Clima e geosfera: i suoli e l' adattamento al cambiamento climatico - Fabio Terribile, Università degli Studi di Napoli "Federico II" - Ministero ...
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Clima e geosfera: i suoli e l’ adattamento al cambiamento climatico Fabio Terribile, Università degli Studi di Napoli “Federico II” Antonello Bonfante & Angelo Basile - CNR ISAFoM
La Earth Critical Zone (NRC, 2001) è lo strato della terra più superficiale e etereogeneo, dove le complesse interazioni che coinvolgono roccia, suolo, acqua, aria e organismi viventi, piante e animali, regolano l’habitat naturale e determinano la disponibilità delle risorse che sostengono la vita.
il suolo è il l’interfaccia di collegamento della ECZ attraverso cui acqua, soluti, energia, gas, solidi e organismi viventi interagiscono attivamente con l’atmosfera e la litosfera, creando un ambiente che rende possibile la vita.
Ora iniziamo il nostro viaggio…
LA STRATEGIA EUROPEA/NAZIONALE DI ADATTAMENTO
E’ COLLEGATA A:
- Oltre 33 Direttive Europee
- Oltre 23 Regolamenti Europei
- Oltre 8 Accordi Internazionali
Obiettivo principale della strategia nazionale di adattamento è : 1. elaborare una visione nazionale su come affrontare gli impatti dei cambiamenti climatici,
Obiettivo principale della strategia nazionale di adattamento è : 1. elaborare una visione nazionale su come affrontare gli impatti dei cambiamenti climatici, 2. individuare un set di azioni affinché sia possibile • ridurre al minimo i rischi derivanti dai cambiamenti climatici, • proteggere la salute e il benessere e i beni della popolazione • preservare il patrimonio naturale, • mantenere o migliorare la capacità di adattamento dei sistemi naturali, sociali ed economici • trarre vantaggio dalle eventuali opportunità
Settori d’azione per l’adattamento in Italia. • Risorse idriche (quantità e qualità) • Desertificazione, degrado del territorio e siccità • Dissesto idrogeologico • Biodiversità ed ecosistemi Foreste • Agricoltura, acquacoltura e pesca • Zone costiere • Turismo • Salute (rischi e impatti dei cambiamenti climatici, determinanti • ambientali e meteo-climatiche) • Insediamenti urbani • Infrastruttura critica • Energia (produzione e consumo) • Casi speciali (aree montane, Po)
Allegato 3: AZIONI SOFT
AZIONI SU APPROCCIO ECOSISTEMICO
Azioni di tipo infrastrutturale e tecnologico o “grigie”
Geographical scale
European Union
Nation
Region
LocalGeographical scale
European Union European
Union
Nation Nation
Region
Region
Local
Local
Impact of climate adaptation actionsSe la scala locale è quella che governa le azioni di adattamento,
… allora abbiamo bisogno di comprendere il sistema sito- specifico
suolo-pianta-atmosfera!Abbiamo bisogno di capire che suoli diversi si comportano in modo diverso: - per la ritenzione idrica - per la fertilità chimica - per l’adattamento al clima; - per l’erosione (con gli eventi meteorici estremi aumenta l’effetto del suolo); - per tutte le applicazioni territoriali (ad es. agricoltura conservativa)
Abbiamo bisogno di capire che i Suoli variano nel paesaggio… così come i loro
servizi e le loro funzioniQuindi nello stesso paesaggio possono coesistere suoli anche molto diversi gli uni dagli altri, con fertilità, potenzialità d’uso e adattamento climatico straordinariamente difformi. Tale diversità dei suoli (pedodiversità) è ancora più accentuata dall’elevata variabilità fisica dei paesaggi italiani. La diversità dei suoli – tipicamente codificata nelle cartografie dei suoli (analogiche o digitali) – è una ricchezza solo se conosciuta, misurata e gestita.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
24/5 3 -3
13/6 q (cm cm )
3/7
23/7
12/8
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1/9
21/9
11/10
31/10
20/11 t/ha
10/12
30/12
19/1
10
15
20
30
25
0
5
8/2
28/2
1/1/05 20/3
Tempo
1 Contenuti NO3
9/4
29/4
19/5
8/6
28/6
18/7
7/8
11/4/05 27/8
Kg NO3-/ha 16/9
6/10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 - (20- 35 cm)100100
26/10 24/5
15/11 13/6
5/12 3/7
25/12 23/7
12/8
20/7/05 1/9
21/9
11/10
31/10
Stimati
20/11
1000
Misurati
lhl cm
10/12
30/12
19/1
8/2
28/10/05 28/2
20/3
Tempo
9/4
29/4
19/5
8/6
28/6
10000
18/7
7/8
Contenuti NO3- (20- 35 cm)
5/2/06 27/8
16/9
6/10
26/10
15/11
5/12
25/12
Above Ground Biomass
16/5/06
Misurati
24/8/06
100000Stimati 1000000
2/12/06
Ora vediamo qualche esempio & risultati
12/3/07
AGB Measured
20/6/07Daily meteorological data applied in the simulation runs refers to two time periods, namely
“past” (1961-1990 years) and “future” (2020-2050 years), the latter constructed by applying
statistical downscaling to GCMs scenarios.
Five Global Climate Statistical Downscaling Weather
Models generator
Seasonal Tmin
AOGCM (A1b) Tmax rain Daily Tmin Tmax TnTTmax,
rain
( Ensembles runs)
LOCAL AND REGIONAL OBSERVATION ERA40/CRA-CMA
Agroscenari Project funded by Italian Ministry of Agricolture (MIPAAF)
Tomozeiu et al. 2013
The simulation runs were made considering the expected increase of CO2 :(316 to 360 ppm and 500 ppm)Ma ai fini
Undell’adattamento
esempio a scala climatico perché
di distretto: è importante
Piana conoscere
del Sele 22,000 ha. la
variabilità
Usi del spaziale (Mais,
suolo prevalenti dei suoli?
Ortofrutta)EUROSOIL: Bonfante et al. 2012
Study area:
Improsta experimental farm
Sele plain, Eboli (SA)
138 ha
Adattamento al cambio climatico a scala aziendaleHigh density of soil
hydraulic properties in
space
For 17 representative soil profiles,
0.80
undisturbed soil samples were
collected for each soil horizon and
q(h) and k(q) measured in lab with
0.60
q (cm cm )
-3
the Wind’s methods. 0.40
3
0.20
0.00
1 10 100 1000 10000 100000 1000000
lhl cmThe different responses of crop at local scale due to climate variation (past to
future) are very important for the farmer in terms of crop adaptability and
management or are they actually included in the effects of soil spatial
variability inside the area?
Climate
Reference climate Future climate
Soil
SoilWho governs the variability of Results at local scale?
Climate o Soil
Key points:
• Investigation scale
• Spatial variability
• Irrigation managementPast During the maize cultivation Future (Opt.I.) Nitrogen leaching: Drainage:
EUROSOIL
Summarizing: At local scale, in our study area, the results have shown..
Spring-summer crop
Maize Opt.I. Maize Fix.I. Fennel
Crop Production CLIMATE SOIL CLIMATE
Drainage SOIL SOIL CLIMATE
Nitrogen leaching SOIL SOIL CLIMATE
Autumn-winter cropE adesso che abbiamo compreso l’importanza dei suoli e della ECZ nell’adattamento climatico come facciamo a gestire i nostri territori ?
Infatti oggi sui nostri territori ci sono tante altre pressioni: Ci sono molte domande: - Abbiamo società sempre più esigenti (short term rewards) - Maggiore sicurezza alimentare - Un ambiente migliore - Un'agricoltura più sostenibile - Un reddito più elevato nelle zone rurali (per mantenere i giovani) … e molti problemi ad esempio… Gli evidenti processi di degrado del suolo e la loro eterogeneità spaziale. La poca consapevolezza sull'importanza del paesaggio e del suolo……..
Tutte le direzioni
Tenere insieme tutte queste istanze , a volte
contrastanti, può essere molto difficile !
Azienda
agricolaLa situazione non è migliore per le grandi istituzioni territoriali.
Tutte le direzioni
Comuni, Città Metropolitane, Regioni,
Ministeri, la stessa Unione Europea…Perché vengono richieste risposte a scale diverse (e le azioni sono spesso a scala locale!) Perché avremmo bisogno di contabilizzare il ruolo multifunzionale del suolo e del paesaggio Perché la qualità e quantità dei dati varia nello spazio e nel tempo E molti processi importanti che avvengono nel suolo e nel paesaggio non sono statici ... ma incredibilmente dinamici ...
Alcune importanti Direttive/Regolamenti UE riguardanti
agricoltura/foreste e ambiente.
Direttive e Regolamenti UE I processi sottesi alle
implementazioni delle direttive
Tempo Spazio
Rif. ACP System of conditionality Dinamici Variano nel
Reg. (EC) 1782/031783/05 paesaggio
Directive 91/676/EC Nitrates Dinamici Variano nel
Directive 60/00 EC Water paesaggio
Framework
COM 2006/231. Soil Thematic Statici/ Variano nel
Strategy and NAP for Italy Dinamici paesaggio
Directive 80/68/EC Groundwater Dinamici Variano nel
against pollution paesaggio
Directive 86/276/EC Sewage sludge Statici/ Variano nel
Dinamici paesaggio
Directive 75/268/EC; Reg. (EC) Statici Variano nel
1257/99; art.19 reg.(EC) 1698/05 art. paesaggio
50.3(a) Disadvantaged areas
Reg.(EC) 510/06 Reg.(EC) 1898/06 Statici Variano nel
Designations of origin paesaggio
Reg. (EC) 1698/05 Reg. (EC) 1974/06 Dynamic Variano nel
Rural development in forestland paesaggioquindi se la vita è complessa, abbiamo bisogno di strumenti idonei per aggredire
questa complessità…
…e non di banalizzarla e semplificarla !
…ad es. strumenti di sola visualizzazione di mappe – come WEB-GIS standard –
non sono sufficienti per affrontare la complessità della gestione e pianificazione
dei territori!E quindi ? Rivendichiamo che i recenti progressi scientifici (e.g. DSM) e delle tecnologie informatiche, il miglioramento della qualità /quantità delle banche dati (comprese EO) e HPC rendono effettivamente possibile percorrere una nuova strada. In particolare, gli sviluppi recenti dei sistemi web geospaziali di supporto alle decisioni spaziali (S- DSS) e basati su piattaforme del tipo "Geospatial Cyber-Infrastructure" (GCI) possono rappresentare la strada da percorrere per i nostri territori. Infatti queste piattaforme possono supportare l'acquisizione avanzata di dati, anche dinamici (ad es. climatici giornalieri), la loro gestione, integrazione, conservazione; il data mining, la visualizzazione; le applicazioni in tempo reale per l'elaborazione di modelli di simulazione (ad esempio bilancio idrico del suolo e crescita delle piante), il tutto potenzialmente accessibile via Internet.
This prototypical GCI cube:
(1) functions include both generic CI functions and those that are geospatial-specific;
(2) the community represents stakeholders and end-user interactions. This dimension also provides “bottom-up” feedback
channels;
(3) enabling technologies provide technological support to invent, mature, and maintain all GCI functions such as collecting
data through observations/sensors.In alcuni campi, Le piattaforme GCI sono già una realtà importante e consolidata per affrontare problemi
complessi, riunendo dati, strumenti computazionali e modelli, ecc.
Yang et al. (2010). Geospatial Cyber-Infrastructure: Past, present and future.All above it is the base of the Horizon 2020 LANDSUPPORT project: Development of Integrated Web-Based Land Decision Support System Aiming Towards the Implementation of Policies for Agriculture and Environment (2018-2021)
The objective of LANDSUPPORT is the construction of
a web-based smart geoSpatial Decision Support
System (S-DSS),
which shall provide a powerful set of tools devoted to
(i) support sustainable agriculture/forestry,
(ii) evaluate trade-off between land uses (including
spatial planning),
(iii) contribute to implementation, impact and delivery
of about 20 European land policies and SDG 15.3
“achieving a land degradation-neutral world”.
LANDSUPPORT will be applied at four geographic
scales:
EU;
3 Nations (Italy, Hungary, Austria);
2 European Regions in IT and HU;
4 pilot sites in AU, IT, HU, Tunisia;System functioning – webGIS standard
CLIENT SERVER DATABASE
System Answer
Manage maps, process
data
Query
Thematic maps:
climate data, soil data, geology,
nitrate vulnerability, potential solar
radiation, and many others etc.
Raster and vector format;LANDSUPPORT Smart System
CLIENT SERVER DATABASE
Answer in (quasi) real time of The database is constantly
the bio-physical system updated: i.e. daily spatialized
climate data deriving by
monitoring network
Manage maps, data
processing
(1)
Monitoring system
Query (3)
GPU computing (2)
Dynamic
simulations
Contenuti NO3- (20- 35 cm)
11/10
31/10
20/11
10/12
30/12
26/10
15/11
25/12
24/5
13/6
23/7
12/8
21/9
19/1
28/2
20/3
29/4
19/5
28/6
18/7
27/8
16/9
6/10
5/12
3/7
1/9
8/2
9/4
8/6
7/8
- Stimati
Contenuti NO3 (20- 35 cm) 100
90 Misurati
Inference Gaps infilling
11/10
31/10
20/11
10/12
30/12
26/10
15/11
25/12
80
21/9
19/1
28/2
20/3
29/4
19/5
28/6
18/7
27/8
Kg NO3 /ha 16/9
6/10
5/12
8/2
9/4
8/6
7/8
70
Stimati
60
Misurati spatialization /anomalies
-
50
40
30
20
10
0
Tempo
TempoDove vogliamo arrivare Vogliamo dimostrare che è possibile pianificare e gestire meglio l’adattamento climatico Riconoscendo l-importanza dei suoli Dotando i nostri territori con un sistema SDSS (dinamico) con alcune caratteristiche chiave: - multifunzionalità del suolo/paesaggio; - che consenta analisi di scenario - che non fornisca "soluzioni" ma "opzioni " tra cui scegliere. - che aumenti la consapevolezza delle comunità locali sulla conservazione del suolo/paesaggio/gestione sostenibile; - che consenta di incorporare contributi "bottom-up" alla governance; - che sia facile da utilizzare (la complessità è nascosta);
Ma tutto ciò ha un costo molto elevato… noi (funzionari, scienziati, assistenti tecnici, progettisti e gestori del paesaggio, stakeholders, agricoltori) dobbiamo abbandonare alcune delle nostre certezze (i nostri approcci) e riprogrammare parte del nostro lavoro! ... altrimenti non ci incontreremo mai!
QUALCHE ESEMPIO A SCALA DI DISTRETTO
… Che funzioni ha il suolo?
Il suolo fornisce importanti servizi ecosistemici
Aria Cultura
Produzione Saluta umana
di biomassa
Acque superficiali
Biodiversità
Acqua di faldaImprosta experimental farm
Pedology:
20 SU
17 RSP
Vertisols
Cambisols
Regosols
Pachic-Mollic Cambisols Eutric Regosols Eutric CambisolsThe aim of this work is to evaluate the effects of climate variation (over the last 50 years) and
the soil variability to soil-plant-atmosphere system responses at local scale.
Procedure:
CropSyst model
Outputs
Soil
Input model
Reference
Climate • AGB
Future 4X • Soil Drainage
Crops • Nitrogen leached
Fix. Irrig.
Management
Aut. Irrig.
• maize-fennel rotation,
• in two irrigation strategie (Optimal and fixed irrigation).Who governs the variability of Results at local scale? Climate or Soil
50
1) Maize crop with irrigation optimized by the model
45
differences between the past and future climate condition Differences due to Past and
40
50 Average
Average differences 35 Future climate conditions
30 Maize (105-220 doy)
40 Past climate:
Crop and environmental variables Past Future spatial variability
25
Mean S.D. inside
Mean the area due to soils
S.D.
20
30 Above ground biomass (t/ha) 24.55 0.42 25.87 0.66
Future climate: spatial
Rainfall (mm) 15 123.44 0.00 129.40 0.00
variability inside the area due
Soil water drainage (mm) 10 20.20 17.24 17.45
to soils 15.63
20
Nitrogen leached(kgN/ha) 5 3.71 2.14 2.93 2.09
Irrigation (mm) 320.58 44.85 283.93 44.74
0
10
0
Above ground biomass Irrigation (mm) Soil water drainage Nitrogen
(q/ha) (mm) leached(kgN/ha)EUROSOIL
Who governs the variability of Results at local scale? Climate or Soil
50
2) Maize crop with fixed irrigation
45
50 Average differences between 40
the past and future climate condition Differences due to Past and
35 Future climate conditions
Maize (105-220 doy)
30
40 Crop and environmental variables Past Past climate: spatial variability
Future
25
Mean S.D. inside the area dueS.D.
Mean to soils
20
30Above ground biomass (t/ha) 23.83 2.18 Future24.94 2.45
climate: spatial
15
Rainfall (mm) 123.44 0.00 129.40 inside the
variability 0.00
area due
Soil water drainage (mm) 10
86.65 22.70 to soils
105.32 26.64
20 5
Nitrogen leached(kgN/ha) 14.19 12.93 15.80 13.16
0
Irrigation (mm) 480.00 0.00 480.00 0.00
10
Typical management of Irrigation realized in the study area by the farmer
0
Above ground biomass (q/ha) Soil water drainage (mm) Nitrogen leached(kgN/ha)EUROSOIL Bari Italy 2-6 July 2012
Who governs the variability of Results at local scale? Climate or Soil
3) Fennel (autumn-winter crop)50
45
Average differences between the past and future climate condition
120
40 Differences due to Past and
35
Fennel (15Future
sept- 20climate
feb.) conditions
100 Crop and environmental variables
30
Past Past climate:Future
spatial variability
25
Mean S.D. inside the area due to
Mean soils
S.D.
80 ground biomass (t/ha)
Above 20 3.71 0.06 5.84 0.11
Future climate: spatial
Rainfall (mm) 15 608.53 0.00 483.56 0.00
60 variability inside the area due
Soil water drainage (mm) 10 332.17 39.73 204.31
to soils 39.62
Nitrogen leached(kgN/ha) 5 51.77 7.35 25.71 6.86
40
0
20
0
Above ground biomass (q/ha) Soil water drainage (mm) Nitrogen leached(kgN/ha)Puoi anche leggere
