Obiettivi formativi
Il corso si propone di fornire agli studenti strumenti culturali e operativi per una corretta valutazione e gestione delle risorse idriche. Particolare attenzione è riservata all’analisi delle relazioni tra comparto abiotico e biotico in ambienti acquatici (acque, sedimenti, macrofite, macroinvertebrati e pesci) per la comprensione di processi ecologici, funzionamento e variabilità di base degli ecosistemi, e alla valutazione gli effetti di diversi tipi di disturbo finalizzata alla definizione di interventi di conservazione, mitigazione e recupero.
Alla fine del corso gli studenti sono in grado di operare in campo e in un laboratorio chimico e per analisi biologiche, di individuare siti rappresentativi, di effettuare prelievi in modo corretto, di trattare i campioni raccolti, di applicare diversi indici di qualità chimica e biologica e di interpretarli in modo critico. Sono proposti i seguenti obiettivi formativi principali:
- essere in grado di valutare gli effetti di diversi tipi di disturbo finalizzata e progettare interventi di conservazione, mitigazione e recupero delle risorse idriche;
- conoscere tecniche di ripristino della qualità e del funzionamento degli ecosistemi acquatici e valutazione ecologica della loro efficacia;
- avere informazioni sulle normative comunitarie e nazionali riguardanti la gestione delle risorse idriche;
- essere in grado di definire le condizioni di riferimento per la pianificazione di interventi di recupero delle risorse idriche;
- pianificare un disegno di campionamento di diverse matrici ambientali;
- valutare il ruolo della biodiversità di acque interne e proporre strategie per la sua conservazione;
- imparare a utilizzare strumenti di campo per misure dirette nell’ambiente, e per il prelievo e il pre-trattamento di campioni;
- operare in un laboratorio chimico attraverso l’apprendimento di norme sulla sicurezza, gestione del reagentario, applicazione di metodi potenziometrici, spettrofotometrici e di cromatografia;
- calcolare in modo autonomo indici di qualità chimica e biologica con propri dati o con dati della letteratura;
- interpretare in modo critico le restituzioni di un indice.
Prerequisiti
Prima di seguire questo corso, gli studenti devono avere seguito insegnamenti di ecologia fondamentale e possedere conoscenze di base di ecologia acquatica. Si raccomanda fortemente la frequenza e il superamento dell’esame di Ecologia delle acque interne prima di sostenere l’esame dell’insegnamento di Integrated analysis of aquatic ecosystems for management and restoration programs.
Contenuti dell'insegnamento
Il corso è organizzato in due moduli. Ogni modulo comprende 2 CFU di lezioni frontali 16 ore) e 1 CFU di laboratorio (15 ore). Eventuali modifiche delle modalità di insegnamento dovute al protrarsi dell'emergenza COVID-19 saranno comunicate prima dell'inizio del corso.
Modulo 1: parte generale
Aspetti socio-economici relativi alle risorse acquatiche. Definizioni e valutazione del funzionamento di un ecosistema, condizioni di riferimento per la pianificazione di interventi di recupero ambientale, strategie di intervento. Aspetti legislativi riguardanti gestione e conservazione delle risorse di acque interne. Rassegna di tecniche di mitigazione e recupero applicate ad ecosistemi acquatici e valutazione ecologica della loro efficacia. Cenni di strategie di conservazione di habitat di acque interne e della loro biodiversità.
Modulo 2: laboratorio
Presentazione e discussione di casi di studio su gestione e recupero di ecosistemi acquatici.
Modulo 2: monitoraggio di ambienti lotici e lentici
In questo modulo vengono proposti a livello teorico e pratico diversi metodi di valutazione della qualità chimica e biologica di ambienti di acque interne, lotici e lentici. Le lezioni frontali sono integrate da attività di campo e laboratorio in cui vengono prelevati ed analizzati campioni di acqua, sedimenti, macrofite, macroinvertebrati e pesci. Dai risultati ottenuti vengono calcolati indici di qualità chimica e biologica. Lo studente deve avere come riferimento le basi di funzionamento degli ecosistemi acquatici e le relazioni multiple tra ambiente e organismi. Le lezioni frontali sono organizzate in 5 sezioni:
1. (4h) Elementi per il campionamento, trattamento e analisi delle acque; calcolo dell’indice LIM.
2. (3h) Elementi per il campionamento, trattamento e analisi dei sedimenti. Calcolo del quoziente respiratorio, dell’efficienza di denitrificazione e della capacità di ritenzione del fosforo.
3. (3h) Elementi per il campionamento, l’analisi e l’indicizzazione delle comunità dei macroinvertebrati.
4. (3h) Elementi per il campionamento, l’analisi e l’indicizzazione delle macrofite.
5. (3h) Elementi per il campionamento, l’analisi e l’indicizzazione dell’ittiofauna.
Le lezioni pratiche sono organizzate in altrettante sezioni. Le attività di campionamento vengono svolte presso il sistema dei Fontanili di Viarolo, quelle di analisi presso i laboratori del Podere Ambolana.
1.(3h) Taratura di una sonda multiparametro, misura di portata mediante correntometro, analisi spettrofotometrica del fosforo reattivo, analisi del ferro mediante assorbimento atomico, analisi di anioni e cationi mediante cromatrografia ionica
2. (3h) Prelievo di carote intatte, misura della penetrazione dell’ossigeno e della respirazione batterica. Estrusione dei sedimenti e misura di densità, porosità, contenuto di acqua e sostanza organica
3. (3h) Prelievo di campioni di macrofauna e riconoscimento in campo e al microscopio.
4. (3h) Prelievo e analisi in campo di campioni di macrofite.
5 (3h) Prelievo di pesci mediante elettropesca, riconoscimento in campo.
Programma esteso
Modulo 1
Risorse idriche e società. Distribuzione delle risorse idriche. Pressioni su ecosistemi acquatici. Impronta idrica. Dipendenza dalle acque sotterranee.
Scarsità delle risorse idriche: conseguenze sociali ed economiche. Scenari futuri riguardanti le risorse idriche. Guerre per l’acqua. Accesso alle risorse idriche: da “diritto” a “bisogno”. L’acqua come bene economico. Valutazione e gestione delle risorse idriche: alcune definizioni. Aspetti sociali ed economici legati alla gestione delle risorse idriche. Servizi ecosistemici degli ambienti di acque interne. Relazioni tra biodiversità, funzionalità e stabilità degli ecosistemi di acque dolci. Principali pressioni che interessano gli ecosistemi di acque dolci. Salinizzazione. Micro- e nanoplastiche. Contaminanti emergenti. Eredità legata a fenomeni di inquinamento del passato. Pressioni sulle wetlands. Basi concettuali della gestione degli ecosistemi. Definizioni di “reclamation”, “remediation” e “restoration”. Il modello DPSIR. Applicazione dell’approccio DPSIR a ecosistemi di acque interne. Transizione verso una gestione adattativa delle risorse idriche. I contratti di fiume come esempio di processo partecipativo. Riferimenti legislativi riguardanti gestione e conservazione di corpi acquatici in Italia prima del 2000. Water Framework Directive: concetti fondamentali. Milestones e tempi di implementazione. Tipi di corpi idrici superficiali e criteri di classificazione. Cenni alle normative comunitarie in materia di acque. Direttive “figlie” e “sorelle” della WFD. Distretti idrografici come unità fondamentale di gestione delle risorse idriche. Autorità di bacino. Enti preposti alla gestione e tutela delle acque dal livello locale a quello nazionale. Obiettivi di qualità per le diverse categorie di corpi idrici superficiali. Valutazione dello stato di qualità dei corpi idrici superficiali. Condizioni di riferimento. Stato ecologico e stato chimico. Sostanze prioritarie. Elementi di qualità biologica. Tipi di monitoraggio e relativa frequenza. Obiettivi quantitativi e qualitativi per le acque sotterranee. Implementazione della WFD e raggiungimento degli obiettivi di qualità: problemi aperti. Panoramica sui principali impatti riguardanti gli ecosistemi lacustri, con specifico riferimento a laghi soggetti ad eutrofizzazione culturale. Fonti puntiformi e diffuse di nutrienti. Carichi potenziali e carichi reali. Nutrienti algali e fattori limitanti la produzione primaria. Classificazione dello stato trofico dei laghi. Criteri di stato trofico e di carico di nutrienti. Carlson’s Trophic State Index. Approcci per la valutazione delle condizioni trofiche dei laghi. Modelli a intervalli chiusi e aperti. Indici OECD. Modelli di Vollenweider e loro importanza come strumento gestionale. Misure di controllo esterne per il recupero di laghi eutrofizzati. Nature-based solutions. Protezione del bacino imbrifero. Fasce tampone. Zone umide artificiali a monte dei bacini recettori. Collettori circumlacuali. Trattamento delle acque reflue e diversione. Esempi dei laghi Washington, Bracciano, Varese e Garda. La ri-oligotrofizzazione del Lago Maggiore. Misure di controllo interne. Manipolazioni di tipo fisico: aeratori e destratificatori. Prelievi ipolimnici. Rimozione del sedimento. Misure di controllo dell’eutrofizzazione di tipo chimico e biologico. Esempi di interventi di biomanipolazione delle reti trofiche lacustri. Valutazione dell’efficacia della biomanipolazione. Caso di studio del Lago di Candia. Cause di compromissione dei sistemi fluviali. Deflusso minimo vitale e flussi ecologici. Esempi di riqualificazione fluviale. Approcci di tipo ingegneristico tradizionale e di bioingegneria. Casi di studio riguardanti la rimozione di dighe. Riqualificazione dei canali di bonifica. Valutazione dell’efficacia degli interventi di riqualificazione fluviale. Attività di laboratorio in classe.
Modulo 2
1. Campionamento delle acque
Criteri per selezionare i siti di campionamento delle acque; strumenti di campionamento, sonde multiparametriche, conservazione dei campioni, filtrazione per la separazione della frazione particellata. Analisi dei gas disciolti, dei principali anioni e cationi, della clorofilla fitoplanctonica e dei solidi sospesi. Applicazione dell’Indice LIM di qualità delle acque: scelta dei dati, calcolo, significato e impiego.
2. Campionamento dei sedimenti
Criteri per il campionamento dei sedimenti; strumenti di campionamento, conservazione del sedimento, analisi dei macrodescrittori del sedimento (colore, orizzonti, densità, porosità, contenuto di sostanza organica). Ruolo dei sedimenti in ambienti di acque basse: misura dei processi di mineralizzazione (domanda di ossigeno, respirazione totale, denitrificazione) e riciclo dei nutrienti.
3. Campionamento di macroinvertebrati bentonici
Criteri per il campionamento dei macroinvertebrati: definizione dei siti rappresentativi, dimensionamento dello sforzo di campionamento, sorting e conservazione dei campioni. Identificazione della macrofauana in campo e in laboratorio. Macroinvertebrati e monitoraggio, indici di qualità di ambienti acquatici, limitazioni e potenzialità. Macroinvertebrati e processi di facilitazione: ciclo dei nutrienti e implicazioni per i produttori primari.
4. Campionamento di macrofite
Criteri per il campionamento delle macrofite: definizione di transetti rappresentativi, dimensionamento dello sforzo di campionamento, conservazione e identificazione dei campioni raccolti. Macrofite e eutrofizzazione, il ruolo di organismi strutturanti negli ambienti acquatici: implicazioni di tipo biogeochimico per la qualità chimica di acque e sedimenti e per le comunità di macroinvertebrati e pesci.
5. Campionamento di pesci
Criteri per il campionamento dei pesci: definizione di transetti rappresentativi, dimensionamento dello sforzo di campionamento, identificazione e misura degli organismi raccolti e misura di variabili ambientali per l’analisi della struttura di comunità. Fauna ittica e biomonitoraggio, indici di qualità di ambienti acquatici basati su comunità ittiche, importanza delle specie esotiche nel funzionamento degli ambienti acquatici.
Bibliografia
Sono messe a disposizione degli studenti dispense, report, manuali IRSA-CNR per i metodi chimici di analisi delle acque e le linee guida per la bioindicazione mediante macrofauna, macrofite e pesci. Il materiale sarà caricato sulla piattaforma Elly.
Testi di consultazione:
European Environment Agency. 2018. European waters Assessment of status and pressures 2018. 85 pp.
Sabater S., A. Elosegi (Eds). 2013. River conservation: challenges and opportunities. Fundación BBVA, 399 pp.
Viaroli P. (Ed.). 2014. Stato attuale e tendenze evolutive negli ecosistemi di acque interne e di transizione in Italia. Biologia Ambientale 28(2):3- 111.
Metodi didattici
Lezioni frontali ed attività seminariali. Analisi e discussione di casi di studio. Esercitazioni in campo e in laboratorio. Eventuali modifiche delle modalità di insegnamento dovute al protrarsi dell'emergenza COVID-19 saranno tempestivamente comunicate.
Modalità verifica apprendimento
La frequenza alle lezioni frontali e alle attività di campo e di laboratorio è un pre-requisito per essere ammessi all’esame finale in quanto il livello di partecipazione alle attività, il contributo alla discussione dei casi di studio e la compilazione delle schede di campo e di laboratorio sono oggetto di valutazione da parte dei docenti. L'acquisizione delle conoscenze è verificata mediante esame scritto.
Altre informazioni
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