Il ruolo del suolo come serbatoio di cattura del carbonio
 
Andrea Giordano
DEIAFA (Dipartimento di Economia e Ingegneria Agraria Forestale e Ambientale) Università di Torino, via Leonardo da Vinci 44, Grugliasco (Torino) - tel. +39 011 6708613 - email andrea.giordano@unito.it
 
 

Premessa
L'argomento del bilancio del carbonio nel suolo, a cui si collegano l'effetto serra ed i cambiamenti climatici, ha iniziato ad essere studiato negli ultimi venti anni. Della letteratura scientifica ho privilegiato soprattutto quelle pubblicazioni che espongono una sintesi dei risultati raggiunti da numerosi ricercatori. Tale scelta mi è sembrata proporzionata allo scopo di questa breve relazione che è quello di introdurre l'argomento senza per altro pretendere di aver preso in esame tutti gli aspetti che riguardano il carbonio nel suolo.

 

1. Introduzione
Sul pianeta Terra vi sono quattro grandi serbatoi di carbonio: acqua, aria, suolo e piante, sottosuolo. Ogni serbatoio emetterebbe e riceverebbe anidride carbonica in ugual misura, cosicché‚ la concentrazione nell'atmosfera rimarrebbe costante. Invece negli ultimi cento anni nell'atmosfera si è verificato un aumento di anidride carbonica del 28%. L'equilibrio è rotto a causa degli elevati consumi di carburanti fossili, della produzione di cemento, dei cambiamenti d'uso delle terre (in special modo il taglio dei boschi e la loro sostituzione con campi agricoli) e dell'erosione del suolo. A loro volta i cambiamenti climatici influiscono sia sul consumo dei carburanti che sui cambiamenti di uso delle terre.
La cattura del carbonio da parte degli ecosistemi terrestri può essere definita come la rimozione netta di anidride carbonica dall'atmosfera e la sua collocazione in serbatoi dove al carbonio viene assicurata una lunga permanenza.



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2. Rapporti suolo-carbonio
Il suolo contiene carbonio nelle seguenti forme:
- biologicamente attiva (radici e microrganismi),
- labile (lettiera),
- recalcitrante organica (lignina e tannini),
- recalcitrante inorganica (per lo più carbonato di calcio).
Nel suolo coesistono in fase contemporanea due opposti processi: la cattura e la liberazione del carbonio. La prima deriva dalla caduta a terra dei residui vegetali che comprendono sia i prodotti legati all'alternanza della stagioni sia i prodotti organici conseguenti la morte dei vegetali e degli animali. La liberazione del carbonio è invece dovuta alla respirazione della miriade di organismi di varie dimensioni che vivono nel suolo ed all'ossidazione della sostanza organica quando questa si trova esposta all'aria.
Condizioni favorevoli alla cattura del carbonio da parte del suolo sono (Post e Kwon 2000):
- aumento degli input di sostanza organica,
- diminuzione del grado di decomposibilità della sostanza organica,
- stoccaggio a maggior profondità… della sostanza organica,
- formazione di complessi organo-minerali attraverso legami di chelazione,
- protezione pi- efficiente del carbonio contenuto nel suolo attraverso formazione di microaggregati.
Le condizioni ora accennate si verificano passando da un uso agricolo ad un nuovo uso che contempli una copertura vegetale di lunga durata.

 

3. Tipi di suoli particolarmente efficienti come serbatoi di carbonio organico
I suoli forestali presentano un notevole accumulo di carbonio contenuto nella lettiera, nell'humus e nelle radici. L'humus in particolare contiene un alto tasso di polifenoli (lignina e tannino) che fanno diminuire il tasso di decomposizione, soprattutto se l'humus in questione ha un rapporto C/N elevato.
Passando in rassegna i suoli del primo livello gerarchico e tassonomico della WRB (1998) si segnalano i suoli costituzionalmente pi- ricchi di carbonio:
- Histosols,
- Chernozems,
- Kastanozems,
- Podzols.
Alcuni altri suoli possono essere ricchi di sostanza organica e quindi di carbonio in particolari situazioni:
- Gleysols,
- Cryosols,
- Andisols,
- Fluvisols, dove gli orizzonti sepolti possono conservare il loro carbonio per migliaia di anni
(Blazejewski, 2005)

 

4. Cambiamenti d'uso delle terre
I quantitativi di carbonio organico nel suolo variano fortemente passando da un uso delle terre ad un altro
E' comune opinione che le piante forestali comportino sempre un guadagno nella cattura del carbonio. Prima di sposare completamente questa opinione occorre però esaminare se esiste una correlazione con il clima. Jackson et al. (2002) hanno trovato una chiara relazione tra precipitazioni e contenuto di carbonio nel suolo. Quando la prateria è invasa da vegetazione forestale: nelle località siccitose si verifica un guadagno mentre si ha una perdita nelle stazioni più umide per le quali l'aumento di biomassa indotta dalla maggior disponibilità idrica non compensa le perdite.
Da una sintesi dei risultati provenienti da parcelle dislocate in diverse parti del mondo (Guo e Gifford 2002) risulta che a seguito di cambiamento d'uso delle terre non si verificano sostanziali modificazioni del contenuto di carbonio nel suolo quando avviene un passaggio dalla foresta al pascolo e viceversa. Vi è invece sempre una diminuzione quando le foreste ed i pascoli lasciano il posto all'agricoltura.. Nel caso delle piantagioni legnose vi è una diminuzione di carbonio nel suolo rispetto alle foreste ed ai pascoli se il clima è molto umido e se si tratta di piantagioni di conifere. I dati di Guo e Gifford, (op.cit.) non essendo del tutto omogenei devono essere considerati soltanto come una ipotesi di lavoro in attesa di ulteriori conferme
Un'analisi sul contenuto di carbonio nel suolo in 204 siti australiani (Paul et al. 2002), caratterizzati da ex coltivi attualmente interessati da piantagioni legnose, ha messo in evidenza una perdita di carbonio dal suolo (senza tener conto della lettiera) di 3,46% e di 0,63% rispettivamente in superficie ed a 30 cm nei primi 5 anni di impianto. Arrivando ad oltre 30 anni il tasso di carbonio del suolo in superficie non presenta variazioni rispetto al tasso del precedente uso agricolo mentre aumenta fino allo 0,86% alla profondità di 30 cm.
Nella fascia climatica della steppa cespugliata calda (USA) dopo 8 anni dall'ultimo esercizio agricolo ed in assenza di pascolo, la steppa con bassi cespugli e frequenti spazi vuoti cattura quantitativi maggiori di carbonio rispetto alle aree dove, dopo 18 anni dall'ultimo esercizio agricolo, si sono sviluppati nella steppa alcuni alberi forestali. La spiegazione può risiedere nella constatazione che le piante forestali accumulano in superficie molti residui facilmente alterabili mentre nelle zone soltanto cespugliate prevalgono i residui delle radici che sono assai più stabili (Brejda, 1997).



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Vengono ora riportati tre esempi italiani specifici di cambiamenti d'uso in relazione al bilancio del carbonio: un primo esempio si riferisce ad un ambiente tipicamente mediterraneo, il secondo appartiene alla regione padana ed il terzo alle reali friulane
Nell'isola di Pantelleria il cambio d'uso delle terre da agricole ad abbandonate e colonizzate da vegetazione spontanea non pascolata favorisce un aumento del contenuto di carbonio in base alla profondità del suolo ed in base alla lunghezza del periodo di abbandono (La Mantia et al. 2005).
A Vigevano (PV) un pioppeto messo a dimora su suolo precedentemente coltivato a riso ha fatto registrare una perdita di carbonio dal suolo di 0,6 g/m2/anno al primo anno di impianto e di soli 0,05 g/m2/anno al 10ø anno (Montagnani et al. 2005)..
Nelle Prealpi friulane (Comune di Taipana, quota 600 m, precipitazioni tra 2500 e 3000m) uno studio sperimentale condotto da Alberti (2005) su di una cronosequenza (a prato stabile con alcune piante, b abbandono, c massima colonizzazione, d chiusura della formazione forestale e diminuzione del numero di piante, e ripresa della vegetazione nel sottobosco) ha potuto dimostrare che durante la cronosequenza gli orizzonti organici di superficie non presentano apprezzabili differenze di contenuto di carbonio mentre gli orizzonti A e B fanno rilevare diminuzioni significative.
La ricerca di correlazioni tra cambiamenti di uso delle terre e quantitativi di carbonio catturato dal suolo fa emergere la difficoltà di confrontare tra loro dati ognuno dei quali corrisponde ad una determinata combinazione di parametri:
- clima,
- uso delle terre precedente,
- lunghezza del precedente uso delle terre,
- durata del nuovo uso,
- profondità del suolo alla quale viene analizzato il carbonio..
In questo quadro, abbastanza privo di grandi certezze, un dato è però relativamente sicuro: quando una piantagione di latifoglie sostituisce un coltivo si ha un netto guadagno di carbonio nel terreno mentre non si verificano cambiamenti nel tenore di carbonio quando le latifoglie sostituiscono un pascolo o una foresta Si verifica viceversa una perdita nel caso si tratti di una piantagione di conifere (Paul et al. 2002 e Guo e Gifford 2002). Il guadagno in termini di cattura di carbonio quando si tratta di latifoglie su coltivi è un dato di grande interesse nei tempi attuali in quanto la Direttiva EU 2080 fornisce contributi agli agricoltori che operano un cambiamento di uso da coltivi a piantagioni di specie legnose.

 

5. Cambiamenti climatici
I livelli del carbonio nel suolo dipendono dal bilancio tra cattura di sostanza organica e decomposizione attraverso la respirazione e l'ossidazione. Cambiamenti climatici in cui sono coinvolti un aumento di temperatura ed una crescita di anidride carbonica nell'atmosfera possono determinare una accelerazione della funzione clorofilliana e quindi una maggior produzione di biomassa vegetale a disposizione del suolo. Al tempo stesso però possono esaltare la mineralizzazione della sostanza organica nel suolo con la conseguenza di un notevole volume di anidride carbonica liberata dal suolo.
E comunque concorde parere dei ricercatori che un incremento di temperatura fa aumentare la mineralizzazione della sostanza organica in misura superiore rispetto all'aumento della produzione primaria (Woodwell 1989 e FAO, 2004)... Va considerato inoltre che in presenza di una maggiore concentrazione di anidride carbonica nell'aria la qualità della sostanza organica dei vegetali decresce perché aumenta il rapporto C/N
Il fenomeno dell'aumento della temperatura è molto preoccupante perché innescherebbe un processo retroattivo positivo da cui la desertificazione potrebbe ricevere un notevole impulso, o addirittura potrebbe trovare il suo primo innesco.
Indagini di laboratorio (Giardina e Ryan 2000) dimostrerebbero che la maggiore liberazione nell'atmosfera è un fenomeno che interviene solo inizialmente Appare a tal riguardo convincente la teoria di Knorr (riportata da Tedeschi 2005) che basandosi sui diversi turn over del carbonio organico nel suolo confermerebbero una decomposizione rapida per la frazione labile del carbonio ed una trascurabile per la frazione recalcitrante, la quale, invece, sarebbe particolarmente sensibilizzata dall'aumento di temperatura nei tempi medi e lunghi.
Non è ancora del tutto chiaro se l'aumento di anidride carbonica, influenzato dall'aumento di temperatura, costituisca un equilibrio tra forme labili e forme recalcitranti.

 

6. Incendi
Alla base di un incendio che abbia per oggetto la biomassa vegetale vivente o morta e giacente a terra c'è sempre il passaggio di carbonio dal suolo all'atmosfera. Tuttavia i reali effetti del fuoco nei riguardi della liberazione del carbonio sono difficilmente generalizzabili per i molti fattori che entrano in gioco:
- tipologia e maturità della vegetazione;
- accumulazione della lettiera;
- clima, particolarmente importante è il livello di umidità.



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Gli incendi liberano anidride carbonica nell'aria ma lasciano quantitativi variabili di carbone che è straordinariamente resistente alla decomposizione avendo un tempo medio di resistenza nel suolo di circa 10.000 anni, secondo Swift (2001).

 

7. Ruolo di alcune pratiche agricole

Gestione dei residui
Negli ecosistemi naturali vi è equilibrio tra produzioni di residui vegetali e loro accumulo nel terreno. Nella maggior parte dei sistemi agricoli solo il 20% della produzione vegetale è accumulata nel suolo dove il suo tempo di decomposizione è largamente influenzato dalla composizione fisico-chimica dei residui stessi. La permanenza dei residui in superficie determina l'effetto mulch che, modificando la temperatura del suolo, ha notevoli ripercussioni sul bilancio del carbonio.

Letamazioni
Il letame è più resistente alla decomposizione microbica rispetto ai residui vegetali. L'argomento dell'utilità del letame per la cattura del carbonio da parte del suolo è stato molto dibattuto.Su un aspetto vi è concordanza di opinioni: per mantenere il carbonio nel suolo su una determinata superficie usando soltanto il letame è necessario dipendere da altre superfici destinate alla produzione di foraggio.

Fertilizzanti inorganici ed irrigazione
Sono i principali strumenti per aumentare la produzione vegetale. Il guadagno di carbonio nel suolo, ottenuto con fertilizzanti, è reso pero illusorio, a scala planetaria, dalle perdite che si verificano in un'altra parte del sistema per produrli (Schlesinger, 2000)
L'irrigazione può inoltre determinare perdite di carbonio organico per lisciviazione, soprattutto in quegli ambienti dove essendovi una notevole disponibilità idrica la pratica irrigua pi- diffusa è quella per scorrimento, specialmente sui prati stabili.

Lavorazioni del suolo
E universalmente riconosciuto che le lavorazioni contribuiscono in modo significativo alla liberazione del carbonio nell'atmosfera.
Il suolo non lavorato può presentare alcuni problemi di gestione legati alla compattazione del suolo ed alla formazione di croste indurite in superficie. L'accumulo di residui organici superficiali abbassando la temperatura del suolo può essere un fatto positivo in ambienti caldi e secchi ma diviene un inconveniente in climi freddi e umidi

Maggese
Gli eventuali benefici del maggese quale fonte di sostanza organica per il terreno dipendono molto dalla quantità di residui lasciati. In molti casi si è potuto notare che un maggese con pochi residui permette in proporzione una miglior cattura del carbonio da parte del suolo. L'argomento del maggese merita ricerche approfondite essendo tale pratica diffusissima nella maggior parte dei Paesi in Via di Sviluppo.

Rotazioni
Le rotazioni impiegando diverse specie vegetali permettono la presenza di radici a differente profondità e quindi una distribuzione della sostanza organica a profondità variabili. Le rotazioni, avendo tra le altre anche la finalità del controllo dei parassiti determina una riduzione nell'impiego dei pesticidi che sono ad alto costo di carbonio.

Sistemi agro-forestali
Si tratta nella loro essenza di sistemi volti a rendere massima la produzione di una biomassa economicamente valida. Dove si fa poco o nullo ricorso agli input energetici artificiali è una sana pratica di conservazione del suolo quella di ricostituire le perdite di fertilità attraverso l'apporto di notevoli quantità di residui provenienti dagli alberi che hanno inoltre il vantaggio di distribuire in profondità la sostanza organica del suolo. La pratica agro-forestale è fortemente consigliata per i Paesi in Via di Sviluppo perché diversifica le produzioni e mantiene la fertilità del suolo.

 

8. Conclusioni
La mancanza di dati sicuri sul comportamento del suolo nei riguardi della cattura del carbonio non ha permesso di fare uno specifico riferimento al suolo nel Protocollo di Kyoto
Data l'importanza del fenomeno e la gravità della situazione appare comunque ragionevole attuare quanto la sperimentazione e l'esperienza suggeriscono al fine di mitigare l'aumento di anidride carbonica nell'atmosfera.
Misure di mitigazione particolarmente importanti nel Nostro Paese sono il controllo degli incendi, il controllo dell'erosione, il mantenimento o ricostituzione della copertura forestale e, per quanto attiene al settore agricolo, la riduzione delle lavorazioni e la gestione dei residui. Riferendosi ai Paesi in Via di Sviluppo rimane ugualmente valido quanto detto per l'Italia sottolineando pero la necessità di migliorare le pratiche tradizionali del maggese e di aumentare le realizzazioni agro-forestali.

 

 

BIBLIOGRAFIA

Alberti G. 2005 "Secondary succession on agricultural land: structure, dynamics and carbon stocks in a forest chronosequence". Tesi di Dottorato. Facoltà di Agraria. Università di Udine

Brejda J.J. 1997 "Soil changes following 18 years of protection from grazing in Arizona chaparral". The Southwestern Naturalist 42: 478-487

FAO 2004 "Carbon sequestration in dryland soils" World Soil Resources Reports 102. Rome

Giardina C.P. e Ryan M.G. 2000 "Evidence that decomposition rates of organic carbon do not vary with the temperature". Nature 404: 858-861

Guo L.B. e Gifford R.M. 2002 "Soil carbon stocks and land use change: a meta analysis" Global Change Biology 8: 345-360

 
 
 
 

    n. 1-3 anno 2005