Intervista al Dottore Agronomo Antonio Bruno sui Sistemi di Monitoraggio della Qualità dell'Acqua Automatizzati (ACMS)

 

Intervista al Dottore Agronomo Antonio Bruno sui Sistemi di Monitoraggio della Qualità dell'Acqua Automatizzati (ACMS)

Intervistatore: Buongiorno Dottore Bruno, grazie per essere qui con noi oggi. Il tema di cui vorremmo parlare è estremamente attuale: il cambiamento climatico e le sue conseguenze sull'agricoltura, in particolare nelle zone costiere. Potrebbe darci una panoramica generale su come il cambiamento climatico sta influenzando questi ecosistemi?

Antonio Bruno: Buongiorno a voi, grazie per l'invito. Sicuramente, il cambiamento climatico è uno dei problemi ambientali più pressanti del nostro tempo. Tra le sue conseguenze più preoccupanti vi è l'innalzamento del livello del mare, che sta causando un impatto significativo sulle zone costiere e intertidali. Le aree costiere, dove si concentrano oltre il 60% della popolazione mondiale, sono particolarmente vulnerabili all'intrusione di acqua salata, che compromette la qualità delle risorse idriche e degli agroecosistemi. Questo fenomeno è particolarmente problematico per l'agricoltura, che dipende fortemente dall'acqua dolce.

Intervistatore: Parlando di intrusione di acqua salata (SWI), quali sono gli effetti principali sulla qualità dell'acqua e sui terreni agricoli?

Antonio Bruno: L'intrusione dell'acqua salata, o SWI, è il risultato dell'interazione tra l'aumento del livello del mare ei cambiamenti nei flussi di acqua dolce, sia superficiale che sotterranea. Quando l'acqua salata penetra nel terreno e nelle falde acquifere, altera le proprietà chimiche dell'acqua e del suolo, aumentando la salinità. Questo processo influisce negativamente sull'agricoltura in diverse maniere: la salinizzazione del suolo riduce la capacità delle piante di assorbire acqua, diminuendo la produttività agricola. In molte aree del Mediterraneo, come le delte del Po, del Neretva e del Nilo, questi fenomeni sono in rapido aumento.

Intervistatore: Ci sono delle regioni o delle colture che sono più a rischio rispetto ad altre?

Antonio Bruno: Le regioni più vulnerabili sono senza dubbio le aree costiere, dove l'agricoltura è praticata in prossimità di fiumi, estuari e delta. In questi luoghi, il rischio di salinizzazione del suolo è estremamente elevato, specialmente in combinazione con periodi di siccità prolungata. Le colture che richiedono molta acqua dolce, come le orticole ei cereali, sono particolarmente esposte al rischio di riduzione dei raccolti. Inoltre, in zona come il delta del Nilo, studi recenti hanno dimostrato che l'intrusione di acqua salata può penetrare fino a 45 km nell'entroterra, con una significativa riduzione della disponibilità di acqua dolce.

Intervistatore: Alla luce di questi dati, quali strategie dovrebbero essere implementate per mitigare questi effetti?

Antonio Bruno: La chiave è adottare un sistema di monitoraggio ambientale continuo, con particolare attenzione alle risorse idriche. I sistemi automatizzati di monitoraggio della qualità dell'acqua possono fornire dati ad alta frequenza, fondamentali per comprendere i trend idrologici e idrochimici. Ad esempio, monitorare costantemente parametri come la conducibilità elettrica o il contenuto di nitrati e fosfati ci permette di reagire tempestivamente alle variazioni di salinità e di prendere decisioni informate per proteggere l'agricoltura. Oltre al monitoraggio, è cruciale adottare pratiche agricole sostenibili, come l'uso efficiente delle risorse idriche e la gestione integrata delle acque.

Intervistatore: Quanto è diffuso l'uso di questi sistemi di monitoraggio nel contesto agricolo?

Antonio Bruno: Purtroppo, nonostante la loro importanza, non molti paesi hanno implementato sistemi automatizzati di monitoraggio continuo. Molti si basano ancora su campionamenti manuali e analisi di laboratorio, che, seppur utili per identificare tendenze a lungo termine, non forniscono dati sufficientemente tempestivi per affrontare i cambiamenti improvvisi, come gli eventi estremi o le variazioni giornaliere. L'implementazione di sistemi automatizzati è una sfida, ma anche una necessità per affrontare gli effetti del cambiamento climatico.

Intervistatore: Qual è, un suo avviso, il futuro dell'agricoltura nelle aree costiere, considerando l'innalzamento del livello del mare e la crescente salinizzazione?

Antonio Bruno: Credo che l'agricoltura dovrà adattarsi rapidamente ai nuovi scenari. Sarà essenziale sviluppare tecniche agricole resilienti al clima, che includano l'uso di colture più tolleranti alla salinità e pratiche di irrigazione avanzate per ottimizzare l'uso dell'acqua dolce. Allo stesso tempo, dovremo investire in infrastrutture per prevenire l'intrusione di acqua salata, come barriere fisiche e sistemi di drenaggio. In definitiva, il cambiamento climatico richiede un approccio integrato che unico monitoraggio, innovazione tecnologica e politiche di gestione sostenibile delle risorse naturali.

Il Monitoraggio della Qualità dell'Acqua

Intervistatore: Può spiegare ai nostri lettori cos'è esattamente il monitoraggio della qualità dell'acqua(WQM)?

Dott. Bruno: Il monitoraggio della qualità dell'acqua, o WQM, è il processo di raccolta e analisi di informazioni rappresentative sulle caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche delle acque. Questo avviene su diverse scale spaziali e temporali. L'obiettivo principale è valutare se l'acqua rispetta gli standard di qualità definiti da normative locali o internazionali, come la Direttiva Quadro sulle Acque dell'Unione Europea. In generale, ci permette di capire la salute e la sicurezza delle risorse idriche.

Intervistatore: Quali parametri vengono monitorati durante un WQM?

Dott. Bruno: I parametri monitorati sono molteplici e possono essere suddivisi in tre categorie principali: fisici, chimici e biologici. I parametri fisici includono la temperatura, la torbidità, il colore, la conduttività elettrica ei solidi sospesi. Quelli chimici comprendono il pH, l'ossigeno disciolto, la domanda biochimica di ossigeno e nutrienti, oltre ai composti organici e inorganici. Infine, i parametri biologici riguardano la presenza di alghe, batteri e virus. Tutti questi dati ci aiutano a comprendere lo stato di salute dell'acqua ed a prevenire potenziali rischi.

Intervistatore: È interessante. Come si progetta un sistema di monitoraggio della qualità dell'acqua?

Dott. Bruno: La progettazione di un sistema WQM è un processo complesso che richiede una buona pianificazione. Bisogna considerare vari fattori, come il numero e la distribuzione spaziale delle stazioni di monitoraggio, l'obiettivo specifico del monitoraggio, la frequenza di campionamento ed i parametri da misurare. Ad esempio, se l'obiettivo è monitorare la salinizzazione o l'eutrofizzazione di un corpo idrico, si selezionano parametri specifici per quelle problematiche. Inoltre, la scelta tra un approccio tradizionale basato su campioni d'acqua e analisi di laboratorio o un approccio più moderno con sensori automatici e sistemi di telemetria è fondamentale.

Intervistatore: A proposito, come sono evoluti questi sistemi negli ultimi decenni?

Dott. Bruno: Negli ultimi decenni abbiamo assistito a notevoli progressi tecnologici. Il monitoraggio tradizionale basato sul campionamento manuale era limitato in termini di frequenza e rappresentatività dei dati, richiedendo molto lavoro sul campo e costosi test di laboratorio. tuttavia, l'avvento di sensori automatici e sonde multiparametriche ha rivoluzionato il settore. Questi strumenti consentono di raccogliere dati in continuo, anche ogni 15 minuti, su parametri come la temperatura, il pH, la conduttività elettrica e l'ossigeno disciolto, riducendo i costi e aumentando la precisione.

Intervistatore: Quindi, i sistemi automatizzati sono ormai la norma?

Dott. Bruno: Sì, sempre più paesi stanno adottando sistemi automatizzati per il monitoraggio della qualità dell'acqua. Negli Stati Uniti e in Germania, per esempio, molti programmi di monitoraggio hanno già integrato sensori automatici. Questi sistemi consentono anche il monitoraggio remoto grazie a soluzioni di telemetria, riducendo la necessità di visite frequenti sul campo. Tuttavia, è importante garantire una calibrazione regolare per mantenere l'accuratezza dei dati.

Intervistatore: Quali sono i vantaggi principali di questi nuovi sistemi rispetto ai metodi tradizionali?

Dott. Bruno: I vantaggi principali sono la possibilità di raccogliere dati in tempo reale o quasi, e con una frequenza molto più alta rispetto ai metodi tradizionali. Questo consente di rilevare rapidamente eventuali cambiamenti nella qualità dell'acqua e di intervenire tempestivamente. Inoltre, la raccolta automatizzata riduce i costi di manodopera ei rischi di errore umano. Un altro aspetto positivo è che questi sistemi possono essere gestiti a distanza, il che riduce i costi operativi nel lungo periodo.

Intervistatore: Ci sono esempi recenti di progetti di monitoraggio automatizzato di successo?

Dott. Bruno: Sì, ce ne sono diversi. Ad esempio, un recente progetto condotto nella Finlandia meridionale ha utilizzato una rete di sensori wireless chiamata SoilWeather, che copre l'intero bacino fluviale di Karjaanjoki. Il sistema raccoglie dati ad alta frequenza su parametri come la qualità dell'acqua, l'umidità del suolo e le condizioni meteorologiche, e permette un monitoraggio quasi in tempo reale su un'area di oltre 2.000 chilometri quadrati. Inoltre, in India, nel bacino del fiume Krishnagiri, è stato utilizzato un sistema di misurazione in situ per migliorare la stima della clorofilla-a, fondamentale per il monitoraggio delle risorse idriche destinate all'irrigazione.

Intervistatore: Guardando al futuro, quali sviluppi ci possiamo aspettare nel campo del monitoraggio della qualità dell'acqua?

Dott. Bruno: Sicuramente vedremo un uso crescente di piattaforme di monitoraggio a basso costo basate su hardware open source, come i sistemi Arduino. Sebbene questi strumenti richiedano ancora sviluppo per essere affidabili in condizioni ambientali complesse, il loro potenziale è enorme. In futuro, potrebbe diventare possibile realizzare sistemi di monitoraggio continuo con costi notevolmente inferiori rispetto agli attuali strumenti commerciali. Il mio consiglio è quello di prestare sempre molta attenzione alla qualità delle nostre risorse idriche. Il monitoraggio è solo il primo passo per garantire acqua pulita e sicura per tutti, ma richiede l'impegno di esperti e cittadini per proteggere i nostri ecosistemi e la nostra salute.

Monitoraggio Ambientale

Intervistatore: Partiamo subito dal monitoraggio della salinità del suolo. Può spiegarci come viene misurata e quale importanza riveste questa misura per l'agricoltura?

Dottor Bruno: Certamente. La salinità del suolo viene misurata attraverso la conduttività elettrica (EC), che può essere espressa come conduttività elettrica apparente (ECa) sul campo e conduttività elettrica dell'estratto di suolo saturo (ECe) in laboratorio. La ECa misura la conduttività elettrica di massa e viene spesso ottenuta tramite sensori che utilizzano la tecnologia della riflettometria nel dominio del tempo (TDR), i quali possono anche misurare il contenuto di acqua nel suolo.

La salinità è cruciale perché influisce direttamente sulla crescita delle piante. Nelle zone agricole come i delta dei fiumi, dove la salinità del suolo può variare in modo significativo, è essenziale monitorare questi cambiamenti per ottimizzare l'irrigazione e prevenire danni alle colture, specialmente in periodi di alta salinità.

Intervistatore: Come viene gestito il monitoraggio della salinità sul campo? Quali sono le tecnologie utilizzate?

Dottor Bruno: Sul campo, utilizziamo i sensori TDR per ottenere dati in tempo reale sulla salinità del suolo. In alcuni casi, si installa un set di quattro sensori a diversa profondità, fino a 100 cm nel profilo del suolo, per monitorare le variazioni di salinità. Questi sensori sono collegati a un data logger che invia i dati in tempo reale a un'applicazione basata su cloud. L'autonomia energetica del sistema, grazie a pannelli solari e batterie, garantisce un monitoraggio continuo senza necessità di interventi frequenti.

Intervistatore: Passiamo ora al monitoraggio delle acque superficiali. Qual è l'approccio utilizzato e perché è importante?

Dottor Bruno: Il monitoraggio delle acque superficiali è effettuato tramite stazioni di monitoraggio equipaggiate con sensori radar per la misurazione del livello dell'acqua e della velocità della superficie dell'acqua. Queste stazioni inviano i dati in tempo reale a un database basato su cloud, utilizzando pannelli solari per l'alimentazione. Questo monitoraggio è fondamentale per comprendere i flussi d'acqua e la qualità delle acque, che influenzano direttamente sull'irrigazione e sulla gestione dei polder agricoli.

Intervistatore: Le condizioni meteorologiche giocano un ruolo cruciale nel monitoraggio ambientale. Come vengono raccolti e utilizzati i dati meteorologici?

Dottor Bruno: Si installano stazioni meteorologiche automatizzate che misurano diversi parametri, come temperatura, umidità, velocità del vento e precipitazioni. Questi dati, raccolti ogni 15 minuti, sono vitali per calcolare la potenziale evapotraspirazione (PET), che è essenziale per partecipare all'irrigazione e anticipare le condizioni meteorologiche che potrebbero compromettere la crescita delle colture e la gestione dei polder.

Intervistatore: Ci parli del database e del sistema di applicazioni web sviluppate per gestire e visualizzare i dati raccolti.

Dottor Bruno: Si può creare un database normalizzato per archiviare e recuperare le misurazioni provenienti da diversi sensori e fornitori. Questo sistema integra dati provenienti da fonti diverse e li rende accessibili tramite un portale web, sia pubblico che amministrativo. Gli agricoltori, i decisori ei ricercatori possono accedere a questi dati per pianificare le attività agricole, gestire le risorse idriche e condurre studi accademici.

Intervistatore: Infine, quali sono le principali applicazioni dei dati raccolti e come possono influenzare la gestione agricola e ambientale?

Dottor Bruno: I dati raccolti consentono agli agricoltori di praticare l'irrigazione in base alla qualità dell'acqua e alla salinità del suolo, mentre i decisori possono utilizzarli per regolare i regimi di pompaggio e mantenere livelli di acqua sicuri nei polder. I ricercatori accademici utilizzano questi dati per sviluppare modelli predittivi che possono anticipare cambiamenti nella qualità dell'acqua e del suolo, aiutando così nella pianificazione e nella gestione sostenibile delle risorse. Questi modelli possono includere sia approcci stocastici che basati sul machine learning ambientale, per prevedere la variabilità e migliorare la resilienza degli agroecosistemi ai cambiamenti climatici.

 

Sistema di monitoraggio continuo automatizzato (ACMS) nel delta del fiume Neretva

Intervistatore : Dott. Bruno le chiedo di darci una panoramica del sistema di monitoraggio continuo automatizzato (ACMS) nel delta del fiume Neretva. Può spiegarci di cosa si tratta e quali sono gli obiettivi principali di questo sistema?

Dott. Antonio Bruno : Buongiorno. Certamente. Il sistema di monitoraggio continuo automatizzato (ACMS) nel delta del fiume Neretva è stato sviluppato per affrontare le sfide legate alla salinizzazione e alla qualità dell'acqua in quest'area particolarmente vulnerabile. Il delta, che si trova sulla costa adriatica meridionale in Croazia, è stato convertito in terreni agricoli attraverso numerosi progetti di bonifica nel corso della storia. Tuttavia, questo ha creato un ambiente molto sensibile ai fenomeni come la salinizzazione, che può compromettere la fertilità del suolo e la qualità delle colture.

L'ACMS ha come obiettivo principale quello di monitorare in tempo reale la qualità dell'acqua e del suolo per fornire dati utili nella gestione delle risorse idriche e nella prevenzione dei danni dovuti alla salinizzazione. Si utilizzano una serie di sensori per misurare parametri come la temperatura, il pH, la conduttività elettrica (EC), e la salinità, sia delle acque superficiali che sotterranee.

Intervistatore : Interessante. Quali sono le principali sfide che il delta del fiume Neretva affronta in relazione alla salinizzazione e come l'ACMS contribuisce a risolverle?

Dott. Antonio Bruno : Il delta del fiume Neretva affronta diverse sfide legate alla salinizzazione, principalmente a causa della sua vicinanza al mare Adriatico e delle caratteristiche carsiche della valle. La salinizzazione può derivare sia dall'acqua di mare che entra nell'acquifero durante i periodi di bassa portata del fiume, sia dalla crescita del cuneese salino durante l'estate.

L'ACMS contribuisce a risolvere questi problemi monitorando continuamente i parametri chiave dell'acqua e del suolo. I dati raccolti in tempo reale permettono di identificare cambiamenti improvvisi nella salinità e nella qualità dell'acqua, che potrebbero non essere rilevati con metodi di campionamento tradizionali. Questo consente di prendere decisioni più rapide e informate, come l'adozione di misure correttive per limitare l'impatto della salinizzazione sull'agricoltura e sull'ambiente.

Intervistatore : Può dirci qualcosa di più sulla scelta dei siti per l'implementazione dell'ACMS? Perché sono stati selezionati i polder di Vidrice e Luke?

Dott. Antonio Bruno : I polder di Vidrice e Luke sono stati selezionati per l'implementazione dell'ACMS perché rappresentano due contesti significativi e distintivi all'interno del delta. Vidrice è situato sulla riva sinistra del fiume Mala Neretva ed è influenzato direttamente dal mare Adriatico, con una forte presenza di acqua salina. Questo lo rende un sito ideale per monitorare l'impatto della salinizzazione proveniente dall'acqua di mare.

D'altra parte, il polder di Luke, situato sulla riva destra del fiume Neretva, è più influenzato dal cuneo salino che penetra dal fiume stesso, piuttosto che dall'acqua di mare. La scelta di questi siti ci consente di ottenere una comprensione più completa dei diversi processi di salinizzazione e delle loro origini, migliorando la nostra capacità di rispondere efficacemente alle sfide in entrambe le aree.

Intervistatore : Che tipo di sensori sono utilizzati nel sistema ACMS e come vengono gestiti i dati raccolti?

Dott. Antonio Bruno : Il sistema ACMS utilizza una varietà di sensori per monitorare diversi parametri. Per esempio, abbiamo sensori per misurare temperatura, pH, conduttività elettrica (EC), salinità e ossigeno disciolto nelle acque superficiali e sotterranee. Questi sensori sono installati in sonde multiparametriche che possono fornire misurazioni in tempo quasi reale.

I dati raccolti dai sensori sono trasmessi tramite connessione wireless alla rete GSM e gestiti attraverso un database dedicato. Questo database alimenta un portale web accessibile agli stakeholder del progetto, permettendo loro di visualizzare e analizzare i dati in tempo reale. Questo approccio garantisce che le informazioni siano facilmente accessibili e utilizzabili per prendere decisioni informate.

Intervistatore : Quali sono i benefici principali che l'ACMS porta agli agricoltori e agli altri attori coinvolti?

Dott. Antonio Bruno : Gli agricoltori e gli altri attori coinvolti beneficiano enormemente dell'ACMS grazie alla disponibilità di dati dettagliati e tempestivi. Gli agricoltori possono monitorare la qualità dell'acqua utilizzata per l'irrigazione e adattare le loro pratiche agricole per minimizzare l'impatto della salinizzazione. Inoltre, i dati consentono una pianificazione più accurata delle risorse idriche e l'adozione di misure preventive per proteggere le colture.

Per le autorità e gli altri decisori, l'ACMS offre una visione chiara e aggiornata delle condizioni ambientali, facilitando la gestione delle risorse idriche e la pianificazione di interventi strategici per affrontare i cambiamenti climatici e la salinizzazione.

Benefici e le Sfide dei Sistemi di Monitoraggio della Qualità dell'Acqua Automatizzati (ACMS)

Intervistatore: Buongiorno, dottor Bruno. Oggi discutiamo dei sistemi di monitoraggio della qualità dell'acqua automatizzati, conosciuti come ACMS. Per iniziare, quali sono i principali benefici di questi sistemi rispetto ai metodi di campionamento tradizionali?

Dott. Antonio Bruno: Buongiorno. I sistemi ACMS offrono numerosi vantaggi rispetto ai metodi di campionamento tradizionali. Innanzitutto, consente una raccolta di dati in tempo reale, continua e affidabile. Questo significa che possiamo monitorare i parametri della qualità dell'acqua con alta frequenza temporale, rilevando cambiamenti improvvisi dovuti sia a fattori naturali che antropogenici. Inoltre, questi sistemi possono essere aggiornati con sensori aggiuntivi e consentire di effettuare studi multidisciplinari su aree critiche come le zone costiere ei delta dei fiumi.

Intervistatore: Molto interessante. E quali sono i parametri più comuni che questi sensori possono misurare?

Dott. Antonio Bruno: I sensori multiparametro misurano variabili come temperatura, pH, conducibilità elettrica (EC), torbidità e ossigeno disciolto (DO). Recentemente, sono stati aggiunti anche elettrodi alla selettività ionica per la concentrazione di nutrienti. Questi strumenti possono fornire dati in tempo reale che, se validati, aiuta nella presa di decisioni tempestive ed efficaci da parte di diversi attori, come agricoltori e ricercatori accademici.

Intervistatore: Quali sono, invece, le principali sfide associate all'uso dei sistemi ACMS?

Dott. Antonio Bruno: Le sfide principali includono il biofouling dei sensori, che può ridurre la loro sensibilità e interferire con le letture. I sensori ottici come quelli per la torbidità e l'ossigeno disciolto sono particolarmente colpiti da questo problema. Inoltre, la calibrazione frequente è necessaria, e la qualità dei dati può variare a seconda della precisione degli strumenti e delle condizioni ambientali. Anche la gestione dei dati ad alta risoluzione può essere impegnativa, richiedendo una base dati unificata e algoritmi per la correzione degli errori.

Intervistatore: E per quanto riguarda l'aspetto economico, i costi di implementazione sono un problema significativo?

Dott. Antonio Bruno: Sì, l'investimento iniziale può essere elevato, ma nel lungo periodo i costi possono diminuire grazie alla riduzione delle analisi di laboratorio e delle visite sul campo. Inoltre, l'uso di modelli surrogati per stimare parametri non direttamente misurabili può contribuire a ottimizzare ulteriormente i costi.

Intervistatore: In che modo le tecnologie future potrebbero migliorare i sistemi ACMS?

Dott. Antonio Bruno: Le tecnologie future dovrebbero concentrarsi su costi più bassi, maggiore affidabilità e misurazioni più accurate con minori interferenze. È importante anche sviluppare sensori aggiuntivi, come elettrodi specifici per ioni, che possano offrire un monitoraggio più completo degli ecosistemi acquatici. La creazione di basi di dati unificate e portali web per la gestione e l'analisi dei dati sarà cruciale per rendere questi sistemi ancora più utili ed efficienti.

Intervistatore: Grazie, Dottor Bruno, per il suo tempo e per le preziose informazioni sui sistemi ACMS. È stato un piacere parlare con lei.

Dott. Antonio Bruno: Grazie a lei per l'opportunità. È stato un piacere discutere di questi importanti sviluppi nel monitoraggio della qualità dell'acqua.