SOS Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA 15/04/2014

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Progetto SOS – Save Our Soil
Esiti e scenari

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SOS Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA 15/04/2014

  1. 1. REGIONE PUGLIA AREA POLITICHE PER LO SVILUPPO, IL LVAORO E L’INNOVAZIONE UNIONE EUROPEA FONDO EUROPEO DI SVILUPPO REGIONALE Intervento cofinanziato dall’U.E. – FESR P.O. Regione Puglia 2007-2013 – Asse I – Linea 1.2 Azione 1.2.4 Bando «Aiuti a Sostegno dei Partenariati Regionali per l’Innovazione - Investiamo nel vostro futuro» Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA Progetto SOS – Save Our Soil Esiti e scenari
  2. 2. Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari OR. 1: Analisi della realtà territoriale (raccolta dati, individuazione delle aree di indagine in funzione delle criticità oggetto di studio e definizione del protocollo di rilievo) OR. 2: Sviluppo metodologie innovative (pre-processing dei dati telerilevati, definizione e progettazione di algoritmi di elaborazione radiometrica per l’individuazione di sostanza organica dei suoli) OR. 3: Pianificazione ed attuazione degli interventi di ripristino (attività di monitoraggio delle aree indagate mediante l’integrazione delle tecniche tradizionali con la tecnologia da remoto) OR.4: Validazione e valutazione dei risultati (validazione dei risultati, valutazione strategica dei risultati) Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA
  3. 3. Caratterizzazione e monitoraggio delle aree di indagine S1 S2 S3  Analisi chimico-fisiche del suolo  Analisi degli inquinanti (metalli pesanti e PCB)  Indagini di soil proximal sensing (in collaborazione con IIA-CNR di Roma, Dott.ssa R. Salvatori)  Indagini di remote sensing Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA
  4. 4. Le attività di campionamento e analisi dei campioni sono state condotte sui tre siti di indagine tre volte: Campagna di acquisizione dati finalizzata alla «Caratterizzazione dei siti» (settembre 2012); Applicazione di una tecnica di ripristino ambientale quale lo spargimento di compost (febbraio 2013). Campagne di acquisizione dati volte al «Monitoraggio» degli stessi realizzata dopo 4 e 7 mesi dell’intervento di ripristino ambientale (giugno e settembre 2013). Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA
  5. 5. Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese Analisi chimiche del suolo: Caratterizzazione granulometrica del campione suolo; Determinazione gravimetrica del contenuto di umidità; Determinazione del grado di reazione (pH); Determinazione della conduttività elettrica (salinità); Determinazione del Carbonio organico col metodo di Walkley e Black; Determinazione dell’Azoto totale per distillazione secondo Kjeldahl; Determinazione del Fosforo assimilabile (Metodo Olsen); Determinazione del “calcare totale”. Analisi chimiche degli inquinanti:  Determinazione del contenuto di metalli pesanti (ICP-MS);  Determinazione del contenuto di policlorobifenili (GC-MS).
  6. 6. Proximal Sensing Remote Sensing Spettroradiometro portatile mod. ASD FieldSpec Pro FR 350-2500 nm. Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA
  7. 7. S1 Cladocora caespitosa Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA
  8. 8. S2 Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA
  9. 9. S3 Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA
  10. 10. 0 20 40 60 80 100 120 S1 S2 S3 9,17 102,09 89,53 mg/kg P assim Risultati analisi chimiche 0 100 200 300 400 S1 S2 S3 383,04 239,95 268,06 g/kg Calc tot Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA
  11. 11. Risultati analisi chimiche 0 10 20 30 40 50 C org Sost org N tot 16,39 28,25 0,17 15,58 26,86 0,57 12,46 21,48 0,64 g/kg S1 S2 S3 Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA
  12. 12. Risultati analisi chimiche degli inquinanti (S1) Metalli pesanti 102 189 163 161 268 409 594 152 276 393 417 250 92 385 402 253 342 217 318 446 269 278 239 487 292 110 -50 50 150 250 350 450 550 650 5 6 7 8 9 10 11 1bis 2bis 3bis 4bis 5bis 6bis ppm V 90 Cr 150 Ni 120 Zn 150 Sb 10 Valori di concentrazione (espressi in ppm) dei metalli pesanti determinati tramite ICP-MS nei suoli dell’area A del sito S1. Tutti i campioni risultano inquinati da Be, Se, Sn, Pb. Valori di concentrazione (espressi in ppm) dei metalli pesanti determinati tramite ICP-MS nei suoli dell’area B del sito S1. Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA
  13. 13. Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese Risultati analisi chimiche degli inquinanti (S1) PCB Concentrazioni di congeneri di PCB (espresse in ppb) rilevate nei campioni 05,12 e 22 prelevati nel sito S1. Evidenziati in rosso i punti di prelievo dei campioni inquinati da PCB: 05 (area A), 12 e 22 (area B). Struttura molecolare generale dei policloro bifenili.
  14. 14. Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese Risultati proximal sensing S1 Valori medi di riflettanza dei campioni di suolo dell’area “B” del sito S1, ottenuti in laboratorio. 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 350 850 1350 1850 2350 S1_12 S1_13 S1_14 S1_15 S1_16 S1_17 S1_18 S1_19 S1_20 S1_21 S1_22 S1_15S1_14 Valori medi di riflettanza dei campioni di suolo dell’area “A” del sito S1. Si riscontrano perturbazioni a 1400, 1800 e 2400 nm. 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 350 850 1350 1850 2350 S1_01 S1_02 S1_03 S1_04 S1_05 S1_06 S1_07 S1_08 S1_09 S1_10 S1_11 S1_01bis S1_02bis S1_03bis S1_04bis S1_05bis S1_06bis S1_02 S1_01bis S1_04bis
  15. 15.  Cluster analisi gerarchica (HCA) basata su PCA delle misure spettrali Type α Type β Type γ In evidenza le due differenti tipologie di suolo appartenenti alle aree A e B + il sottotipo  (14, 15, 21). Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA
  16. 16. LC HC IR PCA riferita ai risultati delle analisi chimiche del suolo Il grafico illustra il 67% della varianza nel set di dati chimici: la PC1 include informazioni sulle macrocomponenti (CaCO3 e N), la PC2 descrive la qualità del suolo: Argilla, metalli pesanti SOM, sostanze nutritive Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA
  17. 17. Spettri medi dei tre gruppi di campioni identificati mediante cluster analisi La forma complessiva degli spettri medi Vis-NIR per i tre tipi di suolo è generalmente simile con un diverso grado di pendenza nel range 400-700 nm. Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA
  18. 18.  Partial Least Square Regression è stato utilizzato per trovare una relazione tra 2 indicatori della qualità del suolo (SOM e CaCO3) con gli spettri Vis-NIR.  CaCO3 – i modelli di predizione hanno rivelato risultati interessanti grazie alle efficienti performance statistiche ottenute (R=0.85).  SOM - i modelli di predizione risultano inefficienti a causa della bassa variabilità delle popolazioni statistiche valutate. Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA Grafici dei valori (espressi in %) di SO stimati vs. predetti (sx) e di CaCO3 stimati vs. predetti (dx) elaborate per il data set A. LC soils LC soils
  19. 19. Pianificazione degli interventi di ripristino ambientale spandimento di compost Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA
  20. 20. Risultati monitoraggi caratterizzazione e monitoraggio a confronto S1, S2, S3 Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA
  21. 21. Definizione del protocollo di rilievo  Condizione dei terreni (condizioni meteorologiche per analisi; rimozione della vegetazione, aratura dei terreni)  Campionamento a terra (disposizione spaziale dei punti di campionamento; numero di campioni(sito per le analisi in laboratorio; profondità di campionamento; inserimento di invariant target sui suoli di indagine per verificare la risoluzione spaziale dichiarata; GPS)  Acquisizioni spettroradiometriche (in situ, in laboratorio)  Analisi chimiche (numero campioni e scelta parametri di indagine)  Analisi da remoto (settaggio del sensore aviotrasportato: numero di bande, risoluzione spettrale e disposizione; verifica dell’accuratezza delle procedure di geocorrezione)  Elaborazione dati (correzione Atmosferica; pre-trattamento dell’immagine) Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA
  22. 22. Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA Pre-processing dei dati telerilevati 1. Calibrazione geometrica Fragagnano: Sito scelto per la calibrazione geometrica Circa 40 punti campionati con GPS differenziale e seguente riconoscimento sull’immagine
  23. 23. Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA Pre-processing dei dati telerilevati 2. Calibrazione radiometrica Radianza Riflettanza
  24. 24. Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA Pre-processing dei dati telerilevati 2. Calibrazione radiometrica Il passaggio da Radianza a Riflettanza è importante per trattare un dato indipendentemente dalle condizioni atmosferiche e dalle variazioni di insolazione. Passaggio difficile da ottenere e reso possibile dalle misure in campo effettuate con il FieldSpec3. Rilfettanza al suolo = Radiazione Riflessa / Radiazione incidente
  25. 25. Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA Definizione e progettazione di algoritmi di elaborazione radiometrica per l’individuazione della sostanza organica dei suoli Radianza RiflettanzaVariazione nella concavità del segnale al variare della sostanza organica
  26. 26. Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA Definizione e progettazione di algoritmi di elaborazione radiometrica per l’individuazione della sostanza organica dei suoli S2 Giungo 2014
  27. 27. Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA Definizione e progettazione di algoritmi di elaborazione radiometrica per l’individuazione della sostanza organica dei suoli Relazione lineare tra le misure di Sostanza Organica effettuate in laboratorio e i valori di derivata seconda delle corrispondente curva vista dal CASI, a circa 650nm con R2 pari a 0.85 Analoga relazione su S3
  28. 28. Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese Definizione e progettazione di algoritmi di elaborazione radiometrica per l’individuazione della sostanza organica dei suoli S2 Mappa SO giugno 2013 S3 Mappa SO Giugno 2013 SOM (g/kg)
  29. 29. Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA Definizione e progettazione di algoritmi di elaborazione radiometrica per l’individuazione del calcare dei suoli Da interferenze sulla SOM, indagine Calcare. Relazione lineare tra le misure di Calcare effettuate in laboratorio e i valori di riflettanza CASI a circa 950nm con R2 pari a 0.86
  30. 30. Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese Definizione e progettazione di algoritmi di elaborazione radiometrica per l’individuazione del calcare dei suoli Mappa Calcare settembre 2013 S3
  31. 31. Prodotti di Ricerca  Ancona V., Salvatori S., Salzano R., Calabrese A., Uricchio V.F., (2013). Local scale application of soil proximal sensing: portable spectroscopy analyses for soil quality assessment. In: 3rd Global Workshop on Proximal Soil Sensing, 26 – 29 May 2013 Potsdam, Germany, vol. 82, p. 231-235, ISBN/ISSN: 0947-7314.  Matarrese R., Ancona V., Salvatori R., Muolo M.R., Uricchio V.F., Vurro M. Detecting soil organic CARBON by CASI Hyperspectral images. 35° IGARSS Canadian Symposium on Remote Sensing, Quebec, Canada, July 13-18, 2014.  Ancona V., Matarrese R., Salvatori R., Salzano R., Regano S., Calabrese A., Campanale C., Uricchio V. F. Visible and infrared spectroscopy to evaluate soil quality in degraded sites: an applicative study in southern Italy. European Geosciences Union General Assembly, EGU 2014, 27 april-2 may 2014.  Ancona V., Campanale C., Calabrese A., Uricchio V.F., Regano S. Use of compost to restore a contaminated site in Southern Italy: preliminary study to assess compost efficiency in remediating a heavily polluted soil in Taranto city. European Geosciences Union General Assembly, EGU 2014, 27 april-2 may 2014.  Ancona V., Barra Caracciolo A., Grenni P., Di Lenola M., Calabrese A., Campanale C., Uricchio V.F.. Microbiological indicators for assessing ecosystem soil quality and changes in it at degraded sites treated with compost. European Geosciences Union General Assembly, EGU 2014, 27 april-2 may 2014.  Ancona V., De Carlo L., Caputo M.C., Uricchio V F., Campanale C., Mascolo G., (2013). An integrated approach to characterize a polluted site by combining chemical and geophysical methodologies: a case study in Apulia region. In: 17th International Symposium on Environmental Pollution and its Impact on Life in the Mediterranean Region. Istanbul, Turkey, September 28 to October 1, 2013.  Ancona V., Barra Caracciolo A., Di Lenola M., Grenni P., Uricchio V.F., Calabrese A., (2013). Microbiological indicators to evaluate ecosystem soil quality and its changes in diversity and functioning. In: 17th International Symposium on Environmental Pollution and its Impact on Life in the Mediterranean Region. Istanbul, Turkey, September 28 to October 1, 2013. Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA
  32. 32. Ringraziamenti Dott.ssa Salvatori e Dott. Salzano (IIA-CNR) Pasquale Carmignano (CODITA) Padre Nicola Preziuso e Michele Arcangelo D’Alessandro (CEM Taranto) Gruppo di lavoro IRSA-CNR Valeria Ancona, Raffaella Matarrese, Vito Felice Uricchio, Michele Vurro Angelo Calabrese, Claudia Campanale, Simona Regano, Vito Nicola Palmisano Giuseppe Mascolo, Giuseppe Bagnuolo, Sapia Murgolo Lorenzo De Carlo, Maria Clementina Caputo Anna Barra Caracciolo, Paola Grenni, Martina Di Lenola Martedì 15 Aprile 2014 Villa Romanazzi Carducci - Bari Valeria Ancona, Raffaella Matarrese CNR-IRSA

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