Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/2067/3092
Title: Application of a multidisciplinary approach to investigate on a possible secondary soil salinization due to seawater intrusion dynamics at the Volturno river mouth
Other Titles: Applicazione di un approccio multidisciplinare al fine di investigare su un possibile caso di salinizzazione secondaria del suolo dovuta alle dinamiche di intrusione di acqua di mare presso la foce del fiume Volturno
Authors: Esposito, Raffaella
Keywords: Sea water intrusion;Secondary salinization;Oxygen-carbon stable isotopes;Gas exchange;ERT;NDVI land use;Volturno river;Intrusione acqua di mare;Salinizzazione secondaria;Isotopi stabili di carbonio e ossigeno;Scambi gassosi;NDVI usi del suolo;Fiume Volturno;AGR/05
Issue Date: 10-Apr-2017
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato di ricerca. 28. ciclo
Abstract: 
The coastal areas are characterized by high population rates and vivid economic activity. This involves a continuous increasing of water demand, often associated with a non-sustainable exploitation of the water resource.
For this reason, frequently, groundwater located near the coast are compromised by the saltwater intrusion.
In this PhD thesis, we would like to introduce a pilot study for investigating on a possible secondary salinization at the Volturno river mouth. The study comes as a result to reply to the testimonies of the local population, who reported an impairment of water quality and soil, consequently.
In our study area, we are in presence of severe pumping, which is mainly due to the urban and agricultural activity. Furthermore, thanks to previous research carried out in the same study area, a lowering of the river bed relative to sea level has been proved. These two elements suggest that salinization could be favored by up-coning phenomenon and lateral ingression through the river bed.
As a first step, site investigations were carried out, including inspections to choose the study area, interviews with local people (in order to get information not available from published sources) and photographic reports.
The second step was designing an experimental study - based on a multidisciplinary approach - in order to better address a very complex topic such as the salinization due to seawater intrusion.
Along a chosen transect, crossing three different ecosystems, with different degrees of naturalness (coastal, urban and agricultural), several measurements and samplings were carried out, and the elm tree species (Ulmus minor Mill.) was selected as bio-indicator. The multidisciplinary approach is based on:
 analysis of carbon and oxygen stable isotope compositions and discrimination,
 leaf gas exchange measurements on elm,
 normalized difference vegetation index (NDVI) calculations;
 geophysical investigations.
Such a composite approach revealed a rather complex system along the riverine transect.
Since this is a pilot study, which has clashed with practical problems due to the lack of cooperation from part of citizens and local authorities as well, the reported data are meant to be preliminary. Preliminary results did not show any salinization emergency but proved salt presence in some of the ecosystem compartments, suggesting, in addition, that saltwater presence seems to be due to both a lateral intrusion through the river’s meanders and to an improper management of water and irrigation practices. Despite all, they do not allow to discriminate which is the main phenomenon regulating the entire salinization process.
Our analyses indicate that water enriched with the heavier oxygen isotope affects photosynthesis, stomatal aperture and electron transport efficiency. In particular, the decrease of photosynthesis in the rural area suggests that the different land-uses play an important role.
Furthermore, high resolution ERTs confirmed salt water’s presence into the groundwater.
The initial phase of this pilot study confirmed the validity and potential of our approach and, at the same time, have shown the need to plan monitoring activities in the Volturno coastal area. Of course, additional measurements campaigns and experiments will be required; in that regard, we listed some proposals for a monitoring study (reported at the end of this work), which will also be presented to the competent authorities.
Another essential question is the need to inform and educate the citizens to adopt sustainable management of land and resources, remarking that the salinization hazard is a serious threat to the economy.
The study was part of research activities promoted by high technology infrastructure for environmental and climatic monitoring (PON I-AMICA).

Le zone costiere sono caratterizzate da un’alta densità abitativa e da intense attività economiche.
Ciò comporta un continuo aumento della richiesta di acqua, spesso associata ad una gestione non sostenibile della risorsa idrica.
Per questo motivo, gli acquiferi delle zone costiere sono frequentemente compromessi dall’intrusione di acqua salata.
In questa tesi di dottorato, si presenta uno studio pilota che riguarda l’investigazione di una possibile salinizzazione secondaria presso la foce del fiume Volturno. Lo studio nasce al fine di verificare l’effettivo deterioramento della qualità dell'acqua e del suolo, riferito dalla popolazione locale.
Nell’area di studio si è in presenza di un importante emungimento di acqua, per soddisfare le attività urbane e agricole. Inoltre, grazie alle precedenti ricerche condotte nella stessa area di studio, è stato possibile provare un abbassamento del letto del fiume, rispetto al livello del mare. Questi due aspetti suggeriscono che la salinizzazione possa essere favorita da fenomeni di up-coning e attraverso una ingressione laterale dal letto del fiume.
Come primo step, sono state effettuate delle indagini in loco, compreso esplorazioni per scegliere l'area di studio, interviste a persone del luogo (al fine di ottenere informazioni non disponibili da fonti pubblicate) e sono stati effettuati reportage fotografici.
Il secondo step è stata la pianificazione dello studio sperimentale - sulla base di un approccio multidisciplinare - al fine di affrontare meglio un argomento molto complesso quale è la salinizzazione dovuta all’intrusione di acqua salata.
Lungo il transetto individuato, che attraversa tre differenti ecosistemi, con diversi gradi di naturalità (costa, zona urba, zona agricola), sono stati condotti diverse misurazioni e campionamenti e l’olmo (Ulmus minor Mill.) è stato scelto come specie bio-indicatrice. L’approccio multidisciplinare si è basato su:
• analisi della composizione e della discriminazione isotopica degli isotopi stabili di carbonio e ossigeno;
• misurazioni degli scambi gassosi a livello fogliare dell’olmo;
• calcolo dell’indice di vegetazione normalizzato (NDVI);
• indagini geofisiche.
Questo tipo di approccio, ha rivelato un sistema piuttosto complesso lungo il transetto fluviale.
Poiché si tratta di uno studio pilota, che si è scontrato con problemi pratici quali la mancanza di cooperazione da parte di una parte cittadini e delle autorità locali, i dati presentati sono preliminari. I risultati preliminari non hanno mostrato una vera e propria emergenza salinizzazione ma hanno provato la presenza di sale in alcuni dei comparti dell'ecosistema, suggerendo e confermando, inoltre, che la presenza di acqua salata sembra essere dovuta sia ad un intrusione laterale attraverso meandri del fiume e ad una non corretta gestione delle pratiche idriche e di irrigazione. Nonostante tutto non è stato possibile discriminare quale sia il fenomeno principale che regola l'intero processo di salinizzazione.
Le nostre analisi indicano che l’acqua arricchita dell’isotopo più pesante dell’ossigeno compromette la fotosintesi, l’apertura stomatica e l’efficienza nel trasporto elettronico. In particolare la diminuzione dell’attività fotosintetica nell’area rurale suggerisce che i differenti usi del suolo giocano un ruolo importante.
Inoltre le ERT ad alta risoluzione confermano la presenza di acqua salata nella falda acquifera.
Questa fase iniziale del nostro studio pilota conferma la validità e le potenzialità del nostro approccio e, allo stesso tempo, hanno dimostra la necessità di pianificare attività di monitoraggio nella zona costiera presso il Volturno. Naturalmente, saranno necessari ulteriori campagne di misura ed esperimenti; a tal proposito, alla fine di questo lavoro abbiamo elencato alcune proposte per uno studio di monitoraggio, le quali saranno presentate anche alle autorità competenti.
Un'altra questione fondamentale è la necessità di informare ed educare i cittadini ad adottare una gestione sostenibile del territorio e delle risorse, sottolineando che il rischio di salinizzazione è una grave minaccia per l'economia. Lo studio è stato parte delle attività di ricerca promosse da “Infrastruttura di alta tecnologia per il monitoraggio integrato ambientale e climatico (PON I-AMICA)”.
Description: 
Dottorato di ricerca in Ecologia forestale
URI: http://hdl.handle.net/2067/3092
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