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EROSIONE DEI SUOLI ALPINI IN
PIEMONTE E PERDITA DI CARBONIO
ORGANICO
Matteo Giovannozzi, Fabio Petrella– IPLA S.p.a.
“Thematic Strategy for Soil Protection” 22/09/06
La Commissione Europea ha individuato otto minacce:
1 Erosione
2 Compattazione
3 Perdita di sostanza organica
4 Salinizzazione
5 Impermeabilizzazione
6 Inquinamento
7 Perdita di biodiversità
8 Frane e dissesti
Erosione deI suoli alpini in Piemonte – Torino, 5 dicembre 2017
Erosione deI suoli alpini in Piemonte – Torino, 5 dicembre 2017
Le Alpi formano una regione unica, che è uno dei più importanti
serbatoi europei di biodiversità e risorse naturali (acqua, legno, suoli,
etc.)
Dei 2,5 milioni di ettari che costituiscono la superficie regionale
del Piemonte 1.060.000 ha sono rappresentati dalla montagna
[405.000 ha (collina) e 980.000 ha (pianura)].
I suoli montani sono caratterizzati da intrinseca fragilità e bassa
resilienza (capacità di ricostituirsi) e ciò rende l’erosione dei suoli
alpini un processo pressoché irreversibile.
Erosione dei suoli alpini è stata oggetto solo recentemente di studi
scientifici approfonditi ed organici (Svizzera, Francia, etc.).
Il Joint Research Centre ha messo a punto nel 2008 nell’ambito del
progetto Interreg ClimChAlp la carta “Soil Erosion in The Alps”
CARTA
DELL’EROSIONE
REALE DEL
SUOLO
Erosione deI suoli alpini in Piemonte – Torino, 5 dicembre 2017
NUOVA VERSIONE AGGIORNATA 2012
Valutazione dell’erosione in Piemonte:
È stata elaborata utilizzando il modello di calcolo proposto nella Universal Soil Loss Equation (USLE) [Wischmeier e Smith (1978)], successivamente integrato nella RUSLE (Revisited Universal Soil Loss Equation) [(Renard et al. 1997)]:
La stima dell’erosione risulta dalla seguente equazione:
A = R *K *L *S *C
dove:A: suolo asportato dall’erosione idrica (t∙ha-1∙anno-1);R: erosività delle precipitazioni (MJ∙mm∙h-1∙ha-1∙anno-1);K: erodibilità del suolo, che è la perdita di suolo per unità di R (t∙h∙MJ-1∙ mm-1);L: lunghezza del versante (adimensionale);S: pendenza del versante (adimensionale);C: copertura del suolo (adimensionale);
CARTA DELL’EROSIONE REALE DEL SUOLO A SCALA 1:250.000
Erosione deI suoli alpini in Piemonte – Torino, 5 dicembre 2017
E’ un modello empirico sviluppato sulla base dell’osservazione di più di 10.000 particelle studio localizzate negli USA.
Calcola la perdita di suolo media annua di lungo periodo (almeno 10 anni) dovuta all’erosione per rills (no gully erosion: erosione per solchi profondi).
è uno dei modelli maggiormente applicati a livello mondiale ed europeoIn Italia è utilizzato da- ESB - JRC a scala nazionale- Regioni italiane (Lombardia, Veneto, Toscana, Emilia Romagna, Marche, Pr Trento, Pr Bolzano, …)
Metodologia:- Definizione dei datasets - Scelta del grid 100X100 mt- Calcolo dei diversi fattori (layers) che compongono la USLE.
Il prodotto cartografico finale è un grid 100 X 100 m, con associato ad ogni pixel il valore di perdita di suolo (ton/ha/anno) dovuta all’erosione, rappresentato, mediante opportuna classificazione, alla scala 1: 250.000.
Erosione deI suoli alpini in Piemonte – Torino, 5 dicembre 2017
Fattore R (erosività della pioggia)
R è strettamente correlato alla intensità istantanea di pioggia (misura Ec)
l valore numerico di R, quantifica l'effetto dell’impatto delle gocce di pioggia e la quantità e la velocità di deflusso associato alla pioggia.
La metodologia standard prevede l’utilizzo dei dati pluviometrici di durata 30 minuti o inferiori.
calcolo del fattore R con dati di precipitazione con intervallo 10 min relativi ad alcune stazioni meteorologiche distribuite nelle principali zone climatiche piemontesi.
metodi alternativi che correlano il fattore R ai dati pluviometrici medi mensili [indice di Fournier] (scarsi risultati)
Comparazione tra i valori ottenuti con il metodo standard e i valori di R stimato secondo Bazzoffi (2007), elaborati per tutto il territorio nazionale dal Centro di Ricerche in Agrobiologia e Pedologia (buona correlazione).Questo dato è riferito ad una cella di cella 300 metri (grid CRA) calcolato utilizzando la media di 6 equazioni su tutte le stazioni pluviografiche italiane.
Erosione deI suoli alpini in Piemonte – Torino, 5 dicembre 2017
Fattore K (erodibilità del suolo) è la misura della sensibilità delle particelle di terreno al distacco e al trasporto a causa delle precipitazioni e del deflusso.
Il dato di erodibilità dei suoli è stato elaborato utilizzando la base dati che risiede nel Sistema Informativo Pedologico (circa 3000 orizzonti superficialirelativi ad altrettanti profili campionati ed analizzati, distribuiti sull’intero territorio piemontese).
Calcolo per ogni orizzonte superficiale delle componenti tessiturali In particolare delle frazioni di:• limo grossolano e limo fine • sabbia fine e sabbia grossolana • sabbia molto fine (VFS) [algoritmo per i suoli piemontesi basato sui dati
analitici e applicazione algoritmo ISSDS per valori di VFS + L >70%]
• sostanza organica [applicazione algoritmo Dissmeyer e Foster (1984) per valori di SO>4%]
• estrazione dei valori di struttura e di permeabilità
Erosione deI suoli alpini in Piemonte – Torino, 5 dicembre 2017
Fattore K (erodibilità del suolo)
Applicazione dell’apposito nomogramma:
K = 0,1317 · [2,1·10-4·(12-OM)·M1,14+3,25·(s-2)+2,5·(p-3)]/100
dove M = (VFS + L) · (L + S)
VFS = very fine sand (%)
L = silt (%)
S = sand (%)
OM = organic matter (%)
p = permeability class (Soil Survey Manual, USDA)
s = structure class (Soil Survey Manual, USDA).
ha fornito il valore di erodibilità (K).
Il valore ottenuto, mediato sulla base dei punti ricadenti all’interno di ogni
singola Unità Cartografica della Carta dei Suoli del Piemonte a scala
1:250.000 è stato quindi attribuito ad ogni singolo pixel del grid.
Erosione deI suoli alpini in Piemonte – Torino, 5 dicembre 2017
Fattori topografici L e S (lunghezza e pendenza del versante)
Partendo dalla base dati del DEM (Digital Elevation Model) che copre l’intero
territorio piemontese sono state applicate le formule per la quantificazione di
questi fattori con attribuzione dei valori ad ogni singolo pixel.
Dataset: DEM APAT 20x20 mt ricalcolato sul grid 100X100 mt
Testate diverse formule:
- Renard et al. 1997
-Liu, Nearing e Risse, 1994
- Wischmeier e Smith 1978
S = 65,41 sen2+4,56 sen + 0,0654
= angolo (gradi)
L = (/22,13)*m
= proiezione orizzontale della lunghezza del versante (metri)
m = è un esponente che varia con la pendenza.
Erosione deI suoli alpini in Piemonte – Torino, 5 dicembre 2017
Fattore C (copertura del suolo)
Il fattore adimensionale C esprime il rapporto tra la perdita di suolo in
presenza di una determinata coltura e l’erosione che si ottiene dalla
parcella standard con suolo nudo.
Esso è stato calcolato a partire dalla base dati vettoriale del land
cover elaborato da I.P.L.A. nell’ambito dei Piani Territoriali Forestali.
Le categorie del land cover sono state pixelizzate a 10X10 m e
riattribuite, secondo il criterio di prevalenza areale, ad ogni
singolo pixel 100X100 m.
Per ogni categoria è stato quindi definito un opportuno valore di C,
desunto dai dati disponibili in letteratura (Bazzoffi, 2007).
Erosione deI suoli alpini in Piemonte – Torino, 5 dicembre 2017
CLASSIFICAZIONE C Piemonte
Zone residenziali a tessuto continuo 0,0000
Aree industriali, commerciali e dei servizi pubblici e privati 0,0000
Reti stradali, ferroviarie e infrastrutture tecniche 0,0000
Aree verdi urbane 0,0000
Aree ricreative e sportive 0,0000
Seminativi in aree non irrigue 0,1500
Risaie 0,0700
Vigneti 0,2000
Frutteti e frutti minori 0,1800
Prati stabili (foraggere permanenti) 0,0050
Sistemi colturali e particellari complessi 0,1800
Aree prevalentemente occupate da colture agrarie con presenza di spazi naturali importanti 0,0500
Boschi di latifoglie 0,0020
Boschi di conifere 0,0030
Boschi misti di latifoglie e conifere 0,0020
Aree a pascolo naturale e praterie 0,0200
Brughiere e cespuglieti 0,0500
Aree a vegetazione boschiva ed arbustiva in evoluzione 0,0070
Spiagge, dune e sabbie 0,0000
Rocce nude, falesie, rupi, affioramenti 0,0000
Aree con vegetazione rada 0,3000
Aree percorse da incendi 0,3000
Ghiacciai e nevi perenni 0,0000
Paludi interne 0,0050
Corsi d'acqua, canali e idrovie 0,0000
Bacini d'acqua 0,0000
In sintesi in montagna l’erosione dei suoli è determinata da:
• litologia
• morfologia dei versanti (elevate pendenze).
• clima (frequenza ed intensità delle precipitazioni)
Litologia e morfologia sono collegate tra loro poiché su strutture
geologiche meno alterabili si sviluppano pendenze maggiori
rispetto alle altre (elevati valori dei fattori LS).
R è funzione dell’intensità di pioggia:
il maggior contributo viene dalle precipitazioni intense che si
verificano dalla primavera all’autunno; importante contributo dai
temporali estivi molto intensi. Notevole variabilità: valori più alti nelle
vallate nord del Piemonte e più bassi nelle vallate secche (es Val di
Susa).
K ha valori sempre piuttosto bassi in ragione delle tessiture
grossolane FS e dell’elevato contenuto di sostanza organica dello
stato più superficiale dei suoli.
Su queste superfici potenzialmente molto esposte ai fenomeni erosivi la
presenza del bosco, in espansione da alcuni decenni, e quella dei
pascoli garantiscono una protezione molto efficace del suolo
(fattore C generalmente basso ).
Le litologie silicatiche sulle
quali si trovano le maggiori
pendenze sono quelle che
danno un maggior contributo
all’erosione dei suoli in
ambiente alpino
CARTA
DELL’EROSIONE
REALE DEL
SUOLO
Erosione deI suoli alpini in Piemonte – Torino, 5 dicembre 2017
NUOVA VERSIONE AGGIORNATA 2012
ZONA ALTIMETRICA
Erosione
del suolo
classe Tasso erosione Collina [ha] Montagna [ha] Pianura [ha] Totali
1 <3 t/ha*y 137.295 414.425 676.787 1.228.507
2 3-15 t/ha*y 102.580 458.044 251.345 811.969
3 15-35 t/ha*y 75.935 155.876 30.614 262.425
4 >35 t/ha*y 85.463 113.735 18.675 217.873
Totali 401.273 1.142.080 977.421 2.520.774
Erosione deI suoli alpini in Piemonte – Torino, 5 dicembre 2017
ClasseTasso
erosione Collina [ha]Collina
[%] Montagna [ha]Montagna
[%]
Erosione del suolo
1 <3 t/ha*y 137.295 34% 414.425 36%
2 3-15 t/ha*y 102.580 26% 458.044 40%
3 15-35 t/ha*y 75.935 19% 155.876 14%
4 >35 t/ha*y 85.463 21% 113.735 10%
Totali 401.273 100% 1.142.080 100%
Erosione deI suoli alpini in Piemonte – Torino, 5 dicembre 2017
AMBITO
AREA
Ha
EROSIONE
MEDIA
ton/Ha/y
EROSIONE
TOTALE
ton/y
Collina 412.955 23 9.350.705
Montagna 1.154.050 14 16.203.323
Pianura 959.977 4 4.095.338
Il valore medio di erosione in montagna è più basso che in
collina ma l’estensione della superficie dei territori montani è
molto più vasta e pertanto l’erosione in montagna da il
maggior contributo alla perdita di suolo in Piemonte.
Erosione deI suoli alpini in Piemonte – Torino, 5 dicembre 2017
In montagna più che negli altri ambienti troviamo caratteri di fragilità
(elevate pendenze, basse temperature, alterazione della roccia per alternanza
gelo disgelo, scioglimento delle nevi…) che, se vengono alterati gli equilibri
esistenti, determinano un rapido collasso del sistema stesso.
Il suolo ha uno spessore molto ridotto (in cui si concentra la fertilità ed il
carbonio organico) e richiede lunghi tempi di formazione e ha una scarsa
reslienza all’erosione poiché in condizioni climatiche estreme la
ricostituzione della vegetazione richiede tempi molto più lunghi che in pianura.
Gli effetti dell’erosione sono molto spesso irreversibili in un arco temporale
di 50 -100 anni (Van Knijff elt al. 2000).
Valutazione dell’erosione in ambiente montano è molto onerosa e pochi
studi sperimentali sono stati condotti finora.
Le valutazioni regionali sull'erosione del suolo per le Alpi si basano su modelli
che sono stati sviluppati per le zone pianeggianti e non considerano la
perdita del suolo da processi di neve e frane.
Una seria validazione di questi modelli è difficilmente realizzabile a causa
delle difficoltà legate alla misurazione dell'erosione del suolo.
Sono quindi urgentemente necessari nuovi approcci per un migliore
rilevamento spaziale e per la quantificazione del degrado del suolo negli
ecosistemi alpini (EEA 2000).
ALTRE FORME DI EROSIONE NON CONSIDERATE DAI MODELLI
La grande sfida futura è la separazione e quantificazione dell'effetto
dei diversi fattori che concorrono all’erosione in ambiente
montano:
• Frane
Mud flow
Colate di detriti
Frane profonde
Frane da scivolamento superficiale (>>)Le frane costituiscono una delle principali fonti di erosione del suolo (Joint Research Center Ispra 2008 )• Gully erosion
concentrazione delle acque di ruscellamento superficiale lungo linee di
drenaggio preferenziali con progressivo approfondimento
• Scioglimento delle nevi
• Valanghe
valanghe umide (wet avalanches) possono produrre enormi forze
erosive responsabili di ingenti perdite di suolo
• Snowgliding
è il movimento lento (da millimetri a centimetri al giorno) del un
manto nevoso sul terreno.
A: Frane da scivolamento superficiale (shallow landslides)
B: Erosione laminare (Sheet erosion); C: innescata da sentieramento
Immagini tratte da: Meusburger K., Alewell C. 2014: Soil Erosion in the Alps. Experience gained from case studies (2006–2013). Federal Office for the Environment, Bern. Environmental studies no. 1408: 116 pp.
Erosione da Gullies profondi innescati da erosione post incendio. Capanne di Marcarolo
Erosione deI suoli alpini in Piemonte – Torino, 5 dicembre 2017
E: erosione del suolo e trasporto ad opera di valanga
D: erosione del suolo dopo scioglimento della neve e rotoli di terra con residui di vegetazione formati a causa del lento movimento della neve sulla superficie del suolo
Immagini tratte da: Meusburger K., Alewell C. 2014: Soil Erosion in the Alps. Experience gained from case studies (2006–2013). Federal Office for the Environment, Bern. Environmental studies no. 1408: 116 pp.
Snowgliding
Meusburger, K., Leitinger, G., Mabit, L., Mueller, M. H., Walter, A., and Alewell, C.: Soil erosion by snow gliding – a first
quantification attempt in a subalpine area in Switzerland, Hydrol. Earth Syst. Sci., 18, 3763-3775, 2014
Effetti degli incendi boschivi sulle caratteristiche del suolo
Le proprietà fisiche, chimiche e biologiche del suolo possono essere modificate dagli incendi boschivi. Le modificazioni sono direttamente proporzionali all’intensità dell’incendio e alla sua durata.
Il suolo è un ottimo isolante termico e quindi gli effetti degli incendi a suo carico sono confinati nella parte più superficiale, spesso per una profondità di pochi centimetri.
Alcuni dei cambiamenti imposti dal fuoco alle caratteristiche del suolo sono temporanei e scompaiono con il completo recupero della vegetazione, altri sono permanenti, come la presenza di minerali secondari che si formano tipicamente ad alte temperature.
In generale, l’incendio implica un aumento della fertilità del suolo, che però è di breve durata e può avere anche risvolti negativi sul lungo termine.
Un effetto temporaneo degli incendi di media intensità che può avere ripercussioni notevoli sul recupero dell’ecosistema forestale, è l’aumento dell’idrofobicità del suolo. Questa impedisce l’infiltrazione dell’acqua di pioggia nel suolo, promuovendone lo scorrimento superficiale e, quindi, l’erosione.
Studio di aree incendiate del Piemonte con riferimento all’erodibilità dei suoli, alla funzionalità protettiva dei soprassuoli ed alla pianificazione di interventi di ricostituzione boschiva (2008)
-decremento di sostanza organica in un breve periodo post evento (con un conseguente aumento dei valori di erodibilità)
-dopo un breve periodo di tempo – che varia in relazione alla vicinanza dell’evento con la ripresa della stagione vegetativa - si assiste ad un violento ricaccio delle piante erbacee, che si avvantaggiano della incrementata disponibilità di nutrienti e della riduzione della copertura arborea gravemente compromessa dal fuoco, che riporta il contenuto di sostanza organica a valori nella norma o addirittura superiori.
- Nei casi, poi, di incendi di bassa intensità, che hanno interessato solo il sottobosco e non hanno portato ad una riduzione della copertura arborea, si determina un rapido ripristino della lettiera forestale.
Erosione deI suoli alpini in Piemonte – Torino, 5 dicembre 2017
Utilizzo di foto aeree per l’analisi dell’area incendiata el’identificazione dei processi erosivi in atto
Erosione deI suoli alpini in Piemonte – Torino, 5 dicembre 2017
Utilizzo di dati telerilevati per l’analisi dell’area incendiata di Val della Torre
Immagine satellite Ikonos con 1 banda pancromatica (Risoluzione 1m) e 4 bande
multispettrali (Blu, verde, rosso e Infrarosso vicino) con risoluzione 4 m.
• turismo di massa (costruzione piste da sci, piste downhill, costruzione di strade , alberghi, infrastrutture (urbanizzazione montana: creazione di ski resorts)
•sovrapascolamento alle quote superiori al limite del bosco con danni da sentieramento.
•danni da esbosco e riduzione della copertura boscata a seguito di tagli (soprattutto taglio raso).
• abbandono dei terreni agricoli: dovrebbe ridurre le cause di stress del suolo anche se l’abbandono in zone montuose o marginali ha spesso interrotto le pratiche tradizionali di gestione dei versanti e delle risorse idriche, aggravando i processi erosivi.
Erosione deI suoli alpini in Piemonte – Torino, 5 dicembre 2017
Cause antropiche di erosione in ambiente montano:
Costruzione pista da sci presso impianti Monterosa ski
Piste da sci in estate Erosione su piste da sci
Erosione deI suoli alpini in Piemonte – Torino, 5 dicembre 2017
Abbandono terreni agricoli in media montagna
MediaC %
EttariTotali
t C
COLLINA 1,15 454.398 19.145.648
MONTAGNA 3,10 1.145.641 104.672.189
PIANURA 1,58 1.073.460 51.424.884
PIEMONTE 2,08 2.526.996 175.242.721
Contenuto di carbonio organico nei suoli di pianura,
collina e montagna
L’incremento dei fenomeni
erosivi e la riduzione del
quantitativo di carbonio nei suoli
sono aspetti strettamente
correlati
Nel suolo c’è circa il doppio del carbonio presente in atmosfera e 3 volte quello trattenuto dalla vegetazione
Contenuto medio carbonio suoli a pascolo è circa il 7%
Cambi di gestione possono:
• aumentare il contenuto di carbonio nel suolo, riducendo al contempo il quantitativo di anidride carbonica (CO2) in atmosfera
• ridurre l’erodibilità dei suoli.
Il suolo è il maggiore contenitore
di carbonio
PERDITA MEDIA ANNUA DI CARBONIO (TON)
PER EROSIONE DEL SUOLO
IN PIEMONTE
ZONA AREA Ha
CONTENUTO MEDIO C
TOPSOIL (Ton /Ha)
CONTENUTO MEDIO C
TOPSOIL (Ton
C/ha/mm)
EROSIONE MEDIA ANNUA
(Ton/Ha/Y)
BULK DENSITY
MEDIA [PTF saxton
(Hollis in Montagna)]
EROSIONE MEDIA ANNUA
(mm)
PERDITA TOTALE DI C
PER EROSIONE
(Ton C/ha/Y)
PERDITA TOTALE DI C
PER EROSIONE PER ZONA (Ton C/Y)
Collina 412.955 47,798 0,159327 22,643 1,50 1,51 0,240514 99.321
Montagna 1.154.050 96,664 0,322213 14,040 1,18 1,19 0,383389 442.451
Pianura 959.977 58,262 0,194208 4,266 1,48 0,29 0,055980 53.740
TOTALI 0,679883 595.512
Confronto contenuto C% nei suoli piemontesi con diverso uso
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
Carb
on
io (
%)
Bosco Pascolo Vigneto
Uso suolo
1
2
3
Altro
topsoil
subsoil
Uso Numero profili
Bosco 313
Pascolo 530
Vigneto 240
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