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).
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
1. Acqua come risorsa
Aspetti quantitativi. La distribuzione dell’acqua sul pianeta terra. Cicli idrologici su scala globale. Principali fonti di approvvigionamento superficiali e profonde. Risorse idriche: disponibilità attuale e scenari futuri. Domanda e usi prevalenti delle risorse idriche. Effetti del cambiamento climatico su quantità e qualità delle risorse idriche.
2. Aspetti antropologici, sociologici e politici
Acque interne e società. Servizi ecosistemici degli ambienti di acque interne. Conferenze internazionali sull’acqua: da “diritto” a “bisogno”. Acqua pubblica-acqua privata. Guerre per l’acqua.
3. Gestione degli ecosistemi acquatici
Quadro di riferimento, problemi, metodi di valutazione e proposte di soluzione. Quadro normativo: direttive europee (Nitrati, Trattamento Acque Urbane, Direttiva Quadro Acque, Alluvioni) e leggi nazionali (in particolare, L. 183/89, L. 36/94, D.lgs. 152/99). Piano di tutela e uso delle acque (PTUA). Piano per l’assetto idrogeologico. Gestione integrata delle risorse acquatiche a scala di bacino (pianificazione di bacino). Organizzazione dei servizi idrici integrati, ambiti territoriale ottimale (ATO). Enti gestori. Strategia Nazionale di Adattamento al Cambiamento Climatico e conseguente Pianificazione. Stato attuale e vulnerabilità degli ecosistemi di acque interne italiani in relazione a pressioni locali e al cambiamento climatico. Problemi aperti:
- eutrofizzazione
- contaminazioni da nitrati
- contaminanti emergenti: il caso Gliphosate, principi attivi di farmaci, micro- e nano-plastiche
- alterazione morfologica dei corpi idrici
- variabilità del regime idrologico: intermittenza idrologica
- regolazione dei deflussi nei fiumi dipendenti dai laghi alpini
- perturbazione delle condizioni termiche delle acque: oligomissi e meromissi nei laghi
- incidenza delle specie alloctone
4. Metodi di valutazione
Water footprint. NANI, NAPI, Soil System Budget di N E di P. Criteri di stato trofico e criteri di carico dei nutrienti negli ambienti lacustri. Indice di Carlson (TSI). Sistemi a intervalli chiusi e aperti. Indici OECD. Modelli di Vollenweider. Evoluzione degli approcci al monitoraggio biologico di ambienti lentici e lotici. Indici per la valutazione dello stato di qualità e del funzionamento dei fiumi.
5. Business As Usual
Approvvigionamento idrico: invasi artificiali, regolazione dei grandi laghi, derivazioni temporanee. Usi multipli dei sistemi fluviali: la bacinizzazione fluviale a supporto di prelievi idrici, produzione idroelettrica, navigazione interna.
6. Business Green Oriented
Processo decisionale di tipo adattativo e con supporto conoscitivo scientifico. Schema DPSIR nel processo decisionale. Scientific Decision Support System (DSS). Valutazione ex ante ed ex post drgli interventi di ripristino: quali indicatori?
7. Riqualificazione e ripristino ambientale
Panoramica su principi e tecniche di recupero, con specifico riferimento ad ambienti acquatici negativamente influenzati da diversi impatti antropici.
8. Analisi di casi di studio.
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.
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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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Nel corso sono ampiamente trattati e discussi i temi della sostenibilità ambientale, con particolare riferimento agli obiettivi 6 e 13 dell’Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite.
