II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 1

Impatto ambientale dei sistemi colturali di collina:

problematiche aperte e ipotesi di scenari futuri

Pier Paolo Roggero

Università Politecnica delle Marche

Ancona

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 2

Introduzione• Profondi cambiamenti hanno segnato l’agricoltura della collina

italiana dal dopoguerra ad oggi– Calo degli addetti– Aumento superficie aziendale– Cambio generazionale

• Ulteriori elementi di incertezza– mutamento degli indirizzi di politica agricola e territoriale– nuovi ruoli assegnati all’agricoltura (Buckwell & Sotte, 1998)

– impatto dei cambiamenti climatici (Olesen & Bindi, 2002)

• I sistemi colturali basati su seminativi rappresentano una quota molto rilevante dell’uso del suolo– impatto del suolo nudo sul bilancio idrologico e dei nutrienti– flessibilità e capacità di adattamento elevate

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 3

Obiettivo del lavoro

• Riflessione sulle strategie e gli approcci della ricerca sull’impatto ambientale dei sistemi colturali di collina, nell’ottica di supportare il cambiamento verso sistemi più sostenibili

• Sintesi su alcune emergenze agroambientali della collina italiana– esperienza maturata nelle Marche, supportata da

un’analisi della letteratura scientifica

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 4

Sistemi colturali: hard+soft!

• L’impatto dei sistemi colturali emerge dall’interazione tra sistemi hard e soft (Pearson & Ison, 1997; Roggero & Silvestri, 2001)

• Soft– fattori storico-culturali

– evoluzione tecnologie

– contesto politico e socio-economico

– attitudini, consapevolezza e capacità degli attori

• Hard– ambiente biofisico

– agrotecniche

– avvicendamenti colturali

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 5

Impatto ambientale e sistemi colturali in collina

• Acqua– deflusso superficiale ed erosione del suolo– bilancio idrico

• Ciclo dell’azoto e del carbonio

• Ciclo del fosforo

• Impatto dei cambiamenti climatici

• Biodiversità

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 6

Scala di indagine• spazio

– dalla parcella al microbacino

– dal microbacino al bacino imbrifero

– spazializzazione dell’uso del suolo in relazione a fattori ecologici limitanti

– implicazioni sulle dinamiche sociali ed economiche delle aree rurali

• tempo– analisi degli scenari storici

– monitoraggio dello stato di salute ambientale

– ipotesi sugli scenari futuri• modelli di simulazione

• effetti a lungo termine (es. sul suolo)– effetti di cambiamenti gestionali ritardati nel tempo

– sperimentazioni di lunga durata

» contemporanea evoluzione delle tecnologie (cv, diserbo ecc.)

» modifica trattamenti speriementali

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 7

Deflusso superficiale ed erosione• Modelli di simulazione afflussi-deflussi a livello di

bacino– precisione variabile con la scala– spesso poco sensibili al tipo di coltura, i cui effetti sono

limitati alla “scabrezza”– esperienze positive nella collina marchigiana con

TOPKAPI– previsione e prevenzione eventi calamitosi– rilevanza della diversificazione spaziale delle colture – gestione delle fasce vegetate al margine dei campi coltivati– supporto alla progettazione e gestione delle sistemazioni

idrauliche

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 8

Erosione• Calibrazione di modelli di simulazione a base

fisica per la valutazione comparativa della distribuzione di probabilità di erosione nel tempo (Roggero et al., 2003)

– Monitoraggio deflusso superficiale a livello parcellare e di bacino (in tempo reale)

• Esperienze positive nelle Marche con EUROSEM– input necessari alla calibrazione/applicazione– funzioni pedo-transfer– scarse applicazioni a livello nazionale (forte sito specificità)

– Sperimentazioni parcellari di lunga durata• Enfasi non solo sulla perdita di fertilità a monte

ma anche sugli effetti a valle (Uri, 2001)

– es.: 137Cs per studi sulla sedimentazione ed erosione a lungo termine (es.: Sogon et al., 1999)

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 9

Lisciviazione nitrati

• Vulnerabilità associata a clima, suolo e sistema colturale (forma di azoto utilizzata

Foresta < Prato permanente < Pascolo < Seminativo < < Aratura pascolo/taglio foresta < Orticoltura (Di & Cameron, 2002)

• Origine NO3 nelle acque non sempre direttamente dai fertilizzanti ma più spesso da mineralizzazione

• Max perdite – suolo lavorato nel periodo autunnale

– piogge abbondanti subito dopo concimazione

– pascoli con alti carichi (concentrazione urine)

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 10

Lisciviazione nitrati• Prevenzione

– ridurre il carico di azoto minerale nel suolo prima della stagione piovosa

• avvicendamento colturale, lavorazioni• epoca, dosi e distribuzione nello spazio del fertilizzante• gestione dei residui colturali

– gestione dei reflui zootecnici e dei carichi di bestiame– approccio integrato (BPA) con pianificazione della

distribuzione delle colture nello spazio e la gestione delle aree non coltivate

• es.: orticoltura non va concentrata in aree di ricarica delle falde

– Valorizzazione dell’azotofissazione simbiontica• leguminose prative capaci di immobilizzare azoto minerale dal

terreno in misura non inferiore alle specie non azotofissatrici

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 11

Lisciviazione nitrati• Alcune questioni aperte (Di & Cameron, 2002):

– come far fronte all’aumento del fabbisogno di cibo a livello globale minimizzando l’impatto dell’azoto sulla qualità delle falde idriche?

– quali prospettive dall’introduzione di OGM e quali esigenze azotate delle nuove varietà?

– quali impatti dei cambiamenti climatici sul ciclo dell’azoto?

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 12

Fosforo• Diffusa eutrofizzazione delle acque superficiali

nei bacini imbriferi di aree agricole• Evoluzione delle fonti di fosforo nelle acque

superficiali: – da puntiformi (industriali e urbane) a diffuse (agricole,

aree verdi suburbane es. golf, giardini ecc.) (Sharpley et al., 2001)

– Agricoltura: da sink a fonte di P• spesso reflui zoot dimensionati per N ed eccedenti in P

• Deflusso superficiale ed erosione

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 13

Fosforo

• Alcune questioni aperte:– Quantificazione del contributo all’eutrofizzazione del

fosforo legato al particolato– Concentrazione dei carichi di bestiame

• specializzazione dei sistemi produttivi ha spostato le perdite dalle colture alle produzioni zootecniche

– calibrazione delle razioni alimentari zootecniche

– BPA nella gestione dei reflui e nella concimazione minerale

• Ruolo delle fasce vegetate di margine nella mitigazione

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 14

Biodiversità e sistemi colturali di collina• Biomonitoraggio della salute degli ecosistemi

– vegetazione, insetti, anfibi– alla portata dell’agricoltore

• Gestione integrata del diserbo (Mortensen et al., 1999)

– integrazione diserbanti conoscenza della biologia ed ecologia delle infestanti

– gestione integrata della popolazione di infestanti– modellazione dei processi di competizione accoppiata a

sperimentazione sul campo– metodi agronomici e tattiche di controllo– gestione a lungo termine della dinamica delle successioni vegetali

nelle aree non coltivate– Approccio sistemico interdisciplinare– Tempi lunghi– Imparare “insieme” agli agricoltori vs. istruire

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 15

Problematiche aperte

• Teoria e pratica– pratiche agricole e agrotecniche

• implementazione regolamenti comunitari• disciplinari agroambientali• assistenza tecnica e TOT• ruolo dei consumatori/fruitori dei prodotti e degli

spazi rurali • diffusione della cultura agronomica• Costruzione sociale di problemi e priorità

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 16

Priorità agroambientali

• p.d.v. ricercatore– Ciclo dell’acqua e dei

nutrienti• nitrati

• fosforo

• deflussi ed erosione

– gestione fertilità agronomica dei suoli

– sostenibilità a lungo termine

– gestione aree non coltivate e interfilari frutteti

• p.d.v. agricoltore– misure agroambientali

– incertezza climatica

– fattori ecologici limitanti

– fertilità del suolo

– disponibilità di acqua irrigua

– gestione aree sottoposte a vincoli ambientali

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 17

Priorità agroambientali

• p.d.v. ambientalista– tutela vegetazione

spontanea e fauna selvatica

– tutela elementi naturalistici del paesaggio

– gestione dei rifiuti e inquinamento

– sicurezza alimentare

– tutela modelli gestionali tradizionali

• p.d.v. fruitore/consumatore– fruibilità degli spazi rurali– impatto delle infrastrutture

aziendali sul paesaggio– impatto sulla qualità dell’aria – gestione vegetazione

spontanea nei corsi d’acqua– selvaggina/pesca– tutela elementi del paesaggio

“familiari e rassicuranti”– sicurezza alimentare

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 18

Priorità e percezioni

• Priorità dipendono dalla prospettiva di analisi• Percezione del “pubblico” spesso più rilevante

sulle scelte politiche del p.d.v. di attori (agricoltori) e ricercatori

• Confusione sul concetto di “sostenibilità”• Rapidi cambiamenti in corso richiedono nuove

strategie, approcci e organizzazioni• Ruolo della conoscenza scientifica agronomica

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 19

Ruoli della ricerca agronomica

• Supportare con conoscenze scientifiche il cambiamento verso sistemi colturali più sostenibili

• Imparare dagli insuccessi

• Imparare ad imparare “con” gli agricoltori

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 20

Supportare il cambiamento verso sistemi colturali più sostenibili– ricerca riduzionistica (scala parcellare) per la corretta

interpretazione dei processi biofisici– monitoraggio biofisico su scala idonea (es. di lungo

termine a livello di bacino)– “pensare sistemico”: attori e i fattori che li condizionano

sono parte integrante dei sistemi colturali– coinvolgimento degli stakeholder sin dalle prime fasi

della ricerca, con ruolo attivo (es monitoraggio)– integrazione con analisi del contesto politico-istituzionale– uso dei risultati delle ricerche sui processi biofisici per

facilitare il dialogo tra stakeholder

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 21

Imparare dagli insuccessi– regolamenti, tasse, sanzioni e altre azioni coercitive o di monitoraggio

“di stato” generano forti resistenze (Walker et al., 1996)– sussidi per azioni volontarie poco efficaci nelle aree con sistemi

colturali più impattanti (Roggero et al., 2003)– definire COSA si DOVREBBE fare (Olesen & Bindi, 2002)

• non aiuta a definire COME • non tiene conto dell’attitudine degli attori • poco efficace per le molteplici interazioni tra fattori, difficilmente

formalizzabili in un modello universale

– la consapevolezza non è sufficiente a generare un cambio di atteggiamento (Wilkinson & Cary, 1993)

– Per un cambio di atteggiamento non bastano i sussidi, bisogna che l’agricoltore sia consapevole, abbia familiarità e sia convinto dell’utilità della tecnologia.

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 22

Imparare ad imparare

• pensare “sistemico” (Pearson & Ison, 1993)

• facilitare comunicazione e dialogo tra stakeholders (Ison & Russell, 2000)

• rendere visibili gli effetti what if…agli attori del sistema nel loro specifico contesto (Joerin et al, 2001; )

• sperimentare su scala spazio-temporale che tenga conto di tutti gli elementi di complessità (Roggero & Silvestri, 2002)

• Valorizzare le specifiche conoscenze degli attori (Wilkinson & Cary, 1993)

• Creare spazi per l’apprendimento sociale (Maarleveld & Dangbègnon, 1999)

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 23

Esempi di attività• Monitoraggio pluriennale a livello di bacino imbrifero dei

principali processi biofisici che controllano le relazioni agricoltura-ambiente– acque superficiali e profonde (nitrati, fosforo, erosione)– pratica dei sistemi colturali– bilancio dei nutrienti a livello di campo, azienda e bacino– dinamica dell’azoto minerale nel terreno– parametri climatici– serie storiche (dati meteo, avvicendamenti, bilanci nutrienti)– analisi della vegetazione spontanea e della fauna selvatica delle

aree non coltivate

• Calibrazione e validazione di diversi modelli di simulazione per l’analisi di scenario a livello di bacino imbrifero– EUROSEM, TOPKAPI, CROPSYST, CRITERIA

• Analisi per la valutazione multicriteriale delle opzioni

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 24

Esempi di attività• Sessioni interattive di “GIS” partecipativo,

utilizzando i modelli non solo “a supporto delle decisioni” ma anche “a supporto della riflessione collettiva”

• Interviste semi strutturate, focus group e workshop interattivi con i principali stakeholder

• Analisi della percezione dei problemi da parte degli stakeholder

• Attività interattive di comunicazione di massa per aiutare il pubblico a riflettere sulle questioni di interesse e a costruire le priorità di intervento

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 25

FARMERS

OWNERS

CONTRACTORS

PART-TIME

POLICY MAKERS

PLATFORMS

TAVOLO FARMERS

TECHNICIANS

OTHER ECONOMIC ACTIVITIES INDUSTRY

SERVICES

EUITALIAN GOVT

LOCAL AUTHORITY

REGIONAL GOVT

CLIENTS

INHABITANTS

CONSUMERS

REGULATORS

ATOFARMERS’ UNIONS

ARPAMASSAM

BASIN AUTHORITY

Mappa sistemica dei principali attori del sistema individuato per il problema “nitrati nelle acque”

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 26

SOFT-SYSTEM

PP-GIS NEWSLETTERS

SEMINARS “TAVOLO”

SEMINAR INMONTECAROTTO

SH ANALYSIS

HARD SYSTEM

CROPPING SYSTEMSMONITORING WELLS SOIL WATER RUNOFF MEASUREMENTS

CLIMATE CROPPING SYSTEMS BIO-INDICATORSMATH MODELLINGMULTICRITERIAL ANALYSISSOCIO-ECONOMIC ANALYSIS

FARM SURVEYS ANALYSIS OF RURAL POLICIES

SOCIO-ECONOMIC PROFILE

Strumenti di analisi utilizzati per lo studio della questione“inquinamento da nitrati di origine agricola” nella collina marchigiana

II Workshop CLIMAGRI 3-4/4/03 27

Riferimenti bibliografici• Buckwell A., Sotte F., 1997. Coltivare l’Europa. Per un nuova politica agricola e rurale comune. Associazione “Alessandro Bartola”,

Ancona.• Di & Cameron, 2002. Nitrate leaching in temperate agroecosystems: sources, factors and mitigating strategies. Nutrient cycling in

agroecosystems, 46. 237-256.• Ison, R.L., Russel, D.B. (eds.), 2000. Agricultural extension and rural development: breaking out of traditions. Cambridge University

Press, Cambridge, UK.• Joerin, F., M. Theriault, and A. Musy. 2001. Using GIS and outrankingmulticriteria analysis for landuse suitability assessment.

InternationalJournal of Geographical Information Systems 15(2), p. 153-174.  • Lichtenberg E., Penn T.N., 2003. Prevention versus treatment under precautionary regulation: a case study of groundwater

contamination under uncertainty. Amer. J. Agr. Econ. 85(1): 44-58.• Maarleveld & Dangbegnon, 1999. Managing natural resources: a social learning perspective. Agriculture and human values 16: 267-

280.• Mortensen, Bastiaans & Sattin, 2000. The role of ecology in the development of weed management systems: an outlook. Weed

research, 40, 49-62.• Olesen & Bindi, 2002. Consequences of climate change for European agricultural productivity, land use and policy. Eur. J. Agron., 16,

239-262.• Pearson, C.J., Ison, R.L., 1997. Agronomy of grassland systems. In: Pearson, C.J., Ison, R.L. (eds), Agronomy of grassland systems,

Cambridge University Press 1-189.• Robinson & Sutherland, 2002. Post-war changes in arable farming and biodiversity in Great britain. J. Appl. Ecol., 39, 157-176.• Roggero P.P., Silvestri N., 2002. Elementi per un’analisi integrata dei sistemi colturali. In: “Verso un approccio integrato allo studio dei

sistemi colturali”, a cura di Bonari E. e Ceccon P., Franco Angeli ed., Milano, 121-144.• Sharpley et al., 2001. Phosphorus loss from land to water: integrating agricultural and environmental land management. Plant & Soil,

237; 287-307.• Uri N., 2001. A note on soil erosion and its environmental consequences in the United States. Water, Air and soil Pollution, 129. 181-

197.• Wilkinson & Cary, 1993. Monitoring soilcare in North East Victoria. Report of the School of Agriculture and Forestry, University of

Melbourne, Australia