Nitrogen and Phosphorus dynamics in coastal areas: common patterns, peculiarities and ecological implications

Field: Environmental Science (Physical Sciences)

L’attivita svolta nel corso del Dottorato di ricerca e stata focalizzata sullo studio della dinamica dell’azoto e del fosforo in differenti ecosistemi costieri lungo le coste della Campania.
In tutto il mondo il sistema costiero e sottoposto a forti pressioni legate a fenomeni antropici che avvengono su scale spazio–temporali completamente differenti da quelle caratteristiche dei forzanti naturali. Pertanto, comprendere la dinamica e il funzionamento degli ecosistemi marino-costieri e un tema complesso e di notevole interesse. Infatti, qualunque intervento di gestione o di risanamento della fascia costiera non puo prescindere da una dettagliata conoscenza di tali sistemi.
Nel corso di questo lavoro e stato seguito un approccio progressivo, con una prima caratterizzazione dei tre principali golfi della costa campana, basata sui dati raccolti nell’ambito di un programma di monitoraggio, ma limitati sia in termini di parametri misurati sia in termini di risoluzione verticale. Si e quindi studiata la dinamica di N e P lungo la colonna d’acqua e la loro relazione con i parametri fisici, analizzando i dati storici di una stazione ubicata nel Golfo di Napoli (LTER-MareChiara). Infine, durante i primi due anni del Dottorato, e stata condotta un’attivita sperimentale specifica, con la misura di ulteriori parametri chimici e biologici alla stazione di MareChiara, che hanno permesso di definire il ruolo del comparto microbico nella modulazione della dinamica di N e P nel Golfo di Napoli.
Piu nel dettaglio, nella prima parte del lavoro, e stata analizzata la distribuzione superficiale di N e P (totali, inorganici e organici) in differenti ecosistemi, ubicati lungo la costa campana, utilizzando i dati raccolti nell’ambito del progetto nazionale Si.Di.Mar (Sistema Difesa Mare). Per ogni sito di indagine e stata analizzata la composizione media, la variabilita interannuale e la stagionalita delle differenti forme di N e P. Inoltre e stata effettuata una classificazione dei differenti ambienti in base alle proprieta chimiche e sono stati individuati i meccanismi che maggiormente influenzano la dinamica di N e P all’interno dei sotto-sistemi individuati. N e P presentano una notevole variabilita spaziale nelle acque costiere della regione Campania sia in termini di concentrazioni assolute sia in termini di rapporti relativi. Le stazioni ubicate nel Golfo di Gaeta e nel Golfo di Napoli presentano un elevato carico di nutrienti di origine terrigena e caratteristiche eutrofiche-mesotrofiche. In tali aree la variabilita di N e P e prevalentemente guidata dagli apporti terrigeni. Al contrario, nel Golfo di Salerno, soprattutto nella parte meridionale, gli input terrigeni sono notevolmente ridotti, le acque costiere presentano caratteristiche meso-oligotrofiche e la dinamica di N e P e influenzata notevolmente dagli scambi con le acque aperte. La frazione inorganica disciolta predomina nelle stazioni ubicate in prossimita delle foci fluviali, mentre nelle altre stazioni N e P sono presenti prevalentemente in forma organica. I nitrati rappresentano la componente predominante dell’azoto inorganico disciolto (DIN) in prossimita dei fiumi Sarno e Picentino, mentre l’ammoniaca rappresenta circa il 50% del DIN in prossimita del Sarno. In tutte le stazioni ubicate nel Golfo di Napoli, sono state riscontrate elevate concentrazioni di ammoniaca e fosfati, indicatori di una forte pressione antropica. Infine una marcata stagionalita del rapporto N/P nel pool inorganico e stata osservata in tutti i siti di indagine, nonostante le differenti caratteristiche chimiche di ciascuno.
La distribuzione verticale di N e P inorganici e stata studiata utilizzando i dati raccolti nel periodo 2002-2009 nella stazione LTER-MareChiara. Utilizzando una tecnica di decomposizione moltiplicativa, e stata stimata l’influenza delle variabilita interannuale, della stagionalita e degli ‘eventi’ sulla distribuzione di N e P. Le forzanti fisiche (temperatura e salinita) e meteorologiche (precipitazioni) sono state analizzate al fine di evidenziare il loro ruolo nel modulare la dinamica di N e P. I risultati ottenuti hanno mostrato che l’apporto di N inorganico e legato a differenti sorgenti. L’ammoniaca predomina nello strato piu superficiale ed e soprattutto legata agli apporti terrigeni, i nitrati presentano due differenti meccanismi di arricchimento. Nello strato superficiale prevalgono gli input terrigeni, mentre la parte piu profonda della colonna d’acqua e influenzata anche da altri processi (quali la rimineralizzazione e la circolazione sub-superficiale). Le precipitazioni e gli apporti terrigeni generalmente determinano un incremento di N e P e del rapporto N/P. Quindi le caratteristiche chimiche delle masse d’acqua superficiali potrebbero essere utilizzate come traccianti delle sorgenti di nutrienti.
Infine e stata condotta un’attivita sperimentale volta a caratterizzare la distribuzione verticale e temporale di N e P in termini di:
•	concentrazione
•	ripartizione
•	rapporti stechiometrici
all’interno dei differenti pool (disciolto inorganico, disciolto organico e particellato).
Inoltre, sono state eseguite misure di attivita enzimatica (fosfatasi alcalina e leucina aminopeptidasi) e di biomassa (del fitoplancton e dei batteri eterotrofi), per analizzare il ruolo delle comunita microbiche nella dinamica di N e P. I risultati ottenuti hanno evidenziato la presenza di un’elevata variabilita temporale, piu marcata nello strato superficiale. La dinamica di N e P e fortemente influenzata dalle attivita biologiche, soprattutto all’interno del pool particellato. Per N e P inorganici e stata osservata una stretta dipendenza sia dai processi fisici sia da quelli biologici.