Inquinamento da Fertilizzanti Azotati

Inquinamento da Fertilizzanti Azotati — Contaminazione del Suolo e delle Acque da Azoto Agricolo

Panoramica

L'inquinamento da fertilizzanti azotati mappa la stima dell'inquinamento ambientale causato dall'applicazione di fertilizzanti a base di azoto in agricoltura. L'azoto (N) è il macronutriente più utilizzato nei sistemi agricoli globali e, sebbene essenziale per la crescita delle colture, una frazione sostanziale dell'azoto applicato viene dispersa nell'ambiente attraverso lisciviazione nelle falde acquifere, volatilizzazione come ammoniaca (NH₃), ruscellamento superficiale e denitrificazione microbica con produzione di protossido di azoto (N₂O).

Questo indicatore è fondamentale per il monitoraggio della biodiversità poiché l'eccesso di azoto reattivo rappresenta uno dei fattori di degrado ecosistemico più pervasivi a livello mondiale. La deposizione di azoto negli ecosistemi acquatici innesca l'eutrofizzazione — la crescita eccessiva di alghe e piante acquatiche — che impoverisce l'ossigeno disciolto (ipossia), destabilizza le reti trofiche e crea "zone morte" in fiumi, laghi e acque costiere. Negli ecosistemi terrestri, la deposizione di azoto altera la chimica del suolo, favorisce le specie nitrofile a crescita rapida a scapito della flora specializzata, riduce la diversità vegetale e degrada gli habitat per la fauna dipendente come impollinatori e invertebrati del suolo. Inoltre, le emissioni di N₂O dai suoli fertilizzati costituiscono un potente gas serra con un potenziale di riscaldamento globale 298 volte superiore a quello della CO₂, collegando direttamente l'inquinamento da fertilizzanti al cambiamento climatico e ai suoi effetti a cascata sulla biodiversità.

I dati provengono dal dataset NPKGRIDS (v1.08), un inventario globale dei tassi di applicazione di azoto, fosforo e potassio con risoluzione di ~10 km (5 arc-minuti), pubblicato dalla University of Minnesota / Global Landscapes Initiative. La variabile Nrate rappresenta il tasso totale di applicazione di azoto in kg N/ha/anno, aggregato su tutte le 175 classi di colture presenti nel dataset. Viene applicata una frazione di perdita del 50% per stimare la porzione di azoto che diventa inquinamento ambientale.

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Metodologia di Calcolo

L'indicatore è derivato attraverso i seguenti passaggi:

1. Accesso ai dati NetCDF — Il dataset NPKGRIDS viene letto da AWS S3 come file NetCDF tramite xarray. La variabile Nrate (kg N/ha/anno) viene estratta per ogni cella della griglia
2. Aggregazione sulle classi di colture — I tassi di applicazione dell'azoto vengono sommati su tutte le 175 classi di colture presenti nel dataset, producendo una singola mappa di applicazione totale
3. Stima della frazione di inquinamento — Viene applicata una frazione di perdita del 50% al tasso totale:

   N_inquinamento = Nrate_totale × 0,50
   

   Questa frazione tiene conto dell'azoto perso per: lisciviazione nelle falde (contaminazione da nitrati), volatilizzazione come ammoniaca (NH₃), emissioni atmosferiche di protossido di azoto (N₂O) e ruscellamento superficiale
4. Interpolazione bilineare — I dati vengono ricampionati con un fattore 6×, dalla risoluzione nativa di ~10 km a una risoluzione di output di circa 1,7 km
5. Colormap e visualizzazione — La colormap gnuplot2 viene applicata con normalizzazione PowerNorm (gamma=0,4). L'intervallo della colormap va da 0 a 9.720 kg/ha

Buffer: 25.000 m (25 km) attorno al poligono.

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Fonti Dati

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Range e Livelli di Qualità

Invertito = Sì: valori inferiori di inquinamento da azoto indicano minore contaminazione ambientale e condizioni più favorevoli per la biodiversità e la salute degli ecosistemi.

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Note Tecniche

• I tassi di applicazione dell'azoto sono sommati su tutte le 175 classi di colture del dataset NPKGRIDS
• La frazione di perdita del 50% è una stima media globale; le perdite effettive variano per clima, tipo di suolo e pratiche gestionali (intervallo: 30–70%)
• L'interpolazione bilineare da ~10 km a ~1,7 km migliora il dettaglio spaziale ma non aggiunge informazioni reali a scala sub-griglia
• La colormap gnuplot2 con PowerNorm (gamma=0,4) comprime l'intervallo superiore, migliorando la differenziazione ai livelli di inquinamento bassi e moderati
• Il buffer di 25 km è necessario a causa della risoluzione grossolana del dataset sorgente
• I dati si riferiscono all'anno 2020; non è attualmente disponibile una serie temporale

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Riferimenti Bibliografici

1. Lu, C. & Tian, H. (2017). "Global nitrogen and phosphorus fertilizer use for agriculture production in the past half century: shifted hot spots and nutrient imbalance". Earth System Science Data, 9(1), 181–192. DOI: 10.5194/essd-9-181-2017
2. Lun, F. et al. (2024). "NPKGRIDS — Global gridded dataset of nitrogen, phosphorus, and potassium fertilizer application rates". Nature Scientific Data. https://www.nature.com/articles/s41597-024-04030-4
3. Galloway, J.N. et al. (2003). "The nitrogen cascade". BioScience, 53(4), 341–356.

Responsabile: Claudio Barbieri