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Relazione Finale I° Anno

Climagri - Cambiamenti Climatici e Agricoltura

sottoprogetto 2: Agricoltura Italiana e cambiamenti Climatici

lINEA DI RICERCA 2.5: "Ruolo attivo dell'agricoltura nei processi di mitigazione del cambiamento climatico globale"

Responsabile della ricerca: Dott.ssa Anna Benedetti

Collaboratori : dott.ssa Letizia Pompili, sig. Alberto Alianello, sig. Luigi Nisini

Ente: ISTITUTO SPERIMENTALE PER LA NUTRIZIONE DELLE PIANTE - Sezione di Nutrizione Azotata e Microbiologia del Terreno - Via della Navicella, 2-4 - ROMA

I suoli rappresentano il maggiore serbatoio terrestre di carbonio organico. Stime riportate in letteratura attribuiscono al suolo un contenuto all'incirca di 1400-1500 Pg di C, rispetto ai circa 700 Pg presenti nell'atmosfera ed ai 500-600 Pg stimati per gli organismi viventi terrestri. (Houghton R.A., 1995) E' opinione diffusa è che le attività agricole contribuiscono ad alimentare il contenuto atmosferico di CO2, ma la situazione reale è che attualmente non si è in grado di definire esattamente le dimensioni dei flussi di carbonio attraverso le piante, e quindi attraverso il suolo.

Effettivamente, osservando le stime riportate nella Seconda Comunicazione Nazionale per la Convenzione Quadro sui Cambiamenti Climatici (1997), appare evidente che il settore agricolo contribuisce largamente alle emissioni antropogeniche di CH4 e N2O, soprattutto a livello nazionale, dove rappresentavano rispettivamente il 46% ed il 49% del totale nel 1990 (30% e 38% a livello globale). Ci si riferisce ai dati del 1990 perché anno base del Protocollo di Kyoto e lo stesso IPCC stimava per il 1996 che l'agricoltura avrebbe contribuito al 50% ed al 70% delle emissioni antropogeniche su scala globale, rispettivamente di CH4 e N2O, e che sarebbe stata causa di un quinto dell'aumento annuale delle emissioni di gas serra (UN-FCCC, 1997; OECD, 1997). In figura 1 si possono osservare rispettivamente, la distribuzione delle emissioni antropogeniche di gas serra (GHG) ai vari settori (a) e specificamente per il settore agricolo, dovute alle diverse attività (b).  

Nella già citata Comunicazione, quando si parla di emissioni dall'agricoltura, si intendono tutte le emissioni di gas serra connesse all'attività agricola, fatta eccezione per le emissioni dovute alla combustione del carburante utilizzato nelle macchine agricole, ed alle emissioni da liquami, comprese rispettivamente nel settore energetico e dei rifiuti. Le emissioni del settore agricolo sono state distinte in sei categorie principali:

·      fermentazione enterica: produzione di metano nel corso della digestione di animali erbivori ruminanti: quella dei non ruminanti è esigua;

·      gestione delle deiezioni: metano e protossido di azoto generati dalla decomposizione delle deiezioni in condizioni anaerobie o di scarsità di ossigeno;

·      coltivazione del riso: la decomposizione anaerobica del materiale organico delle coltivazioni di riso soggette ad inondazione produce metano, che si propaga in atmosfera per ebollizione lungo la colonna d'acqua, per diffusione attraverso l'interfaccia acqua/aria e per trasporto attraverso le piante di riso;

·      suoli agricoli: le pratiche di irrigazione, le variabili climatiche, la temperatura e l'umidità del suolo influenzano i suoi livelli di emissione ed assorbimento di gas serra, soprattutto CH4 e N2O. In queste categorie sono comprese anche le emissioni di protossido d'azoto dovute all'uso di fertilizzanti azotati nella coltivazione del riso. Non ci sono a tutt'oggi dati ufficiali da cui risultino le emissioni di CO2 dai suoli;

·      incendi controllati: generalmente questo fenomeno è tipico dei climi tropicali e viene utilizzato per la conversione delle foreste a pascolo o suolo agricolo. Di solito sono fenomeni positivi: controllano la crescita della vegetazione, rimuovono i parassiti e le erbe infestanti, favoriscono i cicli dei nutrienti e stimolano la crescita di nuova vegetazione per il pascolo. Nonostante ciò, determinano emissioni di CH4, CO, N2O e NOX, nonché CO2, che però non viene considerata in quanto si assume che la stessa quantità emessa dall'incendio sia poi riassorbita dalla vegetazione ricresciuta l'anno successivo. In Italia, però, gli incendi sono fenomeni non naturali attribuibili ad azioni antropiche che portano conseguenze gravi (perdita di biomassa vegetale, facilità di dilavamento dei nutrienti, perdita di humus, in sintesi degradazione del substrato terrestre);

·      bruciatura dei residui agricoli: anche in questo caso e per lo stesso motivo riportato sopra si considerano soltanto le emissioni non-CO2 e comunque se i residui agricoli sono usati come combustibile, devono essere riportati nel settore energetico.

Non avendo a disposizione dati relativi alle emissioni di anidride carbonica dai suoli, si sono finora limitate le considerazioni sulle emissioni riguardanti il settore agricolo al metano ed al protossido di azoto, per quanto riguarda le sostanze, mentre, per quanto riguarda le fonti, alla fermentazione enterica, alle risaie e alla bruciatura delle biomasse, lasciando nell'ombra la gestione del territorio ed i suoi effetti sul ciclo del carbonio.

Alcuni studiosi segnalano l'esigenza di soffermarsi sul fatto che a causa della continua diminuzione del mantello vegetale terrestre operata dai continui disboscamenti, e dell'azione erosiva sul suolo da parte delle pratiche agricole, la quantità di C nei suoli agrari si riduce sempre più (figura 2).

 Tale situazione comporta da un lato una drastica diminuzione degli assorbimenti di CO2 ad opera della biomassa vegetale eliminata, e dall'altro una sempre crescente perdita di humus dai suoli lavorati (ben l'1% nel periodo 1978- 1998 - Zucconi, 1999). Una possibile conseguenza di tale fenomeno potrebbe essere un'emissione latente di CO2, per aumento della velocità di mineralizzazione della sostanza organica, accentuata nei suoli agrari. In effetti si tratta di una fonte di gas serra non contemplata nella stesura del protocollo di Kyoto e che in questo momento focalizza l'attenzione di molti studiosi i quali tendono a stabilire quale sia il peso di tale fenomeno sul totale delle emissioni antropogeniche di anidride carbonica nell'atmosfera, non esistendo attualmente a livello italiano dati sistematici ed organizzati in grado di confermare tali supposizioni.

Gli impegni che l'Italia si è assunta nell'ambito del protocollo di Kyoto, sono stati resi ufficiali dalla Delibera CIPE 137/98. La stessa delibera conferma quanto espresso nell'articolo 2 della Convenzione, ossia: ".contribuire al raggiungimento dell'obiettivo ultimo della Convenzione, ovvero di raggiungere la stabilizzazione delle concentrazioni in atmosfera di gas ad effetto serra ad un livello tale da prevenire interferenze antropogeniche pericolose al sistema climatico; tale livello dovrebbe essere raggiunto in un tempo sufficiente per permettere agli ecosistemi di adattarsi naturalmente ai cambiamenti climatici, in modo da assicurare che la produzione di cibo non sia messa in pericolo ed in modo da permettere allo sviluppo economico di procedere in maniera sostenibile".

In base al suddetto articolo l'Italia ha adottato le "Linee Guida" per la realizzazione di politiche e misure nazionali per la riduzione delle emissioni dei gas serra. Le " Linee Guida", approvate il 19 novembre 1998 dal Comitato Interministeriale per la Programmazione Economica, individuano come obiettivi entro l'anno 2008 - 2012, la riduzione del 6,5% delle emissioni di CO2 rispetto a quelle del '90. Le " Linee Guida" prevedono una serie di misure di mitigazione (sei azioni nazionali in tutto), tra cui, interessanti per i nostri scopi, la riduzione delle emissioni nei settori non energetici e l'assorbimento delle emissioni di carbonio dalle foreste. I contenuti e le prospettive delle azioni individuate dalle "Linee Guida" rendono chiaro come il protocollo di Kyoto rappresenti, anche per l'Italia, una possibilità per orientare le scelte del prossimo secolo su uno sviluppo di qualità.

finalita' della ricerca

Date queste premesse e considerate le effettive necessità a livello nazionale di uno studio approfondito sulle conseguenze delle variazioni climatiche sull'agricoltura in Italia e del ruolo stesso dell'agricoltura sul bilancio globale della CO2, l'Istituto Sperimentale per la Nutrizione delle Piante ha proposto la tematica trattata in questo progetto, nell'intento di offrire un contributo nella costruzione di uno strumento utile per la pianificazione dell'uso del suolo in funzione anche della sostenibilità ambientale.

Le motivazioni di questa ricerca si fondano, dunque, sulla necessità di:

1) definire quantitativamente, per l'ambiente mediterraneo, il ruolo dell'agricoltura e del tipo di gestione del suolo sul bilancio globale della CO2 e sui cambiamenti climatici globali;

2) sviluppare un'analisi concreta delle potenzialità dell'agricoltura come mezzo per la riduzione della concentrazione di CO2 nell'atmosfera;

3) finalizzare l'agricoltura e la gestione dei suoli italiani ad un uso non dissipativo delle risorse, tale da risultare sostenibile ai fini della conservazione degli equilibri globali e dei singoli ecosistemi.

Più in dettaglio gli obiettivi della ricerca prevedono:

Studiare l'impatto dei differenti tipi di gestione del territorio sul ciclo del carbonio e le emissioni di anidride carbonica dal suolo, quantificando il fenomeno per diverse tipologie di ambiente (copertura forestale naturale, pratiche di riforestazione, coltivazioni, set-aside, zone marginali, etc.) e clima.

Individuare, per l'ambiente mediterraneo ed in particolare per i suoli italiani, un modello statistico-matematico che permetta di stimare il coinvolgimento dei differenti comparti ambientali (biotici ed abiotici) nel ciclo della sostanza organica e, nello specifico, nel processo di mineralizzazione del carbonio organico. Il modello potrà costituire un'indispensabile chiave di lettura per comprendere il ruolo dei suoli di ambiente mediterraneo nello stoccaggio di carbonio organico e quindi nel sequestro del carbonio dal comparto atmosferico.

Fornire dati validi sul contenuto in carbonio organico dei suoli italiani e sulle dimensioni dei fenomeni di mineralizzazione/accumulo che hanno avuto luogo in questo secolo e che caratterizzeranno i differenti ecosistemi presenti sul territorio nei prossimi secoli.

Pervenire all'individuazione delle pratiche e degli schemi di gestione dei suoli che maggiormente permettano, da una parte, di ridurre le emissioni di CO2 e, dall'altra, di aumentare la potenzialità dei suoli di sequestrare e conservare il carbonio in forma umificata.

Costruire i modelli previsionali sull'evoluzione dei potenziali di sequestro del carbonio in suoli agrari e forestali ambientali, sulla base della integrazione di dati climatici, pedologici e biochimici.

BREVE descrizione della ricerca articolata nei tre anni

Primo anno

Realizzazione di un database per l'acquisizione di dati sulla quantità e la qualità della sostanza organica dei suoli italiani. Acquisizione di modelli statistico-matematici (es: Century Model, etc.) per l'analisi delle dinamiche del ciclo del carbonio in suoli agricoli e forestali.  Individuazione di aree significative (parcelle sperimentali preesistenti, sistemi naturali ed artificiali di cui si conosce la gestione pregressa) su cui portare avanti prove di campo per la validazione dei modelli. Messa a punto ed acquisizione di metodi per lo studio delle cinetiche di accumulo/mineralizzazione della sostanza organica nel suolo.

Secondo anno

Prove in laboratorio ed in campo per lo studio delle cinetiche di accumulo/mineralizzazione della sostanza organica in suoli di diversa origine e vocazione. Applicazione dei modelli statistico - matematici per lo studio delle capacità di dissipazione/acquisizione di carbonio dei diversi ecosistemi in esame.

Terzo anno

Analisi dell'influenza sui fenomeni di accumulo/mineralizzazione del materiale organico nei suoli delle differenti variabili chimiche, fisiche e biotiche (caratteristiche pedologiche, temperatura umidità, esposizione, caratteristiche chimiche della matrice organica, diversità di composizione delle comunità microbiche di saprofiti, etc.). Calibrazione dei modelli con i dati relativi agli esperimenti di campo. Validazione dei modelli e studio della loro applicabilità nelle diverse realtà italiane. Applicazione dei modelli per la valutazione (e la previsione) dell'efficacia di pratiche e schemi di gestione dei suoli nel ridurre, a livello nazionale, le emissioni di CO2 e nel "sequestrare" CO2 atmosferica .

LAVORO SVOLTO

In generale il lavoro del I anno del Progetto, è stato quello di studiare gli scambi di anidride carbonica tra i microrganismi del suolo e l'atmosfera, attraverso l'osservazione approfondita degli indicatori biochimici, generalmente utilizzati per l'analisi della fertilità dei suoli. Sono stati trattati dati relativi a suoli agrari (lavorazione profonda e superficiale) e suoli forestali, a diversa copertura vegetale (aree naturali, riforestate, prati- pascoli, ecc.) relativi ad alcune aree del Nord, Centro e Sud Italia e corrispondenti a circa 160 campioni. Ognuno dei suoli considerati è stato classificato con un'opportuna scheda identificativa, che permette di ricavare informazioni relativamente al tipo di suolo, al sito di giacitura e alla coltura o specie vegetale presente, alla località e alla profondità in cui il prelievo è stato effettuato.

È stata inoltre effettuata una prima analisi statistica dei dati, suddivisi in base al sito ed alla profondità del prelievo, tesa a calcolare un insieme di indicatori statistici di tipo descrittivo (media campionaria e deviazione standard), supportati da misure di correlazione empirica (figura 3), calcolate relativamente ad alcuni dei parametri rilevati (sostanza organica, misure di respirazione basale e cumulativa).

OBIETTIVI RAGGIUNTI

Completamento della realizzazione di un database per l'acquisizione di dati sulla quantità e la qualità della sostanza organica dei suoli italiani: sono state individuate aree significative sparse in tutto il territorio italiano e raccolti circa 500 campioni in totale, comprensivi di aree a diversa destinazione d'uso e con copertura vegetativa variabile. Sono state effettuate prove in laboratorio per lo studio delle cinetiche di accumulo/mineralizzazione della sostanza organica in suoli di diversa origine e vocazione utilizzando le metodologie classiche di caratterizzazione della fertilità dei suoli.

Acquisizione e applicazione di modelli statistico - matematici per l'analisi delle dinamiche del ciclo del carbonio in suoli agricoli e forestali: è stata effettuata una approfondita ricerca bibliografica sull'applicazione dei più comuni modelli utilizzati per l'analisi del bilancio del carbonio nel suolo. Per gli stessi modelli sono state effettuate delle prove di applicazione scegliendo differenti variabili chimiche della matrice organica, fisiche e biotiche (caratteristiche pedologiche, temperatura, umidità, esposizione, diversità di composizione delle comunità microbiche, etc.), con lo scopo di ottenere informazioni sulla loro influenza sui fenomeni di accumulo/mineralizzazione del materiale organico nei suoli.

Il lavoro svolto durante il primo anno di attività del progetto Climagri è stato oggetto di una elaborazione presentata ad Erice (TP) nell'ambito del Convegno del Cinquantenario SISS - Società Italiana della Scienza del Suolo -"L'Emergenza Suolo- Erice, 16-22 maggio 2001. Il titolo del lavoro è"Protocollo di Kyoto: prime valutazioni a livello nazionali sul contributo di suoli agrari e forestali all'arricchimento di CO2 dell'atmosfera" (allegato 1) ed entrato a far parte della Collana Climagri come Pubblicazione n°2.

bibliografia essenziale

·        Framework Convention on Climate Change of United Nation (Kyoto, 1-10 December 1997) Kyoto protocol to the united nations framework convention on climate change.

·        Houghton R.A. (1995). Chapter 9. Balancing the Global Carbon Cycle with Terrestrial Ecosystem. In: Role of Nonliving Organic Matter in the Earth's Carbon Cycle. John Wiley and Sons Ltd. Ed.

·        Isermeyer H. (1952). Eine einfache Methode sur Bestimmung der Bodenatmung und der Karbonate im Boden. Z. Pflanzanernah Bodenk. 56: 26-38.

·        Ministero dell'Ambiente (1997) Seconda Comunicazione Nazionale per la Convenzione Quadro sui Cambiamenti Climatici.

·        OECD, Joint Working Party of the Committee for Agriculture and the Environment Policy Committee (22 August 1997) The climate implications of agricultural policy reform.

·        Riffaldi R., Saviozzi A., Levi-Minzi R. (1996). Carbon mineralization kinetics as influenced by soil properties. Biol. Fertil. Soils. 22: 293-298.

·        Sequi P. (1979). Lavorazione e struttura del terreno. L'Italia agricola. 116 (2) 135-159.

·        Springer U., Klee J. (1954). Prüfung der Leistungsfähigkeit von einigen wichtigeren Verfahren zur Bestimmung des Kohlemstoffs mittels Chromschwefelsäure sowie Vorschlag einer neuen Schnellmethode. Z. Pflanzenernähr. Dang. Bodenk. 64.

·        Vance E.D., Brookes P.C., Jenkinson D.S. (1987). An extraction method for measuring microbial biomass C. Soil Biol. Biochem. 19: 703-707.

DOCUMENTo - PRESENTAZIONE

PROTOCOLLO DI KYOTO : PRIME VALUTAZIONI A LIVELLO NAZIONALE SUL CONTRIBUTO DI SUOLI AGRARI E FORESTALI ALL'ARRICCHIMENTO DI CO2 DELL'ATMOSFERA [280 kb]

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