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Grazia Masciandaro

Livorno, Fortezza Vecchia Giovedì 31 maggio 2012. Il processo di fitotrattamento dei sedimenti di dragaggio: risultati della sperimentazione AGRIPORT in Italia. Grazia Masciandaro. Brunello Ceccanti Serena Doni Cristina Macci Eleonora Peruzzi Veronica Bianchi Renato Iannelli .

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Presentation Transcript

  1. Livorno, Fortezza Vecchia Giovedì 31 maggio 2012 Il processo di fitotrattamento dei sedimenti di dragaggio: risultati della sperimentazione AGRIPORT in Italia Grazia Masciandaro • Brunello Ceccanti • Serena Doni • Cristina Macci • Eleonora Peruzzi • Veronica Bianchi • Renato Iannelli

  2. Scopo del Progetto AGRIPORT Applicazione della fitorimediazione per la decontaminazione di sedimenti marini e di acque interne derivanti da attività di dragaggio, al fine di trasformarli in una matrice non contaminata (tecno-suolo), riutilizzabile per ripristini ambientali di aree degradate o in campo agronomico. AGRIPORT Agricultural Reuse of Polluted Dredged Sediments No. ECO/08/239065/S12.532262

  3. Obiettivi specifici • Recuperoagronomico • (miglioramentodellecaratteristichechimiconutrizionali) • Recuperoecologico-funzionale(miglioramentodellafertilitàbiochimica) • Decontaminazione(riduzionedegliinquinanti)

  4. Sedimenti di dragaggio trattati con la tecnologia AGRIPORT: • Sedimenti di acque interne Canale Navicelli-Pisa • Sedimenti marini Porto di Livorno • Contenuto di nutrienti C e N non equilibrato • Natura argillosa • Contaminazione organica ed inorganica • Elevata salinità • Natura limo-argillosa • Contaminazione prevalentemente organica LIVORNO

  5. Porto di Livorno (Italia centrale) • Sedimenti di dragaggio con contaminazione inferiore al 90% dei limiti per siti ad uso commerciale e industriale (Tab. 1 all. 5 D.Lgs 152/2006): • vasca di colmata 1.750.000 m3 • Dragaggio selettivo di sedimenti contaminati nel canale industriale • tot 315 000 m3 – 2 anni; • 15 000 m3 da metalli pesanti (5%), • 80 000 m3 da idrocarburi (25%), • 40 000 m3 da metalli pesanti ed idrocarburi • (13%)

  6. Sedimenti dragati dal porto di Livorno Miscelazione del sedimento con un suolo sabbioso (20% v/v) Classificazione USDA*: Franco sabbioso

  7. Sito di Livorno: Costruzionedellavasca (Gennaio-Aprile, 2010) Area Donegani (porto di Livorno)

  8. Schema deitrattamenti piantumazione (Maggio 2010) strato di compost incorporato in superficie (dose 40 t/h) 02 05 08 11 Piante selezionate: specie erbacea (Paspalumvaginatum) specie arbustive (Spartiumjunceum, Tamarix gallica) 1 2 3 4 03 12 06 09 01 04 07 10 Paspalum (~1440 piante) Controllo (no piante) Spartium (~120 piante) + Paspalum Tamarix (~120 piante) + Paspalum

  9. Sito di Pisa: CanaleNavicelli Miscelazione con un suolo sabbioso (20% v/v) Canale navigabile Pisa-Livorno Lunghezza: 16 km Larghezza: 32 m Profondità: 3 m

  10. Sito di Pisa: Allestimentoimpiantodimostrativo Riempimentodeicontenitori: stratodrenanteghiaia-sabbia, rete di plastica, miscelasedimento-terreno 5 a) b) c) Uno strato di compost è statoincorporato in superficienellamiscelasedimento-terreno (dose 40 t/h)

  11. Trattamenti: • Neriumoleander+ Paspalum v. • Tamarixgallica + Paspalum v. • Spartiumjunceum+ Paspalumv. • Phragmitesaustralis • Paspalum v. • Controllo Specie vegetali selezionate Paspalumvaginatum Tamarixgallica Phragmitesaustralis Spartiumjunceum Neriumoleander

  12. Monitoraggio Il monitoraggio ha previstoilcampionamentodeisedimenti con cadenza semestrale; sono di seguitoriportatiirisultatirelativiaicampionamentiiniziale e finale: Sito di Livorno: Maggio 2010 - Maggio 2012 Sito di Pisa: Ottobre 2010, Maggio 2012 I sedimentisonostatiprelevati a 0-20, 20-40 e 40-60 cm di profondità, omogenizzati, setacciati (2mm) e conservatiall’aria per le analisichimiche e a 4 °C per quellebiologiche Le piante (parte epigea e parte radicale) sono state inoltrecampionate con lo scopo di valutarel’accumulodeimetallipesantineilorotessuti e lo sviluppo del sistemaradicale June 2010, T0

  13. Monitoraggio • Recupero Agronomico: Recupero ecologico-funzionale: • Carbonioorganicototale • Azotototale • Fosforototale • Nitrati • Numero di microorganismi • Biodiversità microbica • Attività microbica: attività enzima deidrogenasi decontaminazione: • Contaminanti inorganici • e organici: • Metallipesanti: Zn, Pb, Ni, Cu, Cr, Cd • Idrocarburi totali (TPH)

  14. Risultati sito di Livorno

  15. Adattamento dopo 3 mesi Sito di Livorno Adattamento e crescita delle piante Maggio 2010 (piantumazione)

  16. Sito di Livorno Adattamento e crescita delle piante Maggio 2011 Maggio 2012

  17. Recuperoagronomico Riduzione del carbonio totale nei trattamenti e in particolare nel controllo La presenzadellepianteconsente, rispetto al controllo, ilmantenimentonel tempo del C-organiconellostrato 0-20 cm P, Paspalum; C, controllo; P+S, Paspalum+Spartium; P+T, Paspalum+Tamarix

  18. Recuperoagronomico Aumento medio del Fosforo totale del 20% negli strati profondi dei trattamenti con piante arbustive P, Paspalum; C, controllo; P+S, Paspalum+Spartium; P+T, Paspalum+Tamarix

  19. Recuperoagronomico Aumento dell’Azoto totale negli strati profondi dei trattamenti con piante arbustive, in particolare nel trattamento P+S (50%) P, Paspalum; C, contollo P+S, Paspalum+Spartium; P+T, Paspalum+Tamarix Il processo di mineralizzazione della sostanza organica in superficie gradualmente libera nutrienti P e N, che migrano nel tempo negli strati profondi e sono a disposizione della radice, senza necessità di rifornirli dall’esterno

  20. Recuperoagronomico Aumentodeinitrati in tuttiitrattamenti con le piante Miglioramentodellecondizionichimico-fisiche per imicroorganismi e per le piante P, Paspalum; C, controllo; P+S, Paspalum+Spartium; P+T, Paspalum+Tamarix

  21. Recuperoecologico-funzionale I trattamenti con le piantehannomostratorispetto al controllo un aumentomedio del 40% dell’attivitàdell’enzimadeidrogenasi Stimolazione del metabolismomicrobico P, Paspalum; C, controllo; P+S, Paspalum+Spartium; P+T, Paspalum+Tamarix

  22. Recuperoecologico-funzionale Aumento del numero di microorganismicoltivabili in tuttiitrattamenti con pianteerbacee in associazione con quellearbustivesia in superficie (50%) che in profondità (60%) P, Paspalum; C, controllo; P+S, Paspalum+Spartium; P+T, Paspalum+Tamarix

  23. Caratterizzazione T-RFLP dellecomunitàmicrobiche Studio della Biodiversità T-RFLP: Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism Estrazione del DNA dei microorganismi PCR con un primer 16S rRNAforward marcato (fluorescente) Digestione con enzimi di restrizione Frammenti corrispondenti alle diverse comunità Riconoscimento dei frammenti marcati Separazione dei frammenti (elettroforesi capillare) Dipartimento di Biologia, Unità di Protistologia-Zoologia, Università di Pisa

  24. Maggio 2010 (inizio sperimentazione) Studio della Biodiversità DCA (Detrended Correspondence Analysis) Marrone: suolo/sedimentisecchi Verde: Rizosfere Rosso : Tempo 1 Blu: Tempo 2 Celeste: Tempo 3 Rosa: Tempo 4 Viola: Tempo 5 Cluster Analysis (metodo di Ward, 100 bootstraps) La strutturadellecomunitàmicrobichedeisedimentipiantumatisimodificanel tempo raggiungendoalla fine dellasperimentazioneunacomposizione simile a quelladellarizosferadellepiante. L’analisideiRaggruppamenti ha evidenziato, all’iniziodellasperimentazione, differenticomunitàmicrobichenelle diverse matriciiniziali (sedimento-suolo-compost) e neitrattamenti Natural soil T.gallica S. junceum Mixture Driedsediments Compost P. vaginatum

  25. Decontaminazione • Riduzione media degliidrocarburitotali del 50% in tuttiitrattamenti con le piante considerate tutte le profondità • A 0-20 cm riduzione media del 60% • Tale diminuzionepuòesserecorrelata al miglioramentodelleproprietàbiologiche a livellodelleradicidellepiante P, Paspalum; C, controllo; P+S, Paspalum+Spartium; P+T, Paspalum+Tamarix

  26. Decontaminazione Tab. A=2 Tab B=15 Tab. A=120 Tab B=600 P, Paspalum; C, controllo; P+S, Paspalum+Spartium; P+T, Paspalum+Tamarix

  27. Decontaminazione Tab. A=120 Tab B=500 Tab. A=150 Tab B=1500 Riduzione media del 15% nei trattamenti con le piante P+S riduzione media del 20% P, Paspalum; C, controllo; P+S, Paspalum+Spartium; P+T, Paspalum+Tamarix

  28. Decontaminazione Tab. A=100 Tab B=1000 Tab. A=150 Tab B=800 Riduzione media dei metalli pesanti negli strati 0-20 e 20-40 cm del 20% P, Paspalum; C, controllo; P+S, Paspalum+Spartium; P+T, Paspalum+Tamarix

  29. Paspalumvaginatum Sviluppo delle piante Profondità radici: 20 cm

  30. Spartiumjunceum Sviluppo delle piante Profondità radici: 50-60 cm LoSpartiumjunceum(L.) ha un sistemaradicale a fittone con pocheradici di diametrotra 10 e 20 mm e unaprofondità di 50-80 cm (dati di letteratura).

  31. Sviluppo delle piante Tamarixgallica Profondità delle radici: 40-50 cm La Tamarixgallicaha un sistemaradicalechearriva ad unaprofondità di 60-100 cm (dati di letteratura).

  32. Fattore di accumulo: concentrazionepiante/concentrazionesedimento Fattore di traslocazione: concentrazione parte aerea/concentrazioneradici Variazioni in funzione dello stadio fenologico delle piante

  33. Bilancio di massa dei metalli

  34. Risultati sito di Pisa

  35. Ottobre 2010 (piantumazione) Sito di Pisa Adattamento e crescita delle piante Phragmitesaustralis Paspalumvaginatum Neriumoleander Spartiumjunceum Tamarix gallica

  36. Sito di Pisa Adattamento e crescita delle piante Aprile 2011 (dopo 6 mesi) Phragmitesaustralis Spartiumjunceum Neriumoleander Tamarix gallica Paspalumvaginatum

  37. Sito di Pisa Adattamento e crescita delle piante Ottobre 2011 (dopo un anno) Phragmitesaustralis Spartiumjunceum Tamarix gallica Neriumoleander Paspalumvaginatum

  38. Sito di Pisa Adattamento e crescita delle piante Maggio 2012 (dopo un anno e mezzo) Phragmitesaustralis Spartiumjunceum Neriumoleander Tamarix gallica Paspalumvaginatum

  39. Recuperoagronomico Carbonio Organico totale Fosforo Totale Riduzione del carbonio totale nei trattamenti e in particolare nel controllo La presenzadellepianteconsente, rispetto al controllo, ilmantenimentonel tempo del C-organiconellostrato 0-20 cm Riduzione del fosforo totale negli strati 0-20 e 20-40 cm O=Oleander+Paspalum; Ph=Phragmites; S=Spartium+Paspalum; T=Tamarix+Paspalum; C=Control; P=Paspalum

  40. Recuperoagronomico Azoto totale Nitrati Aumento medio dell’Azoto totale del 25% negli strati profondi di tutti i trattamenti Aumento dei nitrati in tutti i trattamenti con le piante O=Oleander+Paspalum; Ph=Phragmites; S=Spartium+Paspalum; T=Tamarix+Paspalum; C=Control; P=Paspalum

  41. Recuperoagronomico Riduzione media del 35% del rapporto C/N Valore medio finale intorno a 10, tipico di un suolo naturale in equilibrio O=Oleander+Paspalum; Ph=Phragmites; S=Spartium+Paspalum; T=Tamarix+Paspalum; C=Control; P=Paspalum

  42. Recuperoecologico-funzionale Carica Microbica Totale Attività enzima deidrogenasi Al tempo inizialel’attivitàdeidrogenasi è sovrastimata per l’applicazione del compost Al tempo finale itrattamenti con le piantehannomostratorispetto al controllo un aumentomedio del 40% dell’attivitàdell’enzimadeidrogenasi Aumentosignificativonel tempo (>del 50%) del numerodeimicroorganismicoltivabili O=Oleander+Paspalum; Ph=Phragmites; S=Spartium+Paspalum; T=Tamarix+Paspalum; C=Control; P=Paspalum

  43. Decontaminazione Idrocarburi Totali Riduzione media superiore al 50% O=Oleander+Paspalum; Ph=Phragmites; S=Spartium+Paspalum; T=Tamarix+Paspalum; C=Control; P=Paspalum

  44. Decontaminazione Tab. A=2 Tab B=15 Tab. A=120 Tab B=600 Riduzione media del Cd del 15% Trattamenti O e T negli strati superficiali riduzione del Cd >20% Valori di Cd al tempo finale inferiori a quelli indicati nella colonna B (D. Lgs. 152/06) O=Oleander+Paspalum; Ph=Phragmites; S=Spartium+Paspalum; T=Tamarix+Paspalum; C=Control; P=Paspalum

  45. Decontaminazione Tab. A=120 Tab B=500 Tab. A=150 Tab B=1500 Limite A (152/06) Riduzione media del 25% considerando tutte le profondità O=Oleander+Paspalum; Ph=Phragmites; S=Spartium+Paspalum; T=Tamarix+Paspalum; C=Control; P=Paspalum

  46. Decontaminazione Tab. A=100 Tab B=1000 Tab. A=150 Tab B=800 Riduzione media dei metalli pesanti del 20% O=Oleander+Paspalum; Ph=Phragmites; S=Spartium+Paspalum; T=Tamarix+Paspalum; C=Control; P=Paspalum

  47. Adattamentoall’ecosistema terrestre: fertilità Suolo di controllo Sedimenti trattati Sedimenti non trattati

  48. Conclusioni RecuperoAgronomico • Il miglioramento delle proprietàchimico-nutrizionali (bilanciamento dei nutrienti) dei sedimenti trattati è indicativo dell’attivazione del ciclo dei nutrienti e quindi del recupero della fertilità agronomica. • La stimolazione dei parametri biologici, in particolare nei trattamenti con l’associazione di specie erbacee e arbustive, contribuisce a generare un “ecosistema suolo” funzionale • La diminuzione nel tempo dei metalli pesanti (20%) e degli idrocarburi totali (50-60%) indica l’efficienza del sistema di fitorimediazione mediante tecnologia AGRIPORT. Recuperoecologico-funzionale Decontaminazione

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