PROGETTO FISR CAMBIAMENTI CLIMATICI E SISTEMI PRODUTTIVI AGRICOLI E FORESTALI: IMPATTO SULLE RISERVE DI CARBONIO E SULLA DIVERSITÀ MICROBICA DEL ...
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PROGETTO FISR
CAMBIAMENTI CLIMATICI E SISTEMI PRODUTTIVI AGRICOLI E
FORESTALI: IMPATTO SULLE RISERVE DI CARBONIO E SULLA
DIVERSITÀ MICROBICA DEL SUOLO.
ACRONIMO: SOILSINK
RELAZIONE SULL’ATTIVITÀ SVOLTA NEL PRIMO ANNO
Linea 2: Modelli di simulazione ed applicazioni territoriali
UO-03: Modelli matematici ed applicazioni GIS a scala di bacino
Responsabile della ricerca: Dr.ssa Rosa Francaviglia
CRA-Istituto Sperimentale per la Nutrizione delle Piante di Roma, attualmente Centro di ricerca per
lo studio delle Relazioni tra Pianta a Suolo
Collaboratori: Dr.ssa Roberta Farina (assegnista di ricerca del progetto), Dr. Alessandro Marchetti
(assegnista di ricerca del progetto), Sig.ra Margherita Falcucci (assistente tecnico B3F), Sig.
Roberto Moretti (collaboratore tecnico IV livello), Sig. Filippo Ilardi (collaboratore tecnico VI
livello)
In coerenza con il progetto esecutivo, gli obiettivi generali della linea 2 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 sulla risposta della variabilità climatica sul lungo periodo
e dell’incertezza dei dati di input al modello.
• Valutare l’effetto dei cambiamenti climatici 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 C-
sink 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.
Nel dettaglio, gli obiettivi specifici affrontati dall’Unità Operativa 03 nel primo anno di attività
sono stati:
• Aggiornamento sulle modalità d’uso del modello di ecosistemi (stage, e seminario tenuto
dagli sviluppatori del modello); raccolta e organizzazione dei dati necessari alla
compilazione dei file di simulazione; controllo della qualità dei dati.
• Compilazione dei file per le simulazioni a scala di campo/macroarea/bacino.
• Acquisizione dei file di clima modificato, a partire da dati storici, mediante modello
climatico.
• Raccolta e organizzazione dei dati necessari alla compilazione dei file di simulazione del
modello di dettaglio per i cicli del C e dell’N; controllo della qualità dei dati.
• Acquisizione dei dati climatici di lungo periodo per le aree di studio individuate;
generazione degli scenari climatici futuri mediante i modelli di circolazione globale.
• Acquisizione delle basi cartografiche disponibili ed organizzazione dei databases.
L’UO-03 ha lavorato in stretta relazione soprattutto con le UO-01,-02 e 09 del Progetto, afferenti
rispettivamente a:
Linea 1. Sistemi produttivi agro-forestali
• UO-01, Sistemi agricoli di collina, Università Politecnica delle Marche, Dipartimento di
Scienze Ambientali e delle Produzioni Vegetali, capofila prof. Pier Paolo Roggero;
• UO-02, Sistemi agro-forestali, Università degli Studi di Sassari, Dipartimento di Scienze
Agronomiche e Genetica vegetale agraria, capofila dr. Luigi Ledda;
Linea 2. Modelli di simulazione ed applicazioni territoriali
• UO-09, CRA - Istituto Sperimentale Agronomico, Sezione di Modena, attualmente Unità di
Ricerca per la Suinicoltura, capofila dr.ssa Rosa Marchetti:
Raccolta ed elaborazione dei dati
Sono stati prescelte due aree di studio con caratteristiche pedoclimatiche, agricole e di contesto
molto diverse: 1) nelle Marche - Azienda P. Rosati di Agugliano e microbacini di Serra de’ Conti
(AN), 2) in Sardegna: Berchidda (OT).
Sito di Agugliano: sistemi colturali su scala macroparcellare con prove sperimentali di lungo
termine di confronto tra 3 livelli di lavorazione (semina su sodo, minima e tradizionale) e tre livelli
di concimazione azotata (0, 90 e 180 kg/ha di N) in una rotazione biennale frumento duro-mais (dal
2002 al 2006) e frumento duro-girasole (dal 1995 al 2001). Ogni coltura della rotazione è presente
contemporaneamente nello stesso anno, lo schema sperimentale è a split-plot con due blocchi
randomizzati, ogni subparcella ha la dimensione di 500 m2. Nel primo anno sono stati presi in
considerazione i due tipi di lavorazione estremi (T = tradizionale e S = semina su sodo) e le due
concimazioni N0 e N90. I terreni sono di tipo limo-argilloso, con una pendenza media del 10-15 %.
Sito di Serra de’ Conti: sistemi colturali a scala di microbacino fluviale in due sottobacini del fiume
Misa (Spescia di 80 ha e Bottiglie di 60 ha), gestiti secondo le agrotecniche ordinarie della zona.
L’area è stata interessata dalla applicazione su tutto il territorio dell’azione D3 del reg. CEE
2078/92 sulla tutela delle risorse idriche, nel quinquennio 1997-2001. L’area è caratterizzata da
terreni prevalentemente argillosi, i sistemi colturali prevalenti nei due microbacini sono basati su
seminativi (frumento duro, girasole, altri cereali autunno-vernini, erba medica, favino) e vite da
vino (verdicchio). Le colture annuali implicano il ricorso a frequenti lavorazioni del terreno che
comportano una elevata mineralizzazione della sostanza organica con conseguenti processi erosivi.
L’attività ha riguardato l’acquisizione e la memorizzazione dei dati climatici, pedologici e di
gestione colturale (lavorazioni, fertilizzazione, dati relativi alla semina, alla raccolta, alla
produzione utile raccolta, ecc.) necessari per le simulazioni con i modelli sui sistemi colturali. Per i
due microbacini, i dati sull’uso del suolo sono stati archiviati in un database georefenziato
contenente anche dati su topografia, ubicazione della rete scolante permanente e temporanea,
pendenze e ubicazione delle aree non coltivate (siepi, fossi permanenti, ecc.). I dati sui sistemi
colturali sono stati acquisiti negli anni precedenti mediante sistematiche rilevazioni di campo ed
interviste agli agricoltori su colture, epoche e modalità di esecuzione delle principali operazioni
colturali e produzioni.
2
Ortofoto dei microbacini di Spescia (a destra) e Bottiglie (a sinistra).
Uso del suolo dei microbacini di Spescia (a sinistra) e Bottiglie (a destra).
I dati climatici acquisiti sono quelli giornalieri della stazione climatica di Jesi (AN) e riguardano la
serie storica 1959-2006 relativamente a precipitazioni atmosferiche, temperatura massima e minima
dell’aria, umidità relativa dell’aria, velocità e direzione prevalente del vento. La radiazione solare è
stata generata con il software RadEst (Donatelli et al., 2003) a partire dai dati di temperatura
dell’aria.
Sono stati acquisiti i dati pedologici e le caratteristiche fisiche e chimiche delle 16 parcelle
sperimentali di Agugliano prescelte per le attività del primo anno (2 colture x 2 lavorazioni x 2
concimazioni azotate x 2 ripetizioni) e dei due microbacini (Corti et al., 2006) di Spescia e Bottiglie
(5 profili rappresentativi per ogni microbacino). La densità apparente (Bulk Density, oven dry) e le
caratteristiche idrologiche (contenuto idrico a Field Capacity, Wilting Point e Saturation, e la
3
Saturated Hydraulic Conductivity) sono state stimate con il software Soil Water Characteristics
(Saxton e Rawls, 2006).
Tipologie di suolo del microbacino Bottiglie, Serra de’ Conti, Ancona.
Legenda (Soil Survey Staff, 2003). THC = Typic Haplustepts, clayey, mixed, mesic; VHFL = Vertic Haplustepts, fine-
loamy, mixed, mesic; UHFL = Udic Haplustepts, fine-loamy, mixed, mesic; FHC = Fragic Haplustepts, clayey, mixed,
mesic; UHC = Udic Haplustepts, clayey, mixed, mesic.
Tipologie di suolo del microbacino Spescia, Serra de’ Conti, Ancona.
Legenda (Soil Survey Staff, 2003). THC = Typic Haplustepts, clayey, mixed, mesic; VHFL = Vertic Haplustepts, fine-
loamy, mixed, mesic; THFL = Typic Haplustepts, fine-loamy, mixed, mesic; TUFL = Typic Ustorhents, fine-loamy,
mixed, mesic; UVHF = Udertic Haplustepts, fine-loamy, mixed, mesic.
4
Si riportano a titolo di esempio i dati del profilo THC del microbacino Bottiglie e di due profili
rappresentativi delle parcelle sulle lavorazioni (P-6 semina su sodo, 0 kg/ha di N, e P7 lavorazione
tradizionale 90 kg/ha di N).
Profilo THC Bottiglie
Orizzonti Ap Bw1 Bw2 Bw3 Bw4
Parametri misurati *
Profondità orizzonte m 0.57 0.67 0.26 0.52 0.38
Bulk density g/cm3 1.2 1.55 1.56 1.56 1.6
Sabbia % 16 15 20 22 24
Limo % 44 43 44 42 44
Argilla % 40 42 36 36 32
Texture class SiC SiC SiCL CL CL
C organico % 0.81 0.67 0.76 0.45 0.22
Organic matter (C*1.724) % 1.4 1.2 1.3 0.8 0.4
Porosità % vol 51.1 38.2 38 38.3 37
Compattamento normal dense dense dense dense
CEC cmol/kg 28.7 28.8 28 27.5 27.4
pH 8.12 8.1 8.24 8.25 8.35
Calcium carbonate % 28.5 28.1 29.6 30 29.2
Parametri calcolati **
Bulk density g/cm3 1.35 1.49 1.53 1.57 1.63
Field capacity (33 kPa) % vol 38.8 38.9 36.5 35.9 33.9
Wilting point (1500 kPa) % vol 24.1 25.1 21.9 21.8 19.4
Saturation (0 kPa) % vol 48.9 44.1 42.1 40.8 38.6
Saturated hydraulic conductivity (Ks) mm/h 2.65 0.4 0.5 0.33 0.31
*Corti et al., 2006. ** Saxton e Rawls, 2006
5
Horizon Ap1 Ap2 Ap3 Bw1 Bw2 Bw3 BC1 Ap1 Ap2 Ap3 Bw1 Bw2 Bw3
Depth cm 0-5 cm 5-15 15-33 33-55 55-83 83-109 109-119 0-4 cm 4-16 16-38 38-56 56-84 84-119
Sample
P6-1 P6-2 P6-3 P6-4 P6-5 P6-6 P6-7 P7-1 P7-2 P7-3 P7-4 P7-5 P7-6
ID
Plot ID SM01 SM01 SM01 SM01 SM01 SM01 SM01 TM11 TM11 TM11 TM11 TM11 TM11
Tillage S S S S S S S T T T T T T
N applied
0 0 0 0 0 0 0 90 90 90 90 90 90
kg/ha
Clay g/Kg 467 472 467 466 477 526 524 517 488 482 470 530 541
Silt g/Kg 428 460 424 403 412 400 400 429 413 427 442 364 417
Sand
105 68 109 131 111 74 76 54 99 91 88 106 42
g/Kg
Texture
SiC SiC SiC SiC SiC SiC C SiC SiC SiC SiC C SiC
Class
Nitric N
1.65 0.92 0.81 0.89 0.67 0.32 0.42 2.49 1.76 2.62 1.65 2.11 1.13
mg/Kg
Total N
1.35 1.05 0.90 0.85 0.45 0.45 0.45 0.90 0.90 0.90 0.90 0.50 0.45
g/Kg
Org C
12.06 7.77 6.79 6.21 3.13 2.15 1.74 6.79 7.02 7.02 6.61 2.55 1.74
g/Kg
C/N 8.95 7.41 7.55 7.31 6.97 4.78 3.87 7.55 7.81 7.81 7.36 5.11 3.87
OM g/Kg 20.80 13.40 11.70 10.70 5.40 3.70 3.00 11.70 12.10 12.10 11.40 4.40 3.00
OM % 2.10 1.40 1.20 1.10 0.50 0.40 0.30 1.20 1.20 1.20 1.10 0.40 0.30
Total
33.7 32.4 34.9 33.3 34.1 33.7 33.3 32.7 33.9 32.7 32.3 32.7 32.7
CaCO3 %
++
Ca
4423 3922 2880 2636 2615 3096 2387 2414 1785 2680 2067 2181 1528
mg/Kg
CEC
26.6 23.7 19.1 21.7 18.7 27.7 26.8 17.8 15.0 19.2 16.6 23.7 25.2
meq/100g
P
available 31.4 6.3 5.8 3.2 1.7 1.6 1.7 13.5 13.1 14.1 9.6 1.1 2.3
mg/Kg
++
Mg
403 401 475 885 584 1200 1320 558 591 563 610 1300 1660
mg/Kg
Mg/K 3.2 5.3 7.2 17.5 10.7 24.5 22.8 5.2 5.2 5.1 6.1 19.5 23.7
pH 8.1 8.3 8.3 8.4 8.6 8.7 8.7 8.4 8.3 8.4 8.4 8.6 8.8
+
K mg/Kg 403 241 210 162 174 157 185 341 363 352 322 213 224
Na+
35 43 62 196 90 456 822 65 70 65 101 367 778
mg/Kg
WP %Vol
27.8 27.7 27.8 27.8 28.3 31.0 31.1 30.4 28.9 28.3 27.8 31.1 31.5
1500 kPa
FC
%Vol 33 41.5 41.8 41.6 40.6 41.1 43.2 43.2 43.5 42.4 42.1 40.8 43.1 43.6
kPa
Sat %Vol
52.2 52.0 51.1 45.7 45.7 48.1 47.9 53.4 51.7 51.7 46.4 47.3 49.0
0 kPa
Aw
0.14 0.14 0.14 0.13 0.13 0.12 0.12 0.13 0.14 0.14 0.13 0.12 0.12
cm/cm
Nelle tabelle seguenti si riportano come esempio i dati di gestione colturale del mais da granella, la
produzione delle colture in rotazione ed il coefficiente di raccolta “harvest index” che esprime il
rapporto tra produzione utile (granella/acheni) e la biomassa totale prodotta.
6
Gestione colturale del mais da granella
Trattamento Aratura Preparazione letto Concimazione fosfatica semina Concimazione N raccolta
semina
T N0 30 agosto. 2 affinamenti: 30 marzo. 10 aprile. Ibrido DK440. 30-set
http://www.monsanto.it/conten
t/prodotti/seeds/dekalb/PDF/D
K440.pdf
Aratro quadrivomere. 15 novembre e 5 aprile 70 kg ha-1 di P2O5 come 7.5 piante m-2
Prof. 35 cm con estirpatore e erpice perfosfato triplo (140
a denti rigidi. -1
kg ha ).
T N90 30 agosto. 2 affinamenti: 30 marzo. 10 aprile. Ibrido DK440. 25 aprile. 30-set
Aratro quadrivomere. 15 novembre e 5 aprile 70 kg ha-1 di P2O5 come 7.5 piante m-2 -1
90 kg ha di azoto
Prof. 35 cm con estirpatore e erpice perfosfato triplo (140 come nitrato ammonico
a denti rigidi. -1
kg ha ).
S N0 25 marzo. 30 marzo. 10 aprile. Ibrido DK440. 30-set
Disseccamento chimico 70 kg ha-1 di P2O5 come 7.5 piante m-2
con 3 l/ha di glifosate perfosfato triplo (140
(roundup) -1
kg ha ).
S N90 25 marzo. 30 marzo. 10 aprile. Ibrido DK440. 25 aprile. 30-set
Disseccamento chimico 70 kg ha-1 di P2O5 come 7.5 piante m-2 -1
90 kg ha di azoto
con 3 l/ha di glifosate perfosfato triplo (140 come nitrato ammonico
(roundup) -1
kg ha ).
Produzioni in t ha-1
Media modalità
FRUMENTO DURO (12 anni) Concimazione azotata
lavorazione
Modalità lavorazione 0 90 180
Tradizionale 1,8 (1,1 – 3,2) 3,9 (2,7 – 6,9) 4,7 (2,1 – 7,5) 3.5
Semina su sodo 1,7 (1,0 - 3,0) 3,5 (2,0 – 5,6) 3,9 (1,9 - 6,5) 3.0
Media concimazione azotata 1.8 3.6 4.3 3.2
MAIS (5 anni) prod. Media modalità
Concimazione azotata
mietitrebbia lavorazione
Modalità lavorazione 0 90 180
Tradizionale 1,70 (0,73 – 4,06) 2,52 (0,65 – 5,30) 3,41 (0,80 – 6,71) 2.54
Semina su sodo 1,06 (0,81 – 1,24) 1,69 (1,25 – 2,30) 2,19 (1,14 – 2,93) 1.65
Media concimazione azotata 1.42 2.06 2.81 2.10
Media modalità
MAIS (3 anni) prod. attesa Concimazione azotata
lavorazione
Modalità lavorazione 0 90 180
Tradizionale 2,5 (1,7 - 2,9) 3,6 (2,2 - 4,4) 5,0 (3,1 - 6,0) 3.7
Semina su sodo 1,2 (0,1 - 1,9) 2,6 (0,1 - 3,2) 2,9 (0,1 - 4,0) 2.2
Media concimazione azotata 2.2 3.5 4.1 3.3
Media modalità
GIRASOLE (7 anni) Concimazione azotata
lavorazione
Modalità lavorazione 0 90 180
Tradizionale 1.7 (0.9 - 2.9) 2.0 (0.9 - 3.9) 2.0 (0.9 - 3.5) 1.9
Semina su sodo 0.9 (0.3 - 2.0) 1.0 (0.4 - 2.4) 1.0 (0.2 - 1.9) 1.0
Media concimazione azotata 1.3 1.6 1.6 1.5
7
Harvest index
FRUMENTO DURO (6 anni) Concimazione azotata Media modalità
lavorazione
Modalità lavorazione 0 90 180
Tradizionale
0.37 (0.27 - 0.42) 0.38 (0.30 - 0.44) 0.37 (0.24 - 0.41) 0.37
Semina su sodo
0.39 (0.31 - 0.44) 0.40 (0.32 - 0.45) 0.39 (0.26 - 0.46) 0.39
Media concimazione azotata 0.37 0.38 0.38 0.38
MAIS (3 anni) Concimazione azotata Media modalità
lavorazione
Modalità lavorazione 0 90 180
Tradizionale
0.50 0.54 0.55 0.53
Semina su sodo
0.59 0.58 0.58 0.59
Media concimazione azotata 0.54 0.56 0.56 0.55
GIRASOLE (7 anni) Concimazione azotata Media modalità
lavorazione
Modalità lavorazione 0 90 180
Tradizionale
0.34 (0.29 - 0.37) 0.33 (0.26 - 0.39) 0.32 (0.26 - 0.37) 0.33
Semina su sodo
0.38 (0.30 - 0.44) 0.36 (0.21 - 0.43) 0.36 (0.25 - 0.43) 0.37
Media concimazione azotata 0.36 0.34 0.34 0.35
8
Sito di Berchidda: analisi degli effetti di lungo periodo di usi del suolo a crescente livello di
intensificazione, dall'erbaio autunno-vernino con pascolo, al vigneto con o senza inerbimento,
irrigato ed in asciutto, senza e con pascolamento di ovini, al pascolo arborato fino ai sistemi
seminaturali come la macchia mediterranea e la sughereta. Si tratta di terreni acidi costituiti da
sabbioni granitici, nella zona di produzione del Vermentino, di cui viene monitorata la gestione
agronomica. L’attività è finalizzata all’identificazione, delimitazione e caratterizzazione pedologica,
bioclimatica e vegetazionale di aree rappresentative dei sistemi produttivi agro-forestali
mediterranei, e allo studio dei possibili effetti sul C sink derivanti dai diversi usi del suolo .
Trattandosi di aree dove non erano disponibili studi pregressi, si è proceduto all’acquisizione dei
dati climatici, pedologici e di gestione agronomica in collaborazione con l’Università di Sassari.
Sono stati prelevati complessivamente 19 campioni di suolo: 4 su vigneto lavorato, 4 su quello
inerbito, 5 nel pascolo su erbaio di avena, 4 nel pascolo su erbaio misto, 2 nella sughereta. Nella
tabella seguente si riportano i dati relativi a due profili dei vigneti.
Unità di misura P rofilo 4 P rofilo 6
Land Use V IG NE T O L AV O R AT O V IG NE T O INE R B IT O
Profilo/Oriz
Ap Bw BC C Ap Bw C
zonte
Profondità cm 0-22 23-65 65-110 110-140> 0-25 25-80 80-120
Pendenza % 2-4 2-6
Scheletro (g/Kg) 647 640 587 747 348 539 495
(>2 mm)
Somma
(g/Kg) 783 808 905 938 793 884 800
Sabbia
Limo
(0,02÷0,002m (g/Kg) 112 78 5 17 102 55 65
m)
Argilla (g/Kg) 105 114 90 45 105 60 135
(
Relativamente al clima, sono stati resi disponibili i dati giornalieri della stazione di Monti dal 1985
al 2006, completi di precipitazioni atmosferiche e temperature massime e minime dell’aria. Anche
in questo caso la radiazione solare giornaliera è stata stimata con il modello RadEst.
E’ stata eseguita una prima cartografia di uso del suolo sulla base della classificazione del Corine
Land Cover, che è stata sovrapposta alle foto aeree disponibili, come supporto per la successiva
interpolazione e mappatura degli output dei modelli di simulazione e degli altri dati resi disponibili
mediante GIS.
Carta di uso del suolo dell'area di studio di Berchidda (Corine Land Cover)
Identificazione delle aree di studio di Berchidda su foto aerea del 2000.
10Identificazione delle aree di studio di Berchidda su foto aerea del 1977.
Il confronto tra le foto aeree del 2000 e quelle del 1977 mostra che i vigneti oggetto di studio nel
progetto 30 anni fa non esistevano, indicando il passaggio da una conduzione agropastorale come
quella dei pascoli erborati, ad un uso del suolo più conveniente dal punto di vista economico, come
quello del vigneto, ma sicuramente meno conservativo nei confronti della sostanza organica del
suolo e del carbon sink, almeno nei primi anni successivi all’impianto.
11Acquisizione ed analisi degli scenari di cambiamento climatico
E’ stata attivata una consulenza professionale con il dr. Francesco N. Tubiello della Columbia
University (NY, USA) per la generazione del clima, con modelli di circolazione generale, in scenari
futuri con maggiore concentrazione di CO2, a partire dal clima di base di lungo periodo acquisito.
Tali scenari, negli anni successivi, costituiranno l’input per nuove simulazioni con i modelli del
ciclo del carbonio e dell’azoto e saranno messi a disposizione delle altre UO del Progetto per studi
di laboratorio in condizioni controllate.
Nel dettaglio sono stati usati due modelli di circolazione generale che accoppiano gli effetti della
circolazione atmosferica e di quella oceanica: il GISS del Goddard Institute of Space Studies della
NASA (Hansen et al., 2000; 2002) e l’HadCM3 (Gordon et al., 2000) del Met Office dell’Hadley
Centre (UK).
A partire dalle serie storiche di Jesi per le Marche (1959-2006) e di Monti per la Sardegna (1985-
2006) sono stati generati i dati climatici corrispondenti a due scenari di riferimento tra quelli
indicati dall’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC, 2007): A2, che corrisponde ad un
cambiamento climatico marcato e B2, scenario moderato interpretabile come uno scenario di
mitigazione per mantenere la concentrazione di CO2 sotto le 600 ppm entro il 2100 ed il
riscaldamento globale intorno ai 2 °C.
Le previsioni sono riferite alle emissioni previste dall’IPCC al 2020, 2050 e 2080 con i due scenari
di riferimento prescelti, i cui corrispondenti livelli di concentrazione di CO2 sono i seguenti:
Scenario/anno riferimento 2020 2050 2080
A2 425 540 710
B2 410 480 555
Nelle tabelle e nei grafici seguenti si riportano le elaborazioni effettuate con i due modelli di
circolazione generale per gli anni di riferimento, rispetto al clima attuale, e dove: 2020 = media
decenni 2001-2010, 2011-2020, 2021-2030; 2050 = media decenni 2031-2040, 2041-2050, 2051-
2060; 2080 = media decenni 2061-2070, 2071-2080, 2081-2090.
Stazione di Jesi (AN) Marche
Aumenti mensili massimi di temperatura dell’aria
Scenario Anno GISS HadCM3 Mese
2020 1.11 1.99 ago
A2 2050 2.75 4.23 set/ago
2080 5.34 7.13 ago
2020 0.89 2.65 set/ago
B2 2050 1.94 3.98 giu/ago
2080 3.50 5.46 set/ago
Aumenti di temperatura dell’aria in estate e media annuale
Estate Valore annuale
Scenario Anno
GISS HadCM3 GISS HadCM3
2020 0.81 1.40 0.68 1.03
A2 2050 2.19 3.56 1.72 2.46
2080 4.47 6.36 3.50 4.48
2020 0.80 1.96 0.67 1.31
B2 2050 1.83 3.13 1.20 2.01
2080 3.04 4.59 2.36 3.00
12Variazione in % mensile massima delle precipitazioni atmosferiche
Scenario Anno GISS HadCM3 Mese GISS HadCM3 Mese
2020 -16.0 -28.1 giu/lug +19.2 +21.9 dic/nov
A2 2050 -28.1 -45.8 giu/lug +17.2 +11.7 gen/dic
2080 -43.8 -65.0 set/ago +18.3 +16.6 dic
2020 -12.4 -35.4 giu/set +7.2 +14.5 gen/ott
B2 2050 -29.1 -48.3 giu/ago +14.3 +19.8 nov/feb
2080 -33.6 -62.0 giu/ago +10.8 +33.0 gen/dic
Diminuzioni in % delle precipitazioni atmosferiche in estate e media annuale
Estate Valore annuale
Scenario Anno
GISS HadCM3 GISS HadCM3
2020 -10.3 -15.7 -1.3 -2.2
A2 2050 -23.7 -36.2 -7.0 -5.8
2080 -34.1 -50.3 -13.1 -16.8
2020 -8.1 -23.2 -1.3 -2.7
B2 2050 -1.4 -26.2 -6.0 -4.6
2080 -24.1 -35.1 -10.6 -5.7
Riepilogo delle variazioni climatiche 2020-2080 rispetto al clima attuale
Temperatura media dell’aria (+ °C) Precipitazioni atmosferiche (- in %)
Scenario Estate Valore annuale Estate Valore annuale
GISS HadCM3 GISS HadCM3 GISS HadCM3 GISS HadCM3
2020 0.81 1.40 0.68 1.03 10.3 15.7 1.3 2.2
A2
2080 4.47 6.36 3.50 4.48 34.1 50.3 13.1 16.8
2020 0.80 1.96 0.67 1.31 8.1 23.2 1.3 2.7
B2
2080 3.04 4.59 2.36 3.00 24.1 35.1 10.6 5.7
Nel futuro vicino, cioè al 2020, le temperature medie annuali aumenterebbero di circa 0.7 °C con il
modello GISS in entrambi gli scenari climatici, di 1-1.3 °C con il modello HadCM3. Le
corrispondenti precipitazioni atmosferiche diminuirebbero dell’1.3 % rispetto al clima attuale con il
GISS, del 2.2-2.7 % con l’HadCM3. La situazione climatica estiva risulterebbe naturalmente
differente, in quanto le temperature medie aumenterebbero di circa 0.8 °C con il modello GISS in
entrambi gli scenari climatici, di 1.4-2.0 °C con il modello HadCM3. Le precipitazioni atmosferiche
estive diminuirebbero dell’8.1-10.3 % rispetto al clima attuale con il GISS, del 15.7-23.2 % con
l’HadCM3.
Verso la fine del 21° secolo, cioè al 2080, ipotizzando che si giunga a porre realmente in atto le
misure di mitigazione contemplate nello scenario B2, le temperature medie annuali aumenterebbero
di 2.36 °C con il modello GISS, di 3.0 °C con il modello HadCM3. Le corrispondenti precipitazioni
atmosferiche diminuirebbero del 10.6 % rispetto al clima attuale con il GISS, del 5.7 % con
l’HadCM3. In estate le temperature medie aumenterebbero di circa 3.0 °C con il modello GISS di
4.6 °C con il modello HadCM3. Le precipitazioni atmosferiche diminuirebbero del 24.1 % rispetto
al clima attuale con il GISS, del 35.1 % con l’HadCM3.
137.5
7.0
6.5
6.0
5.5
5.0
4.5
Differenza °C
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Mesi
GISS A2 2020 GISS A2 2050 GISS A2 2080 Hadley A2 2020 Hadley A2 2050 Hadley A2 2080
Differenze mensili delle temperature medie con lo scenario A2 di cambiamento climatico (Jesi)
7.5
7.0
6.5
6.0
5.5
5.0
4.5
Differenza °C
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Mesi
GISS B2 2020 GISS B2 2050 GISS B2 2080 Hadley B2 2020 Hadley B2 2050 Hadley B2 2080
Differenze mensili delle temperature medie con lo scenario B2 di cambiamento climatico (Jesi)
146.5
6.0
5.5
5.0
4.5
4.0
Differenza °C
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
PRI EST AUT INV ANNO
GISS A2 2020 GISS A2 2050 GISS A2 2080 Hadley A2 2020 Hadley A2 2050 Hadley A2 2080
Differenze stagionali ed annuali delle temperature medie con lo scenario A2 di cambiamento
climatico (Jesi)
6.5
6.0
5.5
5.0
4.5
4.0
Differenza °C
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
PRI EST AUT INV ANNO
GISS B2 2020 GISS B2 2050 GISS B2 2080 Hadley B2 2020 Hadley B2 2050 Hadley B2 2080
Differenze stagionali ed annuali delle temperature medie con lo scenario B2 di cambiamento
climatico (Jesi)
1535
30
25
20
15
10
5
0
-5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
-10
Differenza %
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
-65
-70
Mesi
GISS A2 2020 GISS A2 2050 GISS A2 2080 Hadley A2 2020 Hadley A2 2050 Hadley A2 2080
Differenze mensili in % delle precipitazioni con lo scenario A2 di cambiamento climatico (Jesi)
35
30
25
20
15
10
5
0
-5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
-10
Differenza %
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
-65
-70
Mesi
GISS B2 2020 GISS B2 2050 GISS B2 2080 Hadley B2 2020 Hadley B2 2050 Hadley B2 2080
Differenze mensili in % delle precipitazioni con lo scenario B2 di cambiamento climatico (Jesi)
1625
20
15
10
5
0
PRI EST AUT INV ANNO
-5
Differenza %
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
GISS A2 2020 GISS A2 2050 GISS A2 2080 Hadley A2 2020 Hadley A2 2050 Hadley A2 2080
Differenze stagionali ed annuali in % delle precipitazioni con lo scenario A2 di cambiamento
climatico (Jesi)
25
20
15
10
5
0
PRI EST AUT INV ANNO
-5
Differenza %
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
GISS B2 2020 GISS B2 2050 GISS B2 2080 Hadley B2 2020 Hadley B2 2050 Hadley B2 2080
Differenze stagionali ed annuali in % delle precipitazioni con lo scenario B2 di cambiamento
climatico (Jesi)
17Stazione di Monti (OT) Sardegna
Aumenti mensili massimi di temperatura dell’aria
Scenario Anno GISS HadCM3 Mese
2020 0.94 1.05 ago
A2 2050 2.32 2.71 set/ago
2080 4.74 5.13 ago
2020 0.83 1.15 ago
B2 2050 1.57 2.22 lug/ago
2080 3.02 3.46 ago
Aumenti di temperatura dell’aria in estate e media annuale
Estate Valore annuale
Scenario Anno
GISS HadCM3 GISS HadCM3
2020 0.70 0.89 0.52 0.73
A2 2050 1.85 2.43 1.43 1.90
2080 3.94 4.56 3.06 3.54
2020 0.69 1.01 0.56 0.74
B2 2050 1.50 1.86 0.98 1.40
2080 2.62 3.05 1.98 2.25
Variazione in % mensile massima delle precipitazioni atmosferiche
Scenario Anno GISS HadCM3 Mese GISS HadCM3 Mese
2020 -24.7 -21.5 giu/feb +4.3 +27.4 gen/ott
A2 2050 -44.4 -41.9 giu +6.0 +20.1 nov/ott
2080 -56.0 -62.8 ago +5.2 +7.2 feb/dic
2020 -19.5 -48.6 giu/set +1.1 +9.1 feb/nov
B2 2050 -41.9 -32.5 giu/set +7.0 +20.9 nov/ott
2080 -54.0 -55.2 giu/ago +0.6 +26.5 gen/dic
Diminuzioni in % delle precipitazioni atmosferiche in estate e media annuale
Estate Valore annuale
Scenario Anno
GISS HadCM3 GISS HadCM3
2020 -16.63 -6.7 -9.6 -2.3
A2 2050 -34.4 -33.7 -16.4 -7.4
2080 -42.9 -46.8 -21.6 -25.5
2020 -14.9 -12.2 -8.6 -2.8
B2 2050 -27.6 -14.5 -13.7 -8.8
2080 -33.6 -40.4 -18.4 -10.1
18Riepilogo delle variazioni climatiche 2020-2080 rispetto al clima attuale
Temperatura media dell’aria (+ °C) Precipitazioni atmosferiche (- in %)
Scenario Estate Valore annuale Estate Valore annuale
GISS HadCM3 GISS HadCM3 GISS HadCM3 GISS HadCM3
2020 0.70 0.89 0.52 0.73 16.6 6.7 9.6 2.3
A2
2080 3.94 4.56 3.06 3.54 42.9 46.8 21.6 25.5
2020 0.69 1.01 0.56 0.74 14.9 12.2 8.6 2.8
B2 2.62 3.05 1.98 2.25 33.6 40.4 18.4 10.1
2080
Nel 2020, con i due scenari A2 e B2, le temperature medie annuali aumenterebbero di 0.52-0.56 °C
con il modello GISS, di 0.73-0.74 °C con il modello HadCM3. Le precipitazioni atmosferiche
diminuirebbero dell’8.6-9.6 % rispetto al clima attuale con il GISS, del 2.3-2.8 % con l’HadCM3.
Le temperature medie estive aumenterebbero di circa 0.7 °C con il modello GISS, di 0.89-1.01 °C
con il modello HadCM3. Le precipitazioni atmosferiche estive diminuirebbero del 14.9-16.6 %
rispetto al clima attuale con il GISS, del 6.7-12.2 % con l’HadCM3.
Nel 2080, con lo scenario B2, le temperature medie annuali aumenterebbero di 1.98 °C con il
modello GISS, di 2.25 °C con il modello HadCM3. Le precipitazioni atmosferiche diminuirebbero
del 18.4 % rispetto al clima attuale con il GISS, del 10.1 % con l’HadCM3. In estate le temperature
medie aumenterebbero di 2.62 °C con il modello GISS di 3.05 °C con il modello HadCM3. Le
precipitazioni atmosferiche diminuirebbero del 33.6 % rispetto al clima attuale con il GISS, del 40.4
% con l’HadCM3.
195.5
5.0
4.5
4.0
3.5
Differenza °C
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Mesi
GISS A2 2020 GISS A2 2050 GISS A2 2080 Hadley A2 2020 Hadley A2 2050 Hadley A2 2080
Differenze mensili delle temperature medie con lo scenario A2 di cambiamento climatico (Monti)
5.5
5.0
4.5
4.0
3.5
Differenza °C
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Mesi
GISS B2 2020 GISS B2 2050 GISS B2 2080 Hadley B2 2020 Hadley B2 2050 Hadley B2 2080
Differenze mensili delle temperature medie con lo scenario B2 di cambiamento climatico (Monti)
205.0
4.5
4.0
3.5
3.0
Differenza °C
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
PRI EST AUT INV ANNO
GISS A2 2020 GISS A2 2050 GISS A2 2080 Hadley A2 2020 Hadley A2 2050 Hadley A2 2080
Differenze stagionali ed annuali delle temperature medie con lo scenario A2 di cambiamento
climatico (Monti)
5.0
4.5
4.0
3.5
3.0
Differenza °C
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
PRI EST AUT INV ANNO
GISS B2 2020 GISS B2 2050 GISS B2 2080 Hadley B2 2020 Hadley B2 2050 Hadley B2 2080
Differenze stagionali ed annuali delle temperature medie con lo scenario B2 di cambiamento
climatico (Monti)
2140
35
30
25
20
15
10
5
0
-5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Differenza %
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
-65
Mesi
GISS A2 2020 GISS A2 2050 GISS A2 2080 Hadley A2 2020 Hadley A2 2050 Hadley A2 2080
Differenze mensili in % delle precipitazioni con lo scenario A2 di cambiamento climatico (Monti)
40
35
30
25
20
15
10
5
0
-5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Differenza %
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
-65
Mesi
GISS B2 2020 GISS B2 2050 GISS B2 2080 Hadley B2 2020 Hadley B2 2050 Hadley B2 2080
Differenze mensili in % delle precipitazioni con lo scenario B2 di cambiamento climatico (Monti)
2210
5
0
PRI EST AUT INV ANNO
-5
-10
-15
Differenza %
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
GISS A2 2020 GISS A2 2050 GISS A2 2080 Hadley A2 2020 Hadley A2 2050 Hadley A2 2080
Differenze stagionali ed annuali in % delle precipitazioni con lo scenario A2 di cambiamento
climatico (Monti)
10
5
0
PRI EST AUT INV ANNO
-5
-10
-15
Differenza %
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
GISS B2 2020 GISS B2 2050 GISS B2 2080 Hadley B2 2020 Hadley B2 2050 Hadley B2 2080
Differenze stagionali ed annuali in % delle precipitazioni con lo scenario B2 di cambiamento
climatico (Monti)
23Confronto dei due ambienti climatici
Dai dati riportati nelle tabelle si nota che nella stazione di Jesi nelle Marche si avrebbe un
cambiamento climatico dovuto soprattutto agli aumenti di temperatura, sempre maggiori rispetto
alla stazione di Monti in Sardegna, e che si attestano annualmente tra 0.67-1.31 °C nel 2020 e 2.36-
4.48 °C nel 2080.
In quest’ultima stazione, a fronte naturalmente di un aumento delle temperature, si assiste anche ad
una diminuzione consistente delle precipitazioni atmosferiche anche autunno-invernali, che in estate
superano il 16 % nel 2020 ed il 46 % nel 2090.
24Modelli matematici
Per lo studio dei sistemi colturali e dei processi di accumulo di carbonio nel suolo, l’UO-03 ha
prescelto il programma WinEPIC, versione con interfaccia Windows del modello di simulazione
EPIC (Environmental Policy Integrated Climate, Williams et al:, 1989), messo a punto dalla Texas
Agricultural Experiment Station, Blackland Research and Extension Center, (Temple, Texas, USA).
WinEPIC, che riunisce molti aspetti del modello CropMan (Crop Production and Management,
Gerik et al. 2004), è stato progettato appositamente per scopi di ricerca per l’analisi delle pratiche
colturali e dei sistemi colturali su produzione, qualità del suolo, qualità dell’acqua, erosione idrica
ed eolica, valutazione economica.
Nell’ultima versione del modello EPIC (Izaurralde et al., 2001) sono stati inseriti i concetti e le
equazioni del modello Century descritti da Parton et al. (1987, 1993, and 1994 per descrivere le
trasformazioni del C e dell’N nel suolo collegandoli all’erosione idrica ed alle lavorazioni del suolo.
Tutte le equazioni sono state adattate per il calcolo a scala giornaliera.
Sono già stati presi contatti con il Prof. Wyatte Harman del Blackland Research Center per uno
stage di formazione sul modello EPIC, che è stato programmato per il mese di settembre 2007. E’
iniziata pertanto la compilazione dei file necessari per le simulazioni con il modello nel formato
richiesto, principalmente quelli relativi a clima, suolo, colture, rotazioni, gestione colturale,
fertilizzanti, macchinari per le operazioni colturali (lavorazioni, semina, raccolta).
CONTROL TABLE EDITOR per gestire la simulazione, fissandone l’inizio e la durata,
l’irrigazione e la fertilizzazione automatica, la formula per il calcolo dell’evapotraspirazione e
numerosi altri parametri. Si possono creare più Control Table per gestire durate diverse della
simulazione, strategie di irrigazione differenti, ecc.
25La schermata CROPPING SYSTEMS, definisce una combinazione univoca per la rotazione
(ordine delle colture), come anche il tipo, l’epoca, la quantità e il metodo per ogni operazione
associata con la rotazione. Si possono anche creare nuovi sistemi colturali scegliendo tra varie
combinazioni delle tre componenti metodo di irrigazione, tipo di lavorazione e coltura.
Schermata CROP DATA, per impostare i parametri delle colture (generali, crescita, elementi
nutritivi, stress, produzione)
26EQUIPMENT/ACTIVITIES, per gestire le lavorazioni (principali e secondarie), la raccolta, la
tipologia di trattori, la semina, le modalità di irrigazione e di fertilizzazione, ecc.
Ogni attività può essere modificata/aggiunta da questa schermata.
27FERTILIZERS, per modificare/inserire i parametri dei fertilizzanti.
MANAGEMENT, per modificare una gestione (budget esistente) o per inserirne nuove: 1 to 4
Crops (Annual), Double Crop (Annual), Mono with Cover Crop (Annual) and 1 to 4 Crops
(Perennial)
28Schermate di editor per la gestione di una coltura di mais non irriguo, lavorazione del terreno
convenzionale.
29Schermata di input/modifica dei parametri del suolo.
Schermata riassuntiva per la creazione di una simulazione.
30Schermata di scelta delle simulazioni da generare in base a sistemi colturali, suoli, aree, stazione
climatica, User ID, azienda, località, oppure contemporaneamente tutte le simulazioni disponibili.
Esempio di scelta delle simulazioni da generare.
31Selezione delle tabelle di output.
Gli output sono memorizzati su file ACCESS, che si possono visualizzare globalmente oppure in
base a scelte definite dall’utente tramite l’interfaccia di WinEPIC ed esportate in formato Excel.
3233
Bibliografia
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Il coordinatore dell’Unita’ Operativa
Dr.ssa Rosa Francaviglia
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