Vigna Guidi: prevediamo come gli incendi influiscono sull'erosione e la fertilità di un terreno
Direttore dell'Istituto per la Chimica del Terreno

Da quali esigenze nasce l'Istituto per la Chimica del Terreno e qual è la sua attività?

L'Istituto fu fondato nel 1969 per trasformazione in Laboratorio di un Centro di Studio preesistente ed, infine, assunse la denominazione attuale nel 1979.

Alla fine degli anni '60 cominciava ad essere chiara la necessità che i sistemi complessi, come il suolo, potevano essere studiati solo mediante un approccio interdisciplinare. Per questo motivo, l'esigenza pressante di affrontare e risolvere i numerosi problemi relativi ai processi di carattere chimico, biochimico e fisico, responsabili del mantenimento di un adeguato livello di fertilità nel terreno agrario, fu risolta mediante la creazione di un Istituto dove l'attività di ricerca unisse, in maniera integrata, competenze provenienti dai settori disciplinari di chimica, agraria e biologia.

In alto: parcella sperimentale attrezzata prima del fuoco per lo studio dei parametri di incendi e misure di erosione del suolo In basso: idem durante l'incendio sperimentale controllato e monitorato Nella figura successiva: idem dopo il passaggio del fuoco

L'ICT è rimasto per molti anni l'unico Istituto del CNR incaricato di svolgere ricerche ad ampio spettro sul suolo e quindi, di conseguenza, le tematiche iniziali si sono dovute ampliare nel corso del tempo per mantenere aggiornata l'attività del CNR in questo campo, recependo le modifiche avvenute nel quadro di riferimento nazionale ed internazionale. In particolare, all'attività di carattere specificatamente agrario si sono prima affiancate, e poi diventate prevalenti, altre tematiche di più ampio interesse ambientale, per tenere conto della crescente considerazione sull'importanza del suolo come comparto ambientale, in strettissima relazione con quelli di aria e acqua.

L'attività scientifica dell'ICT si articola attualmente in sei linee di ricerca. La prima prende in esame la fertilità del suolo; l'approccio seguito prevede l'individuazione dei parametri enzimatici che possano fungere da marcatori, la valutazione dei processi di umidificazione della sostanza organica di diversa origine e lo studio dell'attività metabolica del suolo.

La seconda linea ha come scopo di chiarire i rapporti esistenti tra i residui aggiunti (pesticidi, rifiuti, composti organici, ecc.) al suolo e il ciclo degli elementi nutritivi ed è attualmente impegnata nella verifica degli effetti di alcuni idrocarburi poliaromatici sulle trasformazioni dell'azoto e nella messa a punto di un modello matematico per valutare il movimento dei residui nel suolo.

L'argomento della terza linea di ricerca è quello della struttura e della degradazione fisica del suolo ed è in fase avanzata lo studio dei meccanismi di aggregazione e delle condizioni fisico-chimiche e biologiche che determinano il degrado strutturale del suolo.

La quarta linea di ricerca prende in esame l'argomento della chimica dei metalli pesanti nel suolo e nei vegetali e, per individuare i pericoli ambientali derivanti da questi elementi e i meccanismi del loro inserimento nella catena alimentare, sta procedendo all'individuazione dei parametri che regolano il comportamento chimico, fisico e biochimico dei metalli pesanti nel suolo e la loro trasferibilità nei vegetali.

La tematica affrontata nella quinta linea di ricerca è relativa all'impatto di incendi su ecosistemi agro-forestali e si sta svolgendo attraverso la valutazione dei meccanismi che si instaurano dopo il passaggio del fuoco e che regolano l'evoluzione dei suoli percorsi da incendi, per il possibile recupero delle condizioni pre-incendio.

L'obiettivo della sesta linea di ricerca, che indaga le interazioni tra salinità e proprietà chimico-fisiche del suolo, è la valutazione della suscettibilità dei suoli alla degradazione strutturale e alla riduzione delle proprietà di flusso sotto condizioni salino-sodiche.

A queste ricerche svolte nell'ambito dell'attività ordinaria si affiancano quelle, molto importanti anche per l'autofinanziamento dell'Istituto, svolte nei Progetti Strategici del CNR e nei contratti nazionali ed internazionali. Riguardo quest'ultimo punto, l'ICT è attualmente coinvolto in due progetti della UE, uno sulle interazioni tra cambio di uso del suolo e incendi boschivi e l'altro sul riciclo di materiale di imballaggio, ottenuto con sottoprodotti della concia delle pelli, mentre si è appena concluso un progetto sul monitoraggio di siti inquinati mediante tecniche geofisiche innovative ed è in fase di contrattazione a Bruxelles un altro progetto sull'uso della phytoremediation, ossia il ricorso alle piante per la depurazione del suolo. Questo sistema può essere considerato una metodologia soft per decontaminare suoli inquinati da metalli pesanti.

Quali sono i più significativi risultati raggiunti e quali quelli caratterizzati da maggiore applicabilità?

Tralasciando i risultati ottenuti nel passato, mi limiterò a prendere in esame solo quelli più significativi e che presentano una validità sia per il presente sia per il futuro.

È stato trovato che lo stato di fertilità biochimica del suolo può essere descritto attraverso opportuni marcatori specifici. Tra questi biomarcatori il parametro più idoneo è risultato l'indice DH/WSC, definito potenziale metabolico, calcolato dal rapporto tra l'enzima deidrogenasi e il carbonio solubile in acqua. Questa metodologia è già stata applicata con successo in varie tipologie di suoli, diverse situazioni colturali, climi e sistemi di rigenerazione di suoli degradati, effettuati mediante l'uso di vermicompost, opportunamente preparato da residui organici selezionati. I marcatori biochimici e le pratiche di rigenerazione vengono attualmente utilizzate in progetti di protezione dei suoli dall'erosione e dalla desertificazione in America Latina e in Spagna.

L'influenza degli idrocarburi poliaromatici sul ciclo dell'azoto è stata descritta mediante un modello che permette di ricavare le costanti di trasformazione delle varie specie azotate e che fa uso degli arricchimenti isotopici determinanti nei vari comparti del sistema suolo-pianta. Questo modello si è dimostrato meno soggetto ad errori rispetto ad altri modelli in cui vengono utilizzate le concentrazioni invece degli arricchimenti isotopici.

In collaborazione con colleghi dell'Istituto di Fisica Atomica e Molecolare (IFAM) del CNR di Pisa, sono stati costruiti due prototipi, uno da laboratorio e uno da campo, per la determinazione della rugosità superficiale del suolo mediante tecniche non invasive a luce laser. Questi apparecchi presentano una notevole flessibilità d'uso, in quanto i vari parametri operativi relativi all'acquisizione ed elaborazione dei dati sono modificabili da computer mediante programmi opportunamente preparati. In particolare, lo strumento da campo ha permesso di descrivere in modo preciso la conformazione di letti di semina prodotti da diverse macchine operatrici, fornendo un dato nuovo ed originale per quello che concerne la valutazione della qualità del lavoro svolta da tali macchine.

È stata messa a punto una procedura per la valutazione della pericolosità ambientale dei metalli pesanti in siti contaminati, basata sulle forme chimiche mobili del suolo. Questa metodologia è già stata applicata con successo in diverse situazioni ambientali: caratterizzazione del livello di inquinamento nelle operazioni di bonifica di siti contaminati da metalli pesanti; nelle fasi di scelta delle tecnologie impiegabili, con particolare riguardo alla phytoremediation; in siti minerari per definire la pericolosità ambientale derivante dalle elevatissime concentrazioni presenti negli sterili minerali e per valutare i fenomeni di trasferibilità dei metalli pesanti a specie vegetali resistenti a concentrazioni estreme.

Nel caso degli incendi forestali è stato possibile stabilire che, in funzione delle quantità di calore assorbito, si producono nel suolo delle trasformazioni reversibili, parzialmente reversibili o irreversibili. Queste ultime aumentano l'erodibilità del suolo ed è stato trovato che la soglia di rischio è attorno a 500· C. Tenendo conto anche della dinamica dei nutrienti del suolo in funzione dell'intensità dell'incendio, sono state elaborate due equazioni che permettono di prevedere lo stato di fertilità e l'erosione attesa in terreni percorsi da incendi. Queste due equazioni sono costruite in modo da poter essere gestite da computer ed entrano a far parte di un programma informatico di previsione degli incendi sull'ecosistema.

Gli studi sui rapporti tra salinità e proprietà chimico-fisiche del suolo hanno portato alla creazione di un modello matematico capace di caratterizzare il processo di flusso (la penetrazione di un fluido nel suolo), in condizioni di saturazione, in presenza di modificazioni strutturali all'interno della matrice solida. I parametri ottenibili dal modello possono essere utilizzati per valutare la suscettibilità dei diversi tipi di suolo alla degradazione strutturale in differenti condizioni idrologiche e ambientali e possono servire nella prevenzione dei fenomeni erosivi e nella conservazione della capacità produttiva.

Che rapporti ci sono con la realtà locale e, più in generale, con quella nazionale?

Come ho già detto precedentemente, l'ICT è stato per molti anni l'unico Istituto del CNR che si occupava esclusivamente di ricerche sul suolo e quindi si è dovuto far carico di tutta una serie di problematiche che prescindevano dalla localizzazione territoriale e, in molti casi, anche da quella nazionale ma che era stato opportuno affrontare per la loro attualità e rilevanza scientifica. A questo bisogna aggiungere la necessità di trovare fondi esterni che si aggiungessero alle insufficienti dotazioni ordinarie, con la conseguenza che le località interessate da studi sul campo erano limitate a quelle dove era stato possibile trovare finanziamenti in loco. È comunque opportuno puntualizzare la scarsa sensibilità, generalizzata in Italia a tutti i livelli politici e decisionali, per il suolo, inteso come soggetto che deve essere studiato con un approccio scientifico e non trattato con superficialità.

Malgrado tutto, nel corso degli anni non sono tuttavia mancati esempi di collaborazione fruttuosa con enti pubblici e aziende private della Toscana anche se, nella grande maggioranza, sono riferibili ad aspetti specifici del tema generale dei rifiuti e dell'inquinamento da loro prodotto.

Ad esempio, nella zona della provincia di Pisa, che è uno dei poli italiani per la lavorazione della pelle, è in corso ormai da molti anni un'attività sui problemi di riciclaggio e recupero di sottoprodotti della lavorazione del cuoio, che coinvolge la Provincia, i Comuni, i gestori degli impianti di depurazione ed i responsabili delle concerie.

Inoltre, rapporti con le Amministrazioni Provinciali di Pisa e Livorno e con ditte private hanno riguardato problemi relativi alla valutazione di pericolosità ambientale di discariche e al controllo dell'inquinamento puntuale e diffuso.

Per quanto riguarda il livello nazionale, diversi ricercatori sono membri di commissioni dei Ministeri dell'Ambiente, della Sanità e dell'Agricoltura, dove svolgono azione di consulenza e di raccordo dell'attività, anche internazionale, portata avanti dai vari soggetti interessati.

Quali sono i progetti per il futuro anche in vista della ristrutturazione dell'Ente?

L'ICT si è appena trasferito nei nuovi locali dell'Area della Ricerca. La possibilità di poter disporre di una sede adeguata alle sue necessità rafforza la posizione dell'Istituto nel settore di competenza e dovrebbe fornire finalmente l'opportunità per procedere ad un potenziamento dell'organico, come ripetutamente richiesto dal Consiglio Scientifico. È auspicabile che nella riforma del CNR, in corso di attuazione, il problema del personale diventi il punto centrale del processo di ristrutturazione, pena un profondo scadimento dell'attività di ricerca in tempi relativamente brevi.

Per quanto riguarda l'ICT, la maggior parte del personale è stato assunto nei primi anni Settanta e, solo recentemente, è stato possibile ricostituire il numero dei ricercatori presenti circa dieci anni fa, mediante l'assunzione a contratto di due unità di personale laureato, mentre sono ancora scoperti tre posti di personale tecnico.

In considerazione del ruolo fondamentale e insostituibile che la risorsa suolo, difficilmente rinnovabile, riveste sia dal punto di vista della tutela e dell'uso sostenibile del territorio sia da quello delle attività agricole, è da ritenere di grande rilevanza che il nostro Istituto e l'Istituto per la Genesi e l'Ecologia del Suolo (IGES) vadano a confluire in un unico organismo, anche se è altamente auspicabile la realizzazione di una aggregazione più ampia di Organi che renda possibile affrontare in maniera interdisciplinare tematiche di ricerca affini o complementari (dinamica suolo-acqua, microbiologia ed ecologia microbica, impatto ambientale di (bio)tecnologie e pratiche agronomiche, interazioni con altri ecosistemi agro-forestali) per le quali il suolo risulta comunque una componente importante.

Deve comunque essere sottolineato che le competenze presenti nell'ICT e nell'IGES consentono già da ora di svolgere attività di ricerca che possono essere punti di riferimento nazionali ed internazionali per gli aspetti di ricerca di base relativi a chimica, biochimica, pedologia e classificazione del suolo. Queste competenze hanno permesso, e permetteranno anche nel futuro, di affrontare con la necessaria correttezza scientifica gli aspetti più applicativi e di immediato interesse per la collettività, come la prevenzione delle catastrofi idrogeologiche, la lotta alla desertificazione, l'individuazione di indicatori ambientali, la messa a punto di nuove metodologie di indagine e di disinquinamento di siti contaminati, la protezione del suolo come risorsa non rinnovabile.