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etwork nazionali e regionali e degliosservatori globali
P. Viaroli*, M. Bartoli*, G. Giordani*, S. Mazzilli#, J.M. Zaldivar§
*DSA, Universit di Parma - #GTOS/SDRN, FAO, Roma - § EC-JRC, IES, Ispra (VA)
LaguNet: rete italiana delle laguneSEANet-L: Southern European Arc Network of LagoonsC-GTOS: coastal module Global Terrestrial Observing SystemLTER-IT: Long Term Ecological Research ItaliaProgetti DITTY e NITIDA: Indicatori
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2001)
Gruppo promotore: Viaroli, Giordani, Murray, Zaldivar, Barbanti, Rabitti e Guerzoni
Idea di base: mettere a sistema conoscenze, studi ed esperienze
http://www.dsa.unipr.it/lagunet
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I gruppi di ricercaLaguNet
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Sacca di Goro
S’Ena Arrubia
Stagnone di Marsala
Laguna di Orbetello
Laguna di Venezia
Laguna di Varano
Valli di Comacchio
Alimini
Capo Peloro
Golfo di Genova
Valle Smarlacca
Piallassa Baiona
Rada di AugustaCapo Feto
Laghetti di Marinello
Acquatina
Laguna di Lesina
Porto di Genova
Torre Guaceto
Lagune Pontine
Sacca di Goro
S’Ena Arrubia
Stagnone di Marsala
Laguna di Orbetello
Laguna di Venezia
Laguna di Varano
Valli di Comacchio
Alimini
Capo Peloro
Golfo di Genova
Valle Smarlacca
Piallassa Baiona
Rada di AugustaCapo Feto
Laghetti di Marinello
Acquatina
Laguna di Lesina
Porto di Genova
Torre Guaceto
Lagune Pontine
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� � � −+−= )()()( sinkssourcesoutputinputdt
dM
Σ
Σ ≠
PrecipitationEvaporation
Sea
RunoffGroundwaterOtherResidual
Flux
Exchange
System
PrecipitationEvaporation
Sea
RunoffGroundwaterOther
RunoffGroundwaterOtherResidual
Flux
Exchange
SystemInternal transformations
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SeaSys 1 Sys2
sea
Sys 1
Sys2
2 boxes model
2 layers model
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∆DIP(Sources-sinks)
net source
net sink
balanced(± 10µmol m-2 d-1)
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∆DIN(Sources-sinks)
net source
net sink
in balance(± 0.5 mmol m-2 d-1)
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y = -0.6523x + 0.0002R2 = 0.7903
-0.12
-0.10
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0.00
0.02
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
DIP input∆∆ ∆∆
DIP
Piallassa Baiona
y = -0.7466x + 0.1342R2 = 0.8273
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
0 1 2 3 4 5 6 7 8
DIN input
∆∆ ∆∆D
IN
Relazione tra le trasformazioni interne e i carichi di DIN (azoto inorganico disciolto) e DIP (fosforo inorganico disciolto). Unià in mol m-2 y-1
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LagoonL-DIP L-DIN NEM (mmol m-2 d-1)
mg m-2 y-1 mg m-2 y-1growth decay
AnnualMean
Alimini Grande 0.06 3.29 +0.3 -0.5 0.0
Valle Smarlacca 0.03 1.79 +2.0 +0.0 +1.1
S’Ena Arrubia 2.63 4.48 +42.0 +3.0 +9.0
Sacca di Gorophytoplankton
0.87 33.02 +17.0 -64.0 -16.0
Sacca di Goromacroalgae
0.87 33.02 +54.0 -201.0 -51.0
Net Ecosystem Metabolism (NEM) derived from the LOICZ biogeochemical model (negative values= heterotrophic; Positive values= autotrophic) (source: LOICZ Report & Studies19, 2001)
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y = 66.887x - 0.1174R2 = 0.8925
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
DIP input
NE
M
Piallassa Baiona
Relazione tra NEM espresso in unità di carbonio e carico del fosforo inorganico disciolto. Unità in mol m-2 y-1.
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1°attività LaguNet (2002-2003)
Giordani G., P. Viaroli, D. P. Swaney, C. N. Murray, J. M. Zaldivar and J. J. Marshall Crossland (eds), 2005. Nutrient fluxes in transition zones of the Italian Coast. LOICZ REPORTS & STUDIES No. 28.http://www.dsa.unipr.it/lagunet
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•Widely applied• Comparable results•Good start point to organise available information
~250 sites
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2° attività LaguNet: coastal lagoon typology
Web-Forum organizzato da Basset (Febbraio 2004)
Workshop su Coastal lagoon Typology organizzato da Basset & Carrada a Napoli il 17-19 giugno 2004
Prodotti:
Basset A., L.Sabetta, A. Fonnesu, D. Mouillot, T. Do Chi, P. Viaroli, G. Giordani S. Reizopoulou, M. Abbiati, G. C. Carrada, 2006. Typology in Mediterranean transitional waters: new challenges and perspectives. Aquatic conservation (in stampa)
Tagliapietra D., A.V. Ghirardini, 2006. Some notes about Italian Coastal Lagoon typology in the light of WFD. Aquatic conservation (in stampa)
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modified from Pearson & Rosemberg (1978), Hyland et al. (2000), de Wit et al. (2001); Viaroli et al. (2004)
Sedimentary organic matter TOC %DW
AR
BIT
RA
RY
UN
ITS
High stress/Disturbance
Intermediatestress
No effect
Macrobenthic variablesDissolved O2
3°attività LaguNet: BenthOCIndividuazione di indicatori basati sulle relazioni esistenti tra comunitàmacrobentonica e sostanza organica (leader: P. Magni & D. Tagliapietra)
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Maggio 2005 – 4°attività LaguNetOrganizzata e coordinata da S. BencivelliSistema di early-warning delle fioriture algali lungo la costa italiana
Febbraio 2006 - 5°Attività LaguNetOrganizzata e coordinata da: E. Cecere, G. Izzo e A. SfrisoCensimento e catalogo delle macrofite bentoniche delle lagune italiane
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La scala regionale – Network che sono stati sviluppati sulmodello di LaguNet con il contributo del progetto EU - DITTY
PlaNet21.09.2004 LaguNet
16.04.2002 ElNet20.04.2004
RedMarismas: 22.03.2005
PNEC/SRL 24.02.2006
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Sulla base dello schema di LaguNet sono in fase di costituzione due network regionali
NetWork regionale del baltico: BALLOON istituito il 7 ottobre 2005 a Klaipeda (Lituania)
SEANet: Southern European Arc Network (Mediterranean, Lusitanian, Black Sea regions): riunione costituente il 24 febbraio 2006 a Sete (F)
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Studio pilota nel Mediterraneo per valutare il “Delivery System” nell’ambito del C-GTOS (S. Mazzilli & G. Giordani)
FAO. 2005. Coastal GTOS Draft Strategic design and phase1 implementation plan. By Christian, R.R., Baird, D., Bowen, R.E., Clark, D.M., DiGiacomo, P.M., de Mora, S., Jiménez, J., Kineman, J., Mazzilli, S., Servin G., Talaue-McManus, L., Viaroli, P. & Yap, H. GTOS Report No. 36. FAO, Rome. 93 pp. http://www.fao.org/gtos/pubs.html
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Rete nazionale per le ricerche ecologiche di lungo temine LTER-IT organizzata da CONECOFOR, CNR, SITE, SISEF (Petriccione, Bertoni, Bianchi, Matteucci, Pugnetti, Ravaioli, Viaroli)
Inizio attività 9 marzo 2006, Roma:Adriatico & Golfo di NapoliForeste (3 siti)Acque Interne (Laghi insubrici e Laghi artificiali della Sardegna)AntartidePiramid Lake
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Progetti DITTY & NITIDA
Indicatori biogeochimici
-Acqua
-Sedimento
-Metabolismo
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D is s o lve d O xye n
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 2 0 0 2 2 0 2 4 0
%S AT
Q-v
alu
e
Indicatore semplice derivato dal Water Quality Index –Lagoon Water Quality Index (LWQI)
fanerogameSaturazione O2, DIN, DIP, Ch-a
macroalghe
Utilizzo di funzioni di utilità e di pesi attribuiti con parere esperto
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Lagoon water quality index(Q-pesati)
0
10
20
30
40
50
60
70
80LM
1
LM2
LM3
LM4
LL1
LL2
LL3
LL4
GM
1
GM
2
GM
3
GM
4
GA
1
GA
2
GA
3
GA
4
DIPDINrootedmacroalghechlaDO
L = Lesina ; G = Goro; M = maggio, L = luglio, A = agosto 1, 2, 3, 4 = stazione
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0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
1 0 0
R iaF o rm o sa
M a r m e no r E ta ng d utha u
S a cca d iG o ro
G e ra
D INS R Pro o t co vM a c co vC hl-aO 2 %
Applicazione del L-WQI nelle 5 lagune del progetto DITTY
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Caratteristiche e reazioni biogeochimiche sono legate a produzione primaria e attività microbicaO2 produzione/respirazione ���� disponibilità O2 ���� vie ossidative
O2 deficit ���� solfuri ����reazioni solfuro-ferro ���� FeS, FeS2
Interazioni ferro-solfuri-fosfati
Ammonificazione/nitrificazione/denitrificazione ���� perdita di N
R-NH2 ���� NH4+����NO3
-���� N2
Reazioni e processi contribuiscono al metabolismodell’ecosistema
Net Ecosystem Metabolism (NEM) Buffering functions (BUF)
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.
.
===============================================================CATEGORIES CONDITION SYSTEM QUALIFICATIONS
Rates BP/BD Timing-------------------------------------------------------------------------------------------------------------Dystrophy DR=NP <0 1-10 gO2m-2 h-1 H/La STotal heterotrophy DR=NP ≤≤≤≤0 < 1 gO2m-2 h-1 L/La CNet heterotrophy DR < NP≤≤≤≤0 < 1 gO2m-2 h-1 L/R CNet autotrophy 0 < NP≤≤≤≤ |DR| < 1 gO2m-2 h-1 L /R CTotal autotrophy 0 < |DR| < NP < 1 gO2m-2 h-1 L/R CHyperautotrophy 0 < |DR| << NP 1-10 gO2m-2 h-1 H/La S------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Classification of ecosystem metabolism based on oxygenproduction (NP = net production at light saturation) and consumption (DR = dark respiration). BP = biomass peak (L: low, H:High), BD = biodegradability (R: refractory, La: labile) C= NP and DR peaks are coincident, S= DR peak follows the NP peak(Rizzo et al., Estuaries, 1996; Viaroli & Christian, Ecological Indicators, 2003)
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1007550250-25
-50
-25
0
GU1
AU2
PU2
0
1 2 3
macroalgae
seagrassbare sediment
Maximun Net Production Rates
Dar
k R
espi
ratio
n R
ates
The extent of oxygen production and consumption reveals a symptom of disturbance within the ecosystem. A large excess of oxygen production is associated to the retention of a large amountof organic matter
Units: mmol m-2 h-1
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Lesina
Net Oxygen Production (mmol m-2 h-1)-20 -10 0 10 20 30
Dar
k R
espi
ratio
n (m
mol
m-2
h-1
)
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
GORO
Dar
k R
espi
ratio
n (m
mol
m-2
h-1
)
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
1 Primavera2 Primavera3 Primavera4 Primavera1 Estate2 Estate3 Estate4 Estate
Le stazioni di Lesina sono tendenzialmente autotrofiche (importanza fanerogame?)
Le stazioni di Goro sono tendenzialmente eterotrofiche (importanza vongole?)
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Primavera0 1 2 3
Est
ate
0
1
2
3Lesina 1
Lesina 2
Lesina 3
Lesina 4
Goro 1
Goro 2
Goro 3
Goro 4
Goro 5
Goro 6
Orbetello A
Orbetello B
Orbetello C
Orbetello D
Il quoziente respiratorio (flusso CO2/flusso O2) come indicatore della tendenza evolutiva del metabolismo dell’ecosistema a scala stagionale
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L1 L2 L3 L4 G1 G2 G3 G4 G5 G6 A B C D
Quo
zien
te r
espi
rato
rio
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
Primavera Estate
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La transizione ossico ���� anossica altera gli equilibri sedimentari e favorisce il rilascio di solfuri ���� il rilascio dei solfuri è controllato dalla disponibilità di ferro reattivo labile
La predisposione del sedimento a trattenere/rilasciare solfuri può essere determinata mediante titolazione di un’aliquota di sedimento con del solfuro libero
100ml di slurry di sedimento intatto
Titolazione con solfuro disciolto (100 mM) (da 4 a 6 aggiunte sequenziali di 1 mL ciascuna)
Misura dei solfuri con elettrodo ione specifico ad ago o micro
Misura del pH in parallelo
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0
5
10
15
0 50 100 150 200
Fe Labile umol ml-1
DS
fiss
ati u
mol
ml-1
L4 L2
G2
G1
Esperimento sulla capacità del sedimento di precipitare i solfuri disciolti (DS)
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Definizioni della buffer capacity dei solfuri nel sedimento della Sacca di Goro (Azzoni et al., 2005, Hydrobiologia, 550)
AVS = solfuro acido volatile (FeS, solfuro libero)
TRIS = AVS+CRS (con CRS = solfuro cromo riducibile, FeS2 e zolfo elementare)
LFe = ferro reattivo labile (estraibile con HCl 0.5 M)
�L = [LFe(II)-AVS]+LFe(III) buffer capacity biogeochimicamodificato da Heijs et al. (2000)
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Risposta del sistema ai carichi azotati
Controllo dell’azoto ammoniacale
•MPB poco efficace
•Macrofite con una maggiore efficacia
G M S V 1 2 3 4
mm
ol m
-2 d
-1
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
Disponibilità di NH4+ nella colonna d'acqua
Scambio netto giornaliero di NH4+ attraverso l'interfaccia
SINK
SOURCE
INTERMEDIATE
MAY
G M S V 1 2 3 4
mm
ol m
-2 d
-1
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
SOURCE
INTERMEDIATEJULY
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G M S V 1 2 3 4
mm
ol m
-2
0
20
40
60
80
100
120
140
nitrato disponibile in colonna d'acquanitrato denitrificato su base giornaliera
G M S V 1 2 3 4
mm
ol m
-2
0
5
10
15
20
25
30
MAY
JUNE
Denitrificazione e processi microbici poco efficaci
Al crescere del carico organico aumenta il tasso di DNRA (Nizzoliet al., 2006, MEPS in press)
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Relazione tra metabolismo netto dell’ecosistema (NEM, mol m-2 y-1) e carico esterno del DIP (mol m-2 y-1) in 17 lagune italiane (Giordani et al. LOICZ R&S 28)
Metodi semplici per un rapid assessment del metabolismo netto dell’ecosistema (NEM) – LOICZ BM
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% dw
µmol cm-3
µmol cm-3
-
% dw
-
mol m-2y-1
Days
Units
claySilt-claySand-siltSandGranulometry
<55-2020-40>40Sedimentary carbonates
>150100-15050-100<50Sedimentary AVS
<5050-100100-200>200Sedimentary Reactive Iron
<55-1010-20>20Sedimentary C:N ratio
>105-101-5< 1Sedimentary Organic Matter
< -50-(-5)5-0>5Net Ecosystem Metabolism
>157-151-7<1Water Residence Time
0123Score
VeryHighHighModerateLowPotential Vulnerability Level
(PVL)
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APPROCCIO BIOGEOCHIMICO E APPROFONDIMENTI- Metabolismo netto del sistema- Quoziente respiratorio- Rapporto tra consumo batterico e consumo chimico di O2- Importanza relativa dei processi respiratori- Rapporto tra denitrificazione e nitrato ammonificazione- Presenza e Accoppiamento dei processi di nitrificazione- Velocità di comparsa dei solfuri nella colonna d’acqua- Pool sedimentari di Fe, S, Ca
Cosa può essere integrato in questo approccio?-Qualità del detrito organico-Analisi della comunità meio e macrobentonica
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PROBLEMI APERTI
1) quanti indici per una laguna? Il problema dell’eterogeneità
Esempi di eterogeneità su piccola scala:-La distribuzione delle microalghe bentoniche-La distribuzione della macrofauna bentonica
2) La stabilità delle interfacce, un buon indicatore?
3) Le transizioni ossico-anossiche e le implicazioni per i processiall’interfaccia