Misura e simulazione dei flussi di C in sistemi colturali erbacei nella provincia di Viterbo

Abstract

La comunità scientifica internazionale concorda che i cambiamenti climatici in atto, sono causa delle attività antropiche. Si stima che annualmente l’agricoltura influisca mediamente con le emissioni in atmosfera di gas serra in modo diretto ed indiretto, ad una quota compresa tra 9~12 Pg CO2 eq yr-1, pari a circa al 24% delle emissioni globali. Nel settore agricolo la variabilità e le incertezze su come i cicli biogeochimici del suolo, influenzino tali emissioni, limitano le attuali politiche di mitigazione a scala regionale, in quanto, le emissioni di GHG sono fortemente influenzate dal tipo di coltura, dalle condizioni climatiche e dalle pratiche agricole locali. Nella Provincia di Viterbo, che ricopre una superficie pari a circa 2.810 km2, caratterizzata da un clima tipicamente mediterraneo con siccità estiva, ci sono stati pochi studi approfonditi riguardanti il bilancio del carbonio che si determina durante la coltivazione delle colture erbacee. In questo contesto, per quantificare e contrastare i flussi di gas serra responsabili dei cambiamenti climatici, la ricerca effettuata nell'ambito di questo lavoro, ha riguardato la misura ed il monitoraggio dei flussi di carbonio (Net Ecosystem Exchange) a livello di sito sperimentale con la tecnica eddy covariance, determinando il bilancio del carbonio, (NECB) per le annate agrarie a partire dal 2009 sino al 2013. A livello regionale, si è stimato, per l'anno 2009, il flusso di NEE, durante la coltivazione del frumento duro (Triticum durum Desf.) e del trifoglio incarnato (Trifolium incarnatum L.), colture agrarie caratteristiche del panorama agricolo della Provincia di Viterbo. Per determinare la distribuzione spaziale dei flussi sono state utilizzate immagini satellitari LANDSAT ed il modello di simulazione DNDC 9.5. Le informazioni agronomiche utilizzate come input dal modello per la simulazione regionale sono state estratte da un database di pratiche agronomiche, realizzato durante il dottorato, il quale raccoglie dettagliate informazioni sulla gestione colturale utilizzata nella Provincia di Viterbo. I risultati ottenuti a livello di sito ci hanno permesso di comprendere come le colture di erbai e di trifoglio sono dei sink, con un range che varia da -25,65 g C equivalenti m-2 a -464,78 g C equivalenti m-2, in quanto riescono a immagazzinare nell’agroecosistema più carbonio di quanto ne perdono, mentre il frumento duro si è rivelato una fonte di carbonio (source) ma con valori molto bassi pari a 16,05 g C equivalenti m-2. Il caso di studio sviluppato a livello regionale ha permesso di valutare la distribuzione spaziale dei flussi di NEE nella provincia di Viterbo. Questa applicazione preliminare ha consentito una maggiore comprensione, di come le pratiche agricole, associate alla gestione delle colture erbacee prese in esame, possano influire tali flussi, diminuendo in parte le incertezze dovute alle variabili che entrano a far parte nei cicli biogeochimici del terreno, migliorando la comprensione delle dinamiche dei flussi dei gas serra nel settore agricolo della Provincia di Viterbo. Questa ricerca con dovuti approfondimenti potrebbe essere un punto di partenza, per possibili attuazioni di strategie volte alla riduzione e mitigazione, dell’impatto negativo che hanno i gas serra rilasciati dal settore agricolo nei cambiamenti climatici.

The international scientific community agrees that climate changes are caused by human activities. It is estimated that annually agriculture affects atmospheric emissions of greenhouse gases directly and indirectly, to a share between 9 ~ 12 Pg CO2 eq yr-1, approximately 24% of global emissions. In the agricultural sector the variability and uncertainty of how the biogeochemical cycles of the soil affect the fluxes of such emissions, are not well known and are currently under investigation, since GHG emissions are strongly influenced by the type of crop, climatic conditions and the local agricultural practices. In the agricultural sector of the province of Viterbo, that covers an area of approximately 2.810 km2, characterized by a Mediterranean climate with dry summer, there have been a few studies taking into account the fluxes of carbon that are determined during the cultivation of field crops. In this context, in order to quantify and to contrast the fluxes responsible for climate change, the research carried out in these years of study, has measured and monitored carbon fluxes (Net Ecosystem Exchange) at the experimental site with the eddy covariance technique, defining the carbon balance, (NECB) for the agricultural years from 2009 until 2013. At the regional level, the fluxes of NEE were estimated during the cultivation of durum wheat (Durum wheat Desf.) and crimson clover (Trifolium incarnatum L.), two characteristic crops of agricultural landscape of Viterbo. To determine the spatial fluxes of NEE, images from LANDSAT 2009 satellite and the DNDC 9.5 simulation model have been used. The information used as agricultural inputs in the model to simulate at the regional level was extracted from the database of crop management, assembled during this PhD research. This database contains information about agronomic practices characteristic for the Province of Viterbo, applied during the crops cultivation. The results obtained at the site allowed us to understand how the fodder crop and grassland are sink of carbon, with a range that varies from -25.65 g C m-2 equivalent to -464.78 g C m-2 equivalent, because they can store more carbon in the agro ecosystem than they lose, while durum wheat has revealed a carbon source but with very low values 16.05 g C m-2 equivalent. At the regional simulation the spatial distribution of the fluxes of NEE has allowed to understand how farming practices, associated with the management of the examined field crops, may affect these fluxes, partly by reducing the uncertainties due to the variables that become part in biogeochemical cycles of the soil, improving the understanding of the dynamics of the fluxes of greenhouse gases in the agricultural sector of the Province of Viterbo. This research with further in-depth analysis could be a starting point for possible implementations of reduction strategies and mitigation in agriculture landscape in Central Italy.