Il carbonio organico nei suoli e nelle foreste della Lombardia
 
Silvia Solaro e Stefano Brenna
ERSAF-Ente Regionale per i Servizi all'Agricoltura e alle Foreste - via Copernico 38, 20125 MILANO
 
 

INTRODUZIONE

Il protocollo di Kyoto, entrato in vigore il 15 febbraio 2005, ha come obiettivo finale quello di contrastare i cambiamenti climatici con un'azione globale mirante a ridurre le emissioni dei gas ad effetto serra responsabili del riscaldamento del pianeta. All’interno del ciclo della CO2 i suoli e la biomassa vegetale svolgono un ruolo fondamentale in quanto sono in grado di immagazzinare il carbonio sequestrato soprattutto tramite la fotosintesi.

In termini quantitativi di stock mondiale di carbonio, gli oceani costituiscono il serbatoio prevalente ma in termini di importanza è sicuramente quello contenuto nel sistema suolo-vegetazione che prevale in quanto, anche se le quantità sono minori (circa il 6% di quello degli oceani), le variazioni e gli scambi risultano essere più rapidi ed inoltre il bilancio totale può essere influenzato direttamente dall’impatto antropico (deforestazione, incendi, cambiamenti nell’uso e nella gestione del suolo, inquinamento) con il conseguente rilascio di gas serra (Batjes, 1996).

Un ecosistema agroforestale, comprensivo di vegetazione, lettiera, humus e suolo, contiene un quantitativo di carbonio variabile e la sua capacità di assorbire CO2 dall’atmosfera dipende dalle caratteristiche strutturali ed ambientali, particolarmente dall’entità della biomassa unitaria.

La Fondazione Lombardia per l’Ambiente (FLA) coordina il "Progetto Kyoto - Ricerca sui cambiamenti climatici e il controllo dei gas serra in Lombardia". Nell’ambito di questo progetto ERSAF sta svolgendo studi su due temi specifici: la valutazione del carbonio organico immagazzinato nei suoli e nelle foreste della Regione e l’analisi di variazioni climatiche in ambito agricolo. Di seguito vengono presentati i risultati del primo tema fino ad ora ottenuti.

 

CARBONIO ORGANICO NEI SUOLI LOMBARDI

I valori dei contenuti di carbonio organico negli orizzonti pedologici (in g/kg) sono stati ottenuti utilizzando la banca dati georeferenziata dei suoli dell’ERSAF a scala 1:250.000. Il contenuto totale di carbonio organico (in mg/m2) nei suoli è stato calcolato mediante la formula proposta da Batjes (1996):                

Td = S [ ri · Pi · Di · (1 - Si) ]                                (1)

dove:
Td = contenuto totale di carbonio organico (mg/m2);
ri = densità dello strato i-esimo (mg/m3) stimata tramite le PTF di Hollis;
Pi = contenuto di C organico dello strato i-esimo (g di C/g di terra fine);
Di = spessore dello strato i-esimo (m);
Si = volume (%) dei frammenti di diametro > 2 mm nello strato i-esimo.

Tale formula è una sommatoria estesa a tutti gli orizzonti (o strati) di un suolo e restituisce quindi il contenuto di carbonio organico riferito all’intero profilo. Per poter confrontare suoli diversi è necessario che lo spessore considerato sia il medesimo per tutti i profili in esame e si è quindi scelto di studiare cinque spessori fissi: 30, 50, 100, 150 e 200 cm.

La tabella seguente riporta i valori medi di carbonio organico (kg/m2) riferiti ai cinque spessori prefissati; sono espressi sia i dati relativi ad ogni Regione pedologica che il valore globale regionale:

Regione pedologica

30 cm

50 cm

100 cm

150 cm

200 cm

01 - Alpi

8,71

11,70

15,47

17,58

18,35

02 - Prealpi

8,01

10,14

12,73

13,82

14,38

03 – Pianura Padana

5,76

8,21

10,80

12,02

12,88

04 – Appennino collinare

6,58

9,32

14,71

18,52

20,70

05 - Appennino

6,39

8,46

12,19

13,81

13,95

Lombardia

6,88

9,39

12,31

13,77

14,58

Rispetto al valore medio regionale si può osservare che i suoli delle Alpi (Regioni 01 e 02) hanno contenuti medi di carbonio organico maggiori di quelli di pianura (Regione 03).

Una prima analisi utile è il confronto tra il contenuto di carbonio organico nei diversi spessori ed il contenuto complessivo in 200 cm ai fini di capire come è distribuita la sostanza organica lungo i profili pedologici. I risultati di tale analisi sono riassunti nel grafico seguente: come prevedibile il contributo maggiore è dato dagli orizzonti superficiali (dove maggiore è l’apporto di sostanza organica proveniente dalla decomposizione dei resti vegetali). Si osserva infatti che nei primi 30 cm di suolo è contenuto mediamente quasi il 50% del carbonio organico totale e che in profondità, oltre un metro, ne è contenuto mediamente solo il 20% del totale.

I valori unitari così ricavati possono essere associati alla carta dei suoli 1:250.000 al fine di ottenere una carta dei quantitativi unitari di carbonio organico. A titolo di esempio le due figure sottostanti riportano tali contenuti (in kg/m2)  riferiti ai due spessori minimo (30 cm) e massimo (200 cm) considerati.

 

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L’analisi sui quantitativi unitari può essere fatta anche esprimendo i risultati in funzione delle tipologie di suolo (WRB, 98).
Il grafico sopra riporta i contenuti medi (in kg/m2) per i diversi gruppi WRB.

Da questi valori si può osservare che:

  •  gli Histosols (suoli organici) hanno una distribuzione omogenea del carbonio organico all’interno del profilo (anche in profondità è abbondante);
  •  anche nei Vertisols e nei Cambisols con caratteri vertici (CV) l’andamento del contenuto di carbonio organico è costante; tali suoli sono infatti caratterizzati da movimenti interni di materiale dovuti ai ripetuti cicli di fessurazione e ricompattamento che spostano in profondità il materiale organico apportato in superficie;
  •  un discorso analogo, ma in misura meno espressa, vale per i Fluvisols caratterizzati da un continuo apporto di materiale e quindi da una distribuzione abbastanza omogenea di carbonio organico lungo il profilo;
  •  i contenuti maggiori di carbonio organico in superficie sono caratteristici dei Leptosols che sono i suoli più sottili;
  •  anche negli Umbrisols e nei Phaeozems la sostanza organica è accumulata in superficie in quanto, proprio come loro carattere distintivo, presentano un orizzonte superficiale ricco di carbonio organico (orizzonte umbrico per i primi ed orizzonte mollico per i secondi).

Dai valori unitari si è successivamente calcolato il contenuto totale effettivo di carbonio organico in Regione; tale dato viene ottenuto moltiplicando i valori precedentemente calcolati (in kg/m2) per le aree realmente occupate da una coltre pedologica. La superficie regionale (2.385.516 ha) viene cioè "depurata" dalle aree di "non-suolo" (aree che, per motivi diversi, non presentano una coltre pedologica e tra cui ricadono, ad esempio, centri urbani, infrastrutture, corpi idrici, affioramenti rocciosi, ghiacciai). Queste aree di non-suolo sono state definite avvalendosi della banca dati del Progetto DUSAF (Destinazione d’Uso dei Suoli Agricoli e Forestali a scala 1:10.000) estraendo nello specifico le aree ricadenti nelle classi R (aree sterili), A (aree idriche) e U (aree urbanizzate). Le aree restanti (dove esiste realmente una coltre pedologica) risultano avere un’estensione di circa 1.893.351 ha.

I risultati di queste moltiplicazioni vengono riassunti nella tabella seguente:

 

CO30

CO50

CO100

CO150

CO200

CO totale regionale (106 ton)

130,232

177,699

233,152

260,746

276,012

CO unitario regionale (ton/ha)

55,82

76,16

99,93

111,75

118,30

CO unitario UTS (ton/ha)

68,8

93,9

123,1

137,7

145,8

Nella prima riga sono riportati i quantitativi di biomassa (espressa come tonnellate di carbonio organico) contenuta nei suoli lombardi; tali valori sono ottenuti moltiplicando il valore unitario per l’area realmente coperta da suolo.

Dividendo questo valore per le superfici totali lorde si ottengono i valori unitari "corretti" (in ton/ha) che logicamente risultano essere inferiori di quelli associati alle singole UTS calcolati precedentemente (per confronto questi dati sono richiamati nella terza riga).

Nei due grafici seguenti sono riportati i contenuti unitari "corretti" relativi alle undici Province amministrative: è interessante osservare i valori associati al territorio della provincia di Milano che, essendo la più intensamente urbanizzata, mostra il valore minimo.


 

Nel grafico seguente sono invece evidenziati i contributi dati allo stock regionale di biomassa da ogni regione pedologica: si osserva che la pianura (Regione 03), pur occupando metà del territorio regionale, contribuisce in misura minore rispetto alle regioni appenniniche e, in secondo luogo, rispetto alle regioni Alpine e Prealpine.

 

CARBONIO ORGANICO NELLA BIOMASSA FORESTALE DEI BOSCHI LOMBARDI

L’individuazione delle superfici coperte da foreste in Lombardia è stata fatta utilizzando la banca dati del Progetto DUSAF (Destinazione d’Uso dei Suoli Agricoli e Forestali a scala 1:10.000). L’analisi è stata ristretta alle aree coperte dalla sola classe B (boschi) ed in particolare sono state considerate le sottoclassi B1 (Boschi di latifoglie), B4 (Boschi di conifere) e B5 (Boschi misti di conifere e di latifoglie). La superficie totale considerata è risultata essere di 548180 ha.

Il calcolo del contenuto della biomassa (V(t), espresso in m3/ha) è stato effettuato tramite la formula di Susmel (1988):                                            

V(t) = K / {1 + e-rt · [ (K - M0) / M0] }                                               (2)

dove K, M0 e r sono i parametri di crescita della popolazione forestale, ed in particolare:

· K = capacità portante dell’ecosistema (in m3/ha); è il valore limite per cui dV/dt = 0 cioè quando la popolazione raggiunge l’equilibrio con i fattori ambientali;
· M0 = intercetta sull’asse V, cioè i m3/ha presenti nell’anno zero;
· r = tasso intrinseco di accrescimento, pari alla differenza tra il tasso con cui si producono nuovi individui ed il tasso con cui gli individui esistenti muoiono.

Questi parametri di crescita quantitativi richiesti dall’equazione di Susmel sono stati ricavati da tabelle che esprimono tali valori in funzione della tipologia di vegetazione (dati IFNI - Inventario Forestale Nazionale Italiano).

Dai quantitativi volumetrici di biomassa calcolati con la formula di Susmel, tramite opportuni coefficienti, si ricavano poi altri valori significativi:

  • biomassa ipogea ed epigea (m3/ha): corrisponde alla sostanza organica contenuta in un intero albero, comprensiva di foglie, radici, rami e fusto; viene calcolata moltiplicando la biomassa legnosa per un opportuno coefficiente (1.5 per le conifere e 1.26 per le latifoglie);
  • quantità di carbonio organico unitario (in ton/ha) corrispondenti alla biomassa iniziale; viene calcolata moltiplicando la biomassa legnosa per un opportuno coefficiente (0.17 per le conifere e 0.25 per le latifoglie);
  • quantità di carbonio organico totali (ton totali) presenti nella biomassa forestale; è ottenuta moltiplicando il valore precedente per l’estensione delle superfici forestali.

La seguente tabella riassume i risultati forniti dalla formula di Susmel:

classe

area (ha)

V (m3/ha)

CO (kg/m2)

CO (ton x 106)

B1

322268

143,39

3,585

11,5533

B4

134354

209,62

3,563

4,7884

B5

91558

177,49

3,727

3,4124

tot

548180

165,27

3,603

19,751

Sommando i valori relativi a tutte le tipologie di boschi (per una superficie totale regionale di 548180 ha) si ricavano i seguenti contenuti di biomassa vegetale riferiti all’intero territorio lombardo:

biomassa legnosa tot 90.597.776 m3
biomassa tot (ipogea+epigea) 122.863.675 m3

 

Per quantificare i contributi dati dalle diverse aree lombarde allo stock totale di carbonio organico nella biomassa forestale è interessante analizzare i risultati suddividendoli nelle undici Province amministrative; il grafico accanto riporta tali dati evidenziando il contributo di ogni Provincia allo stock totale di carbonio organico immagazzinato nella biomassa forestale.

 

 


 

INTREGRAZIONE DEI CONTENUTI DI CARBONIO ORGANICO NEI SUOLI E NELLA BIOMASSA

Per il calcolo dei contenuti totali di biomassa tutte le carte (dei suoli, dei boschi e delle aree miste) sono state rasterizzate e combinate. In questo modo ogni pixel ha associato un valore di biomassa nel suolo e, se tale pixel è coperto da bosco, anche un valore di biomassa vegetale; sommando questi valori sull’intera regione si ottengono i dati riportati nella tabella seguente:

classe

area (ha)

CO200 suolo tot (ton)

CO vegetali tot (ton)

CO vegetali tot (ton)

B1

339737

50845670,5

11553305,2

62398975,7

B4

134505

25308754,2

4788376,05

30097130,25

B5

91634

15588022,7

3412385,13

19000407,83

suolo

1327475

184269200,5

0

184269200,5

tot

1893351

276011647,5

19754066,38

295765714,3

Il quantitativo totale regionale di CO risulta quindi essere di 295,766 x 106 ton.

 

CONCLUSIONI E CONSIDERAZIONI FINALI

1 - I valori unitari di carbonio organico nei suoli (valore medio pari a 14.6 kg/m2 in 200 cm di suolo) risultano essere in linea con altre ricerche; ai fini di un rapido confronto nella tabella sottostante si riportano i valori calcolati da Batjes (1992) in 200 cm riferiti a tipologie di suolo corrispondenti a quelle più comuni in Lombardia:

soil unit

Cambisols

Gleysols

Phaeozems

Fluvisols

Luvisols

Regosols

Vertisols

CO (kg/m2)

15.7

19.9

21.6

16.1

9.9

7.0

19.1

 

2 - Osservando i dati riferiti alle differenti tipologie di suoli si possono osservare due andamenti:

  • nella maggioranza dei casi il carbonio organico si concentra nella parte superficiale del profilo; questo è particolarmente evidente nei Leptosols, che sono i suoli più sottili, e negli Umbrisols e nei Phaeozems che, proprio come loro carattere distintivo, presentano un orizzonte superficiale ricco di sostanza organica;
  • in alcuni casi il carbonio organico all’interno del profilo è distribuito in modo omogeneo ed è abbondante anche in profondità; questo succede principalmente nei suoli organici (Histosols), peraltro arealmente poco diffusi, e, in misura meno evidente, nei suoli con caratteri vertici.

3 - Per quanto riguarda i valori di carbonio organico nella biomassa forestale i lavori dell’APAT (2002) riportano un contenuto totale in Italia riferito a tutta la biomassa legnosa di 355 x 106 ton riferiti ad una superficie forestale totale di circa 10.673.589 ha (dato IFNI); il valore unitario risulta quindi essere di 3.326 kg/m2, comparabile al valore ottenuto per i boschi della Lombardia (3,603 kg/m2).

Verosimilmente però il valore dello stock totale di carbonio organico nei boschi della Lombardia (19.75 x 106 ton) è da considerarsi lievemente sottostimato in quanto nel calcolo sono state considerate solo le aree a bosco (che coprono 548180 ha, pari al 23.7% del territorio regionale), mentre si sono escluse le aree con legnose agrarie (71542 ha, pari al 3% del totale), tra cui in particolare ricadono i pioppeti, delle quali al momento non si hanno dati sufficienti sui parametri di crescita. Inoltre non è stato inserito nel calcolo il contributo, sicuramente minore ma non nullo, dato dalle altre superfici vegetate, quali praterie, pascoli, incolti e coltivazioni.

4 - Il suolo è il comparto ambientale terrestre nel quale è immagazzinato il quantitativo di carbonio organico di gran lunga più consistente e, insieme alle foreste, è anche quello su cui maggiormente si può operare per incrementare tale pool. La conservazione e la valorizzazione dei suoli e delle foreste sono dunque cruciali nell’ottica dell’applicazione del Protocollo di Kyoto.

Al fine di quantificare tale importanza, si può infatti stimare che la realizzazione di 10.000 nuovi ettari di foreste determinerebbe in prospettiva un incremento del pool di carbonio immagazzinato nella biomassa forestale lombarda di circa 360.000 ton (cioè del 1.82% su un totale attuale di 19.750.000 ton).

Con lo stesso fine si possono valutare gli effetti di una politica tesa a incrementare i contenuti di carbonio organico nei suoli coltivati a seminativo che in Lombardia occupano circa 907860 ha. Il contenuto unitario di carbonio organico in questi suoli risulta essere pari a 6.78 kg/m2. Un incremento dell’1% di questo valore (pari ad un incremento di (0.068 kg/m2) porterebbe ad un aumento totale di carbonio organico di circa 615606,67 ton.

Il tenore medio di carbonio organico degli orizzonti Ap dei suoli a seminativo è pari a circa 1,5%; un aumento di tale valore pari a 0,1 punti porterebbe ad una variazione del contenuto totale di carbonio organico di circa 3,5 milioni di ton (pari al 7% del totale attuale di oltre 52 Mton).

 

 

BIBLIOGRAFIA

· APAT (Autori vari, 2002). Assorbimento e fissazione di carbonio nelle foreste e nei prodotti legnosi in Italia. APAT Rapporti 21/2002, 58 pp.

· Batjes N.H. (1996). Total carbon and nitrogen in the soils of the World. European Journal of Soil Science, n° 47, pp 151-163.

· ERSAF (2003). Progetto DUSAF (Destinazione d’Uso dei Suoli Agricoli e Forestali) a scala 1:10.000.

· ERSAF (2004). Carta dei suoli della Lombardia, scala 1:250000.

· FAO (1998). World reference base for soil resources.

· IFNI (2004). Dati prelevati dal sito: http://prototipo.ifni.it

· Susmel L. (1988). Principi di ecologia. Fattori ecologici, ecosistemica e applicazioni. Ed. CLUEP, Padova.

 

 
 
 
 

    n. 1-3 anno 2005