L’evapotraspirazione

L’evaporazione è il processo fisico che regola il passaggio dell’acqua dallo stato liquido allo stato di vapore dal suolo all’atmosfera. I fattori che regolano tale fenomeno sono sia di tipo climatico che pedologico.
Per quanto riguarda i fattori climatici, ritroviamo sicuramente la radiazione solare, la temperatura, le precipitazioni, l’umidità, i venti. Tutti tranne le precipitazioni e l’umidità favoriscono l’evaporazione, ma per una corretta analisi del fenomeno è fondamentale considerare le caratteristiche del terreno stesso, in particolare la tessitura, cioè la composizione granulometrica delle sue componenti mineralogiche (sabbia, limo, argilla). L’evaporazione aumenta con l’aumentare della compattazione delle particelle stesse, fino ad un optimum oltre il quale il processo decresce nuovamente.
La traspirazione è il processo mediante il quale un organismo vegetale regola l’eliminazione dell’acqua dai propri tessuti. E’ importante innanzitutto fare una distinzione fra gli organismi vegetali, distinguendo tra organismi non vascolari (tallofite), ad esempio i muschi, e le piante vascolari, ad esempio tutte le piante a fiore. La differenza sostanziale sta proprio nella presenza o meno di un sistema di trasporto costituito da vasi (da cui l’uso del termine vascolare) a lunga distanza, cioè xilema e floema, in un continuum radici-fusto-foglie. L’evoluzione dei tessuti vascolari e le specializzazioni dei tessuti della pianta hanno permesso il successo evolutivo sulle terre emerse che si riscontra nella maggior parte delle piante cosiddette “superiori”, distinguibili nelle piante vascolari senza semi, nelle Gimnosperme e nelle Angiosperme. Quindi, sebbene le piante possono assumere acqua su tutta la loro superficie, gran parte dell’assorbimento avviene attraverso le radici e la maggior parte dell’eliminazione avviene attraverso le foglie e precisamente da aperture poste sulle foglie stesse, formate da due cellule reniformi, denominate “aperture stomatiche” o semplicemente “stomi”.

Evapotraspirazione
I fattori principali che influenzano la traspirazione negli organismi vegetali sono i seguenti:

    • clima (radiazione solare, umidità, temperatura, vento);
    • contenuto di acqua al suolo;
    • specie vegetale;
    • stadio di sviluppo della pianta (dormienti e piccole, in crescita e grandi);
    • struttura della copertura fogliare.

Come accennato in precedenza, gli stomi sono i principali responsabili del processo di traspirazione e la loro chiusura e apertura dipende da molti fattori che agiscono sia direttamente che indirettamente. Tra i fattori indiretti, ne rientra uno molto importante, cioè la disponibilità idrica al suolo: senza entrare troppo nel dettaglio della regolazione fisiologica degli stomi, in linea generale, se la pianta ha una elevata disponibilità idrica la perdita di acqua risulta vantaggiosa e gli stomi sono aperti; al contrario, se la pianta non può o non riesce ad assorbire dalle radici l’acqua necessaria, quindi in condizioni di stress idrico, avviene la liberazione nelle foglie di un ormone, l’acido abscissico (ABA), che provoca la chiusura degli stomi. In assenza di stress idrico, la presenza di luce è un altro fattore che indirettamente favorisce la traspirazione, in quanto innescando il processo di fotosintesi, riduce la concentrazione di anidride carbonica negli spazi tra le cellule del tessuto fogliare, che a sua volta, determina l’apertura degli stomi. Al contrario, di notte, l’assenza di luce non rende possibile la fotosintesi e la concentrazione interna della CO2 rimane elevata mantenendo chiusi gli stomi.
Il considerare nel complesso i due processi sopra descritti, significa parlare di evapotraspirazione, parametro misurabile in campo con strumenti quali il lisimetro o evaporimetro, abbreviato con la sigla ET e espresso di solito come spessore di acqua in un certo periodo di tempo, cioè il mm/giorno.

Quando non sono disponibili sufficienti dati di campo, si procede con la stima della ET attraverso metodi matematici a partire da dati climatologici. I metodi principali, a cui si rimanda per l’approfondimento ad altri testi, sono quello di Turc, di Thornthwaite, di Penman-Monteith e la stima mediante il coefficiente di coltura Kc. E’ importante considerare diversi valori di ET: ET0, cioè il tasso di evapotraspirazione potenziale di una ipotetica superficie vegetata di piante erbacee in condizioni ambientali standard. Per esempio nelle aree aride e subaride di regioni temperate, ET0 è pari a 1-3 mm/giorno ad una temperatura media giornaliera di 10 °C, a 4-7 mm/giorno a 20 °C e 6-9 mm/giorno a 30 °C (FAO Irrigation and drainage, Natural Resources Management and Environment Department, “Crop evapotranspiration – guidelines for computing crop water requirements”, 1998). ETc, in funzione di parametri colturali come il coefficiente Kc, è il tasso di evapotraspirazione di una coltura in condizioni ambientali standard cioè abbondante presenza di acqua, ottime condizioni di temperatura, precipitazioni, terreni ampi e ben fertilizzati ecc. Ed infine ETcadj, un tasso specifico calcolato moltiplicando l’evapotraspirazione potenziale con fattori correttivi che identificano particolari condizioni ambientali (esempio, stress idrico).

Tipologie di piante

Le piante maggiormente utilizzate per gli impianti di evapotraspirazione sono specie appartenenti ai seguenti generi:
Aucuba, Bambu, Calicanthus, Cornus, Cotoneaster, Kalmia, Laurus, Rhamnus, Sambucus, Spiraea, Thuya.
Le caratteristiche fondamentali che rendono queste piante particolarmente adatte ai sistemi SEF sono il fatto di: essere igrofile, ovvero ben adattate a terreni ricchi di acqua o saturi, essere piante del luogo e sempreverdi, che garantiscono una certa attività di traspirazione anche durante la stagione invernale. E’ inoltre preferibile piantare specie diverse, invece che monoculture, in quanto queste ultime possono essere maggiormente soggette a stress stagionali, a patogeni ecc. Resta comunque necessario, per una corretta analisi ai fini della installazione di un efficiente SEF, è necessario conoscere il bilancio idrico locale e fare una corretta valutazione dell’evapotraspirazione.

Progettazione e dimensionamento dei SEF

Una condizione che permette un buon funzionamento di un impianto ad evapotraspirazione fitoassistita è la presenza di un clima arido, nel quale l’aliquota del bilancio idrologico dovuta all’evapotraspirazione annuale supera quella di precipitazione. Il clima mediterraneo si presta bene a questo tipo di impianti, soprattutto per la stagione arida caratteristica dei mesi estivi. Comunque bisogna valutare caso per caso la situazione climatica locale, nonché il bilancio idrologico effettivo, al fine di realizzare un idoneo dimensionamento dell’impianto.
Per avere una idea delle componenti necessarie per la costruzione di un impianto di evapotraspirazione si illustra la seguente figura

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Trattamento preliminare e vasca Imhoff (trattamento primario)

La prima fase consiste nel trattamento primario. Il liquame proveniente dalle tubazioni, passa attraverso una o più griglie metalliche, grazie alle quali vengono eliminati gli elementi grossolani, che potrebbero occludere le tubazioni. Il liquame poi si immette in una vasca tipo Imhoff o settica costituita da un disoleatore, un decantatore e un digestore. Qui le particelle più pesanti sedimentano per gravità raccogliendosi sul fondo della vasca, dove è presente la sezione della digestione dei fanghi e dove avviene una mineralizzazione degli stessi, grazie alla presenza di batteri anaerobi. A valle della vasca Imhoff c’è una vasca in cui arrivano le acque chiarificate e le acque in esubero provenienti dal sistema di ricircolo.

Vasca di evapotraspirazione

La vasca è un bacino con fondo orizzontale costruito in calcestruzzo, muratura o materiale plastico, ad esempio PVC, polietilene o polietilene ad alta densità (HDPE). La vasca viene riempita, in sequenza dal basso verso l’alto e con spessori variabili, di ghiaia, sabbia, miscela di terreno vegetale e suolo scelto per ricoprire la vasca e ricostruire il piano di campagna. All’interno dello strato ghiaioso viene posizionata la condotta disperdente drenante fessurata per il passaggio del liquame. Tra lo strato di ghiaia e quello sabbioso, viene posizionato un “geotessile”, cioè un ‘tessuto non tessuto’ di materiale sintetico per proteggere la condotta dalle occlusioni di eventuali particelle fini.
Lo spessore del terreno varia in funzione della tessitura: un terreno prevalentemente argilloso raggiunge un livello di risalita capillare maggiore rispetto ad un suolo sabbioso, sebbene la portata del flusso di risalita del liquido sia maggiore in quest’ultimo. Inoltre, è opportuno che la copertura superficiale della vasca sia di forma convessa in modo tale da favorire il ruscellamento verso l’esterno delle acque meteoriche, soprattutto per diminuire l’infiltrazione nei periodi autunnali di maggiori precipitazioni ed evitare fenomeni di ristagno. E’ comunque previsto un tubo per il troppo pieno che si aziona quando la quantità di acqua immessa supera quella assorbibile dal terreno della vasca.
Per quanto riguarda le specie vegetali, la piantumazione deve garantire il massimo della traspirazione possibile. Comunque, per ottimizzare il processo di evapotraspirazione ed evitare di realizzare superfici della vasca troppo grandi, si può realizzare una copertura tipo serra che, impedendo l’infiltrazione della pioggia nel letto, aumentando la temperatura e creando un sistema di ventilazione adeguato, favorisce l’attività vegetativa e l’evapotraspirazione. E’ importante valutare anche la tipologia e lo sviluppo dell’apparato radicale, in quanto può arrecare danni alla geomembrana.

Vantaggi e svantaggi dell’evapotraspirazione

Si riassumono i vantaggi e gli svantaggi di un sistema di depurazione delle acque ad evapotraspirazione.
Tra i vantaggi si annoverano i seguenti:

    • riduzione del rischio di degrado del suolo e di contaminazione della falda dovuta alla impermeabilizzazione della vasca di evapotraspirazione;
    • smaltimento dei reflui per piccoli insediamenti isolati non asserviti da fognature;
    • assenza di scarico;
    • basso consumo energetico (energia utilizzata solo per la pompa di ricircolo dell’acqua);
    • costi contenuti;
    • bassi costi di gestione e semplice manutenzione;
    • facile inserimento in qualsiasi contesto ambientale.

Gli svantaggi sono i seguenti:

    • elevata dipendenza dai fattori climatici;
    • necessità di ampie superfici;
    • bassa capacità di immagazzinamento;
    • riduzione dei processi di degradazione delle piante nei periodi invernali;
    • l’accumulo eccessivo di sostanze inquinanti e la conseguente morte per tossicità degli organismi vegetali.

In conclusione, la realizzazione di un impianto di evapotraspirazione ftoassistita può essere una soluzione efficiente per tutte le piccole utenze e case sparse e isolate che tutt’oggi utilizzano metodi non sufficienti o che non ne hanno per far fronte a tale tipo di esigenza, in un’ottica di tutela e di risanamento idrogeologico del territorio.