Gli alberi svolgono un ruolo cruciale nell'intercettazione della CO2 atmosferica, immagazzinando il carbonio sotto forma di biomassa. L'entità di questo scambio gassoso varia in base all'età e allo stato di salute dell'albero, ma il bilancio netto di un ecosistema vegetale in equilibrio si mantiene stabile nel tempo. Tuttavia, le attività umane, come l'aumento delle emissioni di combustibili fossili e la gestione della biomassa, possono alterare questo equilibrio.
I boschi periurbani, i parchi cittadini e i giardini acquisiscono un'importanza crescente come accumulatori di CO2, contribuendo a contrastare l'aumento dei livelli di anidride carbonica nell'atmosfera. Questo ha portato i gestori di aree verdi urbane a considerare la possibilità di finanziare progetti di piantumazione alberi attraverso il mercato del carbonio, un mercato ora accreditato a livello internazionale.
Una delle principali preoccupazioni riguardo a tali progetti riguarda la loro efficienza in termini di costi. Una migliore comprensione di come le diverse variabili influenzino l'efficacia di questi programmi potrebbe aiutare a determinare se sia possibile migliorare i progetti attraverso scelte gestionali mirate o se fattori incontrollabili, come il clima, giochino un ruolo predominante nell'inserimento di questi progetti nei mercati dei crediti di carbonio.
Dal punto di vista biologico, la quantità di carbonio sequestrato dipende dal tasso di crescita e dalla mortalità delle piante, a loro volta influenzati dalla specie, dall'età, dalla struttura e dallo stato di salute. Alberi giovani accumulano CO2 rapidamente per alcuni decenni, mentre foreste antiche, o "old growth forests", possono rilasciare carbonio attraverso la decomposizione della biomassa morta, bilanciando la nuova crescita. Inoltre, piante sottoposte a stress, come siccità, possono ridurre la loro capacità di fissare CO2 chiudendo gli stomi per evitare la disidratazione.
Le piantagioni in ambiente rurale, grazie a una maggiore densità, accumulano circa il doppio di CO2 per unità di superficie (4-8 t/ha) rispetto a quelle urbane. Tuttavia, la crescita del singolo albero è maggiore in ambiente urbano, dove ogni pianta dispone di più spazio, con un sequestro di CO2 da 4 a 5 volte superiore rispetto agli alberi in foresta. L'accumulo può variare da 4 a 16 Kg/anno per piccoli alberi a lenta crescita, fino a circa 360 Kg/anno per alberi più grandi, correlato al loro ritmo massimo di accrescimento. Nonostante gli alberi a rapido accrescimento accumulino inizialmente più CO2, questo vantaggio può essere perso se la morte avviene in giovane età.
Il tasso di mortalità per le alberature stradali e in zone residenziali è purtroppo elevato, attestandosi tra il 10-30% nei primi cinque anni e poi dallo 0.5 al 3% annualmente. Una strategia per minimizzare le perdite è la selezione accurata di specie adatte al sito d'impianto, poiché specie non adatte tendono a subire stress con conseguente bassa efficienza nel sequestro di CO2.
Per un tipico albero in bosco, le frazioni di CO2 accumulate si distribuiscono mediamente per il 51% nel tronco, il 30% nei rami e il 3% nelle foglie. Le radici grosse (x>2mm) accumulano circa il 15-20% del carbonio totale, mentre nelle radici fini la quantità di carbonio è paragonabile a quella delle foglie. L'ammontare totale di CO2 accumulata negli alberi in una foresta urbana dipende da variabili quali la densità di copertura esistente, lo schema e la densità d'impianto. Ad esempio, a Sacramento (California), con un'alta densità d'impianto, la CO2 stoccata è di 172 t/ha, mentre a Oakland (California), meno densamente piantata, scende a 40 t/ha.
Il rilascio di CO2 dovuto ai processi vitali e alla manutenzione degli alberi è compensato dalla quantità sequestrata nella biomassa legnosa e dalle emissioni evitate grazie all'influenza degli alberi sulla climatizzazione degli edifici. L'effetto serra, fenomeno naturale essenziale per la vita sulla Terra, è causato dalla presenza di gas come l'anidride carbonica (CO2). Dagli anni '50-'60 si è osservato un aumento della concentrazione di questi gas nell'atmosfera, principalmente a causa delle attività umane come la combustione di carburanti fossili, la produzione di cemento e il disboscamento.
L'aumento della concentrazione dei gas serra, a partire dalla rivoluzione industriale, è considerato una delle cause principali dell'incremento della temperatura globale terrestre. I cambiamenti globali, indotti dalla rapida crescita demografica e dall'elevato consumo di risorse, alterano la struttura e le funzioni del sistema Terra. Il Comitato Intergovernativo sui Cambiamenti Climatici (IPCC) stima un ulteriore aumento della temperatura terrestre tra 1.4 e 5.8 °C nel periodo 1990-2100.
Dal momento in cui è stato reso pubblico il legame tra l'aumento dei gas serra e il riscaldamento globale, la limitazione delle emissioni e il sequestro della CO2 sono diventati una preoccupazione mondiale. L'adozione della Convenzione Quadro sui Cambiamenti Climatici delle Nazioni Unite nel 1994 e, successivamente, il Protocollo di Kyoto nel 1997, hanno sancito l'impegno dei firmatari a ridurre le emissioni di gas serra. Gli ecosistemi forestali giocano un ruolo fondamentale in questo impegno: da un lato, la diminuzione della copertura forestale contribuisce all'aumento dei gas serra; dall'altro, le foreste rappresentano gli ecosistemi terrestri con la maggiore capacità di sequestro di carbonio.
Il carbonio è costantemente in circolazione tra quattro grandi serbatoi: litosfera, idrosfera, biosfera e atmosfera. Per caratterizzare questi scambi, si definisce la nozione di "serbatoio" (pool), che può fungere da fonte (aumentando la quantità di C nell'atmosfera) o da pozzo (catturando il C dall'atmosfera). Una parte della CO2 emessa per responsabilità antropica viene assorbita negli ambienti marini e nella biosfera terrestre. Il bilancio del carbonio è rappresentato dalla quantità di C emessa rispetto a quella immagazzinata negli oceani, nel suolo e nei vegetali. I suoli sono i maggiori serbatoi di carbonio terrestre.
Le foreste sono gli ecosistemi in grado di immagazzinare la maggior quantità di carbonio per unità di superficie, attraverso la fotosintesi, le catene trofiche e la sostanza organica nel suolo. Le riserve di C degli ecosistemi terrestri si dividono in epigee (sopra il suolo) e ipogee (sottoterra, principalmente radici). Vaste quantità di C sono immagazzinate nel suolo sotto forma di radici e sostanza organica decomposta; i processi nel terreno influenzano il bilancio tra stoccaggio di C organico e rilascio di CO2.
Si stima che gli ecosistemi forestali fissino oltre il 90% del C terrestre mondiale. Le foreste tropicali sono i serbatoi più importanti, con circa 220 tonnellate di C ad ettaro, seguite dalle foreste temperate (150 t/ha), boreali (90 t/ha), praterie e savane (15 t/ha), e terreni agricoli (5 t/ha). Tecniche attuali per la misurazione della densità volumetrica del suolo presentano un errore del 10-20%, implicando un'incertezza negli stock globali di C nel suolo di 150-400 gigatonnellate.
Per una piena comprensione del bilancio del C, è consigliabile integrare diversi approcci di studio: dati esistenti, misure in campo, dati telerilevati, modelli meccanicistici e strutture analitiche integrate. Durante il processo fotosintetico, la pianta utilizza parte del C per aumentare la biomassa radicale, mentre una piccola quantità di C viene persa attraverso la respirazione e la decomposizione delle radici fini.
Circa il 75% del C terrestre totale è immagazzinato nel suolo, con i suoli forestali che trattengono circa il 40% del totale (suolo, lettiera e radici). Cambiamenti anche di piccola entità che influenzano gli accumuli di C in questi suoli possono avere un effetto significativo sul ciclo globale.
La sostanza organica del suolo (SOM) rappresenta la più grande riserva terrestre di carbonio (C), con 1500 miliardi di tonnellate di C organico, mentre nell'atmosfera sono presenti 720 miliardi di tonnellate di C sotto forma di anidride carbonica e solo 560 si trovano nella biomassa vegetale. L'uso di combustibili e la deforestazione hanno determinato una forte diminuzione della biomassa vegetale e della sostanza organica del suolo, con conseguente aumento dell'anidride carbonica in atmosfera.
La sostanza organica del suolo non è solo una fonte di nutrienti, ma anche un'enorme riserva di carbonio. Il suo ruolo è diventato centrale con l'aumento delle emissioni di CO2 e del conseguente aumento della temperatura. La sostanza organica del suolo è una miscela di composti derivati da piante e microrganismi a diversi stadi di degradazione.
La mineralizzazione della sostanza organica, favorita in ambienti ben aerati e con intensa attività biologica, porta alla decomposizione del materiale organico. L'umificazione porta alla formazione di macromolecole più resistenti alla degradazione. La velocità di degradazione è influenzata dalla resistenza intrinseca delle molecole, dalla loro interazione con la frazione minerale e dalle condizioni ambientali.
Le condizioni climatiche, come la disponibilità di acqua e la temperatura del suolo, influenzano notevolmente il turnover della sostanza organica. Climi freddi portano all'accumulo, mentre climi caldi determinano bassi contenuti di sostanza organica. Anche le proprietà del suolo, come la tessitura e la disponibilità di nutrienti, influenzano la velocità di decomposizione.
L'uso del suolo, in particolare le attività agricole, può portare a una riduzione del contenuto di C organico nel suolo a causa della diminuzione dell'apporto di materiale organico e dell'aumento delle perdite. Le lavorazioni del suolo, l'erosione e l'irrigazione sistematica stimolano l'attività microbica, portando a una drastica riduzione dei livelli di sostanza organica.
La sostanza organica ha un effetto diretto sulla crescita delle piante grazie alla sua influenza sulle proprietà fisiche, chimiche e biologiche del suolo. Migliora la struttura, la porosità, l'aerazione, il drenaggio e la capacità di ritenzione idrica. Influenza anche il colore e il pH del suolo.
Il mantenimento di un livello di equilibrio della sostanza organica richiede che la quantità di C che raggiunge il suolo sia approssimativamente uguale all'emissione di CO2 nell'atmosfera. In un suolo indisturbato, il contenuto di sostanza organica rimane costante, mentre in un ecosistema soggetto all'azione umana, l'equilibrio è spostato verso la perdita di C.
La Commissione Europea, attraverso la "Strategia tematica per la protezione del suolo" e la "Strategia del Suolo per il 2030", riconosce la diminuzione del carbonio organico nei suoli come una grave minaccia e punta a favorire l'accumulo di carbonio organico per mitigare i cambiamenti climatici.
Le foreste, in particolare le faggete, rappresentano ecosistemi importanti per l'incremento dello stock di carbonio. Il sequestro del carbonio può essere favorito incrementando lo stock di carbonio negli alberi, nel legno morto e nel suolo. Strategie come il diradamento forestale e l'uso del biochar possono contribuire ad aumentare la quantità di carbonio immagazzinato.
Il carbonio organico nel suolo è fondamentale per la fertilità, la produttività delle colture e il bilancio climatico. Esso contribuisce alla formazione di aggregati, migliora la struttura, aumenta la capacità di scambio cationico e stimola l'attività microbica, favorendo la disponibilità di nutrienti.
In agricoltura, il mantenimento o l'incremento del Carbonio organico del suolo richiede strategie che combinino apporto di biomassa, riduzione delle perdite e promozione di una microbiologia del suolo efficiente. Il Carbonio organico risponde in modo relativamente rapido a tali pratiche colturali.
Il ciclo del carbonio è un processo fondamentale per la vita sulla Terra, attraverso il quale il carbonio viene scambiato tra la geosfera, l'idrosfera, la biosfera e l'atmosfera. Gli organismi autotrofi, come gli alberi e il fitoplancton, producono composti organici utilizzando l'anidride carbonica attraverso la fotosintesi. Il carbonio viene trasferito nella biosfera quando gli organismi eterotrofi si nutrono di altri organismi. La maggior parte del carbonio lascia la biosfera attraverso la respirazione, che rilascia biossido di carbonio.
L'immagazzinamento di carbonio nella biosfera è influenzato da processi su varie scale temporali. Il carbonio può essere immagazzinato per centinaia di anni negli alberi e migliaia di anni nel suolo. Molto si deve ancora apprendere sul ciclo del carbonio nell'oceano profondo.
I mari contengono circa 36.000 miliardi di tonnellate di carbonio, in gran parte sotto forma di ione bicarbonato. Lo scambio di carbonio tra atmosfera e oceano è importante per controllare il pH degli oceani e può avvenire in entrambe le direzioni, fino a raggiungere l'equilibrio chimico.
Il carbonio in natura è presente in due isotopi stabili, 12C e 13C. Il processo di fotosintesi avviene più facilmente con molecole contenenti 12C, portando a un impoverimento in 13C nel carbonio organico prodotto dalle piante. La decomposizione della materia organica nel suolo porta alla produzione di anidride carbonica con un contenuto di 13C inferiore a quello atmosferico.
La principale prova dell'influenza umana sul ciclo del carbonio è costituita dalle emissioni di gas di scarico derivanti dalla combustione dei combustibili fossili, che trasferiscono carbonio dalla geosfera all'atmosfera. L'alterazione dei terreni e la deforestazione hanno ridotto la capacità degli ecosistemi di rimuovere il carbonio in eccesso dall'atmosfera.
Tuttavia, un aumento dei livelli di CO2 nell'atmosfera può anche portare a una maggiore produzione primaria lorda. Gli esseri umani influenzano anche il ciclo del carbonio oceanico, modificando gli ecosistemi a causa dell'aumento delle temperature oceaniche e dell'inquinamento.
Mini lezione: il ciclo del carbonio
La sostanza organica del suolo (SOM) è la più grande riserva terrestre di carbonio, superando di gran lunga quella presente nella biomassa vegetale e nell'atmosfera. La sua importanza come riserva di carbonio è emersa chiaramente con l'aumento delle emissioni di CO2 e del conseguente riscaldamento globale.
La SOM è composta da residui vegetali e animali in vari stadi di decomposizione, cellule, tessuti e sostanze prodotte da radici e microrganismi. Mediamente, il Carbonio organico rappresenta circa il 55-60% della sostanza organica del suolo.
Il carbonio organico nel suolo è al centro del ciclo biogeochimico di questo elemento, governando i flussi di CO₂ tra suolo e atmosfera attraverso i processi di fotosintesi, respirazione e decomposizione. Contribuisce alla formazione e stabilizzazione di aggregati, migliorando struttura, porosità, infiltrazione e capacità di trattenere acqua.
Aumenta la capacità di scambio cationico dei suoli, favorendo la ritenzione di nutrienti. Stimola l'attività microbica, favorendo la disponibilità per le piante di elementi nutritivi insolubilizzati. La presenza di sostanza organica ben distribuita favorisce micro-habitat eterogenei, capaci di ospitare comunità batteriche e fungine complementari.
Questi processi riducono la quota di Carbonio organico che i microrganismi riescono a respirare, aumentando la permanenza del Carbonio nel suolo. In agricoltura, il mantenimento o l'incremento del Carbonio organico del suolo richiede strategie che combinino apporto di biomassa, riduzione delle perdite e promozione di una microbiologia del suolo efficiente.
Il Carbonio organico risponde in maniera relativamente rapida a tali pratiche colturali, mentre il Carbonio inorganico è più influenzato da fattori climatici. La carbonatazione, processo pedogenetico che porta alla precipitazione di carbonato di calcio, avviene in concomitanza con variazioni delle condizioni di temperatura, pH, attività metabolica della pedofauna e precipitazioni.
La Direttiva europea 2025/2360 sul monitoraggio e la resilienza del suolo pone la perdita di carbonio organico come fattore di degrado primario. Viene posto come valore obiettivo sostenibile non vincolante il rapporto CORG/argilla >1/13. Al di sotto di questo valore un suolo viene considerato degradato.
La conoscenza del contenuto attuale di carbonio organico dei suoli permette di valutare lo stato qualitativo dei suoli e di stimarne i potenziali di accumulo o perdita in seguito a variazioni d'uso o a modifiche di gestione. Diverse cartografie regionali descrivono il contenuto di carbonio organico nei suoli, fornendo indicazioni sullo stato di fertilità e sulla capacità di potenziale accumulo o perdita di CO2.
Il carbonio organico del suolo rappresenta il principale serbatoio di tale elemento negli ecosistemi terrestri. La sua importanza risiede nel suo ruolo nei cicli biogeochimici, nella formazione e stabilizzazione degli aggregati del suolo, nel miglioramento delle sue proprietà fisiche e chimiche, e nel supporto all'attività microbica.
In agricoltura, il mantenimento o l'incremento del Carbonio organico del suolo è cruciale per la sostenibilità dei sistemi colturali. Questo si ottiene attraverso pratiche che favoriscono l'apporto di biomassa, riducono le perdite e promuovono una microbiologia del suolo efficiente nella ritenzione del carbonio.
La sostanza organica, agendo sulla struttura del suolo, riduce la formazione di croste superficiali, aumenta la velocità di infiltrazione dell'acqua, riduce lo scorrimento superficiale e facilita la penetrazione delle radici vegetali. Favorisce inoltre la ritenzione idrica e influenza il regime di temperatura del suolo.
La presenza di sostanza organica influenza anche il pH del suolo e la sua capacità di filtrare metalli pesanti e pesticidi. Il ciclo della sostanza organica è estremamente complesso e comprende numerosi cicli più semplici, tra cui il ciclo del carbonio.
La sostanza organica svolge numerose funzioni essenziali per la vita del suolo e delle piante: è fonte di energia per i microrganismi, conserva e fornisce nutrienti, trattiene elementi nutritivi, stabilizza le particelle del suolo riducendo l'erosione, migliora la struttura e la porosità, e riduce gli effetti negativi degli inquinanti.
La CO2 viene fissata dall'attività fotosintetica delle piante e accumulata nel suolo sotto forma di sostanza organica. Questo ruolo del suolo nel ciclo del carbonio è riconosciuto dalle convenzioni internazionali.
Le strategie europee per la protezione del suolo mirano a contrastare la diminuzione del carbonio organico, considerata una grave minaccia. La Direttiva europea 2025/2360 sul monitoraggio e la resilienza del suolo identifica la perdita di carbonio organico come fattore di degrado primario.
Le cartografie regionali del carbonio organico dei suoli forniscono dati essenziali per la gestione e le politiche di protezione e conservazione, permettendo di valutare lo stato qualitativo dei suoli e i loro potenziali di accumulo o perdita di CO2.
Il carbonio organico del suolo è la frazione contenuta nei composti organici che si compone di residui vegetali e animali in vari stadi di decomposizione, essudati radicali e biomassa microbica. Esso governa i flussi di CO₂ tra suolo e atmosfera.
Il carbonio organico contribuisce alla formazione e stabilizzazione di aggregati del suolo, migliorando struttura, porosità, infiltrazione e capacità di trattenere acqua. Aumenta la capacità di scambio cationico, favorendo la ritenzione di nutrienti.
Stimola l'attività microbica, aumentando la disponibilità di nutrienti insolubilizzati per le piante. Favorisce la formazione di micro-habitat eterogenei, capaci di ospitare comunità microbiche diverse e complementari.
Questi processi riducono la quota di Carbonio organico che i microrganismi respirano, aumentando la permanenza del Carbonio nel suolo. In agricoltura, il mantenimento o l'incremento del Carbonio organico del suolo richiede strategie mirate.
Il Carbonio organico risponde in modo relativamente rapido a pratiche colturali specifiche, mentre il Carbonio inorganico è più influenzato da fattori climatici.
Il carbonio immagazzinato nei suoli urbani, come parchi e giardini, rappresenta una componente importante del bilancio di carbonio. La stima di questo stock di carbonio è fondamentale per valutare il contributo delle aree verdi alla mitigazione dei cambiamenti climatici.
La gestione delle aree verdi urbane può essere ottimizzata per massimizzare il sequestro di carbonio, attraverso la scelta di specie appropriate, la densità d'impianto e pratiche di manutenzione sostenibili.
Il carbonio organico immagazzinato nei suoli (carbon stock) fornisce indicazioni sulla quantità di carbonio organico attualmente presente e sulla capacità di potenziale accumulo o perdita di CO2 in seguito a cambiamenti d'uso o a diversa gestione agronomica.
Le carte del carbonio organico potenziale immagazzinabile nei suoli forniscono una valutazione dell'entità delle possibili variazioni dello stock di carbonio, a parità di suolo, gestione, uso e clima.
La dotazione di sostanza organica dei suoli descrive in termini qualitativi il contenuto di sostanza organica in funzione della tessitura del suolo, utilizzata per orientare la concimazione organica e migliorare le qualità del suolo nel rispetto dell'ambiente.
La sostanza organica del suolo, formata da una miscela eterogenea di residui organici, presenta caratteristiche chimico-fisiche e velocità di decomposizione diverse a seconda del tipo di vegetazione, del clima, delle proprietà del suolo e del tipo di uso.
L'orientamento verso l'accumulo o verso la mineralizzazione della sostanza organica dipende da un delicato equilibrio che può essere preservato soltanto se l'intervento dell'uomo tiene conto di tutti i fattori che concorrono ai due processi.