Caratteristiche quantitative e qualitative degli effluenti di acquacoltura Effluenti di zootecnia terrestre ed effluenti di acquacoltura mentre gli inquinanti provenienti dagli effluenti degli allevamenti zootecnici raggiungono i corpi acquiferi in modo indiretto (…generalmente), per esempio attraverso lisciviazione o ruscellamento dal terreno, gli effluenti degli allevamenti di acquacoltura vengono spesso recapitati direttamente nei corpi acquiferi, perché gli allevamenti stessi sono situati nel corpo acquifero o perché gli allevamenti utilizzano e quindi reimmettono direttamente l’acqua nei corpi acquiferi.

Acqua salata o salmastra Acqua dolce Acqua salata o salmastra sorgente o pozzo prelievo idrico allevamento allevamento scarico scarico corso d’acqua mare mare Prelievo idrico allevamento allevamento scarico mare scarico corso d’acqua mare

Acquacoltura marina e costiera dispersione degli effluenti accumulo di sedimenti E’ difficile caratterizzare gli scarichi dal punto di vista qualitativo e quantitativo (molteplici variabili). Generalmente si applicano modelli di diffusione degli inquinanti e modelli di accumulo dei sedimenti, anche su scala territoriale. Acquacoltura terrestre concentrazione degli effluenti concentrazione dei sedimenti E’ più facile caratterizzare gli scarichi con rilievi diretti. Generalmente sono disponibili dati specifici per i diversi tipi di allevamento, ma esistono anche equazioni di stima degli scarichi.

Gli effluenti dalle attività di acquacoltura sono composti da: residui di alimento non ingeriti residui fecali residui metabolici altri escreti

Le caratteristiche degli effluenti sono estremamente variabili, principalmente in funzione di: Caratteristiche zootecniche regime alimentare, caratteristiche alimento, modalità alimentazione, densità allevamento, ecc Caratteristiche strutturali tipologia di allevamento, tipologia impiantistica, ecc Caratteristiche biologiche tipo di pesce, stadio di accrescimento, stato sanitario, ecc Caratteristiche del sito esposizione, correnti marine, ecc. Caratteristiche fisiche temperatura, ventosità, ecc.

Caratteristiche biologiche tipo di pesce, stadio di accrescimento, stato sanitario, ecc In generale: In funzione della specie varia l’ingestione alimentare, la ritenzione corporea e quindi la produzione fecale e l’escrezione urinaria. Esempio:

Nei pesci marini i reni tendono a conservare l’acqua nel corpo. L’escrezione di urina risulta limitata in volume e molto concentrata. Nei pesci d’acqua dolce i reni tendono ad espellere maggiormente l’acqua dal corpo. L’escrezione di urina risulta abbondante in volume e molto diluita. I molluschi L’allevamento di molluschi produce meno quantità di rifiuti che gli altri tipi di allevamento. I molluschi, infatti, non vengono alimentati direttamente, ma filtrano particelle di alimento dall’acqua, quindi in un certo senso “ripuliscono” l’acqua di allevamento da residui inutilizzati da altri organismi. Tuttavia, dal momento che le feci e le pseudo-feci sono estremamente ricche di nutrienti, l’allevamento intensivo di molluschi può comportare un impatto ambientale paragonabile a quello dei pesci.

Caratteristiche zootecniche regime alimentare, caratteristiche alimento, modalità alimentazione, densità allevamento, ecc In generale: La frazione di mangime che diventa rifiuto varia considerevolmente in funzione del regime alimentare e del tipo di alimento somministrato. Ad esempio, nelle gabbie galleggianti risulta inutilizzato fino al 15% in peso del mangime distribuito in forma pellettata. Le percentuali di mangime inutilizzato aumentano considerevomente nel caso di distribuzione di alimenti a pezzatura grossolana, perché questi tendono a frammentarsi quando vengono aggrediti dal pesce. In qesto caso le perdite possono arrivare fino al 40%.

Effetto del regime di distribuzione del mangime: continuo o ad intervalli periodici La concentrazione di solidi sospesi e di fosforo totale nell’effluente risulta mediamente più elevata con un regime alimentare continuo: in questo caso evidentemente si verifica un maggior spreco alimentare. Per quanto riguarda l’azoto, invece, non si evidenziano differenze significative imputabili al regime di distribuzione: tale parametro è maggiormente influenzato dalle escrezioni.

Caratteristiche strutturali tipologia di allevamento, tipologia impiantistica, ecc In generale: le gabbie sommergibili o galleggianti e altri sistemi che sono relativamente “esposti” all’ambiente naturale evidenziano il più elevato potenziale di causare degradazione ambientale in seguito al rilascio di effluenti. Il rilascio di effluenti, inoltre, è uniformemente e costantemente distribuito nel tempo e nello spazio (…sorgenti “diffuse”), la natura “chiusa” di stagni o vasche, invece, consente un migliore possibilità di controllo dello scarico. Tuttavia, il rilascio di effluenti da questi sistemi risulta concentrato e localizzato nello spazio (…sorgenti “puntiformi”) e nel tempo (soprattutto in corrispondenza dele operazion di pulizia e di raccolta).

Caratteristiche del sito esposizione, correnti marine, ecc.

Misure quantitative e qualitative degli effluenti Produzione di effluenti Sono misure esclusivamente quantitative, utilizzate per esprimere la quantità di materia di scarto emessa Tipo di misura Unità misura Applicazione (esempi) Volumetrica m3 giorno-1 scarichi raceway cm anno-1 sedimento molluschi, gabbie Ponderale g giorno-1 pesci in generale ton anno-1 allevamenti in generale

Caratteristiche degli effluenti Sono misure esclusivamente qualitative, utilizzate per caratterizzare i reflui ed effettuare confronti tra reflui diversi, in modo da evidenziare per esempio la diversa concentrazione dei parametri Tipo di misura Unità misura Applicazione (esempi) Ponderale mg l-1 generica g m-3 generica Percentuale % tal quale generica % SS sost. organica, elementi nutritivi, …

Livelli di emissione Sono misure insieme qualitative e quantitative, si definiscono anche “Carico degli effluenti” (load) e sono le più utilizzate per descrivere gli effluenti di acquacoltura Tipo di misura Unità misura Applicazione (esempi) Ponderale + g kg-1 p.v. giorno-1 pesci temporale kg ton-1 p.v. anno-1 allevamento pesci g kg-1 mangime pesci kg ton-1 mangime allevamento pesci

Bilancio di massa Si usa per esprimere una ripartizione dell’input nelle diverse frazioni di output. Ad esempio si usa per stabilire quanto del C distribuito viene perduto perché non ingerito, quanto viene trattenuto dal corpo, quanto viene escreto, ecc. Tipo di misura Unità misura Applicazione (esempi) Assoluta g g-1 pesce kg kg-1 o ton ton-1 allevamento Percentuale % pesce, allevamento

Produzione di rifiuti da allevamenti di mitili Un allevamento di 420000 ostriche nella baia di Hiroshima ha prodotto una quantità di rifiuti pari a 6 t nel corso di 9 mesi (= circa 0,05 g/capo.giorno). In Svezia da 100 t di mitili si è avuta una produzione di sostanza secca pari a 7 kg/m2 in un periodo di 1,5 anni, corrispondenti a 3 g C/m2.giorno. Per un area di allevamento di 1500 m2 la sedimentazione ammonta a circa 10 t di ss per stagione di allevamento, con un altezza dei sedimenti che raggiunge i 10 cm.

Mytilus edulis g C/kg SS.giorno g C/m2.giorno g N/m2.giorno popolazione naturale 0,36 - 3 (g/kg SS) allevamento “a zattere” - 0,5 – 2,5 - (rafts) - 26 3 - 27 - allevamento “sospeso” - 1,7 - (long lines) - 2,4 - - 2,4 – 3,3 - - 3 - Quindi, da allevamenti di mitili, mediamente: Produzione di carbonio = 2,5 – 3 g /m2.giorno Crescita del sedimento = 0,3 mm/giorno

La deposizione di reflui organici particolati può comportare cambiamenti chimico-fisici del substrato e soprattutto nelle immediate vicinanze del sito di allevamento. L’arricchimento del sedimento con materiali organici stimola l’attività microbica di degradazione, portando ad una diminuzione dell’ossigeno disponibile nei substrati e negli strati d’acqua profondi, dovuti alla riduzione della concentrazione dell’ossigeno interstiziale, un aumento del consumo di ossigeno, un aumento delle reazioni di riduzione dei solfati, un aumento della denitrificazione e un aumento del rilascio di nutrienti inorganici, come nitrati, nitriti, azoto ammoniacale, silicati e fosfati.

Produzione di rifiuti da allevamenti di gamberi Le caratteristiche degli effluenti scaricati dai sistemi di allevamento di gamberi in stagni di terra riflette le condizioni di qualità dell’acqua degli stagni stessi. La variabilità dei parametri di qualità dell’acqua scaricata tuttavia è notevole. I carichi organici più elevati vengono normalmente rilevati in corrispondenza delle operazioni di raccolta, di svuotamento e pulizia degli stagni, perchè durante queste operazioni si ha uno scarico addizionale di materiale che prima si trovava confinato nei sedimenti di fondo. I dati specifici riguardo la quantità e la qualità degli effluenti dagli allevamenti di gamberi sono assai carenti, e così anche scarse sono le informazioni relative agli effetti provocati sui corpi d’acqua interessati, direttamente o indirettamente.

Da una elaborazione dei dati riportati risulta indicativamente la produzione di: TSS = 40 g/m2.giorno TN = 0,7 g/m2.giorno (dati espressi per ogni m2 di superficie di allevamento)

Produzione di rifiuti da allevamenti di pesci L’arricchimento di sostanza organica e di nutrienti che si verifica entro e nelle acque circostanti i sistemi di allevamento semi-intensivi o intensivi di pesci carnivori, per i quali è sempre richiesta la somministrazione di mangimi dall’esterno, rappresenta il problema ecologico più grave di tali allevamenti. Gli scarichi di sostanza organica e nutrienti, in forma disciolta o sospesa, derivanti da mangime non consumato e da escrezioni, sono caratterizzati generalmente da un aumento dei solidi sospesi, BOD, COD, azoto e fosforo.

Bilancio di massa a livello di pesce, per C, N e P. ALIMENTO INGERITO C: 100% N: 100% P: 100%

Carico organico e di nutrienti negli effluenti di allevamenti di trote

DISTRIBUITO 100 % INGERITO 80 % 20 % NON INGERITO

C 50 % C 20 % C 100 % N 25 % N 100 % C 30 % N 65 % N 10 % RESPIRATO RITENUTO INGERITO C 20 % N 25 % C 100 % N 100 % C 30 % N 10 % N 65 % FECALE ESCRETO

Esempio del bilancio di C e N in un allevamento di salmonidi con capacità produttiva di 50 t p.v. anno-1. RESPIRATO DISTRIBUITO 100000 kg C 44000 kg N 7700 kg C 17600 kg RITENUTO INGERITO 80000 kg C 7040 kg N 1540 kg C 35200 kg N 6160 kg C 10560 kg N 616 kg N 4004 kg NH3 3203 kg Urea 801 kg C 8800 kg N 1540 kg 20000 kg FECALE ESCRETO NON INGERITO

Stima del carico organico e di azoto nell’effluente calcolata come % in peso rispetto al mangime distribuito. DISTRIBUITO 100 % C 44 % N 7,7 % C 10,6 % N 0,6 % N 4 % NH3 3,2 % Urea 0,8 % C 8,8 % N 1,5 % FECALE ESCRETO NON INGERITO

g kg-1 p.v. giorno-1 kg t-1 anno-1 Carico organico e di nutrienti da allevamenti di salmonidi in gabbie marine galleggianti. g kg-1 p.v. giorno-1 kg t-1 anno-1 SS - 300 - 700 BOD 1,4 500 TN 0,25 90 TP 0,03 10

Altri aspetti relativi all’emissione di reflui da gabbie marine galleggianti o sommerse Le particelle di solidi organici rilasciate dall’allevamento in gabbie marine sedimentano in prossimità del sito di allevamento quando la loro velocità di sedimentazione è più elevata della velocità della corrente d’acqua. I solidi scaricati che vanno a sedimentare sul fondo marino sono più ricchi in carbonio, azoto e fosforo rispetto ai sedimenti naturali e ciò contribuisce a cambiare le caratteristiche chimiche e fisiche dei sedimenti sottostanti o limitrofi al sito di allevamento. Questi cambiamenti comprendono l’aumento del contenuto di carbonio organico, seguito dall’incremento del tasso di consumo dell’ossigeno disciolto e dalla diminuzione del potenziale redox del sedimento. A questi fenomeni si accompagna anche produzione ed emissione di acido solfidrico e metano, aumento dell’azoto inorganico ed organico, del fosforo, del calcio, del rame e dello zinco.

L’estensione dell’areale che risente degli effetti di arricchimento di nutrienti dipende da una gran varietà di fattori: le caratteristiche produttive dell’allevamento, la profondità dell’acqua, la topografia del fondo, la velocità della corrente, l’esposizione alle eventuali mareggiate che determinerà la diffusione laterale delle particelle sedimentate, il tasso di scarico organico per unità di superficie, ecc. Infine, giuoca un ruolo fondamentale anche la capacità più o meno sviluppata delle comunità bentoniche di assimilare e mineralizzare i rifiuti organici. Vari autori hanno descritto in un modello generale le modificazioni che intervengono a carico del fondo marino nell’areale di influenza di un sito di allevamento: ZONA AZOICA - se presente, si manifesta solo sotto le gabbie ed è caratterizzata da scomparsa o carenza di macrobenthos ZONA DEGLI OPPORTUNISTI – si estende fino a circa 30 m dalle gabbie ed è caratterizzata dalla dominanza delle specie tolleranti all’arricchimento di nutrienti ZONA DI RITORNO – inizia ad estendersi entro 30 m ed i suoi effetti possono risentirsi fino a 100 m ed è caratterizzata dal graduale ritorno alle condizioni preesistenti

Modelli di stima della produzione di effluenti Sono stati pubblicati molti studi riguardanti la stima del bilancio di massa e la stima di produzione di effluenti dagli allevamenti di acquacoltura, soprattutto per quanto riguarda le specie a dieta carnivora di clima temperato e soprattutto per i salmonidi. La quantità di mangime non utilizzato, di feci e di escrezioni può essere stimata sulla base dei dati relativi a: quantità e qualità del mangime distribuito, indice di conversione alimentare, digeribilità composizione fecale. Possono essere così proposte delle equazioni del bilancio di massa per i diversi parametri chimici degli effluenti, come ad esempio per il carbonio, l’azoto, il fosforo, oltre che per i solidi e la domanda biologica di ossigeno (BOD).

Quantità totale di mangime distribuito TF = PD . FCR Beveridge ed Iwama (1991), ad esempio, propongono le seguenti relazioni che permettono di stimare la massa totale di sostanza organica derivante dalle frazioni “mangime disperso” e “materiali fecali”.   Quantità totale di mangime distribuito TF = PD . FCR Quantità totale di mangime disperso TU = TF . UW Quantità totale di mangime ingerito TE = TF – TU PD Production incremento ponderale FCR Food Conversion Ratio mangime distribuito/incremento ponderale UW Uncaptured feed Waste mangime disperso/mangime distribuito F Fecal waste feci totali prodotte/quantità mangime ingerito

Quantità totale di scarti fecali TFW = F . TE   Quantità totale di particolato organico O = TU + TFW PD Production incremento ponderale FCR Food Conversion Ratio mangime distribuito/incremento ponderale UW Uncaptured feed Waste mangime disperso/mangime distribuito F Fecal waste feci totali prodotte/quantità mangime ingerito

Se la quantità totale di mangime distribuito non è nota, può essere derivata stimandola dai dati di produzione (PD) e di conversione alimentare (FCR). I valori dell’indice di conversione FCR variano anche in funzione del sistema di allevamento, ad esempio sono più elevati per le gabbie galleggianti che per gli stagni, dato che si incorre in perdite di mangime più elevate. La stima diretta della percentuale di mangime disperso (UW) risulta difficile, in parte perché mangime e materiali fecali. I valori stimati della quantità di mangime disperso possono variare da 1 al 30%, ma a volte possono essere anche abbondantemente superiori. La produzione di scarti fecali (F) può essere stimata attraverso studi sulla digeribilità dei principali componenti della dieta. Le stime della digeribilità globale della dieta somministrata, determinate sulla base della sostanza secca, sembrano valutare con buona approssimazione il parametro F (percentuale di materiale fecale prodotto), che generalmente varia tra il 25 e il 30%.

Quantità di C, N e P nel mangime disperso UM = TF . UW . K Noto il contenuto totale di carbonio, azoto e fosforo (C, N e P) nel mangime e nelle feci prodotte, è possibile stimare la quantità di questi elementi presenti nelle frazioni “mangime disperso” e “materiali fecali” attraverso le seguenti equazioni generali:   Quantità di C, N e P nel mangime disperso UM = TF . UW . K Quantità di C, N e P nel mangime ingerito EM = (TF – TU) . K . E Quantità totale di C, N e P nelle due frazioni TM = UM + EM K percentuale di ciascun elemento nel mangime (/100) E percentuale di ciascun elemento nelle feci (/100)

Carico di Azoto o Fosforo nell’effluente L = P . (FC . Cfeed - Cfish) Inoltre, noto il contenuto di ciascun elemento nel corpo dei pesci, l’output di ciascun elemento può anche essere stimato attraverso la differenza tra il contenuto di ciascun elemento nel mangime e ciò che viene ritenuto nel corpo. Può quindi essere proposta la seguente equazione che stima lo scarico di nutrienti da un allevamento di acquacoltura (Wallin et al. 1991)   Carico di Azoto o Fosforo nell’effluente L = P . (FC . Cfeed - Cfish) L load, cioè carico di azoto e fosforo (kg Ntot e Ptot/anno) P produzione (kg pesci/anno) FC coefficiente di conversione (kg alimento/kg prodotti) Cfeed concentrazione di azoto o fosforo nell’alimento (% peso fresco) Cfish concentrazione di azoto o fosforo nel corpo del pesce (% peso fresco)

Carico di azoto nell’effluente kg N = (A . CdN) – (B . CfN) Infine, una descrizione solo lievemente diversa, ma più dettagliata, di queste relazioni è quella riportata nelle equazioni che seguono, proposte da Ackefros et al. 1990: Carico di azoto nell’effluente kg N = (A . CdN) – (B . CfN) Carico di fosforo nell’effluente kg P = (A . CdP) – (B . CfP) A quantità di alimento impiegata per anno in peso fresco P produzione annua di pesce CdN , CdP contenuto in azoto e fosforo dell’alimento espresso in % del peso fresco CfN , CfP contenuto in azoto e fosforo del pesce

In conclusione, le equazioni riportate possono essere utilizzate per avere una stima rapida e grossolana della produzione di rifiuti dagli allevamenti ittici.

Dev’essere considerato, tuttavia, che tali equazioni sono basate su un certo numero di assunzioni (ad esempio, quando si deve tener conto della percentuale di alimento disperso) ed in alcuni casi su risultati ottenuti da studi di laboratorio (ad esempio, quando si deve fare una misura della digeribilità dell’alimento). Per avere delle stime più efficaci dovrebbero essere considerati numerosi altri aspetti: variazioni in funzione della specie, età, dimensione, stato di salute, effetti della temperatura, variazioni giornaliere e stagionali, qualità dei componenti la razione alimentare, eventuali effetti sinergici o antagonisti determinati dalla presenza di un componente della dieta nei confronti della digeribilità di un altro componente, influenza di eventuali sistemi di preparazione alimentare e l’influenza di eventuali costituenti non-nutrizionali sulla digeribilità globale della razione, ecc. Inoltre, deve essere evidenziato che anche il sistema di allevamento e i fattori gestionali influenzano la composizione dell’effluente scaricato, ad esempio in termini di solidi sospesi e sedimentabili, di azoto e di fosforo.

Modelli di arricchimento organico del benthos La dispersione e l’arricchimento di refluo organico sul sedimento dipende dalla quantità di rifiuti prodotti, dalla superficie di estensione dell’allevamento, dalla profondità dell’acqua e dalla sedimentabilità delle particelle solide presenti. Una stima del carico di refluo organico può essere effettuata con la seguente relazione generale (Gowen et al. 1989):  Distanza di dispersione d = D . Cv/V d distanza di dispersione (traiettoria orizzontale della particella solida) D profondità dell’acqua Cv velocità della corrente d’acqua V (1 o 2) velocità di sedimentazione delle particelle, residui alimentari (V1) e feci (V2) Diagramma di rappresentazione della deposizione orizzontale al fondo delle particelle organiche, con in evidenza la relazione tra profondità dell’acqua, velocità della corrente e velocità di sedimentazione di due tipi di particelle (da Gowen et al., 1989).

Le particelle che costituiscono lo scarico sono caratterizzate da una grande variabilità della densità e ciò determina una grande variabilità delle velocità di sedimentazione, inoltre le particelle possono anche frammentarsi in particelle più piccole. Risulta utile, tuttavia, utile distinguere tra particelle di mangime non ingerito e particelle di feci. L’equazione esposta tiene conto dell’eventuale variazione della velocità o variazione della corrente. Tuttavia, alcune limitazioni all’utilizzo di tale equazione possono derivare dal fatto che la stessa non tiene conto: di eventuali consumi del mangime da parte di pesci selvatici, della eventuale risospensione del materiale sedimentato, delle differenze di caratteristiche del fondo marino, degli effetti degli organismi bentonici e di altri processi chimici o microbiologici che possono avvenire a carico della sostanza organica sedimentata.