Eutrofizzazione - Eutrophication

Fioritura algale in un fiume vicino a Chengdu , Sichuan, in Cina.

L'eutrofizzazione (dal greco eutrophos , "ben nutrito") è il processo mediante il quale un intero corpo idrico , o parti di esso, si arricchisce progressivamente di minerali e sostanze nutritive . È stato anche definito come "aumento della produttività del fitoplancton indotto da nutrienti ". I corpi idrici con livelli di nutrienti molto bassi sono definiti oligotrofici e quelli con livelli di nutrienti moderati sono definiti mesotrofi . L'eutrofizzazione avanzata può anche essere indicata come condizioni distrofiche e ipertrofiche . L'eutrofizzazione negli ecosistemi di acqua dolce è quasi sempre causata da un eccesso di fosforo.

Prima dell'interferenza umana, questo era e continua ad essere un processo naturale molto lento in cui i nutrienti, in particolare i composti del fosforo e la materia organica, si accumulano nei corpi idrici. Questi nutrienti derivano dalla degradazione e soluzione dei minerali nelle rocce e dall'effetto di licheni, muschi e funghi che eliminano attivamente i nutrienti dalle rocce. L' eutrofizzazione antropogenica o culturale è spesso un processo molto più rapido in cui i nutrienti vengono aggiunti a un corpo idrico da un'ampia varietà di input inquinanti tra cui acque reflue non trattate o parzialmente trattate , acque reflue industriali e fertilizzanti da pratiche agricole. L'inquinamento da nutrienti , una forma di inquinamento delle acque , è una causa primaria di eutrofizzazione delle acque superficiali , in cui i nutrienti in eccesso, solitamente azoto o fosforo , stimolano la crescita di alghe e piante acquatiche .

L'effetto visibile dell'eutrofizzazione sono spesso fastidiose fioriture algali che possono causare un sostanziale degrado ecologico nei corpi idrici e nei corsi d'acqua associati. Questo processo può comportare l'esaurimento dell'ossigeno del corpo idrico dopo la degradazione batterica delle alghe.

Gli approcci per la prevenzione e l'inversione dell'eutrofizzazione includono: ridurre al minimo l'inquinamento da fonti puntiformi dalle acque reflue e ridurre al minimo l'inquinamento da nutrienti dall'agricoltura e da altre fonti di inquinamento non puntuali . Vengono utilizzati anche molluschi negli estuari, l' allevamento di alghe e la geoingegneria nei laghi, alcuni in fase sperimentale.

Meccanismo e luogo dell'eutrofizzazione

L'eutrofizzazione è un processo di aumento della produzione di biomassa in un corpo idrico causato da concentrazioni crescenti di nutrienti vegetali, più comunemente fosfati e nitrati . L'aumento delle concentrazioni di nutrienti porta ad aumentare la fecondità delle piante acquatiche , sia macrofite che fitoplancton . Man mano che più materiale vegetale diventa disponibile come risorsa alimentare, vi sono aumenti associati di invertebrati e specie ittiche . Man mano che il processo continua, la biomassa del corpo idrico aumenta ma la diversità biologica diminuisce. Con un'eutrofizzazione più grave, la degradazione batterica della biomassa in eccesso provoca il consumo di ossigeno, che può creare uno stato di ipossia almeno nei sedimenti di fondo e negli strati più profondi dell'acqua. Zone ipossiche si trovano comunemente nei laghi di acque profonde nella stagione estiva a causa di stratificazione al freddo povero di ossigeno nell'ipolimnio e il caldo ricco di ossigeno epilimnion . Le acque dolci fortemente eutrofiche possono diventare ipossiche per tutta la loro profondità a seguito di gravi fioriture algali o crescite eccessive di macrofite.

Secondo l'Enciclopedia di Ullmann, "il principale fattore limitante per l'eutrofizzazione è il fosfato". La disponibilità di fosforo generalmente favorisce un'eccessiva crescita e decomposizione delle piante causando una grave riduzione della qualità dell'acqua. Il fosforo è un nutriente necessario per la vita delle piante ed è il fattore limitante per la crescita delle piante nella maggior parte degli ecosistemi di acqua dolce. Il fosfato aderisce strettamente alle particelle del suolo, quindi viene principalmente trasportato dall'erosione e dal deflusso. Una volta traslocato nei laghi, l'estrazione del fosfato nell'acqua è lenta, da qui la difficoltà di invertire gli effetti dell'eutrofizzazione. Negli ecosistemi marini l' azoto e il ferro sono i principali nutrienti limitanti per l'accumulo di biomassa algale.

Le fonti di eccesso di fosfato sono i fosfati presenti nei detersivi , negli scarichi industriali/domestici e nei fertilizzanti. Con la graduale eliminazione dei detersivi contenenti fosfati negli anni '70, il deflusso industriale/domestico e l'agricoltura sono emersi come i principali fattori che contribuiscono all'eutrofizzazione.

L'eutrofizzazione è stata riconosciuta come un problema di inquinamento idrico nei laghi e nei bacini idrici europei e nordamericani a metà del XX secolo. Ricerche pionieristiche condotte presso l' Experimental Lakes Area (ELA) in Ontario, Canada, negli anni '70, hanno fornito la prova che i corpi di acqua dolce sono limitati dal fosforo. L'ELA utilizza l' approccio dell'intero ecosistema e le indagini a lungo termine sull'acqua dolce dell'intero lago, incentrate sull'eutrofizzazione culturale.

Il trifosfato di sodio , un tempo componente di molti detergenti, è stato uno dei principali responsabili dell'eutrofizzazione.
1. I nutrienti in eccesso vengono applicati al terreno. 2. Alcuni nutrienti penetrano nel terreno e successivamente vengono scaricati nelle acque superficiali. 3. Alcuni nutrienti scorrono sul terreno nel corpo idrico. 4. I nutrienti in eccesso causano una fioritura algale. 5. La fioritura algale riduce la penetrazione della luce. 6. Le piante sotto la fioritura algale muoiono perché non possono ricevere la luce solare per eseguire la fotosintesi. 7. Alla fine, la fioritura algale muore e sprofonda sul fondo del lago. Le comunità batteriche iniziano a decomporre i resti, utilizzando l'ossigeno per la respirazione. 8. La decomposizione fa sì che l'acqua si impoverisca di ossigeno. Le forme di vita più grandi, come i pesci, muoiono.
Eutrofizzazione in un canale

Eutrofizzazione naturale

Sebbene l'eutrofizzazione sia comunemente causata dalle attività umane, può anche essere un processo naturale, in particolare nei laghi. I paleolimnologi ora riconoscono che anche i cambiamenti climatici, la geologia e altre influenze esterne sono fondamentali nella regolazione della produttività naturale dei laghi. Alcuni laghi dimostrano anche il processo inverso ( meiotrofizzazione ), diventando con il tempo meno ricchi di nutrienti poiché gli input poveri di nutrienti eluiscono lentamente la massa d'acqua più ricca di nutrienti del lago. Questo processo può essere osservato in laghi e bacini artificiali che tendono ad essere altamente eutrofici al primo riempimento, ma possono diventare più oligotrofici con il tempo. La principale differenza tra l'eutrofizzazione naturale e quella antropica è che il processo naturale è molto lento e si verifica su scale temporali geologiche.

Eutrofizzazione culturale

L'eutrofizzazione culturale è causata da un'eccessiva quantità di nutrienti nell'acqua che causa una crescita eccessiva di alghe che possono bloccare lo scambio di luce e aria. Le alghe alla fine vengono scomposte da batteri che causano condizioni anossiche e "zone morte".

L' eutrofizzazione culturale o antropica è il processo che accelera l'eutrofizzazione naturale a causa dell'attività umana. A causa del disboscamento e della costruzione di paesi e città, il deflusso del suolo è accelerato e più nutrienti come fosfati e nitrati vengono forniti a laghi e fiumi, e quindi agli estuari e alle baie costiere . L'eutrofizzazione culturale si verifica quando i nutrienti eccessivi delle attività umane finiscono nei corpi idrici creando inquinamento da nutrienti e accelerando anche il naturale processo di eutrofizzazione. Il problema è diventato più evidente in seguito all'introduzione dei fertilizzanti chimici in agricoltura (rivoluzione verde della metà del 1900). Il fosforo e l'azoto sono i due principali nutrienti che causano l'eutrofizzazione culturale poiché arricchiscono l'acqua, consentendo ad alcune piante acquatiche, in particolare le alghe, di crescere rapidamente. Le alghe tendono a fiorire ad alta densità e quando muoiono, la loro degradazione da parte dei batteri rimuove l'ossigeno, generando condizioni anossiche . Questo ambiente anossico uccide gli organismi aerobici (es. pesci e invertebrati) nel corpo idrico. Ciò riguarda anche gli animali terrestri, limitando il loro accesso all'acqua interessata (ad es. come fonte di abbeveraggio). La selezione di specie di alghe e piante acquatiche che possono prosperare in condizioni ricche di nutrienti può causare interruzioni strutturali e funzionali di interi ecosistemi acquatici e delle loro reti trofiche, con conseguente perdita di habitat e biodiversità.

Esistono diverse fonti di nutrienti eccessivi dall'attività umana, tra cui il deflusso da campi fertilizzati, prati e campi da golf, acque reflue e acque reflue non trattate e combustione interna di combustibili. L'eutrofizzazione culturale può verificarsi nei corpi di acqua dolce e salata, le acque poco profonde sono le più suscettibili. Nelle coste e nei laghi poco profondi, i sedimenti sono spesso risospesi dal vento e dalle onde che possono provocare il rilascio di nutrienti nell'acqua sovrastante, aumentando l'eutrofizzazione. Il deterioramento della qualità dell'acqua causato dall'eutrofizzazione culturale può quindi avere un impatto negativo sugli usi umani, compresa la fornitura di acqua potabile per il consumo, gli usi industriali e le attività ricreative.

Fonti di inquinamento da nutrienti di origine antropica

Vista aerea del Lago di Valencia che sta vivendo un grande flusso di eutrofizzazione culturale a causa dello scarico di acque reflue non trattate nel lago.
Inquinamento dei nutrienti causato dal deflusso superficiale del suolo e dei fertilizzanti durante una tempesta di pioggia

L'inquinamento da nutrienti, una forma di inquinamento dell'acqua , si riferisce alla contaminazione da apporti eccessivi di nutrienti . È una causa primaria di eutrofizzazione delle acque superficiali , in cui i nutrienti in eccesso, solitamente azoto o fosforo , stimolano la crescita delle alghe . Le fonti di inquinamento da nutrienti includono il deflusso superficiale da campi e pascoli agricoli, scarichi da fosse settiche e foraggi ed emissioni da combustione. Le acque reflue grezze contribuiscono in larga misura all'eutrofizzazione culturale poiché le acque reflue sono ricche di sostanze nutritive. Il rilascio di acque reflue grezze in un grande corpo idrico è indicato come scarico di acque reflue e si verifica ancora in tutto il mondo. L'eccesso di composti azotati reattivi nell'ambiente è associato a molti problemi ambientali su larga scala. Questi includono l'eutrofizzazione delle acque superficiali , le fioriture algali dannose , l' ipossia , le piogge acide , la saturazione di azoto nelle foreste e il cambiamento climatico .

Dal boom agricolo negli anni '10 e di nuovo negli anni '40 per far fronte all'aumento della domanda di cibo, la produzione agricola dipende fortemente dall'uso di fertilizzanti. Il fertilizzante è una sostanza naturale o chimicamente modificata che aiuta il terreno a diventare più fertile. Questi fertilizzanti contengono elevate quantità di fosforo e azoto, il che si traduce in quantità eccessive di nutrienti che entrano nel terreno. Azoto , fosforo e potassio sono i "Big 3" nutrienti primari nei fertilizzanti commerciali, ognuno di questi nutrienti fondamentali gioca un ruolo chiave nella nutrizione delle piante. Quando l' azoto e il fosforo non sono completamente utilizzati dalle piante in crescita, possono essere persi dai campi dell'azienda agricola e avere un impatto negativo sulla qualità dell'aria e dell'acqua a valle. Questi nutrienti possono eventualmente finire negli ecosistemi acquatici e contribuiscono all'aumento dell'eutrofizzazione. Quando gli agricoltori spargono il loro fertilizzante, sia esso organico o sintetico, la maggior parte del fertilizzante si trasformerà in un deflusso che si raccoglie a valle generando eutrofizzazione culturale.

Gli approcci di mitigazione per ridurre gli scarichi di sostanze nocive e inquinanti comprendono la bonifica dei nutrienti, lo scambio di nutrienti e la ripartizione delle fonti di nutrienti.

Effetti

Sistemi di acqua dolce

Una risposta alle quantità aggiunte di nutrienti negli ecosistemi acquatici è la rapida crescita di alghe microscopiche, che creano una fioritura algale . Negli ecosistemi di acqua dolce , la formazione di fioriture algali galleggianti sono comunemente cianobatteri che fissano l'azoto (alghe blu-verdi). Questo risultato è favorito quando l'azoto solubile diventa limitante e gli apporti di fosforo rimangono significativi. L'inquinamento dei nutrienti è una delle principali cause di fioriture algali e crescita eccessiva di altre piante acquatiche che portano al sovraffollamento della competizione per la luce solare, lo spazio e l'ossigeno. L'aumento della concorrenza per i nutrienti aggiunti può causare potenziali danni a interi ecosistemi e reti trofiche, nonché una perdita di habitat e biodiversità delle specie.

L'eutrofizzazione del Lago Mono che è un lago Soda ricco di cianobatteri .

Quando le macrofite e le alghe muoiono in laghi, fiumi e torrenti eutrofici iperproduttivi, si decompongono e i nutrienti contenuti in quella materia organica vengono convertiti in forma inorganica dai microrganismi. Questo processo di decomposizione consuma ossigeno, il che riduce la concentrazione di ossigeno disciolto. I livelli di ossigeno impoveriti a loro volta possono portare alla morte dei pesci e a una serie di altri effetti che riducono la biodiversità. I nutrienti possono concentrarsi in una zona anossica e possono essere resi nuovamente disponibili solo durante il turn-over autunnale o in condizioni di flusso turbolento. Le alghe morte e il carico organico trasportato dall'acqua in entrata in un lago si depositano sul fondo e subiscono una digestione anaerobica rilasciando gas serra come metano e CO 2 . Parte del gas metano può essere ossidato da batteri anaerobici dell'ossidazione del metano come Methylococcus capsulatus che a sua volta può fornire una fonte di cibo per lo zooplancton . Così può aver luogo un processo biologico autosufficiente per generare una fonte di cibo primaria per il fitoplancton e lo zooplancton a seconda della disponibilità di un adeguato ossigeno disciolto nel corpo idrico.

La crescita potenziata della vegetazione acquatica, del fitoplancton e delle fioriture algali interrompe il normale funzionamento dell'ecosistema, causando una serie di problemi come la mancanza di ossigeno necessario per la sopravvivenza di pesci e crostacei . L'eutrofizzazione diminuisce anche il valore dei fiumi, dei laghi e del godimento estetico. Possono verificarsi problemi di salute laddove condizioni eutrofiche interferiscono con il trattamento dell'acqua potabile .

Le attività umane possono accelerare la velocità con cui i nutrienti entrano negli ecosistemi . Il deflusso dall'agricoltura e dallo sviluppo, l'inquinamento da sistemi settici e fognature , lo spargimento di fanghi di depurazione e altre attività legate all'uomo aumentano il flusso di nutrienti inorganici e sostanze organiche negli ecosistemi. Livelli elevati di composti atmosferici di azoto possono aumentare la disponibilità di azoto. Il fosforo è spesso considerato il principale responsabile nei casi di eutrofizzazione nei laghi soggetti a inquinamento "puntiforme" da condotte fognarie. La concentrazione di alghe e lo stato trofico dei laghi corrispondono bene ai livelli di fosforo nell'acqua. Gli studi condotti nell'area sperimentale dei laghi in Ontario hanno mostrato una relazione tra l'aggiunta di fosforo e il tasso di eutrofizzazione. Le fasi successive dell'eutrofizzazione portano a fioriture di cianobatteri che fissano l'azoto limitate esclusivamente dalla concentrazione di fosforo.

Acque costiere

L'eutrofizzazione è un fenomeno comune nelle acque costiere . A differenza dei sistemi di acqua dolce in cui il fosforo è spesso il nutriente limitante, l'azoto è più comunemente il nutriente limitante chiave delle acque marine ; quindi, i livelli di azoto hanno maggiore importanza per comprendere i problemi di eutrofizzazione nell'acqua salata. Gli estuari , in quanto interfaccia tra acqua dolce e acqua salata, possono essere limitati sia in fosforo che in azoto e comunemente mostrano sintomi di eutrofizzazione. L'eutrofizzazione negli estuari si traduce spesso in ipossia/anossia delle acque di fondo, che porta alla morte dei pesci e al degrado dell'habitat. La risalita dei sistemi costieri favorisce inoltre un aumento della produttività convogliando in superficie acque profonde e ricche di sostanze nutritive, dove le sostanze nutritive possono essere assimilate dalle alghe . Esempi di fonti antropogeniche di inquinamento ricco di azoto nelle acque costiere includono l'allevamento di pesci nelle gabbie marine e gli scarichi di ammoniaca dalla produzione di coke dal carbone.

Il World Resources Institute ha identificato 375 zone costiere ipossiche nel mondo, concentrate nelle aree costiere dell'Europa occidentale, delle coste orientali e meridionali degli Stati Uniti e dell'Asia orientale , in particolare del Giappone .

Oltre al deflusso dalla terra, ai rifiuti dell'allevamento ittico e agli scarichi industriali di ammoniaca, l' azoto fisso atmosferico può essere un'importante fonte di nutrienti in mare aperto. Uno studio del 2008 ha scoperto che questo potrebbe rappresentare circa un terzo della fornitura di azoto esterno (non riciclato) dell'oceano e fino al 3% della nuova produzione biologica marina annuale. È stato suggerito che l'accumulo di azoto reattivo nell'ambiente potrebbe rivelarsi grave quanto l'immissione di anidride carbonica nell'atmosfera.

Ecosistemi terrestri

Gli ecosistemi terrestri sono soggetti a impatti altrettanto negativi dell'eutrofizzazione. L'aumento dei nitrati nel suolo è spesso indesiderabile per le piante. Molte specie di piante terrestri sono in pericolo a causa dell'eutrofizzazione del suolo, come la maggior parte delle specie di orchidee in Europa. Prati, foreste e paludi sono caratterizzati da un basso contenuto di nutrienti e specie a crescita lenta adattate a quei livelli, quindi possono essere ricoperte da specie a crescita più rapida e più competitive. Nei prati, le erbe alte che possono trarre vantaggio da livelli di azoto più elevati possono modificare l'area in modo che le specie naturali possano andare perse. Le paludi ricche di specie possono essere superate da specie di canneti o canneti . Il sottobosco interessato dal deflusso di un vicino campo fertilizzato può essere trasformato in un cespuglio di ortiche e rovi .

Le forme chimiche dell'azoto sono più spesso preoccupanti per quanto riguarda l'eutrofizzazione, perché le piante hanno un elevato fabbisogno di azoto in modo che l'aggiunta di composti azotati stimolerà la crescita delle piante. L'azoto non è facilmente disponibile nel suolo perché N 2 , una forma gassosa di azoto, è molto stabile e non disponibile direttamente per le piante superiori. Ecosistemi terrestri basano su microbica fissazione dell'azoto per convertire N 2 in altre forme, quali nitrati . Tuttavia, c'è un limite alla quantità di azoto che può essere utilizzata. Gli ecosistemi che ricevono più azoto di quanto le piante richiedono sono chiamati saturi di azoto. Gli ecosistemi terrestri saturi possono quindi contribuire con azoto sia inorganico che organico all'eutrofizzazione delle acque dolci, costiere e marine, dove l'azoto è anche tipicamente un nutriente limitante . Questo è anche il caso di un aumento dei livelli di fosforo. Tuttavia, poiché il fosforo è generalmente molto meno solubile dell'azoto, viene lisciviato dal suolo a una velocità molto più lenta dell'azoto. Di conseguenza, il fosforo è molto più importante come nutriente limitante nei sistemi acquatici.

Effetti ecologici complessivi

L'eutrofizzazione è evidente come un aumento della torbidità nella parte settentrionale del Mar Caspio , ripreso dall'orbita.

Molti effetti ecologici possono derivare dalla stimolazione della produzione primaria , ma ci sono tre impatti ecologici particolarmente preoccupanti: diminuzione della biodiversità, cambiamenti nella composizione e dominanza delle specie ed effetti di tossicità.

Diminuzione della biodiversità

Quando un ecosistema sperimenta un aumento dei nutrienti, i produttori primari ne traggono i primi benefici. Negli ecosistemi acquatici, specie come le alghe subiscono un aumento della popolazione (chiamato fioritura algale ). Le fioriture algali limitano la luce solare disponibile per gli organismi che vivono sul fondo e causano ampie oscillazioni nella quantità di ossigeno disciolto nell'acqua. L'ossigeno è richiesto da tutte le piante e gli animali che respirano aerobicamente e viene reintegrato alla luce del giorno da piante e alghe fotosintetizzanti . In condizioni eutrofiche, l'ossigeno disciolto aumenta notevolmente durante il giorno, ma viene notevolmente ridotto al buio dalle alghe che respirano e dai microrganismi che si nutrono della massa crescente di alghe morte. Quando i livelli di ossigeno disciolto scendono a livelli ipossici , i pesci e altri animali marini soffocano. Di conseguenza, creature come pesci, gamberetti e soprattutto gli abitanti dei fondali immobili muoiono. In casi estremi, si verificano condizioni anaerobiche , favorendo la crescita dei batteri. Le zone in cui ciò si verifica sono note come zone morte .

Nuova invasione di specie

L'eutrofizzazione può causare un rilascio competitivo rendendo abbondante un nutriente normalmente limitante . Questo processo provoca cambiamenti nella composizione delle specie degli ecosistemi. Ad esempio, un aumento dell'azoto potrebbe consentire a specie nuove e competitive di invadere e superare le specie originarie degli abitanti. È stato dimostrato che ciò si verifica nelle paludi salmastre del New England . In Europa e in Asia, la carpa comune vive frequentemente in aree naturalmente eutrofiche o ipereutrofiche, ed è adattata a vivere in tali condizioni. L'eutrofizzazione di aree al di fuori del suo areale naturale spiega in parte il successo del pesce nel colonizzare queste aree dopo essere stato introdotto.

Tossicità

Alcune fioriture algali derivanti dall'eutrofizzazione, altrimenti chiamate "fioriture algali dannose", sono tossiche per piante e animali. I composti tossici possono risalire la catena alimentare , causando la mortalità degli animali. Le fioriture di alghe d'acqua dolce possono rappresentare una minaccia per il bestiame. Quando le alghe muoiono o vengono mangiate, vengono rilasciate neuro ed epatotossine che possono uccidere gli animali e rappresentare una minaccia per l'uomo. Un esempio di tossine algali che si fanno strada nell'uomo è il caso dell'avvelenamento da crostacei . Le biotossine create durante le fioriture algali vengono assorbite dai crostacei (cozze, ostriche), portando questi alimenti umani ad acquisire la tossicità e ad avvelenarli. Gli esempi includono l' avvelenamento da molluschi paralitici , neurotossici e diarroici . Altri animali marini possono essere vettori di tali tossine, come nel caso della ciguatera , dove è tipicamente un pesce predatore che accumula la tossina e poi avvelena l'uomo.

Valutazione

Ai livelli più estremi, l'eutrofizzazione è identificabile dalla vista e dall'olfatto.

Quando le condizioni diventano ripugnanti e sono necessarie misure drastiche per controllare le odiose crescite di alghe, allora non c'è più bisogno di mobilitare esperti o apparecchiature scientifiche per spiegare cosa è successo.

Tuttavia, poiché i corpi idrici cambiano il loro stato chimico e biologico, identificare la scala e le cause del problema sono prerequisiti per identificare una strategia di bonifica.

All'interno dei corpi idrici eutrofici, i nutrienti sono in flusso costante e una determinazione delle concentrazioni di N e P potrebbe non fornire una buona prova dell'attuale stato eutrofico. Nei primi studi sui Grandi Laghi , i solidi totali, il calcio, il sodio, il potassio, il solfato e il cloruro fornirono buone prove a sostegno dell'eutrofizzazione anche se non erano essi stessi implicati. Questi ioni erano indicativi di apporti antropici generali e fornivano buoni surrogati per gli apporti di nutrienti.

Le valutazioni qualitative dell'acqua basate su evidenti segni di eutrofizzazione come cambiamenti nelle specie di alghe presenti o nella loro relativa abbondanza saranno in genere troppo tardi per evitare i danni causati dall'eutrofizzazione alla diversità biotica.

Le valutazioni quantitative a intervalli regolari dei principali indicatori chimici e biologici possono fornire dati statisticamente validi per identificare l'inizio più precoce dell'eutrofizzazione e monitorarne i progressi. I parametri tipici utilizzati includono la clorofilla-a, l'azoto totale, il fosforo totale e disciolto, la richiesta biologica o chimica di ossigeno e il livello di profondità di secchi .

Entità del problema

I sondaggi hanno mostrato che il 54% dei laghi in Asia è eutrofico ; in Europa , 53%; in Nord America , 48%; in Sud America , 41%; e in Africa il 28%. In Sud Africa, uno studio del CSIR che utilizza il telerilevamento ha mostrato che oltre il 60% dei giacimenti censiti era eutrofico. Alcuni scienziati sudafricani ritengono che questa cifra potrebbe essere più alta, poiché la fonte principale sono le fognature disfunzionali che producono più di 4 miliardi di litri al giorno di effluenti fognari non trattati, o nella migliore delle ipotesi parzialmente trattati, che scaricano nei fiumi e nei bacini idrici.

Obiettivi globali

Il quadro delle Nazioni Unite per gli obiettivi di sviluppo sostenibile riconosce gli effetti dannosi dell'eutrofizzazione sugli ambienti marini e ha stabilito una tempistica per la creazione di un indice di eutrofizzazione costiera e densità di detriti plastici galleggianti (ICEP).

L' obiettivo di sviluppo sostenibile 14 ha specificamente l'obiettivo di prevenire e ridurre significativamente l'inquinamento di ogni tipo, compreso l'inquinamento da nutrienti (eutrofizzazione) entro il 2025.

Prevenzione e inversione

L'eutrofizzazione pone un problema non solo agli ecosistemi , ma anche agli esseri umani. La riduzione dell'eutrofizzazione dovrebbe essere una preoccupazione fondamentale quando si considerano le politiche future e una soluzione sostenibile per tutti, compresi gli agricoltori, è fattibile. Sebbene l'eutrofizzazione ponga problemi, gli esseri umani dovrebbero essere consapevoli che il deflusso naturale (che causa la fioritura delle alghe in natura) è comune negli ecosistemi e quindi non dovrebbe invertire le concentrazioni di nutrienti oltre i livelli normali.

Ridurre al minimo l'inquinamento da fonti puntiformi da acque reflue

Le misure finlandesi di rimozione del fosforo sono iniziate a metà degli anni '70 e hanno preso di mira fiumi e laghi inquinati da scarichi industriali e municipali. Questi sforzi hanno avuto un'efficienza di rimozione del 90%. Tuttavia, alcune sorgenti puntiformi mirate non hanno mostrato una diminuzione del deflusso nonostante gli sforzi di riduzione.

Esistono diversi modi per risolvere l'eutrofizzazione culturale con le acque reflue grezze che sono una fonte puntuale di inquinamento. Ad esempio, gli impianti di trattamento delle acque reflue possono essere aggiornati per la rimozione dei nutrienti biologici in modo che scarichino molto meno azoto e fosforo nel corpo idrico ricevente. Tuttavia, anche con un buon trattamento secondario , la maggior parte degli effluenti finali degli impianti di trattamento delle acque reflue contiene notevoli concentrazioni di azoto come nitrato, nitrito o ammoniaca. La rimozione di questi nutrienti è un processo costoso e spesso difficile.

Le leggi che regolano lo scarico e il trattamento delle acque reflue hanno portato a drastiche riduzioni dei nutrienti negli ecosistemi circostanti. Poiché un importante contributo al carico di nutrienti da fonti non puntuali dei corpi idrici è costituito dalle acque reflue domestiche non trattate, è necessario fornire impianti di trattamento alle aree altamente urbanizzate, in particolare quelle nei paesi in via di sviluppo , in cui il trattamento delle acque reflue domestiche è scarso. La tecnologia per riutilizzare in modo sicuro ed efficiente le acque reflue , sia da fonti domestiche che industriali, dovrebbe essere una preoccupazione primaria per la politica in materia di eutrofizzazione.

Ridurre al minimo l'inquinamento dei nutrienti da parte dell'agricoltura

Ci sono molti modi per aiutare a risolvere l'eutrofizzazione culturale causata dall'agricoltura. Pratiche agricole sicure sono il modo numero uno per risolvere il problema. Alcune precauzioni di sicurezza sono:

  1. Tecniche di gestione dei nutrienti - Chiunque utilizzi fertilizzanti dovrebbe applicare fertilizzante nella quantità corretta, nel momento giusto dell'anno, con il metodo e il posizionamento corretti.
  2. Year - Round Ground Cover - una coltura di copertura eviterà periodi di terreno nudo, eliminando così l'erosione e il deflusso di sostanze nutritive anche dopo che si è verificata la stagione di crescita.
  3. Piantare respingenti per campi - Piantando alberi, arbusti ed erbe lungo i bordi dei campi per aiutare a catturare il deflusso e assorbire alcuni nutrienti prima che l'acqua raggiunga un corpo idrico vicino.
  4. Lavorazione conservativa - Riducendo la frequenza e l'intensità della lavorazione del terreno si aumenterà la possibilità che i nutrienti vengano assorbiti nel terreno.

Ridurre al minimo l'inquinamento non puntuale

L'inquinamento non puntuale è la fonte di nutrienti più difficile da gestire. La letteratura suggerisce, tuttavia, che quando queste fonti sono controllate, l'eutrofizzazione diminuisce. Si raccomandano i seguenti passaggi per ridurre al minimo la quantità di inquinamento che può entrare negli ecosistemi acquatici da fonti ambigue.

Zone cuscinetto rivierasche

Gli studi dimostrano che intercettare l'inquinamento non puntuale tra la sorgente e l'acqua è un efficace mezzo di prevenzione. Le zone cuscinetto ripariali sono interfacce tra un corpo idrico fluente e la terra e sono state create vicino ai corsi d'acqua nel tentativo di filtrare gli inquinanti; sedimenti e sostanze nutritive si depositano qui invece che nell'acqua. La creazione di zone cuscinetto vicino a fattorie e strade è un altro possibile modo per evitare che i nutrienti viaggino troppo lontano. Tuttavia, gli studi hanno dimostrato che gli effetti dell'inquinamento atmosferico da azoto possono raggiungere ben oltre la zona cuscinetto. Ciò suggerisce che il mezzo di prevenzione più efficace proviene dalla fonte primaria.

Politica di prevenzione

Occorre imporre una politica che regoli l'uso agricolo di fertilizzanti e rifiuti animali. In Giappone la quantità di azoto prodotta dal bestiame è adeguata al fabbisogno di fertilizzanti per l'industria agricola. Pertanto, non è irragionevole ordinare ai proprietari di bestiame di raccogliere i rifiuti animali dal campo, che se lasciati stagnanti si riverseranno nelle acque sotterranee.

La politica in materia di prevenzione e riduzione dell'eutrofizzazione può essere suddivisa in quattro settori: tecnologie, partecipazione pubblica, strumenti economici e cooperazione. Il termine tecnologia è usato in modo approssimativo, riferendosi a un uso più diffuso dei metodi esistenti piuttosto che all'appropriazione di nuove tecnologie. Come accennato in precedenza, le fonti di inquinamento non puntuali sono i principali responsabili dell'eutrofizzazione e i loro effetti possono essere facilmente ridotti al minimo attraverso pratiche agricole comuni. La riduzione della quantità di inquinanti che raggiungono uno spartiacque può essere ottenuta attraverso la protezione della sua copertura forestale, riducendo la quantità di erosione che si riversa in uno spartiacque. Inoltre, attraverso l'uso efficiente e controllato della terra utilizzando pratiche agricole sostenibili per ridurre al minimo il degrado del suolo, è possibile ridurre la quantità di deflusso del suolo e fertilizzanti a base di azoto che raggiungono uno spartiacque. La tecnologia di smaltimento dei rifiuti costituisce un altro fattore di prevenzione dell'eutrofizzazione.

Il ruolo del pubblico è un fattore importante per un'efficace prevenzione dell'eutrofizzazione. Affinché una politica abbia qualche effetto, il pubblico deve essere consapevole del proprio contributo al problema e dei modi in cui può ridurne gli effetti. I programmi istituiti per promuovere la partecipazione al riciclaggio e all'eliminazione dei rifiuti, nonché l'educazione sul tema dell'uso razionale dell'acqua sono necessari per proteggere la qualità dell'acqua all'interno delle aree urbanizzate e dei corpi idrici adiacenti.

Gli strumenti economici, "che comprendono, tra gli altri, i diritti di proprietà, i mercati dell'acqua, gli strumenti fiscali e finanziari, i sistemi di tariffazione e di responsabilità, stanno gradualmente diventando una componente sostanziale del set di strumenti di gestione utilizzati per il controllo dell'inquinamento e le decisioni di allocazione dell'acqua". Gli incentivi per coloro che praticano tecnologie di gestione dell'acqua pulite e rinnovabili sono un mezzo efficace per incoraggiare la prevenzione dell'inquinamento. Interiorizzando i costi associati agli effetti negativi sull'ambiente, i governi sono in grado di incoraggiare una gestione dell'acqua più pulita.

Poiché un corpo idrico può avere un effetto su una gamma di persone che va ben oltre quella dello spartiacque, è necessaria la cooperazione tra diverse organizzazioni per prevenire l'intrusione di contaminanti che possono portare all'eutrofizzazione. Le agenzie che vanno dai governi statali a quelli della gestione delle risorse idriche e le organizzazioni non governative, fino alla popolazione locale, sono responsabili della prevenzione dell'eutrofizzazione dei corpi idrici. Negli Stati Uniti, lo sforzo interstatale più noto per prevenire l'eutrofizzazione è la baia di Chesapeake .

Test e modellizzazione dell'azoto

Il test dell'azoto nel suolo (N-Testing) è una tecnica che aiuta gli agricoltori a ottimizzare la quantità di fertilizzante applicata alle colture. Testando i campi con questo metodo, gli agricoltori hanno visto una diminuzione dei costi di applicazione del fertilizzante, una diminuzione dell'azoto perso nelle fonti circostanti o entrambi. Testando il terreno e modellando la quantità minima di fertilizzante necessaria, gli agricoltori ottengono benefici economici riducendo l'inquinamento.

Coltivazione biologica

C'è stato uno studio che ha scoperto che i campi fertilizzati organicamente "riducono significativamente la lisciviazione di nitrati dannosi" rispetto ai campi fertilizzati convenzionalmente. Tuttavia, uno studio più recente ha scoperto che gli impatti dell'eutrofizzazione sono in alcuni casi più elevati della produzione biologica rispetto a quelli della produzione convenzionale.

Crostacei negli estuari

Una soluzione proposta per fermare e invertire l'eutrofizzazione negli estuari è ripristinare le popolazioni di molluschi, come ostriche e cozze . I reef di ostriche rimuovono l' azoto dalla colonna d'acqua e filtrano i solidi sospesi, riducendo successivamente la probabilità o l'entità di fioriture algali dannose o condizioni anossiche. L'attività di filtraggio è considerata benefica per la qualità dell'acqua controllando la densità del fitoplancton e sequestrando i nutrienti, che possono essere rimossi dal sistema attraverso la raccolta dei molluschi, sepolti nei sedimenti o persi per denitrificazione . Il lavoro fondamentale verso l'idea di migliorare la qualità dell'acqua marina attraverso la coltivazione dei molluschi è stato condotto da Odd Lindahl et al., utilizzando le cozze in Svezia. Negli Stati Uniti sono stati condotti progetti di ripristino dei molluschi sulle coste orientali, occidentali e del Golfo. Vedere l'inquinamento dei nutrienti per una spiegazione estesa della bonifica dei nutrienti utilizzando i crostacei.

Allevamento di alghe

L'acquacoltura di alghe offre un'opportunità per mitigare e adattarsi ai cambiamenti climatici. Le alghe, come le alghe, assorbono anche fosforo e azoto e sono quindi utili per rimuovere i nutrienti in eccesso dalle parti inquinate del mare. Alcune alghe coltivate hanno una produttività molto elevata e potrebbero assorbire grandi quantità di N, P, CO2, producendo grandi quantità di O2 hanno un ottimo effetto sulla diminuzione dell'eutrofizzazione. Si ritiene che la coltivazione di alghe su larga scala dovrebbe essere una buona soluzione al problema dell'eutrofizzazione nelle acque costiere.

Geoingegneria nei laghi

Applicazione di un assorbente al fosforo in un lago - Paesi Bassi

La geoingegneria è la manipolazione di processi biogeochimici , solitamente il ciclo del fosforo , per ottenere una risposta ecologica desiderata nell'ecosistema . Le tecniche di geoingegneria utilizzano tipicamente materiali in grado di inattivare chimicamente il fosforo disponibile per gli organismi (es. fosfato) nella colonna d'acqua e anche di bloccare il rilascio di fosfato dal sedimento (carico interno). Il fosfato è uno dei principali fattori che contribuiscono alla crescita delle alghe, principalmente cianobatteri, quindi una volta ridotto il fosfato, l'alga non è in grado di crescere eccessivamente. Pertanto, i materiali di geoingegneria vengono utilizzati per accelerare il recupero dei corpi idrici eutrofici e gestire la fioritura algale. In letteratura sono presenti diversi sorbenti di fosfati, da sali metallici (es. allume , solfato di alluminio ,) minerali, argille naturali e suoli locali, prodotti di scarto industriali, argille modificate (es. bentonite modificata con lantanio ) e altri. Il sorbente fosfato viene comunemente applicato sulla superficie del corpo idrico e affonda sul fondo del lago riducendo il fosfato, tali sorbenti sono stati applicati in tutto il mondo per gestire l'eutrofizzazione e la fioritura algale.

Guarda anche

Riferimenti

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