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Grazia Masciandaro

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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
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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
scopo del progetto agriport
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

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Obiettivi specifici

  • Recuperoagronomico
  • (miglioramentodellecaratteristichechimiconutrizionali)
  • Recuperoecologico-funzionale(miglioramentodellafertilitàbiochimica)
  • Decontaminazione(riduzionedegliinquinanti)
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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

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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%)
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Sedimenti dragati dal porto di Livorno

Miscelazione del sedimento con un suolo sabbioso

(20% v/v)

Classificazione USDA*: Franco sabbioso

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Sito di Livorno:

Costruzionedellavasca (Gennaio-Aprile, 2010)

Area Donegani (porto di Livorno)

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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

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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

sito di pisa allestimento impianto dimostrativo
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)

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Trattamenti:

  • Neriumoleander+ Paspalum v.
  • Tamarixgallica + Paspalum v.
  • Spartiumjunceum+ Paspalumv.
  • Phragmitesaustralis
  • Paspalum v.
  • Controllo

Specie vegetali selezionate

Paspalumvaginatum

Tamarixgallica

Phragmitesaustralis

Spartiumjunceum

Neriumoleander

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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

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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)
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Adattamento dopo 3 mesi

Sito di Livorno

Adattamento e crescita delle piante

Maggio 2010 (piantumazione)

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Sito di Livorno

Adattamento e crescita delle piante

Maggio 2011

Maggio 2012

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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

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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

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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

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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

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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

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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

caratterizzazione t rflp delle comunit microbiche
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

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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

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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

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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

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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

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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

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Paspalumvaginatum

Sviluppo delle

piante

Profondità radici: 20 cm

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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).

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Sviluppo delle

piante

Tamarixgallica

Profondità delle radici: 40-50 cm

La Tamarixgallicaha un sistemaradicalechearriva ad unaprofondità di 60-100 cm (dati di letteratura).

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Fattore di accumulo: concentrazionepiante/concentrazionesedimento

Fattore di traslocazione: concentrazione parte aerea/concentrazioneradici

Variazioni in funzione dello stadio fenologico delle piante

ottobre 2010 piantumazione
Ottobre 2010 (piantumazione)

Sito di Pisa

Adattamento e crescita delle piante

Phragmitesaustralis

Paspalumvaginatum

Neriumoleander

Spartiumjunceum

Tamarix gallica

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Sito di Pisa

Adattamento e crescita delle piante

Aprile 2011 (dopo 6 mesi)

Phragmitesaustralis

Spartiumjunceum

Neriumoleander

Tamarix gallica

Paspalumvaginatum

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Sito di Pisa

Adattamento e crescita delle piante

Ottobre 2011 (dopo un anno)

Phragmitesaustralis

Spartiumjunceum

Tamarix gallica

Neriumoleander

Paspalumvaginatum

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Sito di Pisa

Adattamento e crescita delle piante

Maggio 2012 (dopo un anno e mezzo)

Phragmitesaustralis

Spartiumjunceum

Neriumoleander

Tamarix gallica

Paspalumvaginatum

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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

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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

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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

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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

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Decontaminazione

Idrocarburi Totali

Riduzione media superiore al 50%

O=Oleander+Paspalum; Ph=Phragmites; S=Spartium+Paspalum; T=Tamarix+Paspalum; C=Control; P=Paspalum

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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

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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

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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

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Adattamentoall’ecosistema

terrestre: fertilità

Suolo di controllo

Sedimenti trattati

Sedimenti non trattati

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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

ad