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Forest@ - Journal of Silviculture and Forest Ecology
vol. 3, pp. 488-495 (Dec 2006)

Research Articles

Carbon stocks and productivity in forest plantations (Kyoto forests) in Friuli Venezia Giulia (Italy)

Alberti G.(1)Corresponding author, Marelli A.(1), Piovesana D.(1), Peressotti A.(1), Zerbi G.(1), Gottardo E.(2), Bidese F.(2)

 

Abstract

Aboveground biomass, increment and carbon stock in a 36 forest plantations chronosequence of different ages were quantified. Results have been extrapolated in time using the Richard’s model. Maximum carbon stock was measured in 23 years old plantations (37 tC ha-1) and annual carbon stock rate occurs at 9 years (3.4 tC ha-1 year-1). After this age it decreases to reach 0.40 tC ha-1 year-1 at 23 years after plantation.

Keywords: Above-ground biomass, Carbon stocks, Plantations, Friuli Venezia Giulia, Allometry

 

Introduzione 

La Regione Autonoma Friuli Venezia Giulia, attraverso l’applicazione della misura 06 del Reg. CEE 2080/92 e l’applicazione delle misure h ed i del Piano di Sviluppo Rurale 2000-2006 (PSR), ha favorito la realizzazione di impianti di specie legnose con scopi diversi su terreni agricoli e non agricoli nella pianura friulana. Gli obiettivi di tali misure sono i medesimi (produzione legnosa, assorbimento di CO2 atmosferica, miglioramento ambientale e paesaggistico, diversificazione dei redditi agricoli, ecc.) se si eccettua il fine specifico della misura h del PSR di ridurre le produzioni agricole eccedenti. Come messo in evidenza da Siardi & Alberti ([15]), le misure sopra citate hanno dato la possibilità di spaziare da un approccio di tipo marcatamente produttivo (pioppeti ed arboreti specializzati per la produzione legnosa) ad uno a maggiore valenza paesaggistico-ambientale (impianti misti di latifoglie).

Per quanto riguarda la fissazione della CO2 atmosferica, le piantagioni così realizzate stanno immagazzinando carbonio nella loro componente epigea ([12]), mentre non sono ancora completamente chiariti i meccanismi a livello del suolo. Infatti, i fattori più importanti che influenzano i cambiamenti del carbonio nel suolo sono il precedente uso del suolo, il clima e il tipo di vegetazione che si instaura dopo la conversione ([11]). Per esempio, Guo & Gifford ([7]) riportano un aumento del carbonio nel suolo nel caso di passaggio da terreno agricolo a piantagione forestale, ma riportano una diminuzione nel passaggio da pascolo a bosco di neoformazione. Inoltre, per poter rilevare delle differenze statisticamente significative nello stock di carbonio a livello del suolo, è necessario attendere un periodo che in genere è dell’ordine di 5-10 anni ([13]). Il protocollo di Kyoto all’articolo 3.3, prevede la possibilità per i Paesi firmatari di controbilanciare le loro emissioni antropiche attraverso attività di riforestazione o di afforestazione che favoriscano l’accumulo di CO2 atmosferica sotto forma di biomassa vegetale o di sostanza organica nel suolo. Anderle et al. ([3]) hanno stimato che nel periodo 1990-2000 siano stati realizzati circa 148.000 ha di impianti con finanziamento pubblico sull’intero territorio nazionale. Siardi & Alberti ([15]) limitatamente al solo Friuli Venezia Giulia, hanno stimato una superficie interessata pari a 916 ha in seguito all’attuazione del Piano di Sviluppo Rurale nel solo periodo 2000-2002. Della superficie riportata in questo ultimo studio, circa 139 ha sono rappresentati da impianti misti di latifoglie e 683 ha da pioppeti. I dati più aggiornati forniti dalla Direzione Centrale risorse agricole, naturali, forestali e montagna della Regione Autonoma Friuli Venezia Giulia riguardo il livello di attuazione dei diversi regolamenti europei nonché delle leggi regionali sono riportati in Tab. 1. Da questi dati si evince che il ruolo delle piantagioni di pianura nel sequestro del carbonio non è quindi da trascurare, ma può rivestire un importante ruolo non solo a livello regionale ma anche nel bilancio nazionale del carbonio ([9]).

 
Tab. 1 - Ettari realizzati per tipologia di intervento pubblico e tipologia di impianto (fonte: Direzione Centrale risorse agricole, naturali, forestali e montagna della Regione Autonoma Friuli Venezia Giulia).
 

 

 

Materiali e metodi 

 

Descrizione dell’area di studio

La ricerca è stata condotta all’interno della pianura udinese (Fig. 1). L’unità di indagine considerata nel presente lavoro è coincisa con singole particelle catastali o insiemi di particelle contigue uniformi dal punto di vista delle caratteristiche del soprassuolo. La scelta del campione ha riguardato le misure 06 del Reg. 2080/92 e la sottomisura h.1 (impianto di boschi misti a ciclo lungo) del Piano di Sviluppo Rurale del Friuli Venezia Giulia. La scelta dei singoli impianti è stata effettuata utilizzando i database messi a disposizione dalla Direzione centrale risorse agricole, naturali, forestali e montagna del Friuli Venezia Giulia (Dir. For.) e seguendo i seguenti criteri:

 
Fig. 1 - Area di studio. I punti indicano gli imboschimenti campionati.
 

     

  • diversa età di impianto;
  • rappresentazione uniforme delle diverse collocazioni geografiche;
  • adeguato numero di repliche per ciascuna età, estensione e collocazione geografica;
  • accessibilità e disponibilità della documentazione.

In totale sono stati scelti 36 impianti per una superficie realizzata pari a 102.2 ha (Tab. 2). La maggior parte delle superfici che sono state destinate alla realizzazione degli imboschimenti dai singoli proprietari è rappresentata da seminativi o seminativi arborati ([19]).

 
Tab. 2 - Numero di impianti campionati e superficie per età di impianto.
 

 

La temperatura media annua nell’area di indagine è di 13.5°C e le precipitazioni variano da 1100 a 1500 mm anno-1 a seconda della latitudine.

 

Determinazione dei punti di campionamento

Sulla base delle ortofoto del 2003 messe a disposizione dalla Dir. For., si è proceduto alla georeferenziazione dei singoli imboschimenti. Quindi è stata creata una maglia di punti di 50x50 m da sovrapporre all’intera area di indagine e, per quanto riguarda i punti ricadenti all’interno di ciascun imboschimento prescelto, ne sono stati scelti in maniera casuale 5 evitando le zone di margine in quanto caratterizzate in genere da accrescimenti delle piante diversi da quelli riscontrabili all’interno. In ogni punto dei cinque individuati, è stata realizzata un’area di saggio circolare con raggio di 10 m (superficie = 314 m2) al cui interno si è proceduto ai rilievi dendrometrici esposti di seguito. In totale sono stati campionati 1570 m2 per ciascun impianto. Nel caso in cui all’interno della piantagione ricadessero meno di 5 punti, il rilievo è stato condotto sull’intera superficie scartando l’area di margine pari ad almeno 2 file dall’esterno dell’imboschimento.

 

Rilievi dendrometrici, stima della massa e degli incrementi

Il calcolo della capacità di ciascun imboschimento di sequestrare carbonio è stata quantificata attraverso una tecnica inventariale. Infatti, all’interno di ciascuna area di saggio, si è proceduto all’identificazione delle specie presenti, del numero posti pianta occupati, dell’origine dei fusti (seme, pollone, ricaccio), degli spazi pianta vuoti, al rilievo del diametro ad 1.30 m a partire da 2 cm, alla determinazione dell’altezza totale e dell’altezza della prima biforcazione o del primo ramo di grosse dimensioni (d > 3 cm) inserito sul fusto. Il volume legnoso (fusto fino a 3 cm in punta) e la massa legnosa (fusto e rami) sono state stimate attraverso l’utilizzo di equazioni specie-specifiche costruite su un campione di 78 piante distribuite nei diversi imboschimenti di età superiore ai 7 anni e scelte tra le specie più utilizzate negli impianti (23 frassini, 18 ciliegi, 19 noci e 18 aceri). Il modello perequativo utilizzato per la stima della biomassa (M in kg) è stato (eqn. 1):

 
\begin{equation} \Delta B = a_i D_{1.30}^{b_1} \end{equation}

in cui D è il diametro ad 1.30 m (cm) e a e b sono coefficienti.

Il volume di ogni singola pianta è stato determinato attraverso la misura della circonferenza per sezioni di 0.50 m fino a 3 cm in punta e all’applicazione della formula dell’Heyer quindi è stato utilizzato il seguente modello perequativo (eqn. 2):

 
\begin{equation} V=f \cdot \frac{D}{100} \cdot H = f \cdot G \cdot H \end{equation}

in cui f è il coefficiente di forma, D è il diametro ad 1.30 m (cm), H è l’altezza totale (m) e G è l’area basimetrica (m2). I volumi misurati sono anche stati confrontati con quelli stimati attraverso la tavola di cubatura generica per fustaie transitorie di latifoglie del Friuli Venezia Giulia ([6]).

Per una trattazione dettagliata sulla metodologia utilizzata per la stima della biomassa e del volume delle singole piante nonché del metodo statistico per la determinazione dei coefficienti della regressione si rimanda a Zianis & Mencuccini ([21]) ed Alberti et al. ([2]). Nel presente studio, al fine di evitare una sovrastima di M, è stata utilizzata un’interpolazione non-lineare ([10], [20]). I coefficienti a e b dell’eqn. 1 sono quindi stati stimati sulla base di una regressione non-lineare utilizzando un metodo iterativo Gauss-Newton modificato in STATA 7.0 (© STATA Corporation, College Station, Texas, USA) ([2]).

La quantità di carbonio immagazzinata è stata ottenuta moltiplicando la massa legnosa per un coefficiente pari a 0.50. L’andamento del volume e del contenuto totale di carbonio nel tempo è stato descritto attraverso il modello logistico di Richard ([5], [8] - eqn. 3):

 
\begin{equation} V = B_{max} \left[ 1-exp(a \cdot t)\right]^b \end{equation}

in cui B è la variabile di interesse (volume in m3 ha-1 o carbonio in tC ha-1), Bmax è il valore massimo di quella variabile, a e b sono coefficienti di scala, t è l’età dell’impianto. Sia Bmax che a e b sono stati stimati usando un metodo iterativo Gauss-Newton modificato in STATA 7.0 (© STATA Corporation, College Station, Texas, USA).

Sulla base dell’eqn. 3, sono state determinate le curve di sviluppo dell’incremento medio (im) e dell’incremento corrente (ic) sia per il volume che per il carbonio definite dalle seguenti equazioni (eqn. 4 e eqn. 5):

 
\begin{equation} i_m = \frac{B_t}{t} \end{equation}
 
\begin{equation} i_c = B_t - B_{t-1} \end{equation}

in cui Bt è il valore della variabile considerata (volume o carbonio) all’anno t e Bt-1 è il valore della variabile considerata l’anno precedente.

Sul campione di 78 piante scelte in occasione degli abbattimenti per la costruzione delle relazioni allometriche, sono state prelevate le rotelle basali al fine di stimare l’età esatta di ciascuna pianta e gli accrescimenti diametrici. Ciascuna rotella è stata opportunamente levigata con mola a carta vetrata per facilitare l’identificazione degli anelli. Attraverso l’utilizzo di un microscopio 2x e il Dendrotab2003 è stata quindi effettuata la lettura degli incrementi secondo un’opportuna direzione radiale mediante il software T-Tools. A partire dai dati di incremento diametrico rilevato sulle rotelle prelevate dalle piante abbattute sono state effettuate le seguenti analisi:

  • l’incremento diametrico dell’ultimo anno è stato espresso come media degli ultimi tre anni per minimizzare l’incidenza della variabilità del dato dovuta all’andamento climatico del singolo anno;
  • al diametro attuale (D1.30) è stato sottratto tale valore di incremento ottenendo il valore del diametro 1 anno prima (D(t-1));
  • utilizzando le equazioni allometriche elaborate è stata determinata la massa legnosa attuale per ogni pianta abbattuta (Bt) e quella corrispondente all’anno precedente (B(t-1));
  • sottraendo il valore di massa legnosa al tempo t-1 a quella al tempo t si è ottenuto il valore di incremento di massa legnosa nell’ultimo anno per ogni pianta (Δ B);

È stata determinata la relazione tra ΔB e D1.30 attraverso l’utilizzo dell’equazione (eqn. 6):

 
\begin{equation} \Delta B = a_1 D_{1.30}^{b_1} \end{equation}

in cui a e b sono coefficienti di scala.

L’applicazione dell’eqn. 6 ai dati diametrici rilevati per ciascuno dei 34 imboschimenti censiti, ha consentito quindi la determinazione dell’incremento reale di biomassa ad ettaro nell’ultimo anno.

 

Risultati 

La densità media ad ettaro negli imboschimenti esaminati è pari a 1690 ± 29 ceppaie ha-1. La composizione specifica è piuttosto varia anche se, mediamente, si ha una prevalenza del frassino maggiore (Fraxinus exclesior L.), del ciliegio (Prunus avium L.), dell’acero campestre (Acer campestre L.) e della farnia (Quercus robur L. - Fig. 2). L’altezza media delle piante messe a dimora varia linearmente (R2 =0.93, P<0.01) con l’età dell’impianto andando da 3.2 m a 3 anni fino a 13.5 m a 22 anni e con un incremento medio di 54 cm anno-1. Ad eccezione della quercia, le altre specie principali sopra citate hanno pressappoco la stessa altezza alle diverse età dall’impianto (Fig. 3). Allo stesso modo l’altezza di inserzione della chioma varia linearmente con l’altezza totale (R2 = 0.94, P<0.01). La maggiore mortalitàè stata registrata a carico dell’ontano nero (Alnus glutinosa, 12%) e del platano (Platanus sp.p., 18%).

 
Fig. 2 - Contributo medio percentuale delle diverse specie alla densità complessiva. La densità media totale di impianto è pari a 1690 ± 29 piante ha-1.
 

     

 
Fig. 3 - Sviluppo dell’altezza delle diverse specie con frequenza > 8%. Media ± errore standard.
 

     

Per quanto riguarda le relazioni allometriche, in Tab. 3 sono riportati i valori dei coefficienti derivanti dai dati sperimentali: in tutti i casi, le relazioni trovate sono statisticamente significative (P<0.01). Il modello esponenziale per la stima della biomassa (B=a Db) è appropriato poiché la relazione tra il logaritmo del diametro e il logaritmo della biomassa variano linearmente (dati non riportati). Il volume legnoso varia da 3.3 m3 ha-1 a 3 anni di età fino a 138.0 m3 ha-1 a 23 anni (Fig. 5). Secondo il modello applicato, l’incremento medio annuo di volume è massimo a 14 anni (7.6 m3 ha-1 anno-1) mentre l’incremento corrente culmina a 9-10 anni (13.5 m3 ha-1 anno-1) per poi abbassarsi a 1.12 m3 ha-1 anno-1 a 23 anni.

 
Tab. 3 - Coefficienti delle relazioni allometriche per specie.
 

 

 
Fig. 5 - Curva di sviluppo del volume, incremento medio ed incremento corrente di volume. Le barre indicano l’errore standard. V = 140 [1-exp (-0.25 età)] 9.09 (n = 7, R2 = 0.97, P<0.001).
 

     

Gli incrementi correnti di biomassa legnosa anidra stimati attraverso l’applicazione del modello di Richard sono in genere superiori a quelli misurati nella realtà fatta eccezione per gli impianti più vecchi (Fig. 6). Questa differenza è probabilmente legata al fatto che per la stima degli incrementi reali sono state considerate in fase di abbattimento solo le specie principali (frassino, acero, ciliegio e noce) ed i dati sono stati estesi anche alle altre specie, mentre specie a più rapido accrescimento (per es., l’olmo siberiano) che, in alcune piantagioni, erano presenti in numero non indifferente, non sono state campionate e quindi se ne è sottostimato l’accrescimento.

 
Fig. 6 - Curva di sviluppo della biomassa in funzione dell’età di impianto (sopra - B = 80 [1-exp(-0.21 età)]5.4, R2 = 0.97, P<0.001). Incremento corrente (Ic) e medio (Im) derivanti dall’applicazione del modello di Richard e valori di incremento corrente misurati (Ic misurato - sotto). Le barre verticali indicano l’errore standard.
 

     

In termini di carbonio, lo stock nella biomassa epigea (fusti e rami) varia da 1.5 a 37.3 tC ha-1 rispettivamente a 3 e 23 anni di età (Fig. 7). L’accumulo di carbonio è massimo a 9-10 anni (3.4 tC ha-1 anno-1) per poi diminuire gradualmente fino a 0.4 tC ha-1 anno-1 a 23 anni.

 
Fig. 7 - Curva di accumulo del carbonio nella biomassa epigea (fusto e rami), incremento corrente ed incremento medio. Le barre indicano l’errore standard. C = 40 [1-exp (-0.21 età)]5.39 (n = 7, R2 = 0.96, P<0.001).
 

     

 

Discussione e conclusioni 

I parametri a e b delle relazioni allometriche per la stima della biomassa determinati con l’analisi non lineare, sono simili a quelli riportati da Ter-Mikaelian & Korzukhin ([16]) per tutte le specie esaminate ed il coefficiente b è sempre compreso tra 2 e 3 ([18]). Confrontando la tavola di cubatura realizzata nel presente studio raggruppando tutte le specie con quella riportata da Del Favero et al. ([6]) si può notare come quest’ultima sottostimi il volume unitario (-15%; Fig. 4) a causa delle differenti condizioni di accrescimento dovute al fatto che essa è stata costruita per boschi montani e non per impianti di pianura.

 
Fig. 4 - Confronto tra la tavola di cubatura realizzata nel presente studio per le piantagioni di pianura e quella riportata da Del Favero et al. ([6]) per i boschi misti di latifoglie del Friuli Venezia Giulia.
 

     

Il valore di incremento corrente di volume legnoso massimo è comparabile con il valore di 12 m3 ha-1 anno-1 riportato da Schober ([14]) per boschi misti di farnia, frassino maggiore e rovere in Germania, ma è molto inferiore ai 42 m3 ha-1 anno-1 riportati per cloni di pioppo in Pianura Padana ([4]). Se si considera l’incremento medio annuo di volume legnoso, quello massimo stimato nel presente studio (7.6 m3 ha-1 anno-1) è comparabile a quello riportato da Siardi (1998) per boschi misti autoctoni della bassa pianura friulana. La produttivitàè quindi piuttosto elevata anche se la culminazione dell’incremento avviene piuttosto precocemente probabilmente a causa dell’elevata densità di questi popolamenti che in nessun caso sono stati sottoposti ad interventi di diradamento o di utilizzazione.

I valori di incremento corrente di massa legnosa anidra derivanti dall’applicazione del modello di Richard e quelli derivanti da misure in campo mostrano lo stesso andamento e mettono in evidenza come, in assenza di diradamenti / utilizzazioni, la massa a 23 anni sia prossima a quella massima possibile.

Per quanto riguarda la capacità di fissazione del carbonio, Magnani et al. ([9]) hanno stimato un accumulo di carbonio nella massa epigea in un bosco misto all’età di 12 anni pari a 1.8 tC ha-1 anno-1. Gli stessi autori hanno messo in evidenza come i valori di scambio netto dell’ecosistema rilevati all’età di 9-11 anni corrispondano al picco massimo atteso. Nel caso degli imboschimenti esaminati nel presente studio, alla stessa etàè stato misurato un tasso annuo di fissazione pari a 2.7 tC ha-1 anno-1, ma, contrariamente a quanto messo in evidenza nello studio precedentemente citato, il tasso di accumulo annuo è ormai in fase decrescente. Infatti il picco massimo di accumulo si verifica intorno ai 9 anni dall’impianto.

Anderle et al. (2002) nella loro analisi sulla capacità di assorbimento della CO2 dei rimboschimenti realizzati tra il 1990 ed il 2000 hanno previsto un tasso di accumulo di 0.63 Mt CO2 anno-1 pari a ad un valore di circa 4.25 tC ha-1 anno-1, molto più elevato dell’incremento medio annuo massimo di C fissato stimato nel presente studio (2.1 tC ha-1 anno-1). I valori misurati sono invece simili a quelli riportati da Alberti ([1]) in una cronosequenza costituita da popolamenti di neoformazione nelle Prealpi Giulie (1.8 tC ha-1 anno-1).

In conclusione, i risultati qui riportati mettono in evidenza l’importanza dell’arboricoltura da legno nel bilancio del carbonio. Tuttavia, è necessario sottolineare come il massimo tasso di accumulo annuo di carbonio si raggiunga piuttosto precocemente in assenza di adeguate cure colturali (diradamenti / utilizzazioni) che dovrebbero consentire un prolungamento della fase di forte accrescimento. Inoltre, i dati riportati nel presente studio suggeriscono come short rotation con turni inferiori ai 12 anni riescano a mantenere sempre elevato l’accumulo di massa legnosa e quindi di carbonio nel tempo. Popolamenti di questo genere consentirebbero di ottenere principalmente biomassa per scopi energetici ed andrebbero quindi trattati a ceduo con turni brevi in modo da ottenere un rapido accrescimento in fase giovanile e massimizzare l’incremento corrente. Per quanto riguarda, invece, popolamenti con una composizione specifica caratterizzata da una dominanza di ciliegio, noce e frassino, l’impiego di opportune cure colturali quali diradamenti e potature potrebbero favorire l’ottenimento a fine turno di materiale di elevata qualità e quindi di elevato valore commerciale.

 

Ringraziamenti 

Si ringraziano il personale della Direzione centrale risorse agricole, naturali, forestali e montagna della Regione Autonoma Friuli Venezia Giulia, i proprietari degli imboschimenti oggetto dell’indagine e Diego Chiabà per la collaborazione durante l’esecuzione dei rilievi in campo.

 

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