Flora, vegetazione e indicatori macrofitici dei laghi vulcanici d'Italia

Le acque dolci rappresentano meno dello 0,8% della superficie terrestre e ospitano una grande varietà di forme di vita: circa il 6% delle specie fin’ora descritte vive in acqua dolce (Hawksworth & Kalin-Arroyo, 1995). Nonostante i sistemi di acque dolci svolgano un ruolo fondamentale nella biosfera e i numerosi servizi da essi forniti siano un cardine per l’economia umana, la loro disponibilità sta drasticamente diminuendo e lo sfruttamento della risorsa idrica aumenta in modo costante nel tempo (Jackson et al., 2001). Lo scopo di questo studio è l'analisi della componente macrofitica dei laghi vulcanici italiani. Con il termine macrofite si individua la componente produttiva primaria macroscopica dei sistemi acquatici, mentre diatomee e fitoplancton ne rappresentano la porzione microscopica. Esistono molte classificazioni delle macrofite basate su elementi strutturali, su forme di crescita o caratteri funzionali (Pearsal, 1918; den Hartog & Segal, 1964; Hutchinson, 1975; Mäkirinta, 1978; den Hartog & van der Velde, 1988;Buotin & Keddy, 1993; Willby et al., 2000; Lacoul & Freedman, 2006). Nel presente lavoro si è utilizzata una classificazione di tipo funzionale che non si limita ad analizzare solo le macrofite sommerse, ma include anche la componente emersa composta da elofite e piante legnose, concordemente con quanto affermato in Tiner (1991) e Lacoul & Freedman (2006). La presenza, la distribuzione e l'abbondanza delle macrofite all’interno di un bacino lacustre dipende da molti parametri ambientali intrinseci al bacino o di origine antropica (Hutchinson, 1975; Barko & Smart, 1986; Duarte & Kalff, 1990; Lacoul & Freedman, 2006; Bornette & Puijalon, 2011). Per questo motivo possono essere usate come indicatori di molti parametri dell’ecosistema lacustre (Rørslett, 1991; Lehmann & Lachavanne, 1999; Heegaard, et al. 2001), non solo a livello specifico ma anche cenologico (Kolada; 2010). Quindi, lo stato di conservazione di un corpo idrico non è classificabile solo con le condizioni di inquinamento delle acque, ma bisogna avere un quadro completo delle composizione e abbondanza di fitoplancton, macrofite, macrobenthos e ittiofauna e fornire un sistema di riferimento in cui questi quattro elementi di qualità biologica siano in buono stato di conservazione. In Europa la Water Framework Directive (WFD 2000/60 EC) obbliga gli stati membri a raggiungere entro 15 anni dalla sua emanazione un “buono stato” della qualità delle acque superficiali interne, delle acque di transizione, delle acque costiere e sotterranee. La WFD afferma che, una volta classificati i bacini idrografici, al fine di riconoscere lo stato delle acque bisogna individuare degli elementi di qualità biologica (allegato V) supportati da elementi di qualità idromorfologici e fisico-chimici. - Obiettivi Pochi autori hanno finora affrontato lo studio delle macrofite dei laghi vulcanici italiani e non hanno mai fornito un quadro di riferimento complessivo dei diversi bacini. Il presente studio si propone di fornire un quadro organico di presenza, distribuzione e abbondanza delle macrofite dei laghi vulcanici italiani utilizzando tecniche di campionamento e di analisi in linea con quanto richiesto dalla WFD. La presente ricerca rappresenta, quindi, il primo caso studio delle macrofite dell’area mediterranea che prende in considerazione anche parametri idrochimici e idromorfologici. I principali obiettivi della ricerca sono: • censimento, descrizione e inquadramento sociologico delle macrofite rinvenute nei laghi vulcanici dell’Italia peninsulare. • analisi della distribuzione delle specie ad una scala regionale (verificando se c'è una differenza significativa tra i laghi) e ad una scala locale (verificando se è possibile riconosce una struttura nella distribuzione delle specie all'interno dei singoli laghi). • valutare la relazione tra caratteristiche ambientali misurate e variazioni nella ricchezza e nella distribuzione delle macrofite. • ricerca di metriche idonee per la definizione di un indice di valutazione dello stato di conservazione dei laghi vulcanici. - Area di studio La ricerca è stata svolta sui 9 laghi vulcanici italiani con profondità superiore a 30 m (Albano, Bracciano, Bolsena, Lago Grande e Lago Piccolo di Monticchio, Martignano, Mezzano, Nemi e Vico). In tutti i laghi vulcanici italiani le rocce che si trovano nel substrato del bacino hanno l’influenza principale sulla chimica delle acque (Buraschi et al., 2005) e le risultanti condizioni idrochimiche sono favorevoli allo sviluppo di piante ed animali. I pochi contributi a carattere esclusivamente botanico riguardanti i laghi vulcanici italiani sono inquadramenti delle comunità vegetali effettuati con l'approccio fitosociologico (Avena & Scoppola, 1987; Iberite et al., 1995; Scoppola et al., 1992; Venanzoni et al. 2003; Azzella & Scarfò, 2010). Sebbene gli studi passati non siano esaustivi permettono di definire i laghi vulcanici come laghi "tipo Chara" ovvero laghi potenzialmente caratterizzati da una lussureggiante vegetazione ad Helophyte e una vegetazione sommersa caratterizzata da estesi popolamenti di Chara dominati da diverse specie in base alle condizioni locali (Almquist, 1929, Maristo, 1941; Jensen, 1979; Vestergaard & Sand-Jensen, 2000; Pall & Moser, 2009). - Classificazione ecologica dei laghi In collaborazione con l'Istituto di Ricerca sulle Acque del CNR di Brugherio è stato condotto un campionamento per l'inquadramento idrochimico delle acque. Applicando i criteri proposti dall'OECD (Vollenweider, 1982) che considerano le concentrazioni di fosforo e la trasparenza delle acque misurata con il metodo del Disco di Secchi, è stato possibile classificare i laghi di Bracciano, Bolsena e Martignano in condizione di meso-oligotrofia, i laghi di Albano, Nemi, Vico e il Lago Piccolo di Monticchio in condizione di mesotrofia, il lago di Mezzano meso-eutrofo e il Lago Grande di Monticchio iper-eutrofo. Lo stato trofico non è l’unico parametro che influisce sulla distribuzione della vegetazione acquatica. La classificazione gerarchica effettuata sui parametri ambientali che influenzano la distribuzione delle macrofite in ambiente lacustre (Rørslett, 1991; Genkai-Kato& Carpenter, 2005; Cheruvelil & Soranno, 2008) evidenzia 3 tipologie di lago vulcanico. Il primo cluster, che racchiude i laghi di Bracciano e Bolsena, individua laghi di grandi dimensioni, valori di azoto bassi e valori di trasparenza molto alti. Lo sfruttamento lungo costa è molto forte, si riscontrano alti valori di urbanizzazione ed un grande sviluppo di zone sfruttate dal turismo. Il cluster che racchiude i laghi di Monticchio individua piccoli laghi con alte concentrazioni di nutrienti (in particolari alti valori di azoto), un’alta copertura di superfici naturali lungo costa e bassi valori di trasparenza delle acque. Infine il cluster che racchiude i restanti laghi (Albano, Nemi, Martignano, Vico e Mezzano) è caratterizzato da laghi di medie dimensioni con valori di azoto alti, legati al forte sfruttamento agricolo lungo costa. - Campionamento e quadro floristico Il piano di campionamento del presente studio è stato elaborato al fine di ottenere un quadro attendibile su presenza, distribuzione e abbondanza di macrofite nei laghi vulcanici nell’arco di un’unica campagna di raccolta di dati, rispondendo anche alle esigenze poste dalla Water Framework Directive (2000/60/EC-ANNEX V). Molti autori hanno proposto diversi metodi di campionamento di macrofite in ambiente lacustre (Jensén S., 1977; Melzer, 1999; Jäger et al., 2004; Free et al., 2009; Croft & Chow-Fraser, 2009; Beck et al., 2010) e solo alcuni di essi rispondono alle esigenze della WFD. Ogni stato membro della Comunità Europea ha proposto un proprio metodo di campionamento ma solo alcuni sono stati pubblicati nei report degli enti preposti all’applicazione della WFD (Leyssen et al., 2005; Willby et al., 2006; Ecke, 2007; Leka et al., 2007; Van den Berg & Pot, 2007; Buraschi et al. 2008). Il metodo di campionamento adottato in questo studio si basa su una tecnica di estrazione random non allineata dei transetti che si compone di 5 fasi: 1) sfruttando la conformazione circolare dei laghi vulcanici si è circoscritta una circonferenza al bacino. 2) La circonferenza è stata suddivisa in radianti con ampiezza di 10°. 3) I raggi che delimitano i radianti intercettano la linea di costa del lago dividendola in porzioni di lunghezza simile. 4) I laghi sono stati classificati in 3 categorie dimensionali: laghi piccoli, con superficie (La) inferiore a 0.5 km2, laghi di medie dimensioni (0.5 km2<La<20 km2) e laghi grandi (La>20 km2). 5) Nei laghi piccoli sono stati selezionati 9 punti lungo la linea di costa, effettuando un’estrazione random ogni 4 settori individuati dall’intersezione fra i raggi della circonferenza circoscritta e il perimetro del lago. Nei laghi di medie dimensioni sono stati estratti 18 punti (uno ogni 2 radianti) e nei laghi grandi 36. Il campionamento è realizzato dal punto individuato sulla costa su una linea perpendicolare ad essa. Lungo la linea del transetto ad ogni metro di profondità sono state censite tutte le specie presenti e stimata la loro copertura percentuale. Per valutare se lo sforzo di campionamento è stato sufficiente ad individuare un adeguato numero di specie sono state realizzate delle curve di rarefazione delle specie (curve di Coleman) ed è stata realizzata una procedura computazionale di ricampionamento (second order Jack-knife - Palmer, 1991) usando il livello di soglia del 75% per definire sufficiente il numero di specie rilevate. Il campionamento delle macrofite ha permesso di ottenere per ogni punto di campionamento un elenco delle specie presenti con il relativo dato di copertura. Sono stati realizzati 171 transetti e 2060 punti misurando presenza, distribuzione e abbondanza di 56 specie di macrofite, di cui 17 sono Characeae. - Analisi cenologica L'analisi statistica dei modelli nulli ha dimostrato che le specie rilevate nei punti di campionamento si associano in cenosi non casuali e che sono strutturati con un gradiente ambientale interno al bacino. I punti di campionamento possono quindi essere utilizzati anche per indagini di tipo cenologico. In ogni lago è stata effettuata una classificazione utilizzano il metodo UPGMA su una matrice delle distanze calcolata con il metodo Bray-Curtis a partire dalla matrice dei punti campionati con presenza di macrofite che conta 1778 rilievi. La classificazione gerarchica ha verificato la presenza di tipologie cenologiche ricorrenti all’interno di ogni bacino. L'analisi multivariata della dispersione (Permutational analysis of multivariate dispersions - PERMDISP) ha permesso di estrarre due punti-campione significativi da ogni cenosi di ogni lago e ridurre così il numero dei punti analizzati da 1778 a 94. La Permutation multivariate Anova (PERMANOVA - Anderson, 2001) effettuata su questa sottomatrice ha dimostrato l'esistenza di un'autonomia floristico-ecologica tra laghi (p<0.01). Successivamente con la Redundancy Analysis (RDA) si è analizzato in che misura i diversi parametri ambientali concorrano a spiegare la variabilità rilevata sia all'interno del lago che tra laghi identificando dei gradienti ecologici. L'RDA è stata condotta sulla matrice delle specie normalizzata con la trasformazione di Hellinger (Legendre & Gallagher, 2001) e la matrice dei dati ambientali normalizzata attraverso la trasformazione logaritmica. I dati ambientali considerati contribuiscono a spiegare il 47% dell'inerzia totale. Il restante 53% è da attribuire ad altre variabili ecologiche non misurate nel presente studio e a variabilità stocastica. Il parametro ambientale che è risultato maggiormente correlato con la variabilità delle cenosi è la profondità: le comunità che caratterizzano gli ambienti a minore profondità sono dominate da Chara aspera, Myriophyllum spicatum, Vallisneria spiralis. Al contrario le comunità a maggiori profondità sono dominate da Chara globularis, Nitella opaca e Ceratophyllum demersum. Altri parametri ambientali che contribuiscono a spiegare la variabilità osservata sono quelli idromorfologici e trofici: le comunità tipiche dei grandi laghi con basse concentrazioni di nutrienti sono dominate da Characeae,e in particolare a basse profondità da Chara aspera, a medie profondità da Chara polyacantha o Chara tomentosa e a grandi profondità da Chara globularis e Nitella opaca. Al contrario le comunità dei piccoli laghi con abbondanza di nutrienti sono caratterizzati da comunità di piante vascolari con una dominanza di Myriophyllum spicatum a basse profondità e Ceratophyllum demersum alle profondità di chiusura e mancano di una fascia di vegetazione delle medie profondità. Nel presente lavoro è stata infine realizzata una scheda descrittiva per ogni lago, in cui vengono analizzate le cenosi individuate e presentati i rilievi relativi ai punti rappresentativi di ogni cenosi, estratti con PERMDISP. Viene inoltre fornito un quadro della distribuzione spaziale all'interno del lago con cartografie tematiche e un inquadramento della presenza e distribuzione degli habitat di interesse comunitario che rappresenta un punto di riferimento nel monitoraggio degli habitat inseriti nella Rete Natura 2000 (Direttiva Habitat 92/43). - Indici di conservazione Molti autori hanno individuato gruppi di macrofite sensibili o tolleranti all'inquinamento per valutare lo stato trofico di un lago: maggiore è la presenza o l'abbondanza delle specie sensibili e minore è il carico trofico (Melzer, 1999; Stelzer et al., 2005; Wilby et al., 2006; Penning et al., 2008; Pall & Moser, 2009). Attualmente si suggerisce di sviluppare un approccio multimetrico alla bioindicazione (Heringet al., 2006; Penning et al., 2008; Søndergaard et al., 2010) per non focalizzare l'attenzione esclusivamente sul carico trofico e restituire un quadro complessivo dello stato di conservazione del lago. Alcuni indici multimetrici sono stati sviluppati per lo studio degli ambienti lacustri utilizzando le macrofite (Nichols et al., 2000; Beck et al., 2010; Kolada, 2010). Si è dimostrato che i laghi vulcanici, nonostante la loro origine geologica, per quanto riguarda le macrofite sono assimilabili ai laghi a Characeae europei, tipici di substrati calcarei. Quindi al fine di classificare lo stato di conservazione dei laghi vulcanici italiani è possibile adattare le metriche proposte da Pall & Moser (2009) che hanno esaminato lo stato di conservazione dei laghi Austriaci del pedemonte calcareo delle alpi (Lakes of the Northern Limestone Foothills) e il Reference Index proposto in Stelzer et al. (2005). - Conclusioni In conclusione il campionamento ha permesso di realizzare uno studio della componente macrofitica dei laghi vulcanici che rappresenta un quadro organico finora mai realizzato e segna un punto di riferimento fondamentale sia per ricerche future volte ad analizzare le dinamiche ecologiche dei laghi vulcanici, sia per il monitoraggio necessario agli adempimenti dettati dalla WFD. Le Characeae che dominano nella maggior parte dei laghi vulcanici sono un taxon a rischio e quindi tutelate a livello europeo: 6 specie presenti nei laghi vulcanici sono inserite in liste rosse (Blaženčić et al. 2006, Smidht et al.; 1996; Stewart & Church, 1992; Palamar-Mordvintseva & Tsarenko 2004; Palmer, 2008; Bjelke, 2010). Le specie individuate nei laghi vulcanici rappresentano il 30% delle flora europea (Krause, 1997) e metà di quella italiana (Bazzichelli & Abdelahad, 2009). Per questi motivi e per il fatto che le praterie di Characeae sono un Habitat di interesse comunitario (3140 - Direttiva Habitat 92/43 CE) crediamo che i laghi vulcanici dovrebbero avere un ruolo di primo piano nella conservazione di questo importante taxon fortemente minacciato. I risultati dell'analisi cenologica confermano la sostanziale somiglianza tra i laghi vulcanici italiani che presentano un pattern di distribuzione delle comunità lungo il gradiente di profondità, ma che subisce modificazioni, anche rilevanti, in funzione delle dimensioni del lago e delle sue condizioni trofiche. Le variazioni al pattern potenziale sono state utilizzate per realizzare in indice, il Volcanic Lakes Multi Metric Index, che rappresenta il primo realizzato in Italia per questa tipologia di laghi.