Disproportionate Contributions of Baseflow to Nitrogen and Phosphorus Export in an Agricultural Watershed of Southwest China

L'acqua di un fiume è raramente solo pioggia che scorre sulla terra. Anche quando il cielo è sereno, un flusso costante continua spesso a scorrere, alimentato dall'acqua che si è infiltrata profondamente nel terreno e sta lentamente tornando verso la superficie. Questo flusso nascosto, noto come deflusso di base (baseflow), agisce come un battito cardiaco lento e costante per un bacino idrografico, trasportando materiali disciolti dal suolo nel fiume molto tempo dopo che una tempesta è passata. Per decenni, scienziati e decisori politici hanno concentrato la loro attenzione sull'acqua visibile e veloce che scende dai pendii durante le forti piogge, assumendo che questo deflusso superficiale sia il principale responsabile dell'inquinamento di laghi e torrenti. Hanno trascorso anni cercando di impedire che fertilizzanti e deiezioni animali venissero trasportati via durante questi eventi temporaleschi. Tuttavia, questa attenzione alla superficie ha lasciato una domanda critica senza risposta: quanta inquinamento sta viaggiando silenziosamente sottoterra, nascosto alla vista, e filtrando lentamente nei nostri corsi d'acqua?

Nella parte settentrionale della provincia dello Yunnan, in Cina, un grande lago di acqua dolce chiamato Lago Erhai sta lottando con problemi di qualità dell'acqua da anni. Il lago è circondato da un'agricoltura intensiva, dove le colture e l'allevamento sono la principale fonte di reddito. Sebbene il territorio circostante sia una fonte primaria di nutrienti come azoto e fosforo, che possono causare dannose fioriture algali, i ricercatori non avevano compreso appieno come questi nutrienti raggiungano il lago. Un gruppo di scienziati ha deciso di indagare sul fiume Miju, il più grande fiume che sfocia nel Lago Erhai, per vedere se questo flusso sotterraneo nascosto stesse giocando un ruolo più importante nell'inquinamento di quanto si fosse realizzato. Volevano sapere se l'acqua lenta e costante stesse trasportando una quantità sproporzionata di nutrienti rispetto all'acqua veloce e guidata dalle tempeste, e quali fattori stessero guidando questo movimento.

Per rispondere a queste domande, i ricercatori hanno raccolto dieci anni di dati, dal 2015 al 2024, monitorando la portata giornaliera del fiume e i livelli mensili di nutrienti nell'acqua. Si sono scontrati con una sfida poiché non potevano misurare direttamente l'acqua che si muove sottoterra. Invece, hanno utilizzato uno strumento matematico per separare il flusso totale del fiume in due parti: l'acqua veloce, guidata dalle tempeste, e il deflusso di base lento e costante. Dopo aver testato diversi metodi per garantirne l'accuratezza, hanno selezionato quello più affidabile per isolare il deflusso di base. Hanno poi utilizzato un modello statistico per stimare quanta quantità di azoto e fosforo si muovesse con quel deflusso di base, sottraendo attentamente il contributo degli impianti di trattamento delle acque reflue per concentrarsi esclusivamente sul deflusso agricolo.

I risultati hanno rivelato uno squilibrio sorprendente. Mentre il flusso sotterraneo costante costituiva solo circa il 41 percento del volume totale d'acqua che attraversa il fiume, era responsabile del trasporto di quasi il 44 percento dell'azoto totale e di un impressionante 56 percento del fosforo totale. Ciò significa che l'acqua lenta e nascosta sta consegnando più della metà dell'inquinamento da fosforo, anche se trasporta meno acqua complessivamente. Questa scoperta mette in discussione la convinzione comune secondo cui il fosforo viaggi principalmente attaccato alle particelle di suolo durante le forti piogge. I ricercatori suggeriscono che in questo specifico ambiente, l'acqua sotterranea sciolga il fosforo e lo trasporti in un modo che lo fa comportare in modo molto simile all'azoto, che è naturalmente disciolto.

Per capire cosa guidi questi carichi di nutrienti, il team ha utilizzato un sofisticato modello informatico per classificare l'importanza di vari fattori, come la pioggia, la temperatura, l'umidità e la quantità d'acqua che scorre nel fiume. Hanno scoperto che il fattore trainante più potente era semplicemente la quantità totale di acqua che scorre nel fiume, che funge da vettore fisico per i nutrienti. I fattori successivi più importanti erano legati a quanto il suolo fosse stato asciutto o umido nei giorni precedenti. Una misura di quanti giorni fossero passati senza pioggia e un calcolo del deficit idrico totale dell'ultima settimana sono stati le chiavi che hanno determinato quanto nutriente fosse disponibile per essere lavato nel sottosuolo. Sorprendentemente, le specifiche condizioni meteorologiche del giorno, come la temperatura esatta o la quantità di pioggia che cadeva in quel momento, erano molto meno importanti dei modelli a lungo termine di bagnato e asciutto.

Forse la scoperta più significativa è stata che i fattori che guidano l'azoto e il fosforo erano quasi identici. In molti altri ambienti, questi due nutrienti si comportano in modo molto diverso: l'azoto si muove facilmente nell'acqua, mentre il fosforo aderisce al suolo. Ma nel deflusso di base di questo bacino agricolo, i loro percorsi convergono. Il flusso costante sotterraneo sembra sciogliere il fosforo, facendolo viaggare in sincronia con l'azoto. Ciò suggerisce che la visione tradizionale di trattare questi due inquinanti come problemi separati con cause differenti potrebbe essere errata per questo tipo di ambiente. Invece, il movimento di entrambi i nutrienti è controllato dallo stesso ritmo idrologico: il flusso totale d'acqua, la storia dei periodi di siccità e l'accumulo di umidità nel suolo.

Lo studio conclude che la gestione della qualità dell'acqua in tali regioni agricole richiede di guardare oltre la superficie. Se l'obiettivo è proteggere laghi come l'Erhai, le strategie devono affrontare la lenta e costante infiltrazione di nutrienti dal terreno, non solo le piene improvvise che trascinano via il suolo. I ricercatori hanno scoperto che indicatori semplici e misurabili, come il conteggio dei giorni consecutivi di siccità e il monitoraggio del deficit idrico totale, potrebbero servire come segnali di allerta precoce per quando il rischio di inquinamento da nutrienti è elevato. Comprendendo che il flusso nascosto è un importante contributore all'inquinamento, e che l'azoto e il fosforo si muovono insieme in questo percorso nascosto, i gestori delle acque possono sviluppare strategie più efficaci e unificate per proteggere queste vitali risorse idriche dolci.