Course Syllabus
Obiettivi
L’insegnamento si propone di portare lo studente a:
-
approfondire le conoscenze relative alle caratteristiche chimico-fisiche, chimiche, biologiche degli ecosistemi acquatici;
-
approfondire le conoscenze relative ai principi ecologici alla base della funzionalità dei sistemi delle acque interne (sia di origine naturale sia antropici);
-
approfondire le conoscenze relative alle interconnessioni tra i diversi comparti acquatici;
-conoscere diversi impatti antropici che alterano la qualità ambientale e le tecniche di recupero.
Al termine del corso lo studente sarà in grado di:
-saper misurare e valutare, nei diversi ambienti acquatici, la funzionalità ecologica, i diversi impatti antropici e la qualità ambientale.
-applicare le principali metodologie di valutazione della qualità ambientale degli ambienti acquatici e predisporre possibili interventi di recupero;
-fare una ricerca bibliografica, leggere e apprendere competenze da articoli scientifici e da relazioni tecniche;
- pianificare un progetto di ricerca ed un esperimento scientifico.
Superato l’esame di fine corso, lo studente avrà acquisito un’autonomia di giudizio adeguata per:
- affrontare criticamente i principali problemi teorici e applicativi di valutazione e di gestione degli ambienti acquatici.
- valutare gli aspetti scientifici critici e contribuire allo sviluppo della ricerca.
Contenuti sintetici
Ciclo artificale dell'acqua.
Interconnessioni fra comparti acquatici
Studio delle acque interne: ambienti lotici e lentici, naturali e artificiali. Formazione, morfologia, evoluzione, chimismo, cicli biogeochimici.
Tecniche di campionamento, analisi dei campioni e dei dati.
Comunità biologiche, reti trofiche e trasferimento di energia.
Funzionalità dei diversi sistemi acquatici.
Indicatori e indici biologici e funzionali.
Alterazioni e impatti antropici sui sistemi acquatici.
Valutazione della qualità ambientale e delle alterazioni, tecniche di recupero della qualità.
Tecniche per la pianificazione di progetti di ricerca e impostazione di esperimenti.
Studio di articoli scientifici e di relazioni tecniche.
Programma esteso
Lezioni frontali
Introduzione allo studio delle acque interne: ambienti lotici e lentici.
Conoscenze propedeutiche.
Bacini idrografici e rete fluvio-lacustre.
Fisiografia dei laghi: formazione, evoluzione, proprietà, habitat, morfometria. Bilancio idrologico e tempo di ricambio.
Trasmissione della luce e del calore negli ambienti lacustri, stratificazione e movimenti verticali e orizzontali.
Dinamiche termiche dei laghi, distribuzione verticale dei gas disciolti, dei nutrienti e dei principali ioni.
Comunità fitoplanctoniche, zooplantoniche, bentoniche, vegetali e ittiche (strutture, dinamiche di popolazione, tecniche di campionamento, conteggio e analisi).
Analisi delle reti trofiche. Uso degli isotopi stabili per la ricostruzione delle reti trofiche: problematiche e prospettive.
Produttività, trofia dei laghi e loro evoluzione (anche mediante tecniche paleolimnologiche); qualità dei laghi.
Effetti dei cambiamenti climatici e degli impatti antropici sugli ambienti lacustri (eutrofizzazione, anossia ipolimnica, fioriture di cianobatteri potenzialmente tossici, invasione di specie aliene, inquinamenti di tipo inorganico e organico). Problemi di contaminazione delle acque interne. Metodi per la definizione dello stato di qualità delle acque interne.
Studio dei laghi profondi sub-alpini, piccoli laghi del nord Italia e altri laghi significativi del mondo.
Tecniche di recupero della qualità dei laghi (potenzialità, vantaggi e svantaggi, efficacia): emunzione ipolimnica, ossigenazione ipolimnica, fitodepurazione e lagunaggio, collettamento e diversione degli scarichi, liming per recupero di ambienti acidificati e per l’abbattimento dei nutrienti, altre tecniche di riduzione dei nutrienti, biomanipolazione delle reti trofiche.
Potabilizzazione delle acque lacustri.
Fisiografia delle acque correnti: caratterizzazione e classificazione. Idrologia e morfologia fluviale.
Organizzazione funzionale dei sistemi lotici: energia e sostanza organica; input energetici autoctoni e alloctoni; raggruppamenti trofico-funzionali; River Continuum Concept; spiraling dei nutrienti; Flood Pulse Concept; organizzazione gerarchica dei sistemi fluviali.
Ambienti acquatici marginali, ripariali, interstiziali e iporreici.
Le comunità biologiche delle acque lotiche. Adattamenti alle acque correnti. Colonizzazione, movimenti e ricolonizzazioni delle acque correnti.
Impatti antropici: alterazioni del chimismo, della morfologia, dell’idrologia, delle comunità.
Deflusso minimo vitale e deflusso ecologico. Indicatori biologici e indici biotici (IBE, STAR-ICIM). Indici di Funzionalità fluviale.
Tecniche di ripristino e recupero della qualità delle acque correnti, della diversità morfologica, delle condizioni idrologiche e della biodiversità.
Laboratorio
Riconoscimento al microscopio di organismi appartenenti al fitoplancton, zooplancton e macrobentos, applicazione di indici biotici e calcolo della produttività lacustre. Analisi dell’ittiofauna e applicazione di metodi statistici per lo studio delle popolazioni.
Attività sul campo
Escursioni su fiume e lago per osservazione di situazioni di recupero della qualità ambientale, applicazione di tecniche di campionamento, prelievo di campioni che verranno poi analizzati in laboratorio.
Durante le attività dell’insegnamento, gli studenti saranno coinvolti apprendimento di tecniche per la pianificazione di un progetto di ricerca e di un esperimento. Saranno inoltre guidati nello studio di articoli scientifici e di relazioni tecniche.
Prerequisiti
Conoscenze di chimica generale e inorganica (proprietà dell’acqua; acidi, basi, e sali; reazioni all’equilibrio; legge dei gas; equilibrio dei carbonati; potenziale redox; isotopi stabili e instabili). Ciclo idrogeologico. Conoscenze dei cicli biogeochimici di azoto, fosforo e silicio. Conoscenze di zoologia generale e sistematica. Conoscenze di ecologia generale.
Modalità didattica
Il corso prevede:
-16 lezioni di 2 ore svolte in modalità erogativa in presenza (4 cfu);
-2 attività di laboratorio svolte in modalità interattiva in presenza, di cui una da 3 ore e una da 2 ore (0.5 cfu);
-2 attività di campo di 7,5 ore svolte in modalità interattiva in presenza.
Materiale didattico
Materiale didattico fornito dal docente (pubblicato sul sito e-learning): slides del corso, schede utilizzate durante le attività di laboratorio, articoli scientifici di recente pubblicazione.
Libri di testo consigliati per approfondimento:
- Spiro T.G. and Stigliani W.M. 2003. Chemistry of the Environment. Pearson Education.
- Walter K., Dodds and Matt R. Whiles: Freshwater Ecology, Elsevier Publishing.
- Bertoni R. 2006. Laghi e scienza. Introduzione alla limnologia. Aracne Editrice.
- Fenoglio S. e Bo T. Lineamenti di Ecologia Fluviale. Hoepli Editrice.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre: Marzo 2024-Giugno 2024
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame orale relativo a tutti gli argomenti trattati nel corso (lezioni frontali, pubblicazioni scientifiche, laboratori e attività di campo).
Non sono previste prove intermedie.
Lo scopo dell’esame è quello di verificare le competenze acquisite, la capacità creare dei collegamenti fra i diversi argomenti studiati, la capacità di integrare quanto letto negli articoli scientifici di approfondimento con le conoscenze di base. Verrà inoltre valutata la capacità espositiva e la proprietà di linguaggio.
L’esame viene valutato in trentesimi (minimo per superare l’esame 18/30).
Orario di ricevimento
Ricevimento previo appuntamento via e-mail
Sustainable Development Goals
Aims
The course aims to bring the student to:
- examine in depth knowledge about chemical-physical, chemical, biological characteristics of aquatic ecosystems;
- examine in depth knowledge about ecological principles at the base of the functionality of inland water systems (both natural and anthropogenic);
- examine in depth knowledge about the interconnections between the different aquatic compartment;
- know different anthropic impacts that alter the environmental quality and recovery techniques.
At the end of the course the student will be able to:
- measure and evaluate, in different aquatic environments, the ecological functionality, the different anthropic impacts, and environmental quality;
- apply the main methodologies for assessing the environmental quality of aquatic environments and to prepare possible recovery interventions;
- make bibliographic research, read and learn skills from scientific articles and technical reports;
- plan a research project and a scientific experiment.
After completing the final exam, the student will have acquired adequate autonomy for:
- to critically address the main theoretical and applicative problems of assessment and management of aquatic environments;
- evaluate critically scientific aspects and contribute to the development of research.
Contents
Artificial water cycle.
River basins and river-lake network.
Interconnections among aquatic compartments.
Study of inland waters: natural and artificial lotic and lentic environments. Formation, morphology, evolution, chemist, biogeochemical cycles.
Sampling techniques, sampled and data analysis.
Biological communities, food webs and energy transfer.
The functionality of different aquatic systems.
Biological and functional indicators and indexes.
Anthropic alterations and impacts on aquatic systems.
Evaluation of environmental quality and alterations, quality recovery techniques.
Techniques for planning research projects and setting up experiments.
Detailed program
Lessons
Introduction to the study of inland waters: lotic and lentic environments.
Preparatory knowlegde.
River basins and river-lake network.
Physiography of lakes: origin, evolution, properties, habitat, morphometry.
Hydrological balance and renewal time.
Transmission of light and heat in lakes, stratification, vertical and horizontal movements.
Thermal dynamics of lakes, vertical distribution of dissolved gases, nutrients and main ions.
Phytoplanktonic, zooplanktonic, benthic, vegetable and fish communities (structures, population dynamics, sampling techniques, counting and analysis).
Analysis of food webs. Use of stable isotopes for the reconstruction of food webs: problems and perspectives.
Productivity, trophic level of lakes and their evolution (also through paleolimnological techniques); quality of the lakes.
Effects of climate change and anthropogenic impacts on lakes (eutrophication, hypolimnic oxygen deplation, potentially toxic cyanobacteria blooms, invasion of alien species, inorganic and organic pollution). Internal water contamination problems. Methods for defining the quality status of inland waters.
Study of deep sub-alpine lakes, small lakes in northern Italy and other significant lakes in the world.
Techniques for the recovery of lake quality (potential, advantages and disadvantages, effectiveness): hypolimnic aeration, phytodepuration and lagooning, diversion of discharges, liming, other techniques of nutrient reduction, biomanipulation of food webs.
Potabilization of lake waters.
Physiography of running waters: characterization and classification. Hydrology and fluvial morphology.
Functional organization of lotic systems: energy and organic matter; indigenous and allochthonous energy inputs; trophic-functional groups; River Continuum Concept; nutrient spiraling; Flood Pulse Concept; hierarchical organization of river systems.
The biological communities of lotic waters. Adaptations to running waters. Colonization, movements and recolonizations of running waters.
Anthropic impacts: alterations of chemistry, morphology, hydrology, biological communities.
Minimum vital flow and ecological flow. Biological indicators and biotic indices (IBE, STAR-ICIM). River Functional Indexes.
Techniques for recovering the quality of running waters, morphological diversity, hydrological conditions and biodiversity.
Aquatic environments of anthropic origin: springs ('fontanili'), dam and quarry lakes.
Laboratory
Microscopic classification of organisms belonging to phytoplankton, zooplankton and macrobenton. Biotic indexes, lake productivity evaluation. Statistical analysis of fish population.
Field excursion
Excursions on river and lake for observation of environmental quality recovery situations, application of sampling techniques, sampling that will then be analyzed in the laboratory.
During the teaching activities, the students will be involved in learning techniques for planning a research project and an experiment. They will also be guided in the study of scientific articles and technical reports.
Prerequisites
Knowledge of general and inorganic chemistry (properties of water; acids, bases, and salts; equilibrium reactions; gas law; carbonate balance; redox potential; stable and unstable isotopes). Hydrogeological cycle. Knowledge of biogeochemical cycles of nitrogen, phosphorus, and silicon. Knowledge of general and systematic zoology. Knowledge of general ecology.
Teaching form
-16 of two-hour lectures, in person, Delivered DidacticsLesson (4 cfu)
-1 of two-hour lab activities and 1 of three-hour lab activities, in person, Interactive Teaching Laboratory (0.5 cfu)
- 2 of field activity (7.5-hours each one), in person, Interactive Teaching (1.5 cfu)
Textbook and teaching resource
Teaching material provided by the professor (published on e-learning).
Suggested books:
- Spiro T.G. and Stigliani W.M. 2003. Chemistry of the Environment. Pearson Education.
- Walter K., Dodds and Matt R. Whiles: Freshwater Ecology, Elsevier Publishing.
- Bertoni R. 2006. Laghi e scienza. Introduzione alla limnologia. Aracne Editrice.
- Fenoglio S. e Bo T. Lineamenti di Ecologia Fluviale. Hoepli Editrice.
Semester
Second semester: March 2024 - June 2024
Assessment method
Oral examination concerning the topics treated in the Lessons, laboratory and field experiences.
There are no intermediate tests.
The purpose of the exam is to verify the acquired competencies, the ability to create connections between the different topics studied, the ability to integrate that has been read in the scientific articles with the basic knowledge. The explain capacity and the language style will also be evaluated.
Office hours
By e-mail appointment
Sustainable Development Goals
Staff
-
Barbara Leoni
