinata concentrazione

salina determina nella soluzione; l'indice di salinità

adottato in questo caso è la conducibilità elettrica EC:

– l'unita' di misura è stata a lungo il mho (inverso dell'ohm) ed in

particolare il mmho/cm a 25 °C ; in tempi recenti si è stabilito di

usare il Siemens o meglio il mS/cm o il dS/m

– (1 mmho/cm = 1 mS/cm = 1 dS/m).

– Un'acqua viene definita salmastra quando l'EC è pari o supera i

3,0 dS/m (a 25°C)

– Sulla base del valore di tale indice e' stato proposto uno schema

di classificazione dell'acqua in cui si individuano 4 classi di

salinità con valori di conducibilità elettrica compresi tra 0,2 e 5,0

dS/m.

Le analisi da fare in azienda• Una coltivazione razionale non può prescindere

dalla verifica analitica dell’acqua irrigua, che

deve essere costantemente ripetuta nel tempo per

escludere variazioni di composizione che talvolta

si verificano e possono comportare effetti

negativi sulla coltivazione.

• Un ausilio molto importante in questa direzione è il controllo periodico in azienda del pH e della EC dell’acqua

Strumentazione portatile per la misura del pH e della EC dell’acqua di irrigazione o di fertirrigazione

Norme generali per l’uso del pHmetro1. Mantenere il bulbo di lettura (elettrodo) costantemente umido;

2. Conservare l’elettrodo immerso nell’apposita soluzione di

conservazione (può essere sufficiente inserire nel cappuccio di

protezione del bulbo un batuffolo di cotone umido);

3. Verificare frequentemente la taratura immergendo l’elettrodo

nelle apposite soluzioni tampone a pH noto (in genere pH 7,0 e

4,0);

4. Se la lettura si discosta sensibilmente dal valore nominale

(tollerabile un errore di 0,1-0,2) procedere a una nuova taratura

seguendo le istruzioni riportate sul manuale d’uso;

5. Se è necessario molto tempo per raggiungere una lettura stabile

pulire accuratamente l’elettrodo con acqua (esistono in

commercio anche apposite soluzioni di lavaggio);

6. Conservare lo strumento al riparo dall’umidità e dal caldo.

pHmetri

Norme generali per l’uso del conduttimetro

1. Il valore di EC è dipendente dalla temperatura dell’acqua nell’esprimere i risultati si deve indicare il valore della temperatura di riferimento (20 o 25°C).

2. Gran parte degli strumenti in commercio sono dotati di un dispositivo di “compensazione automatica”.

3. Se lo strumento è dotato di questo dispositivo le letture possono essere utilizzate senza ulteriori calcoli; diversamente è necessario rilevare manualmente la temperatura ed effettuare una “conversione” anche in fase di taratura;

4. La taratura deve essere verificata frequentemente immergendo l’elettrodo nelle apposite soluzioni standard.

5. Se la lettura si discosta sensibilmente dal valore nominale (tollerabile un errore di 0,1-0,2 mS/cm) procedere a una nuova taratura seguendo le istruzioni riportate sul manuale d’uso;

6. L’elettrodo deve essere periodicamente pulito;

7. Conservare lo strumento al riparo dall’umidità e dal caldo.

Conduttivimetri

Correlazione teorica tra concentrazione salina,

conduttività e pressione osmotica di soluzioni saline

EC di soluzioni di alcuni tra i più comuni

concimi impiegati nella nutrizione delle piante

Classificazione delle acque irrigue proposta

dall’USDA

Problemi legati alla salinità dell’acqua

• L'utilizzazione di acqua salina può da

comportare tre tipi di problemi:

– aumento del potenziale osmotico della

soluzione circolante con crescente difficoltà

di assorbimento idrico da parte delle piante

(siccità fisiologica);

– effetti sulla chimica e sulla fisica del

substrato;

– fitotossicità

I potenziali dell’acqua

Le piante e la salinità

Modello soglia-pendenza di Maas-Hoffmann dell’effetto della salinità sulla diminuzione di produzione

Y = produzione della coltivazione rispetto alla massima possibile (%)

EC = salinità (dS/cm)

S = soglia = EC massima oltre si assiste a un decremento della produzione

m = pendenza (%/dS/m) indice di decremento produttivo (SYD).

80

60

40

20

0

dS m-1

100

S 1 2 3 4 5 6

Y = 100- m (EC-S)

%

80

60

40

20

0

dS m-1

100

S 1 2 3 4 5 6

Y = 100- m (EC-S)

%

Coltura Estratto saturo del

suolo

Acqua irrigua

Soglia dS m-

1

Pendenza %/ dS m-1

Soglia dS m-

1

Pendenza %/ dS m-

1

Asparago T 4,1 2,0 2,7 3,0

Bietola rossa MT 4,0 9,0 2,7 13,5

Carota S 1,0 14,0 0,7 21,0

Carota S 2.0 28.0

Cavolfiore MS 1,5 15,2

Cavolo broccolo MS 2,8 9,2 1,9 13,8

Cavolo broccolo S 1.6 26.9

Cavolo cappuccio

MS 1,8 9,7 1,2 14,6

Cetriolo MS 2,5 13,0 1,7 19,5

Cipolla S 1,2 16,0 0,8 24,0

Fagiolo S 1,0 19,0 0,7 28,5

Fragola S 1,0 33,0 0,7 49,5

Lattuga MS 1,3 13,0 0,9 19,5

Lattuga MS/MT 2.7 5.8

Endivia MS 2.0 15.6

Finocchio MS 1.8 13.3

Mais dolce MS 1,7 12,0 1,1 18,0

Melanzana MT 6.7 3.5 3.8 4.5

Melone MS 2,2 7,3 1,5 11,0

Patata MS 1,7 12,0 1,1 18,0

Peperone MS 1,5 14,0 1,0 21,0

Peperone MS 1.4 15.2

Pisello S 1.6 26.1 - -

Fava MS 1.7 15.0

Pomodoro MS 2,5 9,9 1,7 15,0

Pomodoro MT 2.5 3,6

Rapa MS 0,9 9,0 0,7 13,5

Ravanello MS 1,2 13,0 0,8 19,5

Sedano MS 1,8 6,2 1,2 9,3

Sedano MT 1,4 5,4

Spinacio MS 2,0 7,6 1,3 11,4

Zucchino MT 4,7 9,4 3,1 14,1

Tolleranza alla salinità

Tolleranza alla salinità

Valori di soglia e pendenza ottenuti per alcune colture

ortive e floricole in idroponica

Coltura Soglia

dS m-1

Pendenza

%/ dS m-1

Anthurium 0.8-0.9 7.8-13.2

Bouvardia 2.1 16.8

Garofano 4.3 3.9

Cetriolo 2.3-3.5 5.6-5.8

Melanzana 1.93 8.0

Gerbera 1.5 9.8

Lattuga 4.6 4.5

Lilium 1.6 4.6-9.6

Rosa 2.1 5.3

Peperone 2.8 7.6

Pomodoro 2.5-2.9 2.3-7.2

Classi di salinità di un’acqua e valutazione

dell’idoneità all’uso irriguo

Sodio in acqua Sodio in acqua LeteLete: 4.9 mg/L: 4.9 mg/L

Poiché il peso di una mole di Na è 23 grammi, in 1 litro

di acqua Lete ci sono 2.13·10-4 moli di Na

Poichè 1 mole è composta di 6.022·1023 particelle, in 1

litro di acqua Lete ci sono:

1.28·1020 particelle di Na

cioè

128 miliardi di miliardi di particelle diNa!!!

Sola, ma non troppo...

Tra i sali il piTra i sali il piùù importante e diffuso importante e diffuso èè NaClNaClSodium Adsorption Ratio (SAR)

Na+ viene assorbito dalle piante (è indispensabile a basse concentrazioni) ma tende ad accumularsi nel suolo/substrato e provoca effetti tossici sulla vegetazione e un peggioramento delle caratteristiche fisiche del suoloNa viene adsorbito dai colloidi del suolo e ne determina la deflocculazione con importanti effetti sulla permeabilità.Il rischio è ridotto dalla presenza di Ca e Mg e viene valutato con il seguente indice (concentrazioni in meq/L):

Si considerano rischiose acque irrigue con valore del SAR superiore a 10 (a 5, per le colture florovivaistiche).

Esiste una modifica del SAR (SARagg) che tiene conto dell’equilibrio carbonati-CO2 in funzione del pH:

SARagg= SAR * (1+(8.4-pHc))

Dove pHc dipende da meq/L di Na+, Mg++, Ca+++, CO3--, HCO3-

2

22 ++

+

+

=

MgCa

NaSAR

SAR e terreniSAR e terreni

Classificazione in base al SAR (alcalinità)

tipo SAR uso

bassa 0-10 ovunque

media 10-18 no argillosi

alta 18-26 solo terreni sciolti

molto alta 26-30 terreni sciolti,

gessatura, salinità

molto bassa

Non usare acque con SAR alto su terreni argillosi!

Abaco per la classificazione delle acque irrigue in base

alla conducibilità elettrica ed al S.A.R.

Indicazioni per valutare la qualità dell’acqua per l’irrigazione classificazione dell’acqua irrigua (FAO)

metalli pesanti (oltre una certa

concentrazione) – SQA* fissati dalla

normativa comunitaria e nazionale

(D.Lgs. 152/2006 e Direttiva

76/464/CEE

sulle sostanze pericolose)*Lo SQA fissa la concentrazione al di sopra

della quale si ritiene esista un rischio per la

salute dell’uomo e per quella delle specie

viventi negli ecosistemi associati.

Nitrati (NO-3) per i quali valgono le

fissate dalla Direttiva Nitrati

(91/676/CE)

Concentrazioni massime tollerabili di alcuni elementi con uso continuato dell’irrigazione

Ulteriori Indicatori di Qualità

Presenza di Azoto e Fosforo (i principali nutrienti dei vegetali) può generare

problemi relativi a fenomeni di eutrofizzazione delle acque superficiali

La durezza • Il calcio ed il magnesio rappresentano elementi di primaria

importanza per le colture ed assumono un ruolo fondamentale nell'equilibrio cationico del terreno attenuando gli effetti negativi del sodio.

• Essi generalmente si trovano nelle acque come ioni prodotti dalla dissociazione di sali quali: nitrati, cloruri, solfati, carbonati e bicarbonati.

• La misura del contenuto di sali di calcio e magnesio nelle acque e' rappresentata dalla durezza.

• La durezza viene misurata in gradi tedeschi e francesi.– Un grado tedesco corrisponde a 10 mg di ossido di calcio od

alla quantità equivalente di 7,19 mg di ossido di magnesio per ogni litro di acqua.

– Un grado francese corrisponde a 10 mg di carbonato di calcio ogni litro di acqua. Un grado francese quindi e' costituito da 5,6 mg di CaO ogni litro di acqua ed e' quindi circa la metà di quello tedesco.

La durezza• La durezza delle acque va comunque distinta in:

– durezza temporanea costituita dai carbonati di calcio e di magnesio (che viene eliminata sottoponendo ad ebollizione l'acqua);

– durezza permanente rappresentata dai solfati, nitrati e cloruri di calcio e magnesio.

• Secondo il grado di durezza le acque possono essere classificate in:

– molli (0-10 gradi tedeschi; 0-20 gradi francesi);

– di durezza media (10-20 gradi tedeschi; 20-38 gradi francesi);

– dure (>20 gradi tedeschi; >38 gradi francesi).

La durezza dell’acqua e le piante

• Incide sulla condizione nutrizionale generale interna nel substrato aumentando il pH, per cui può agire negativamente sulle piante acidofile (Azalea); in substrati fortemente acidi l'acqua dura può avere un effetto positivo.

• La resistenza delle piante alla durezza delle acque di irrigazione dipende da:

– potere tampone del substrato, pH iniziale e quantità di acqua utilizzata.

• In generale per la durezza temporanea il limite superiore di resistenza delle piante e' di circa 10 gradi tedeschi o di 18 gradi francesi.

La durezza dell’acqua e le piante

• Per la durezza totale il limite superiore risulta invece circa di 20 gradi tedeschi o di 38 gradi francesi.

• Ci sono comunque delle colture, come ad esempio il garofano o il crisantemo, che prosperano bene anche se irrigate con acqua con durezza >20 gradi tedeschi: in questo caso per la durezza temporanea e' inferiore a 10 gradi.

• Viceversa piante molto sensibili alla durezza vengono danneggiate anche da acque di durezza <10 gradi tedeschi.

La durezza dell’acqua e le piante

• Un contenuto eccessivo di carbonati e bicarbonati nelle

acque irrigue può creare problemi di otturazione degli

erogatori, in particolar modo di quelli utilizzati negli

impianti per la microirrigazione (gocciolatori,

microspruzzatori).

• Se il livello di carbonati supera il limite indicato nella

classificazione si dovrà valutare la necessità di effettuare

opportuni trattamenti fisici o chimici delle acque.

• Per contrastare la durezza dell'acqua si possono utilizzare

acidi:– acido solforico concentrato = 10 cm3 ogni m3 di acqua per ogni

grado tedesco di durezza temporanea;

– acido ossalico = 22,5 cm3 ogni m3 di acqua per ogni grado

tedesco di durezza temporanea.

La durezza dell’acqua e le piante

• Si può eliminare la durezza mediante l'utilizzo di resine a

scambio ionico.

• Con questo sistema vengono eliminati dall' acqua il

calcio ed il magnesio e ceduti al loro posto potassio,

sodio ed eventualmente ioni H+ e OH-.

• Sono oggi reperibili sul mercato gli addolcitori che

grazie alla presenza di resine scambiatrici di ioni Na+,

permettono la trasformazione totale o parziale dei sali

insolubili di calcio o magnesio nei corrispondenti sali di

sodio che essendo estremamente solubili non precipitano

e non determinano incrostazioni. Questo sistema è

diffuso per l'uso civile delle acque ma non agricolo per la

presenza del sodio.

Fitotossicità

• La presenza nell'acqua di particolari ioni può determinare

problemi di fitotossicità:

• questi effetti possono evidenziarsi o sotto forma tossica per diversi

processi fisiologici della pianta o sotto forma di scompensi di

carattere nutrizionale, con differente tolleranza tra le diverse

vegetali.

• I problemi di tossicità affiorano quando alcuni elementi presenti

nell'acqua irrigua si accumulano nei tessuti vegetali in quantità tale

da causare riduzioni di produzione, indipendentemente dalla

concentrazione totale dei soluti.

• Gli elementi che possono generare fenomeni di tossicità

generalmente sono il cloro, lo zolfo, il boro ed il sodio.

• Le manifestazioni dei fenomeni di tossicità sono tipiche per ogni

elemento e sono visibili su foglie vecchie dove maggiore è

l'accumulo.

Altri componenti chimici

La valutazione dei risultati dell’analisi e gli interventi

Acidificazione dell’acqua irrigua

• Nella fertirrigazione, si ricorre all’acidificazione dell’acqua per ridurre le incrostazioni e mantenere il pHdel substrato entro valori ottimali (< 7,0) compresi tra 5,5 e 6,5.

• Gli acidi usati (nitrico, fosforico e solforico) sono anche dei fertilizzanti ed è necessario conoscere la quantità di nutrienti apportati con l’operazione di acidificazione.

• Più che il pH dell’acqua irrigua interessa la sua alcalinità, cioè la concentrazione equivalente (meq/L) di ione bicarbonato (HCO3

-) e carbonato (CO32-)

• L’alcalinità determina il fabbisogno di acido per la correzione del pH.

Quantità di acido (mL/L) da aggiungere in funzione della quantità di bicarbonati presenti nell’acqua irrigua e il pH

desiderato

Bicarbonato

(mg/L) pH Acido

nitrico

Acido

fosforico

Acido

solforico

250 5,5 0,248 0,243 0,204

200 5,5 0,198 0,194 0,163

150 5,5 0,149 0,146 0,122

100 5,5 0,099 0,097 0,082

50 5,5 0,050 0,049 0,041

250 6,0 0,195 0,191 0,161

200 6,0 0,156 0,153 0,129

150 6,0 0,117 0,115 0,097

100 6,0 0,078 0,077 0,064

50 6,0 0,039 0,038 0,032

Tecniche utilizzate per i processi di dissalazione

• Tecniche che sfruttano l’evaporazione dell’acqua (multipli effetti, evaporazione solare, termocompressione, espansioni multiple)

• Tecniche che sfruttano il congelamento (processo per congelamento diretto)

• Tecniche basate sull’impiego di membrane permeabili ai sali (elettrodialisi)

• Tecniche basate sull’impiego di resine scambiatrici di ioni (scambio ionico)

• Tecniche basate sull’impiego di membrane semipermeabili (osmosi inversa)

Scambiatori a resine

• Per il trattamento di volumi non troppo elevati di acqua (alimentazione di fog o cooling system, nebulizzazioni ecc.).

• L’acqua viene fatta passare prima attraverso un letto di resina cationica che ha elevata attività di scambio con i cationi e che si rigenera con acido cloridrico (HCl)

• Successivamente su un letto di resina anionica che ha elevata attività di scambio con gli anioni e che si rigenera con soda (NaOH).

Osmosi inversa

• Per il trattamento di grandi volumi di acqua.

• Gli impianti attualmente in commercio si

distinguono per:

– la qualità dell’acqua accettata in entrata espressa in

mg/L di sali disciolti totali (TDS) che vanno da 1500-

2000 mg/L (bassa salinità), a 5000 mg/L (acque

salmastre), fino a 15.000 mg/L (acqua marina)

– la produzione che può variare da pochi metri cubi fino

a oltre 1000 metri cubi al giorno

Principio di funzionamento

• Quando due soluzioni a diversa concentrazione vengono poste a contatto attraverso una membrana semipermeabile (cioè permeabile al solvente e non al soluto) si ha spontaneamente un passaggio di acqua dalla soluzione più diluita a quella più concentrata.

• Si definisce pressione osmotica la pressione che bisogna esercitare su una soluzione a contatto con il solvente puro attraverso una membrana semipermeabile per annullare il flusso di solvente verso la soluzione.

• Se esercitiamo una graduale pressione sulla soluzione più concentrata il flusso di solvente risulterà ostacolato fino a essere annullato e poi invertito.

Osmosi inversa

Impianti di osmosi inversa

• L'osmosi inversa può essere usata per la separazione dell'acqua da tutte le sostanze in essa disciolte, per aumentare la concentrazione di queste ultime o per produrre acqua che sia essenzialmente priva di sali.

• Per avere flussi di acqua sufficienti si adottano pressioni operative molto elevate tra i 10 e i 70 bar (la pressione osmotica dell’acqua di mare è intorno ai 22 bar).

Le soglie e Le tecniche irrigue

Fabbisogno di lisciviazione o Leaching

Requirement

• E’ la % di acqua da aggiungere ai volumi normali per lisciviare i sali apportati con l’irrigazione stessa

• E’ la quantità minima di acqua che attraversare la zona degli apparati radicali per mantenere un bilancio dei Sali favorevole

• Dipende dalla salinità dell’acqua irrigua e da quella massima tollerabile nel suolo

• ECmax = conducibilità max dell’estratto saturo accettabile

• ECi = conducibilità acqua irrigua

Fabbisogno di lisciviazione o Leaching

Requirement

Occorre facile drenaggio!

ECi = EC acqua irrigua= 1 mS/cm

ECmax =EC acqua drenaggio = 4 mS/cm

V = 200 m3 ha-1

Vi = 200 * 4/(4 - 1) = 200 * 4/3 = 267

max

i

EC

ECLR =

LR1

VVi

−

=

Fabbisogno di lisciviazione

ECw = 1 dS/mECe = 4 dS/m

ECw = 1 dS/mECe = 2 dS/m

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

LR = 0

LR = 0.25

LR = 0.5

Resa (kg/ha)

Irrigazione (m 3 /ha)

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

LR = 0

LR = 0.25

LR = 0.5

Resa (kg/ha)

Irrigazione (m 3 /ha)

Salinità e Modalità di impianto

Produzione relativa di cavolfiore in risposta alla salinità del suolo

(N.B. = non baulato; B = baulato)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8ECe dS m -1

Y r%

NB y=100-22.04(x-1.84) R²=0.8720*

B y=100-14.04(x-1.68) R²=0.8716*