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I SUOLI ALPINI

NELL’EQUILIBRIO

ECOSISTEMICO GLOBALE

Torino, 5 dicembre 2017

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


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


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


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.


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.


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


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.


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.


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).


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


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


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%


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.


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


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.


Utilizzo di foto aeree per l’analisi dell’area incendiata el’identificazione dei processi erosivi in atto


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.


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

Sentieramenti in alta Valle Ellero


Cantieri forestali


Strade di esbosco

Piste da sci



Abbandono terreni agricoli in media montagna

Carta del carbonio organico dei suoli scala

1:250.000

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

Contenuto C% nei suoli piemontesi con diverso uso: Box Plot

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

1 2 3 Altro 1 2 3 Altro 1 2 3 Altro

Bosco Pascolo Vigneti

Uso del suolo

Ca

rbo

nio

(%

)

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