Responsabile


Francaviglia Rosa
rosa.francaviglia@entecra.it

Sito web

http://soilsink.entecra.it

Staff

Coleman Kevin
Corti Giuseppe
Doro Luca
Iezzi Giuseppe
Ledda Luigi
Madrau Salvatore
Marchetti Rosa
Orsini Roberto
Ponzoni Gilda
Roggero Pierpaolo
Rubino Mariateresa
Seddaiu Giovanna
Steglich Evelyn
Tubiello Francesco N.
Urracci Giulia
Whitmore Andy
Williams Jimmy R.

Cambiamenti climatici e sequestro di carbonio

Sistemi colturali e modellistica agroambientale

UO 3.Cambiamenti climatici e sistemi produttivi agricoli e forestali: impatto sulle riserve di carbonio e sulla diversità micro - SOILSINK

Coordinatore: CRA-RPS. http://rps.entecra.it

Finanziatore: MIUR, Fondo Integrativo Speciale per la Ricerca (Bando FISR 2001). www.miur.it

Date: 20/02/2006 to 30/06/2010

Il progetto SOILSINK ha l’obiettivo di individuare, in sistemi produttivi agro-forestali molto diffusi in aree mediterranee dell’Italia centrale e insulare, i sistemi conservativi più efficienti in termini di immagazzinamento del C nel suolo e, quindi, l’aumento del contenuto di sostanza organica. Il bilancio del C sarà studiato in termini di dinamica dei processi che ne controllano il ciclo (riserve, mineralizzazione, umificazione, ecc.) mediante apposite determinazioni di laboratorio e di campo in situazioni reali, nonché di diversità genetica e funzionale dei microrganismi (batteri e funghi simbionti) che operano e controllano il ciclo del C.
Parallelamente saranno calibrato alcuni modelli di simulazione del ciclo del C per effettuare valutazioni quantitative di lungo termine relativamente agli effetti dei sistemi agro-forestali prescelti sul C sink.
La valutazione di nuovi scenari climatici, eseguita con Modelli di Circolazione Globale, rappresenterà un input sia per i modelli del ciclo del C, consentendone il confronto con il clima attuale, sia per lo studio degli effetti sulla diversità dei microrganismi e la dinamica del C.
L’utilizzo di tecnologie GIS consentirà l’interpolazione e la mappatura degli output dei modelli di simulazione e degli altri dati resi disponibili e la creazione di tematismi cartografici per fornire indicazioni ai pianificatori territoriali e ai tecnici agricoli, sulle decisioni più opportune per il contenimento dell’effetto serra attraverso un aumento della riserva di C.

Organizzazione del Progetto
Linea 1. Sistemi produttivi agro-forestali (Capofila Pierpaolo Roggero)
- UO-01 Sistemi produttivi agricoli di collina – Marco Toderi, Dipartimento di Scienze ambientali e delle Produzioni Vegetali, UNIVPM, Ancona
- UO-02 Sistemi produttivi agro-forestali - Luigi Ledda, Dipartimento di Scienze Agronomiche e Genetica Vegetale Agraria, UNISS
Linea 2. Modelli di simulazione ed applicazioni territoriali (Capofila Rosa Francaviglia)
- UO-03 Modelli matematici ed applicazioni GIS a scala di bacino - Rosa Francaviglia, CRA-RPS, Roma
- UO-09 Modelli matematici sul ciclo del C e dell’N – Rosa Marchetti, CRA-SUI, San Cesario sul Panaro (MO)
Linea 3. Diversità genetica e funzionale dei microrganismi (Capofila Renato Fani)
- UO-04 Diversità genetica dei batteri - Renato Fani, Dipartimento di Biologia Evoluzionistica, UNIFI
- Batteri coltivabili - Annamaria Bevivino, UTS Biotecnologie, Protezione della Salute e degli Ecosistemi, ENEA, C.R. Casaccia, Roma
- Batteri non coltivabili – Giacomo Pietramellara, Dipartimento di Scienza del Suolo e Nutrizione della Pianta, UNIFI, Firenze
- UO-05 Diversità funzionale dei batteri - Marcello Pagliai,CRA-ABP, Firenze
- N fissazione - Marco Bazzicalupo, Dipartimento di Biologia , UNIFI, Firenze
- Maddalena Del Gallo, Dipartimento di Biologia di Base e Applicata, UNIVAQ, Coppito (AQ.
- UO-06 Diversità genetica e funzionale dei funghi simbionti - Paola Bonfante, Dipartimento di Biologia Vegetale, UNITO, Torino
- Diversità genetica dei funghi AM – Elvira Rea, CRA-RPS, Roma
Linea 4. Carbon sink e cicli biogeochimici (Capofila Anna Benedetti)
- UO-07 Comparti e processi del ciclo del C e dell’N - Anna Benedetti, CRA-RPS, Roma
- Markers delle micorrize per il ciclo del C - Manuela Giovanetti, Dipartimento di Biologia delle Piante Agrarie, UNIPI, Pisa
- UO-08 Flussi di carbonio ed azoto nelle comunità microbiche - Daniela Lippi, Istituto di Biologia Agroambientale e Forestale, CNR, Monterotondo Scalo (RM)
- Attività enzimatiche - Stefano Grego – Dipartimento di Agrobiologia e Agrochimica, UNITUS, Viterbo

Inquadramento
La proposta di direttiva europea sul suolo stabilisce un quadro per la protezione del suolo, con lo scopo di mantenere la sua capacità di assolvere alle proprie funzioni ecologiche, economiche, sociali e culturali. In particolare richiede che gli Stati membri adottino misure per la riduzione delle sette minacce principali individuate per il suolo: contaminazione, erosione, perdita di sostanza organica, compattazione, salinizzazione, impermeabilizzazione del suolo e frane. Purtroppo la Direttiva sta avendo un iter molto complesso ed ogni anno vengono perduti milioni di ettari per le cause più diverse, come l’urbanizzazione, l’erosione, la deforestazione, l’inquinamento. Inoltre, un altro problema emergente è l’impatto dei cambiamenti climatici sulla gestione sostenibile del territorio.
Gli effetti negativi delle alte temperature e dell’aumentato stress idrico potrebbero essere mitigati e/o controbilanciati dagli effetti benefici della CO2 sulla crescita delle piante. La maggior parte delle piante di tipo C3, ad es. il grano, ha mostrato una risposta positiva a concentrazioni di CO2 più elevate, sia in camere sperimentali che in laboratori all’aperto: in media si ha un aumento di circa il 30% delle rese per una concentrazione di CO2 doppia rispetto a quella attuale. Questa risposta tuttavia è modulata da una serie di fattori limitanti, principalmente la disponibilità di acqua e di sostanze nutritive. Inoltre, alte concentrazioni di CO2 riducono le necessità traspirative delle piante, attraverso un effetto diretto sulla chiusura delle aperture stomatiche.

Obiettivi
In coerenza con il progetto esecutivo, gli obiettivi generali della linea 2 e dell’UO-03 sono i seguenti:
· Valutare quantitativamente l’effetto della gestione colturale sulle emissioni di C e sull’incremento della riserva di carbonio (C sink) nei suoli agricoli, e la sua persistenza nel tempo, tendo conto dell’influenza della variabilità climatica sul lungo periodo e dell’incertezza dei dati di input al modello.
· Valutare l’effetto dei cambiamenti climatici (CC) sulla riserva di carbonio del terreno.
· Migliorare le prestazioni dei modelli nella descrizione della dinamica del C, in interazione con quella dell’N, nei suoli agricoli, attraverso una più adeguata parametrizzazione dei processi di trasformazione microbica (mineralizzazione/denitrificazione).
· Valutare gli scenari climatici futuri in termini di aumenti di temperatura, diminuzione/aumento delle precipitazioni atmosferiche ed effetto sugli usi del suolo ed il Csink in relazione alle pratiche agronomiche adottate.
· Interpolazione e mappatura degli output dei modelli di simulazione e creazione di tematismi cartografici relativi ai dati pedologici, agronomici ed analitici resi disponibili nel corso del progetto, con particolare riferimento alle stime di parametri in condizioni reali di campo a livello di bacino.

Piano delle attività
L’UO-03 studia i fattori che influenzano la dinamica del C organico nel suolo in due siti sperimentali con caratteristiche pedoclimatiche, agricole e di contesto molto diverse: 1) Marche, azienda sperimentale “P. Rosati” di Agugliano (Ancona): prova di lungo termine di confronto tra 2 tecniche di lavorazione (no tillage NT, convenzionale CT a 40 cm), concimazione azotata 90 kg N ha-1, in una rotazione biennale non irrigua frumento duro-girasole (1994-2001) e frumento duro-mais (2002-2006); 2) Sardegna, sito di Berchidda-Monti (OT): effetti di lungo periodo di usi del suolo a diverso livello di intensificazione rappresentativi dei sistemi produttivi agro-forestali mediterranei: Vigneti, (lavorato/inerbito), impiantati negli anni ‘90; Pascoli migliorati con foraggere annuali e sughere sparse; Pascoli misti con sughere sparse; Sistemi semi-naturali (arbusteti, macchia Mediterranea e praterie di elicriso), ex-vigneti abbandonati da circa 30 anni; Sugherete.
Nei due siti si raccolgono i dati climatici, pedologici e colturali e si caratterizza la vegetazione per la predisposizione di un data-base georeferenziato. Con questi dati si effettua la parametrizzazione e la calibrazione di modelli di simulazione del ciclo del C (EPIC e RothC) per effettuare valutazioni quantitative di lungo termine degli effetti dei sistemi agro-forestali prescelti sul C sink, con scenari climatici attuali e futuri a maggiore concentrazione di CO2 secondo l’IPCC.

Risultati
Nelle Marche le simulazioni con EPIC mostrano che il girasole, tra le colture estive, può beneficiare dei CC (>temperatura e CO2) principalmente in NT, per la migliore efficienza di uso dell’acqua e la riduzione della stagione di crescita, con effetti positivi anche sull’accumulo di C organico nel suolo e la fissazione di CO2. Per il frumento duro le rese rispetto al clima di base sono sempre decrescenti, particolarmente in CT rispetto a NT, che ha rese lievemente decrescenti o quasi costanti.
Le rese del mais, soprattutto in CT, sono state influenzate negativamente dai CC, perché essendo una coltura a ciclo fotosintetico C4, che è un sistema più efficiente di cattura della CO2, non ha tratto beneficio dagli aumenti di temperatura e di CO2.
Éstato confermato l’effetto positivo della NT piuttosto che della rotazione colturale sull’accumulo di C nel suolo e il sequestro di CO2, con valori in accordo con i dati in letteratura per gli ambienti europei (0.7-1.4 t CO2ha-1per anno). La CT, al contrario, ha portato a perdite notevoli di C 3-4 volte più elevate rispetto a NT.
In Sardegna le simulazioni con RothC mostrano che gli usi del suolo a bassa intensificazione colturale hanno ovviamente una migliore efficienza in termini di C sink e di fissazione della CO2, nell’ordine pascolo migliorato > pascolo naturale misto > sughereta > sistemi seminaturali (ex-vigneti), con una netta distinzione rispetto ai vigneti. Inoltre, le variazioni d’uso del suolo influenzano il bilancio del C organico del suolo in misura rilevante e sono da considerare per la mitigazione e l’adattamento ai cambiamenti climatici.

Pubblicazioni chiave

De Sanctis G., Seddaiu G., Iezzi G., Toderi M., Orsini R., Porter C., Roggero P.P, Jones J.W. 2008. Long term effects of nitrogen fertilization on soil organic matter: application of the DSSAT model. Italian Journal of Agronomy, vol. 3, 3, supplement: 769-770.

Farina R., Seddaiu G., Orsini R., Steglich E., Roggero P.P., Francaviglia R. 2011. Soil carbon dynamics and crop productivity as influenced by climate change in a rain-fed cereal system under contrasting tillage using EPIC. Soil and Tillage Research 112 (1): 236-248.

Francaviglia R., Coleman K., Whitmore A.P., Doro L., Urracci G., Rubino M., Ledda L. 2011. Changes in soil organic carbon and climate change. Application of the RothC model to agro-silvo-pastoral Mediterranean land use systems. 6th International Congress of ESSC, Thessaloniki, 9-14/05/2011, http://eusoils.jrc.ec.europa.eu/ESDB_Archive/eusoils_docs/Conf/6thESSC.pdf.

Francaviglia R., Farina R., Corti G., De Sanctis G., Roggero P.P. 2008. Soil Carbon Stocks, Carbon Dioxide Sequestration and Tillage Techniques. In: Multifunctional Agriculture. Agriculture as a resource for energy and environmental preservation. Italian Journal of Agronomy, Vol. 3, No.3 supplement: 841-842.

Francaviglia R., Koleman K., Doro L., Urracci G., Rubino M., Ledda L. 2011. Turnover del carbonio organico e cambiamenti climatici. Applicazione del modello RothC in sistemi agro-silvo-pastorali Mediterranei. Workshop La percezione del suolo. Palermo 2-3/12/2010, 169-173.

Ponzoni G., Marchetti R., Roggero P.P., Iezzi G., Seddaiu G., Corti G., Francaviglia R. 2008. Simulating changes of organic C content in soil following tillage intensity and fertilizer N rate reduction. In: Multifunctional Agriculture. Agriculture as a resource for energy and environmental preservation. Italian Journal of Agronomy, Vol. 3, No.3 supplement: 805-806.

Link

http://ec.europa.eu/clima/policies/eccp/index_en.htm

http://soils.usda.gov/survey/global_climate_change.html

http://www.brc.tamus.edu/

http://www.eea.europa.eu/themes/soil/climate/soil-and-climate-change

http://www.epa.gov/climatechange/

http://www.giss.nasa.gov/

http://www.ipcc.ch/

http://www.metoffice.gov.uk/climate-change

http://www.pewclimate.org/

http://www.rothamsted.bbsrc.ac.uk/aen/carbon/rothc.htm

http://www.rothamsted.bbsrc.ac.uk/mas-models/larswg.php

http://www.unfccc.int/