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Gli eventi nazionali organizzati da NATI00NS puntano a promuovere la Missione dell'UE "A Soil Deal for Europe" in contesti nazionali e regionali, fornendo accesso a materiali e informazioni di qualità, stimolando le discussioni sulle migliori configurazioni di Living Lab (LL) per affrontare le specifiche esigenze sul suolo nei vari contesti locali, favorendo il matchmaking per i cluster LL interregionali. 10 Marzo 2023 - Politecnico di Milano Pagina evento

Questo rapporto tecnico riporta le prove e le analisi su campioni di suolo, eseguite presso il laboratorio di fisica e chimica dei suoli della sede secondaria di Rende (CS) dell'Istituto per i Sistemi Agricoli e Forestali del Mediterraneo.

Il rapporto

Presentazione delle attività svolte nel corso del primo anno di attività nell'ambito del progetto IN-GEST SOIL

Tema principale del III Report (seconda annualità) è l'analisi di crescità non distruttiva (growth analysis) eseguita sui dati biometrici raccolti nei diversi esperimenti effettuati in Giordania. All'inizio del 2019, in seguito alla conclusione del lavoro con FAA sulla realizzazione di una green belt naturale per la protezione e il miglioramento della crescita delle piantagioni, è stato realizzato dagli esperti del CNR IRET un prontuario su come realizzare la raccolta dati. Tale prontuario conteneva istruzioni base per la raccolta dei dati sull'Aloe vera sia in piantagioni piccole e omogenee, che in piantagioni grandi e disomogenee, oltre a frequenza di campionamento e parametri morfometrici da misurare.

Il compattamento è una forma nascosta di degrado del suolo, cumulativa e persistente, proprietà meccaniche e idrauliche. Il compattamento è definito come l'addensamento e la distorsione delle particelle di suolo che porta ad una riduzione della porosità totale influenza lo sviluppo dell'apparato radicale e il contenuto di sostanza organica, ma altera anche la capacità di ritenzione idrica, la porosità del suolo, la capacità di infiltrazione e la risposta idrologica. In ambiente agricolo il compattamento è imputato a passaggi ripetuti della permeabilità di uno strato di suolo ("soletta di aratura" o "soletta di lavorazione"). Il fenomeno del compattamento è studiato in ambito agricolo relativamente a problematiche connesse alle produzioni, ma è poco studiato nel contesto dei fenomeni di dissesto geologico alterazioni della struttura del suolo legate al compattamento provocano infatti, da un lato, un aumento del deflusso superficiale e conseguentemente dell'eros zona non satura, che può interessare il suolo per uno spessore fino al metro e mezzo, profondità confrontabile con la zona di scorrimento delle frane superficiali osservate in ambiente agricolo. In questo lavoro, a partire dalla revisione della letteratura sul tema, vengono individuate metodologie per la misura del compattamento e delle caratteristiche fisiche e idrauliche dei suoli agricoli, al fine di identificare le relazioni tra compattamento e proprietà idrauliche del suolo e descriverne la variabilità spaziale e temporale. Dall'analisi della letteratura saranno anche selezionati uno o più modelli fisicamente basati per analisi di stabilità. In generale i modelli esistenti in letteratura cons suolo, ovvero la profondità della superficie di scorrimento. L'analisi di stabilità viene generalmente condotta integrando modelli di infiltrazione e considerando lo spessore di suolo omogeneo, rigido, isotr caratteristiche uniformi nel tempo. L'osservazione di numerosi casi reali ha dimostrato che la superficie di scorrimento, specie su pendii ad uso agricolo, è localizzata nella porzione di suolo più superficiale. Questo fa presumere che la superficie di scorrimento di frane superficiali in aree agricole possa essere influenzata dalla presenza di un orizzonte compattato ("soletta di aratura"). Questo lavoro è il primo passo per individuare una possibile integrazione tra modelli di compattamento del suolo e modelli di stabilità di versante per frane superficiali in ambiente agricolo condotto a seminativo e a coltura permanente (vigneto).

Climate variability, especially in relation to the distribution and intensity of precipitation, and soil management practices have a strong influence on hydrological processes, such as infiltration and surface runoff formation, and on degradation processes, such as soil compaction and erosion. The monitoring carried out from 2000 to 2017 in a vineyard in Alto Monferrato showed greater surface runoff and soil erosion in the tilled inter-rows than in the grassed ones. Furthermore, the greater compaction of the soil due to the repeated transit of agricultural vehicles causes a considerable decrease in hydraulic conductivity, especially in the tilled inter-rows. From October 2016 to October 2017 a study was conducted to assess the factors that most influence compaction and hydraulic conductivity, depending on the management of the soil adopted (conventional tillage or grass cover) and the number of vehicles transits, through periodic measurements of resistance to penetration, bulk density, water content and hydraulic conductivity of the soil. In this particularly dry period, the resistance to penetration was found to be correlated to the water content and the number of tractor passages, while the hydraulic conductivity of the soil to the water content, the bulk density and the resistance to penetration of the soil.

Il frequente passaggio dei mezzi agricoli in seguito alla lavorazione determina la presenza di strati compatti al di sopra della suola di lavorazione. I precedenti studi sugli effetti della gestione del suolo nell'interfila del vigneto sulle caratteristiche fisiche e idrologiche sono stati condotti solo nei primi 20 cm di suolo, cioè quelli maggiormente interessati dalle lavorazioni. In questo studio invece le diverse grandezze sono state indagate anche negli strati più profondi, così da comprendere il comportamento idrologico del suolo al di sotto della suola di lavorazione. La lavorazione del suolo e il passaggio dei mezzi agricoli determina un incremento del livello di compattamento alla fine della stagione soprattutto nei primi 20 cm di suolo, mentre al di sotto della suola il compattamento diminuisce. La presenza della suola di lavorazione non influenza significativamente la conducibilità idraulica a saturazione lungo il profilo del suolo al termine della stagione. Anche in presenza di una maggiore capacità di infiltrazione al di sotto della suola, la riduzione della permeabilità del suolo a causa del compattamento nell'orizzonte interessato dalle lavorazioni, interferisce con il bilancio idrico del suolo e non permette un accumulo di acqua negli strati più profondi.

I cicli di carbonio e azoto all'interno dei suoli forestali rivestono un ruolo chiave nelle interazioni tra ecosistema e clima. Il processo di decomposizione della sostanza organica regola il sequestro di carbonio nel suolo e le emissioni in atmosfera di anidride carbonica (CO2) e metano (CH4) connesse all'attività di degradazione dei composti organici da parte dei microorganismi. Un peso rilevante è altresì esercitato dal pathway di mineralizzazione che determina le trasformazioni dell'azoto organico in composti minerali, quali ammonio (NH4+) e nitrati (NO3-), fondamentali per la crescita delle piante e, di conseguenza, per il sequestro del carbonio atmosferico all'interno della biomassa. Inoltre, in ottica dei cambiamenti climatici, potrebbero rivestire un ruolo determinante le dinamiche connesse alle specie che condividono un rapporto di simbiosi con le piante (le micorrize). Come evidenziato da numerosi studi condotti negli ultimi anni, in presenza di elevata concentrazione di CO2 atmosferica e bassa disponibilità di nutrienti nel suolo, le piante possono allocare nelle radici fino al 30% della produttività primaria netta annuale allo scopo di incrementare il flusso di carbonio da destinare ai simbionti in cambio dei nutrienti presenti nel suolo. Quindi, investigare gli effetti delle alterazioni del clima sui cicli biogeochimici nel suolo è fondamentale per comprendere le risposte che le foreste sono in grado di fornire ai cambiamenti climatici, specialmente in base a scenari di lungo periodo. In tal senso, diventa imprescindibile la simulazione dei processi attraverso i modelli matematici. Tuttavia, un medesimo processo può essere simulato sulla base di differenti ipotesi ed assunzioni, quindi, attraverso un ventaglio di opzioni che diventa fonte di incertezza nella riproduzione del processo e con inevitabili ripercussioni sulle stime dei modelli dei feedback foresta-clima. Allo scopo di quantificare l'incertezza nella simulazione dei principali cicli biogeochimici nei suoli forestali, è in corso un'analisi sui processi relativi alla decomposizione della sostanza organica, alla mineralizzazione dell'azoto e agli effetti della temperatura e dell'umidità del suolo sulla decomposizione. L'obiettivo consiste nell'investigare le principali fonti di incertezza (incertezza strutturale, incertezza legata ai parametri e incertezza connessa agli scenari climatici) sulla base dei principali approcci implementati nei modelli forestali esistenti o attuali per la simulazione di tali processi. Considerando che i processi analizzati sono connessi gli uni agli altri, l'analisi prevede la combinazione dei diversi approcci allo scopo di valutare la propagazione dell'incertezza attraverso i processi. L'analisi d'incertezza permetterà di fornire risposta ai seguenti quesiti: quanto risulta ampia l'incertezza nella simulazione dei processi chiave di carbonio e azoto nel suolo e quanto incide sulle stime dei modelli degli stock di carbonio nel suolo e del rilascio di CO2? Quanto incidono le dinamiche relative alle micorrize sull'incertezza?

Il suolo è riconosciuto dalla Strategia Tematica per la Protezione del Suolo (COM 2006/231) come una risorsa sostanzialmente non rinnovabile e dal D.lgs 152/06 come matrice ambientale al pari dell'aria e dell'acqua; esso svolge numerose funzioni essenziali per le attività umane dalle quali discendono servizi ecosistemici fondamentali per l'umanità (Calzolari et al, 2016), la Legge Regionale 24/2017 dell'Emilia-Romagna facendo propria questa concezione identifica il suolo come "bene comune e risorsa non rinnovabile che esplica funzioni e produce servizi ecosistemici" (art.1 comma2, lettera a). La Direttiva CEE n.278/86 "Protezione dell'ambiente, in particolare del suolo, nell'utilizzazione dei fanghi di depurazione in agricoltura" recepita con il D.lgs.99/92 ora modificato dalla Legge 130/2018 prevede che le Regioni stabiliscano condizioni per l'utilizzo in agricoltura dei diversi tipi di fanghi in relazione alla loro composizione, alle caratteristiche dei suoli, alle tipologie di colture praticate e alle modalità di trattamento. Il quadro normativo regionale (D.G.R. 2773/2004 e s.m.) riprende questo principio facendo riferimento alla cartografia dei suoli della Regione Emilia-Romagna come strumento per individuare superfici omogenee su cui effettuare lo spandimento. Sulla base di queste indicazioni normative il Servizio Geologico, Sismico e dei Suoli della Regione EmiliaRomagna, nello svolgimento delle proprie funzioni istituzionali ha avviato già dal 2004 una serie di studi in collaborazione con Enti di Ricerca (inizialmente finanziati dall'Assessorato Agricoltura nell'ambito del progetto "Valutazione di caratteri del suolo in rapporto all'utilizzazione degli effluenti e alle modalità di conduzione dei terreni e monitoraggio degli spandimenti protratti nel medio periodo") per l'identificazione del contenuto di fondo naturale e naturale-antropico riassunti nelle rispettive cartografie a scala 1:250.000: la "Carta del Fondo naturale" e la "Carta del Fondo naturale-antropico" consultabili e scaricabili dai siti web del Servizio e dai portali regionali. La presente edizione della Carta del Fondo naturale-antropico costituisce l'aggiornamento della edizione 2013 e mantiene l'obiettivo di fornire lo stato di qualità ambientale ed intrinseca dei suoli agricoli come strumento per una corretta pianificazione territoriale che, come tale, deve mirare ad un uso sostenibile di questa risorsa. Il contenuto di fondo naturale-antropico qui considerato è relativo all'orizzonte lavorato dei suoli agricoli e pertanto rappresenta la somma tra il contenuto naturale (legato a fenomeni geologici e pedologici) e quello dovuto a fonti diffuse di origine antropica (background content ISO 19258:2005).

Questo testo rappresenta un’avvio allo studio della Fisica del Terre-no,materia che si avvale dei concetti della fisica di base (meccanica, fluidodinamica etermodinamica) per sviluppare le conoscenze di un sistema poroso fondamentale sia per l’idrologia che per l’ambito del-le produzioni vegetali e dell’ecologia in generale.In questa introduzione si è cercato di dare agli argomenti trattati la sequenza e la gradualità a chi ha poca dimestichezza con il formali-smo matematico.La trattazione è arricchita di alcune note metodologiche ed esercizi, ma nel contempo tende a facilitare l’inquadramento della materia in un più ampio schema di studio.

Forests contribute to the sequestration of organic C and a key issue in C cycling in forest ecosystems can be linked to deadwood dynamics. Deadwood and litter act as important linkages between forest productivity and current community, and ecosystem processes. In forest ecosystems, coarse woody debris (CWD) influences the nutrient cycling, humus formation, carbon storage, fire frequency, water cycling and it represents also a habitat for many organisms. While a broad range of literature about CWD decay (above-ground) already exists, mechanisms describing the incorporation of the woody necromass into humus forms are rather poorly investigated. The objectives of this thesis are focused on providing a deeper understanding of deadwood decay processes in forest ecosystems located in the Mediterranean and Alpine montane areas. Moreover, this research project investigates the relationship between deadwood decay, altitude and exposure, exploring the decomposition timing in Apennine and Alpine forests, with the main aim to deeper understand the deadwood decay processes in these climatic contexts. In detail, the organic matter integration into the soil was investigated, focusing on the CWD decay and its incorporation in the soil organic matter (SOM) through the analysis of the wood biochemical compounds and soil chemical composition. A climosequence approach was used to investigate the decay processes, comparing along sites located on north- and south-facing slopes, at different elevations. An accurate sampling configuration and experimental procedure was set up: at each site of the climosequence, a field experiment using soil mesocosms (PVC tubes with deadwood inside) was tested. Data were collected in Apennine (Fagus sylvatica) and Alpine (Picea abies) forest types, in order to assess the variation of chemical and biochemical compounds in CWD during the decay progression. Lignin and cellulose amounts were quantified in 5 different decay stages of CWD in the Alpine sites (Picea abies and Larix decidua). Results showed that CWD decompose differently between Alps and Apennines, depending on the tree species, climate factors and soil composition. In detail, CWD of Fagus sylvatica decays very fast, while CWD decay progression of Picea abies is lower, as demonstrated by the analysis of lignin and cellulose in the different 5 decay stages. In conclusion, these results represent a contribution to the knowledge on CWD decay progression in Mediterranean and Subalpine forest ecosystems. However, further studies are needed to deeper explore the factors influencing the deadwood decay rates, in order to clarify the role of deadwood in contributing to the overall forest functioning at different scales. Le foreste contribuiscono al sequestro del C organico e le dinamiche di decomposizione della necromassa ricoprono un ruolo chiave nel ciclo del C negli ecosistemi forestali. Il legno morto e la lettiera agiscono come link importanti tra la produttività forestale, le comunità attuali ed i processi ecosistemici. Negli ecosistemi forestali, il coarse woody debris (CWD, necromassa grossolana) influenza il ciclo dei nutrienti, la formazione di humus, lo stoccaggio del carbonio, la frequenza degli incendi, il ciclo dell’acqua e rappresenta anche un habitat per molti organismi. Mentre esiste già un’ampia gamma di letteratura riguardante la decomposizione del CWD (sopra il suolo), i meccanismi che descrivono l’incorporazione della necromassa legnosa nelle forme di humus sono poco conosciuti. Gli obiettivi di questa tesi sono volti a fornire una conoscenza maggiore dei processi di decomposizione della necromassa negli ecosistemi forestali situati in aree montane Mediterranee ed Alpine. Inoltre, questo progetto di ricerca ha studiato le relazioni tra la decomposizione del legno morto, l’altitudine e l’esposizione, analizzando i tempi di decomposizione nelle foreste Appenniniche ed Alpine, con il principale scopo di capire maggiormente i processi di decomposizione della necromassa in questi contesti climatici. Nel dettaglio, è stata studiata l’integrazione della materia organica nel suolo, concentrando l’attenzione sulla decomposizione del CWD e sulla sua incorporazione nella materia organica del suolo (SOM), attraverso le analisi delle componenti biochimiche del legno e la composizione chimica del suolo. E’ stato utilizzato un approccio basato sulla climosequenza per studiare i processi di decomposizione, confrontando siti con diverse esposizioni, a diverse altitudini. E’ stato eseguito un campionamento accurato, basato su una procedura sperimentale: in ogni sito della climosequenza, sono stati usati i mesocosmi (tubi in PVC con/aventi all’interno legno morto) per realizzare un esperimento sul campo. I dati sono stati raccolti in diverse tipologie forestali Appenniniche (Fagus sylvatica) e Alpine (Picea abies), per valutare la variazione dei componenti chimici e biochimici del legno durante il progredire della decomposizione. Sono state inoltre misurate le quantità di lignina e cellulosa nei 5 diversi stadi di decomposizione del CWD nei siti Alpini (Picea abies e Larix decidua). I risultati mostrano che il CWD si decompone diversamente tra le Alpi e gli Appennini, a seconda della specie arborea, dei fattori climatici e della composizione del suolo. Nel dettaglio, il CWD del Fagus sylvatica si decompone molto velocemente, mentre la decomposizione del Picea abies è lenta, come dimostrato dalle analisi di lignina e cellulosa nei 5 stadi di decomposizione. In conclusione, questi risultati rappresentano un contributo alla conoscenza della progressione della decomposizione del CWD negli ecosistemi forestali Mediterranei e Subalpini. Comunque, necessitiamo di altri studi per conoscere più a fondo i fattori che influenzano i tassi di decomposizione della necromassa, e per spiegare il contributo che il legno morto fornisce alle funzioni delle foreste, a diverse scale. Dottorato di ricerca in Scienze, tecnologie e biotecnologie per la sostenibilità