Fiumi Aridi e Nutrienti ‘Fantasma’: Sveliamo il Mistero dell’Azoto e del Fosforo

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa che mi affascina e, allo stesso tempo, mi preoccupa un po’: cosa succede ai nutrienti, come l’azoto (N) e il fosforo (P), nei fiumi che scorrono in regioni aride, dove l’acqua è una risorsa preziosa e spesso scarsa. Avete presente quando sentiamo parlare di eutrofizzazione? Quelle brutte fioriture algali che soffocano laghi e mari? Ecco, spesso la colpa è proprio di un eccesso di azoto e fosforo che finisce nei corsi d’acqua, principalmente a causa delle nostre attività.

Il Bilancio dei Nutrienti: NANI e NAPI

Per capire meglio la situazione, gli scienziati usano due sigle un po’ tecniche ma fondamentali: NANI (Net Anthropogenic Nitrogen Input) e NAPI (Net Anthropogenic Phosphorus Input). In parole povere, misurano quanto azoto e fosforo “extra” noi umani immettiamo in un bacino idrografico. Da dove arrivano? Principalmente da:

• Fertilizzanti usati in agricoltura (la fetta più grossa!)
• Fissazione dell’azoto da parte di alcune colture
• Il bilancio netto di cibo e mangimi che entrano ed escono dalla regione
• Deposizione atmosferica di azoto
• Detersivi contenenti fosforo (per il NAPI)

Insomma, facciamo un vero e proprio “bilancio” di quanto N e P aggiungiamo all’ambiente.

Il Caso Studio: il Fiume Liao in Cina

Per capirci di più, abbiamo preso come esempio il bacino del Fiume Liao, nel nord della Cina. È una zona arida, con poca pioggia e un’agricoltura intensiva. Abbiamo analizzato i dati dal 2010 al 2020 e… sorpresa! I valori medi di NANI e NAPI sono risultati piuttosto alti: 9453 kg di N per km² all’anno e 1916 kg di P per km² all’anno. Per darvi un’idea, sono valori superiori a quelli di molti altri grandi bacini fluviali, anche in zone più piovose della Cina! La fonte principale? Come sospettavamo, i fertilizzanti (circa il 56% per NANI e il 52% per NAPI), seguiti dal bilancio di cibo e mangimi. Interessante notare che questi input hanno raggiunto un picco intorno al 2014-2015 e poi hanno iniziato a diminuire un po’, segno forse di una maggiore attenzione al problema.

L’Enigma dell’Esportazione: Dove Vanno a Finire N e P?

E qui arriva il punto cruciale, quello che rende le zone aride così particolari. Normalmente, ci si aspetta che una parte significativa di questi nutrienti immessi (il NANI e il NAPI) venga poi trasportata via dal fiume verso il mare. Questo “export” si chiama RNE (Riverine Nitrogen Export) e RPE (Riverine Phosphorus Export). In molte regioni del mondo, si stima che circa il 20-25% del NANI finisca nei fiumi. Ma nel Fiume Liao? I risultati sono stati sbalorditivi: l’RNE medio è stato di soli 37 kg N per km² all’anno e l’RPE di 2 kg P per km² all’anno. Facendo due conti, significa che solo lo 0.42% del NANI e lo 0.12% del NAPI vengono effettivamente esportati dal fiume! Una frazione minuscola, quasi irrilevante rispetto a quanto entra. È come versare un’intera bottiglia d’acqua in un colino e vederne uscire solo poche gocce.

Il Ruolo Chiave dell’Acqua (o della sua Assenza)

Perché questa enorme differenza rispetto alle zone più umide? La risposta sta nell’idrologia. In un bacino arido come quello del Liao, le precipitazioni sono scarse e concentrate in brevi periodi, e la portata del fiume (la quantità d’acqua che scorre) è bassa, spesso ridotta ulteriormente dai prelievi per l’irrigazione (pensate che alcuni tratti del fiume si seccano completamente!). L’acqua è semplicemente troppo poca per “lavare via” efficacemente i nutrienti dal terreno e trasportarli a valle. Di conseguenza, la maggior parte dell’azoto e del fosforo immessi dall’uomo rimane “intrappolata” nel bacino: nei suoli, nelle acque sotterranee, o viene trasformata (ad esempio, l’azoto può tornare all’atmosfera tramite denitrificazione).

Abbiamo visto che l’RNE e l’RPE sono fortemente influenzati dalla portata del fiume e dalle precipitazioni. A differenza di altri studi, non abbiamo trovato una correlazione diretta e significativa tra NANI e RNE, o tra NAPI e RPE. Questo conferma che, in condizioni di scarsità idrica, il legame diretto tra input antropico e output fluviale si indebolisce parecchio. È l’acqua disponibile a dettare legge su quanto N e P riescono effettivamente a “scappare” dal bacino.

Non Solo Acqua: Uso del Suolo e Fattori Socio-Economici

Ovviamente, l’idrologia non è l’unico fattore. Anche l’uso del suolo gioca un ruolo. Abbiamo notato, ad esempio, che la percentuale di terreno agricolo (cropland ratio) influenza il rapporto tra RNE e NANI (cioè quanto azoto esce rispetto a quanto entra). Per il fosforo (RPE), invece, sembra essere più importante il NAPI proveniente dalle aree sviluppate (developed land), legato probabilmente agli scarichi urbani e alle attività umane concentrate. Infatti, l’RPE è risultato correlato anche alla densità di popolazione (POP) e al Prodotto Interno Lordo (GDP), suggerendo un forte legame con lo sviluppo socio-economico e l’urbanizzazione.

Modelli Predittivi: Mettere Insieme i Pezzi

Capire queste dinamiche complesse è fondamentale per prevedere e gestire l’inquinamento. Abbiamo provato a costruire dei modelli matematici per stimare l’RNE e l’RPE non basandoci solo su NANI e NAPI, ma includendo anche i fattori idrologici (portata, precipitazioni) e l’uso del suolo. I risultati sono stati incoraggianti: i nostri modelli “multifattoriali” sono riusciti a spiegare il 67% della variazione dell’RNE e ben il 75% della variazione dell’RPE! Questo dimostra che per capire davvero cosa succede ai nutrienti nei fiumi aridi, dobbiamo considerare l’insieme di input antropici, caratteristiche del territorio e, soprattutto, il regime idrologico. Per il fosforo, è stato particolarmente utile separare il contributo delle aree agricole da quello delle aree sviluppate/urbane.

Implicazioni: Una Bomba a Orologeria?

Questa situazione di “alto input e basso output” ha un’implicazione importante: l’azoto e il fosforo si stanno accumulando all’interno del bacino del Fiume Liao. È come se il sistema stesse immagazzinando nutrienti anno dopo anno. Questo potrebbe sembrare positivo a breve termine (meno inquinamento a valle), ma è potenzialmente una “bomba ecologica” a orologeria. Cosa succederebbe se eventi climatici estremi (piogge intense) o grandi opere idrauliche (che stanno realizzando proprio per combattere la siccità) aumentassero improvvisamente la capacità di trasporto del fiume? Potremmo assistere a un rilascio massiccio di questi nutrienti accumulati verso il mare (il Mar Giallo, in particolare la Baia di Liaodong, già fortemente eutrofizzata), con conseguenze ambientali gravi.

Cosa Possiamo Fare?

È chiaro che la gestione dei nutrienti nei bacini aridi richiede strategie specifiche. Non basta ridurre gli input, anche se rimane fondamentale:

• Ottimizzare l’uso dei fertilizzanti: Ridurre le quantità e migliorare l’efficienza per minimizzare le perdite, soprattutto nelle aree a valle dove gli input sono maggiori.
• Migliorare la salute del suolo: Aumentare il contenuto di materia organica nel suolo (migliorare il rapporto C/N) può aiutare a trattenere meglio l’azoto, riducendo la necessità di fertilizzanti e il rischio di lisciviazione.
• Trattare le acque reflue: Potenziare il trattamento delle acque reflue, specialmente nelle aree densamente popolate, è cruciale per ridurre l’apporto di fosforo legato alle attività urbane.

In conclusione, l’avventura dell’azoto e del fosforo nei fiumi aridi è molto diversa da quella nei fiumi “normali”. L’acqua scarsa agisce come un freno potente, causando un accumulo di nutrienti nel bacino che non possiamo ignorare. Capire a fondo questa interazione tra input umani, uso del suolo e idrologia è la chiave per proteggere queste risorse idriche vulnerabili e prevenire problemi futuri a valle. Una sfida complessa, ma affascinante!

Fonte: Springer