project - EIP-AGRI Operational Group
Phytodepuration and reuse for nutrients and pesticides reduction in the surface waters of the reclamation network - REpHYT
Fitodepurazione e riuso per la riduzione dei nutrienti e fitofarmaci nelle acque di superficie del reticolo di bonifica - REpHYT
Context
Climate change is increasingly involving water scarcity, with strong repercussions on the availability of water for irrigation. These drought phenomena are increasingly evident also in the ER Region, where the strong agricultural vocation makes it even more vulnerable to situations of water scarcity with a growing water deficit balance (-627 mm in 2017 compared to -495 mm, average of the period 2001-2015). This situation, together with the current levels of contamination of surface and underground water bodies, which classify them as being of poor quality, recommends diversifying supplies, focusing on phytodepuration to mitigate the impact of agricultural activity and resource reuse unconventional water, including the reuse of treated wastewater. Finally, the current state of knowledge on the effects of the agro-environmental measures of the RDP in contrasting the phenomena previously described, is derived from indirect sources: it therefore appears decisive to identify a territorial model that assigns a value to the indicators relating to contaminants, which comes from territorial monitoring of large surfaces. This Plan aims at enhancing, within the regional territory, the inter-farms and consortia wetlands, since they allow the reduction of polluting loads in the bodies receptors of drainage and irrigation water to agricultural areas, improving their quality.
These areas also appear to be the natural habitat for the reproduction of Haliomorpha Halis and where it could therefore be possible to practice biological control carried out by native and possibly exotic antagonist insects. A chapter is dedicated to the re-use of water deriving from agro-industrial activities, realizing in practice an example of a circular economy.
Objectives
Improve surface water quality with phytodepuration techniques in relation to the widespread pollutants of agricultural activity (nutrients and pesticides) at the farm and irrigation district level.
Possibility of waste water reuse deriving from the processing of the agri-food chains, in a "circular economy" process - evaluating the toxicity linked to the accumulation of salts, the presence of residues in the marketed agricultural products, the opportunity to use nitrate-laden waters to reduce nutritional intake with synthetic fertilizers.
Biological control strategies against Halyomorpha halys with low-impact techniques in phytodepuration systems
Objectives
Migliorare la qualità delle acque di superficie mediante fitodepurazione per ridurre gli inquinanti diffusi dell’attività agricola (nutrienti e pesticidi) a livello di azienda agricola e di distretto irriguo.
Riuso di acque reflue derivanti da processi di lavorazione di filiere agroalimentari, in un processo di economia circolare, valutando tossicità per accumulo di sali, presenza di residui nei prodotti agricoli, opportunità di utilizzare acque cariche di nitrati per ridurre gli apporti nutrizionali con concimi di sintesi.
Verifica della possibilità di applicare strategie di lotta biologica per il controllo della cimice asiatica con tecniche a basso impatto nei sistemi fitodepuranti
Activities
The capacity of a phytodepuration system at farm scale fed with drainage water coming from the farm’s fields will be evaluated, to purify nutrients and pesticides by setting up a modeling study on a real scale.
Study of a model for assessing the effectiveness of biological and integrated productions on the improvement surface waters quality of a drain-irrigation channel.
Verification of the irrigation reuse of wastewater of agro-industrial origin to evaluate possible phytotoxicity, organic nitrogen supply, water saving of traditional sources.
Biological fight for the control of Halyomorpha Halis with native antagonists and exotic species.
Activities
Uso di un sistema di fitodepurazione aziendale alimentato con acque di drenaggio proveniente dai terreni agricoli dell’azienda, per la depurazione di nutrienti e fitofarmaci.
Studio di un modello di valutazione dell’efficacia delle produzioni biologiche e integrate sul miglioramento delle acque superficiali di un canale promiscuo (scolo-irrigazione).
Riuso irriguo di acque reflue di origine agroindustriale per valutarne eventuali fitotossicità, apporto di azoto organico, risparmio idrico di fonti tradizionali.
Lotta biologica alla cimice asiatica con antagonisti autoctoni e specie esotiche.
Project details
- Main funding source
- Rural development 2014-2020 for Operational Groups
- Rural Development Programme
- 2014IT06RDRP003 Italy - Rural Development Programme (Regional) - Emilia-Romagna
Location
- Main geographical location
- Bologna
- Other geographical location
- Ferrara, Modena
EUR 378879.08
Total budget
Total contributions from EAFRD, national co-financing, additional national financing and other financing.
Resources
4 Practice Abstracts
The monitoring of the Asian bedbug carried out at AcquaCampus has highlighted populations that follow the territorial data and the related conditions deriving from the meteorological trend in the initial and central phases of the season. The populations of the last part of the season, on the other hand, differ significantly from the aggregate data of the territorial monitoring trends. This situation may be attributable to the absence of places commonly identified by the species for wintering near the important locations and the consequent early removal of the adult individuals from the site; the absence of the species (field maple, ash, ailanthus) to which the Asian bug turns for late feeding in view of the wintering phase is also noted.
The type of vegetation and the management needs of ditches and canals for the outflow of water determine an environment that is not particularly suitable for the Asian bug and consequently for the deposition of the eggs. The result is a modest attraction for antagonistic species, a situation which can translate into a limited role of this ecological infrastructure in the spread of parasitoids.
Due to the need for the desirable territorial diffusion of parasitoids as uniform and capillary as possible and the limited role that would appear to be attributable to the irrigation network with adequately managed vegetation due to obvious water flow needs, it is considered appropriate, in the event of continuation of the territorial biological control, evaluate the possibility of releases also in less relevant or priority agro-ecological contexts for Asian bedbugs than those chosen in the early years.
Il monitoraggio su cimice asiatica effettuato presso AcquaCampus ha evidenziato popolazioni che ricalcano i dati territoriali con relativi condizionamenti dell’andamento meteorologico nelle fasi iniziali e centrali della stagione. Le popolazioni dell’ultima parte della stagione si discostano invece in maniera netta rispetto agli andamenti dei monitoraggi territoriali. Questa situazione può essere dovuta ad assenza di luoghi comunemente individuati dalla specie per lo svernamento ed il conseguente precoce allontanamento degli individui adulti dal sito; sono assenti anche le specie alle quali la cimice asiatica si rivolge per l’alimentazione tardiva per lo svernamento.
La gestione di fossi e canali per il deflusso delle acque determina un ambiente non particolarmente idoneo a cimice asiatica ed alla deposizione delle uova. Ne consegue una modesta attrattività per gli antagonisti ed un limitato ruolo di tale infrastruttura ecologica nella diffusione a dei parassitoidi.
In ragione della necessità dell’auspicabile diffusione territoriale di parassitoidi il più uniforme e capillare possibile e del limitato ruolo che parrebbe attribuibile al reticolo irriguo con vegetazione adeguatamente gestita per ovvie necessità di flusso delle acque, si ritiene opportuno, in caso di prosecuzione del programma di lotta biologica territoriale, valutare la possibilità di rilasci anche in contesti agroecologici meno rilevanti o prioritari per cimice asiatica rispetto a quelli scelti nei primi anni.
In two years of field trials, the effects of irrigation with waste water on different types of crops were evaluated.
On Vite, in the two theses, there were no quantitative-qualitative differences in the productions. The physiological analyzes of two seasons do not show any drop in performance or stress conditions. No accumulations of toxic elements in the vegetation and soil are even evident. In the soil cores there are accumulations of salinity, however not decisive in causing stress phenomena for the crop. Furthermore, during the rainy seasons, the salt content tends to realign due to a washout caused by the rains. Furthermore, the content of nutrients present in the wastewater makes it possible to reduce the intake of mineral fertilizers by approximately 21%.
On Melo, the plants irrigated with manure show negative variations in productivity and quality of the productions without, however, accumulations of phytotoxic elements in the plants and in the marketable fruits. The physiological surveys carried out on the plants highlighted symptoms of stress around the middle of the irrigation season which became more pronounced at the end of the season.
On tomatoes, the physiological measurements carried out on the plant did not show any particular stress, except from the middle of the irrigation season, when the plant began to feel the effects of stress in the stem but not, however, in the leaves. Analyzed the productions at harvest, the two irrigation treatments did not show significant differences in both quantitative and qualitative terms. On the other hand, an increase in the sugar content and a decrease in the hardness values should be noted, an indication of a probable early maturation induced by the treatment with wastewater.
In due anni di sperimentazione in campo sono stati valutati gli effetti dell’irrigazione con acque reflue su tipologie diverse di coltura.
Su Vite, nelle due tesi, non vi sono state differenze quanti-qualitative nelle produzioni. Le analisi fisiologiche di due stagioni non evidenziano né cali di performances né condizioni di stress. Non si evidenziano nemmeno accumuli di elementi tossici nella vegetazione e nel suolo. Nei carotaggi di suolo vi sono accumuli di salinità, tuttavia non determinanti nel causare fenomeni di stress per la coltura. Durante le stagioni piovose, inoltre, il contenuto di Sali tende a riallinearsi per un dilavamento causato dalle piogge. I contenuti di nutrienti presenti nel refluo, inoltre, permettono di ridurre del 21% circa l’apporto di concimi minerali.
Su Melo, le piante irrigate con refluo evidenziano variazioni negative di produttività e qualità delle produzioni senza tuttavia accumuli di elementi fitotossici nelle piante e nei frutti commercializzabili. I rilievi fisiologici effettuati sulle piante hanno evidenziato sintomi di stress verso circa metà della stagione irrigua accentuatisi a fine stagione.
Su pomodoro le rilevazioni fisiologiche effettuate sulla pianta non hanno evidenziato particolari stress se non a partire da metà stagione irrigua dove la pianta ha iniziato a risentire di uno stress nel fusto ma non, tuttavia, nelle foglie. Analizzate le produzioni alla raccolta, i due trattamenti irrigui non hanno evidenziato differenze significative né in termini quantitativi che qualitativi. È da riscontare invece un incremento dei valori di grado zuccherino e un decremento di quelli di durezza, indice di un probabile anticipo della maturazione indotto dal trattamento con refluo.
By carrying out a mass balance of the concentration of some of the chemical-physical and microbiological parameters analyzed during the 2020 and 2021 seasons, the phytodepurative capacity of the territorial system was estimated, consisting of the San Giovanni canal, the related drainage basin and a phytodepurative area fed from the said channel.
The percentage of removal of the main agricultural pollutants was very good (±50% of nitrogen and ±40% of phosphates) and with significant reductions of coliforms (80-85%).
The comparative analysis of the concentrations of chemical and agrochemical elements detected in the canal, of the land use layer and of the treatment registers, made it possible to:
- Set the hydraulic modeling inputs;
- Identify the main correlations between chemical elements in water and agricultural management.
- Identify the biogeochemical dynamics of the agrochemicals detected.
- Confirm the consistency of information sources for the development of indicators.
The concentrations of the elements, if present, in the canal water samples always showed values below the legal limits. The comparative analysis of the chemical analyzes with the information sources has made it possible to identify some drivers capable of influencing the quality of the detected waters.
The application of hydraulic models made it possible to simulate the dynamics of nitrates in the site in question. The scenario simulations were carried out to evaluate the effect that the possible change of agricultural management (from integrated to organic) has highlighted the possible reductions for nitrates up to 60% on some sections of the network.
Effettuando un bilancio di massa della concentrazione di alcuni dei parametri chimico-fisici e microbiologici analizzati nel corso della stagione 2020 e 2021 è stata stimata la capacità fitodepurante del sistema territoriale composto dal canale di San Giovanni, il relativo bacino scolante ed un’area fitodepurante alimentata dal suddetto canale.
La percentuale di rimozione dei principali inquinanti agricoli è risultata molto buona (±50% di Azoto e ±40% di fosfati) e con notevoli contenimenti dei coliformi (80-85%).
L’analisi comparata delle concentrazioni di elementi chimici ed agrochimici rilevati nel canale, dello strato uso suolo e dei registri dei trattamenti, ha consentito di:
- Impostare gli input della modellistica idraulica;
- Identificare le principali correlazioni tra elementi chimici nelle acque e gestione agricola.
- Identificare la dinamica biogeochimica degli agrochimici rilevati.
- Confermare la coerenza delle fonti informative per lo sviluppo di indicatori.
Le concentrazioni degli elementi, qualora presenti, nei campioni di acqua del canale hanno manifestato valori sempre inferiori ai limiti di legge. L’analisi comparata delle analisi chimiche con le fonti informative ha consentito di indentificare alcuni driver capaci di influenzare la qualità delle acque rilevate.
L’applicazione dei modelli idraulici ha consentito di simulare le dinamiche di dei nitrati nel sito in questione. Le simulazioni di scenario sono state realizzate per valutare l’effetto che l’eventuale cambio di gestione agricola (da integrata a biologico) hanno evidenziato dei possibili abbattimenti per i nitrati fino al 60% su alcuni tratti del reticolo.
The phytoremediation area of the Acqua Campus of Budrio (BO) was monitored over the two years (2020-21) by analyzing data from the water, soil and plants.
Water inputs in 2020 were mainly recorded in the months of August and December, in 2021 in the spring period; moreover, 4615 cubic meters were introduced to allow for a simulation test of the abatement of pesticides introduced in known quantities. Following the 2021 test, the largest outflow was recorded in October.
In relation to water quality, in 2020 only incoming water was analysed, as there were no outlets. In both years the TSS values are the highest, with a reduction of about 80% in 2021. The system was also particularly performing in the removal of nutrients.
The vegetable component was also analysed. In 2020 the amount of nutrients and metals accumulated in plant systems was higher than in 2021. On the other hand, in the soil the trend of the concentrations of nutrients, metals and carbon detected remains similar during the two years, with a tendency to decrease with increasing depth.
In the experiment conducted to evaluate the abatement efficiency of chemical products in the agricultural sector, simulating the run-off of pesticides, water and sediments from the wetland were sampled and analyzed to then calculate the abatement times at 50 and 90% of the different active ingredients introduced. Only the waters tested positive for the presence of pesticides.
Ultimately, it can be said that the system is effective both for the removal of nutrients and pesticides, even after 20 years of construction and continuous operation.
È stata monitorata l'area fitodepurante dell’Acqua Campus di Budrio (BO) nei due anni (2020-21) analizzando i dati dell’acqua, del suolo e delle piante.
Gli ingressi di acqua nel 2020 si sono registrati principalmente nei mesi di agosto e dicembre, nel 2021 nel periodo primaverile; inoltre sono stati immessi 4615 mc per consentire l’effettuazione di una prova di simulazione dell’abbattimento dei fitofarmaci immessi in quantitativi noti. A seguito della prova del 2021 nel mese di ottobre è stato registrato il maggior deflusso.
In relazione alla qualità delle acque, nel 2020 sono state analizzate solo quelle in ingresso, non essendoci state uscite. In entrambi gli anni i valori di TSS sono i più elevati, con un abbattimento di circa l’80% nel 2021. Anche nella rimozione dei nutrienti il sistema è stato particolarmente performante.
È stata anche analizzata la componente vegetale. Nel 2020 la quantità di nutrienti e metalli accumulati negli apparati delle piante è stato maggiore rispetto al 2021. D’altra parte, nel suolo l’andamento delle concentrazioni di nutrienti, metalli e carbonio rilevate rimane simile durante i due anni, con una tendenza a diminuire all’aumentare della profondità.
Nell’esperimento condotto per valutare l’efficienza di abbattimento di prodotti chimici del settore agricolo, simulando il run-off di fitofarmaci, sono stati campionati e analizzati acqua e sedimenti della wetland per poi calcolare i tempi di abbattimento al 50 e 90% dei diversi principi attivi immessi. Solo le acque sono risultate positive alla presenza di fitofarmaci.
In definitiva, si può affermare che il sistema sia efficace sia per la rimozione dei nutrienti che dei fitofarmaci, anche dopo 20 anni dalla costruzione e una continua operatività.
Contacts
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Consorzio di bonifica di secondo grado per il Canale Emiliano Romagnolo
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Project partners
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Alma Mater Studiorum - Università di Bologna
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Caviro Extra
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Dinamica
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Ri.Nova Soc. Coop.
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