Wetland Soil Phosphorus and Phosphorus Sorption Capacity in Wastewater-impacted and Unimpacted Wetlands, NH USA
Nonostante quattro decenni di apporto di acque reflue, la Beaver Dam Marsh nel New Hampshire non mostra alcun aumento della saturazione del fosforo nel suolo superficiale o della capacità di stoccaggio rispetto alle zone umide di riferimento, probabilmente a causa del sequestro di fosforo da parte della specie invasiva *Phragmites australis* e delle condizioni ambientali che inibiscono la formazione di complessi di fosforo inorganico, rendendo il suolo incapace di trattenere ulteriore fosforo.
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Le zone umide sono spesso chiamate i reni del paesaggio, poiché filtrano l'acqua e intrappolano gli inquinanti prima che raggiungano fiumi e laghi. Una delle sfide più persistenti per la qualità dell'acqua è il fosforo, un nutriente che, pur essendo essenziale per la vita vegetale, può causare una crescita algale esplosiva e zone morte quando entra in eccesso nei corsi d'acqua. In una zona umida sana, il suolo agisce come una spugna per questo nutriente, intrappolandolo attraverso legami chimici con metalli come ferro e alluminio, o immagazzinandolo all'interno degli strati di materia vegetale in decomposizione. Gli scienziati misurano questa capacità di trattenere il fosforo utilizzando due concetti principali: il rapporto di saturazione, che indica quanto sia pieno il "serbatoio di stoccaggio" del suolo, e la capacità di stoccaggio, che stima quanto altro il suolo possa contenere in sicurezza prima di iniziare a rilasciare il nutriente nell'acqua. Comprendere questi limiti è fondamentale per la gestione delle acque reflue, poiché molte comunità si affidano alle zone umide per rifinire l'acqua trattata prima che ritorni nell'ambiente.
Nel sud-ovest del New Hampshire, un team di ricercatori della Franklin Pierce University ha intrapreso un percorso per testare i limiti a lungo termine di questo sistema di filtrazione naturale. Si sono concentrati su Beaver Dam Marsh, una zona umida di sette ettari che riceve acque reflue trattate dall'impianto di trattamento dell'università da oltre quarant'anni. Per decenni, l'acqua è fluita direttamente in un ruscello che alimenta la palude, ma nel 2009, il sistema è stato aggiornato per convogliare l'acqua sottoterra, dove filtra nel terreno sotterraneo prima di emergere nella zona umida. I ricercatori volevano sapere se quarant'anni di questo apporto ricco di nutrienti avessero riempito la capacità di stoccaggio del suolo fino all'orlo. Avevano ipotizzato che il suolo della palude fosse saturo di fosforo, incapace di contenerne altro, e che la quantità totale di fosforo nel terreno fosse significativamente più alta rispetto alle zone umide vicine e non colpite. Per scoprirlo, hanno scavato nel suolo di Beaver Dam Marsh e di altre quattro zone umide simili nelle vicinanze, confrontando gli strati superficiali dove crescono le piante con gli strati più profondi del sottosuolo.
I risultati dello studio hanno ribaltato le aspettative dei ricercatori. Invece di trovare un suolo saturo di fosforo, hanno scoperto che lo strato superficiale della palude impattata dalle acque reflue conteneva in realtà meno fosforo totale in peso rispetto ai suoli delle zone umide non colpite. Inoltre, gli indicatori chimici hanno mostrato che la capacità del suolo di immagazzinare altro fosforo non era stata esaurita; i livelli di saturazione non erano significativamente diversi dai siti naturali non impattati. In effetti, il suolo nella zona umida delle acque reflue sembrava essere altrettanto capace di trattenere nuovo fosforo quanto il suolo delle zone umide naturali. Questo risultato contraddice direttamente l'idea che quarant'anni di carico avessero semplicemente riempito i serbatoi di stoccaggio del suolo fino al punto di cedimento.
La spiegazione di questo sorprendente risultato risiede nella vegetazione vivente e nella chimica del suolo stesso. La palude delle acque reflue è dominata da una pianta invasiva chiamata Phragmites australis, un canneto alto che si è espanso rapidamente da quando è iniziato lo scarico delle acque reflue. Questa pianta è una consumatrice vorace di nutrienti. I ricercatori suggeriscono che, invece di depositarsi nel suolo, gran parte del fosforo proveniente dalle acque reflue viene assorbito direttamente dalla massiccia biomassa di queste canne, sia sopra che sotto il suolo. Poiché anche il suolo della palude è ricco di materia organica e ha una densità inferiore rispetto agli altri siti, il fosforo viene efficacementmente diluito in un volume maggiore di materiale. Piuttosto che accumularsi nel terreno, il nutriente viene intrappolato nei tessuti vegetali vivi e in decomposizione, il che cambia il modo in cui misuriamo lo stato chimico del suolo.
Tuttavia, la storia non è interamente di una filtrazione riuscita. Sebbene lo strato superficiale del suolo sembri gestire il carico, gli strati più profondi raccontano una storia diversa. Il sottosuolo nella zona umida delle acque reflue è più acido rispetto alle altre zone umide, una condizione probabilmente causata dalla natura chimica dell'acqua trattata e dal modo in cui le piante rilasciano ioni durante la crescita. Questa acidità rende l'alluminio, un metallo che normalmente aiuta a intrappolare il fosforo, altamente solubile e incline a essere lavato via. Senza abbastanza alluminio per legarsi ad esso, il fosforo rimane mobile nel suolo profondo, incapace di formare complessi chimici stabili. Ciò significa che, mentre lo strato superficiale potrebbe trattenere i nutrienti sotto forma di piante, il suolo profondo ha perso parte della sua capacità naturale di bloccare chimicamente il fosforo.
Lo studio ha anche rivelato che la palude non si comporta in modo uniforme. L'area della zona umida che riceve ancora il flusso più diretto di acque sotterranee dal sistema di trattamento ha raggiunto un punto in cui non può più trattenere fosforo aggiuntivo, agendo come una fonte che rilascia nutrienti a valle. Al contrario, le parti della palude che hanno ricevuto scarichi storicamente, ma che non sono più il punto di ingresso primario, funzionano ancora come un pozzo, trattenendo il nutriente. Questo mosaico di saturazione suggerisce che la zona umida non è un filtro unico e uniforme, ma un sistema complesso dove le condizioni locali determinano se il suolo trattiene o rilascia il fosforo.
In definitiva, la ricerca mostra che Beaver Dam Marsh non è diventata semplicemente un filtro saturo e fallimentare dopo quarant'anni. Al contrario, il sistema è cambiato. Il fosforo viene sequestrato nell'espansione della biomassa delle canne invasive e diluito dagli strati profondi di suolo organico, piuttosto che accumularsi nel suolo minerale come i ricercatori inizialmente temevano. Tuttavia, i cambiamenti chimici nel suolo profondo e la saturazione localizzata nelle zone di scarico attivo indicano che la capacità della zona umida di proteggere il lago a valle è compromessa in aree specifiche. Lo studio conclude che, sebbene la zona umida abbia immagazzinato una vasta quantità di fosforo nei suoi strati organici, la sua capacità di legare chimicamente nuovo fosforo è limitata, particolarmente dove il flusso delle acque reflue è più forte. Per comprendere appieno l'equilibrio di questo sistema, il lavoro futuro dovrebbe misurare esattamente quanto fosforo è immagazzinato nelle canne stesse e mappare i confini precisi dove il suolo smette di trattenere e inizia a rilasciare.
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