Di John Sawyer, Dipartimento di Agronomia
Un recente articolo sul giornale Des Moines Register ha causato una notevole controversia riguardo all’azoto nei torrenti e nei fiumi dell’Iowa. L’articolo (Alti livelli di ammoniaca minacciano l’acqua di D.M., 6 aprile 2008) conteneva informazioni sui livelli di “ammoniaca” in alcuni sistemi di acque superficiali dello Iowa durante il recente periodo invernale.
Le implicazioni erano che l’applicazione di letame e fertilizzanti ai terreni coltivati, e il successivo scioglimento della neve e il deflusso, avevano portato a livelli di “ammoniaca” superiori al normale nelle acque superficiali. Nell’articolo c’era un confronto tra i livelli riportati e una lettura di ammoniaca di 0,10 parti per milione considerata dannosa per la vita acquatica. Sfortunatamente, le concentrazioni misurate nelle acque superficiali (e come riportato nell’articolo) non sono ammoniaca-N. Invece sono ammonio-N più ammoniaca-N. Pertanto, un confronto dei valori riportati a una concentrazione di ammoniaca tossica per la vita acquatica è impreciso.
L’ammoniaca non è ionizzata e ha la formula NH3. L’ammonio è ionizzato e ha la formula NH4+. Il fattore principale che determina la proporzione di ammoniaca o di ammonio nell’acqua è il pH dell’acqua. L’attività dell’ammoniaca è anche influenzata dalla temperatura e dalla forza ionica. Ciò è importante perché l’NH3 unionizzato è la forma che può essere tossica per gli organismi acquatici. L’NH4 ionizzato è fondamentalmente innocuo per gli organismi acquatici.
L’equazione chimica che guida la relazione tra ammoniaca e ammonio è:
NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH-
Quando il pH è basso, la reazione è guidata verso destra, e quando il pH è alto, la reazione è guidata verso sinistra. In generale, ad una temperatura intorno alla temperatura ambiente, ad un pH inferiore a 6,0, la proporzione di ammonio-N più ammoniaca-N come NH3 è molto bassa e come NH4+ è molto alta. A un pH intorno a 8,0, la proporzione come NH3 è del 10% o meno, e a un pH leggermente superiore a 9,0, la proporzione è circa il 50%. L’attività dell’ammoniaca acquosa è anche molto più bassa alle basse temperature e più alta alle temperature calde. Questo significa che a basse temperature e basso pH l’attività come NH3 è ancora più bassa, e come NH4+ è ancora più alta. Pertanto, gli organismi acquatici sensibili possono tollerare un totale di “ammonio-N più ammoniaca-N” più alto a basse temperature che ad alte temperature a causa della presenza di molto meno NH3 acquoso nell’acqua.
Il metodo di laboratorio utilizzato per l’analisi dell’acqua misura l’ammonio-N più ammoniaca-N. È molto difficile determinare direttamente l’attività dell’ammoniaca acquosa, così invece viene usato il surrogato di ammonio-N più ammoniaca-N, e poi vengono usati i valori tabulati di ammonio-N più ammoniaca-N per determinare se una concentrazione misurata fornirà ammoniaca a un livello che è dannoso per gli organismi acquatici, per condizioni acute e croniche. Questi valori tabulati sono un surrogato poiché la concentrazione misurata è un totale dell’ammonio-N più l’ammoniaca-N, e le concentrazioni nelle tabelle per i livelli cronici o acuti sono impostate per riflettere le probabili concentrazioni di ammoniaca-N per il pH e la temperatura specifici dell’acqua.
I criteri acuti e cronici per “l’ammoniaca” sono stati stabiliti per i flussi dell’Iowa designati per gli usi della vita acquatica (Capitolo 61, Codice amministrativo dell’Iowa; tabelle 3a, 3b e 3c). Bisogna usare attentamente le tabelle perché le concentrazioni elencate sono per l’ammonio-N più l’ammonia-N, non l’ammonia-N (l’intestazione delle tabelle dice “ammoniaca”). Come ci si aspettava, i criteri cronici (concentrazione di ammonio-N più ammoniaca-N) sono più alti per acque a basso pH e bassa temperatura (es. pH 6.5 a 0 gradi C è 6.67 mg N/l, stadi vitali precoci presenti) e più bassi per acque ad alto pH e alta temperatura (es. pH 8.0 e 26 gradi C è 1.16 mg N/l). Allo stesso modo, i criteri acuti sono più alti per l’acqua a basso pH (es. a un pH di 6,5 il criterio per la classe B (WW1-3) e B(LW) è 48,8 mg N/l) e più bassi per l’acqua a pH elevato (es. a un pH di 8,0 è 8,4 mg N/l).
I livelli di monitoraggio ambientale di inizio febbraio 2008 dal database Storet del Dipartimento delle risorse naturali dell’Iowa per i fiumi identificati nell’articolo del Des Moines Register variavano da 0,13 a 1,00 mg N/l (ammonio-N più ammoniaca-N). Al pH e alla temperatura dell’acqua durante quel periodo (da 7,6 a 8,1 pH e da 0 a 1,0 gradi C), i valori monitorati sono ben al di sotto dei criteri acuti e cronici per quelle condizioni (criteri acuti da 17,0 a 6,95 mg N/l e cronici da 3,98 a 2,10 mg/l). L’ammonio-N misurato più l’ammoniaca-N tendono ad essere variabili durante i mesi invernali, ma la variazione e i livelli di quest’anno non sono superiori alla storia recente.
In fondo, l’azoto acquoso è complesso, così come l’effetto sulla vita acquatica. Per la valutazione dei dati di monitoraggio della qualità dell’acqua, è importante sapere cosa si sta misurando e fare attenzione e non paragonare mele e arance.
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