Il bilancio dei nutrienti in una foresta è fondamentalmente diverso da quello dei terreni soggetti a una produzione agricola. Mentre in agricoltura i raccolti avvengono ogni anno con la relativa esportazione di nutrienti, nelle aree forestali la raccolta del legname viene eseguita a intervalli molto più lunghi, da diversi anni fino a decenni, sull’arco di cicli produttivi (rotazioni) che durano anche 100 o più anni. In questo modo i nutrienti presenti negli alberi rimangono a lungo all’interno dell'ecosistema forestale e, a dipendenza della strategie di raccolta del legname adottate, viene esboscata e asportata dall’ecosistema solo una quota più o meno importante della biomassa presente.
Nei terreni agricoli viene praticata una fertilizzazione intensiva, che soddisfa l'elevato fabbisogno di nutrienti e compensa le perdite di questi ultimi connesse con i raccolti. Nelle foreste svizzere questa concimazione è vietata dalla legge (Legge forestale del 1991). È quindi importante utilizzare con parsimonia i nutrienti disponibili, soprattutto perché in Svizzera le foreste spesso sono presenti su stazioni povere di nutrienti a causa della gestione pregressa.
Fig. 1: Catasta di legna da ardere composta anche da ramaglia e sterpaglie: poiché la maggior parte delle sostanze nutritive è immagazzinata all’interno delle foglie, dei rametti e della corteccia, l'asportazione di sostanze nutritive aumenta notevolmente con le utilizzazioni di legname da ardere rispetto alla raccolta di assortimenti di legname da opera. Foto: Thomas Reich (WSL)
Perdita di nutrienti aumentando le utilizzazioni di legname da energia
Negli ultimi anni, le utilizzazioni di legname a scopi energetici sono aumentate nelle foreste svizzere, soprattutto sull'Altopiano. Poiché gran parte delle sostanze nutritive è immagazzinata nelle foglie, nei rami e nella corteccia, la rimozione dei nutrienti aumenta in modo significativo intensificando la raccolta di alberi interi.
La Figura 2 illustra queste relazioni prendendo quale esempio l'abete rosso: rispetto a un esbosco che riguarda solo il legname commercializzabile, vale a dire i tronchi con un diametro maggiore a 7 cm e privi di corteccia, con l’utilizzazione di alberi interi, che oltre a tutti gli assortimenti legnosi dei fusti commercializzabili comprende anche gran parte degli aghi e della ramaglia e la corteccia, dai popolamenti boschivi viene esportato un quantitativo di biomassa solamente 1,4 volte superiore. Se si considera invece la sola componente della sostanze nutritive, con la raccolta di alberi interi vengono sottratti dal soprassuolo da 3 a 9 volte più nutrienti. Queste proporzioni si riscontrano approssimativamente anche nelle faggete, dove la raccolta del legname avviene tradizionalmente allo stato deciduo.
Fig. 2: Asportazione di biomassa e di nutrienti, causato dall’utilizzazione di un popolamento di abete rosso di 120 anni in Austria (Englisch e Reiter 2009). In un confronto tra le due varianti estreme, la rimozione di biomassa aumenta solo di un fattore di 1,4, mentre la rimozione di nutrienti aumenta di un fattore compreso tra 3 e 8,5.
La crescente domanda di legname registrata negli ultimi anni in molte regioni ha comportato delle utilizzazioni legnose molto più intensive. In questo contesto, gli assortimenti legnosi meno pregiati che finora rimanevano all’interno degli ecosistemi forestali vengono sempre più spesso prelevati per scopi energetici. In linea di principio, una maggiore rimozione di biomassa comporta un aumento dell'asportazione di sostanze nutrienti. Le probabili conseguenze sono la diminuzione dei nutrienti disponibili nel suolo, l'acidificazione dei terreni e la riduzione della crescita degli alberi.
Nel caso di utilizzazioni di legname troppo intensive, c'è il rischio che nelle stazioni forestali più povere di nutrienti, l'apporto di sostanze nutritive alle generazioni boschive successive non sia più sostenibile. Espresso in altri termini significa cioè che sono prelevate più sostanze nutritive di quelle naturalmente presenti nel suolo, aggiunte a quelle rifornite dalle precipitazioni o dalle deposizioni atmosferiche. Allo stesso tempo, vi sono comunque diverse stazioni forestali che sono molto ben provviste di nutrienti e nelle quali le utilizzazioni legnose intensive possono avvenire senza alcuna preoccupazione per l'approvvigionamento di nutrienti. È pertanto importante identificare sia le stazioni che non comportano problemi, sia quelle più sensibili.
La situazione dei nutrienti nei suoli forestali svizzeri
Una panoramica rappresentativa della composizione dei nutrienti nei suoli forestali svizzeri è fornita da un inventario sistematico dei terreni, che è stato eseguito nel 1993 su un reticolo di campionamento di 8 × 8 km. Quali rappresentanti di tutti i nutrienti, in tale ambito sono stati considerati i cationi basici calcio, magnesio e potassio e la loro percentuale rispetto alla capacità totale di scambio cationico, la cosiddetta saturazione delle basi. La Figura 3 mostra la saturazione basica media dei 172 profili del terreno oggetto dell'inventario dei suoli, in funzione del valore medio del pH del suolo e della frequenza relativa delle varie classi di saturazione basica.
Fig. 3: A sinistra: Saturazione basica (cationica) media in funzione dei valori medi di pH dei 172 profili di suolo (campionati in profondità fino alla roccia madre) secondo un reticolo di campionamento di 8 x 8 km, eseguito durante il primo inventario dei suoli forestali del 1993. La saturazione basica media è un valore medio ponderato della saturazione delle basi presenti in tutti gli orizzonti di un profilo del terreno, tenendo conto della quantità e della densità di terra fine presente in ciascun orizzonte. Il pH medio è stato calcolato utilizzando le concentrazioni di protoni e la stessa ponderazione della saturazione basica. A destra: frequenza relativa delle classi di saturazione in basi, suddivise secondo ampiezze di 10 punti percentuali.
La classe di saturazione delle basi compresa tra il 90 e il 100 % è quella che presenta il maggior numero di suoli (59 %). Quasi tre quarti di tutti i suoli hanno una saturazione basica superiore al 50%. Si tratta di suoli non troppo acidi che possono essere classificati come ben provvisti in termini di nutrienti. Tuttavia, la saturazione basica (o cationica) è un valore relativo (espresso in %) che non dice nulla sulla quantità assoluta di cationi nutritivi effettivamente presenti nei suoli. Pertanto, la saturazione media delle componenti basiche è stata considerata anche in funzione della capacità di scambio cationico.
Entrambe le considerazioni conducono al risultato che 31 dei 172 siti totali esaminati (il 18%) si trovano in una fascia di saturazione basica inferiore al 20% e hanno una capacità di scambio cationico decisamente bassa, inferiore a 50 mmolc/kg di suolo. Si tratta di condizioni nelle quali è lecito attendersi una carenza assoluta di cationi basici e nelle quali, in caso di utilizzazioni di legname intensive, il principio di una presenza sostenibile di nutrienti potrebbe non essere rispettato con una certa probabilità. Dal punto di vista geografico, questi 31 siti si trovano principalmente sulle rocce cristalline del massiccio dell'Aar e sugli gneiss e i micascisti del Ticino. Dei pochi siti situati sull'Altopiano centrale, oltre il 50% di quelli valutati come problematici, si trova su vecchie morene e su loess e molasse superiori d'acqua dolce localizzabili nella regione del Napf.
Queste acquisizioni mostrano che lo stato nutritivo dei suoli forestali svizzeri è sostanzialmente buono. Ciò è dovuto al fatto che gran parte del Paese si trovava sotto i ghiacci durante l'ultima glaciazione e che pertanto, i processi di formazione dei suoli sono ricominciati partendo dai sedimenti di roccia mista depositati appena dopo il ritiro dei ghiacciai, avvenuto circa 10’000-15’000 anni fa. Al contrario, i suoli provenienti da rocce madri acide o da sedimenti del Pleistocene medio-iniziale e che non sono rimasti sepolti sotto ai ghiacciai durante l'ultima glaciazione, sono più acidificati e di conseguenza più poveri di nutrienti rispetto ai suoli che hanno avuto origine dai sedimenti giovani del Pleistocene. Per questi siti, in caso d’interventi di raccolta di legname intensivi, si raccomanda maggiore attenzione nel bilanciare i nutrienti del suolo, tenendo conto di tutti i flussi e dei pool di nutrienti più significativi.
Pool e flussi di nutrienti significativi per mantenere i suoli in equilibrio
Negli ecosistemi forestali, i nutrienti immagazzinati nel suolo – assieme all'apporto idrico e alla disponibilità di calore - sono fattori determinanti per la fertilità di una stazione e di riflesso, per la crescita e il mantenimento della capacità produttiva dei popolamenti arborei presenti. Pertanto, essi rappresentano una componente molto importante del capitale produttivo, che dovrebbe essere preservata senza restrizioni in un’ottica di sostenibilità. Le conseguenze ancora persistenti di precedenti forme di utilizzo dei suoli (ad esempio, la raccolta dello strame per la lettiera, il pascolo di aree forestali), soprattutto in stazioni fortemente acidificate, dimostrano i gravi danni a lungo termine all'ecosistema, che possono verificarsi se le riserve di nutrienti sono ridotte al minimo.
Le variazioni degli stock di nutrienti presenti nei suoli forestali avvengono di solito gradualmente e possono quindi essere rilevate solo in modo impreciso tramite inventari successivi e comunque solo sull’arco di periodi temprali piuttosto lunghi. Pertanto, i bilanci input/output dei nutrienti sono utilizzati come indicatori dei cambiamenti.
Gli apporti (input in entrata)sono costituiti dal rilascio di nutrienti dovuto al disgregamento dei substrati minerali e dalle deposizioni provenienti dall’atmosfera (Fig. 4). Nei Paesi limitrofi che lo permettono, in questo ambito si dovrebbe considerare inoltre l'apporto di nutrienti supplementare connesso con le pratiche della calcitazione (somministrazione di calcio), del riciclaggio in bosco delle ceneri o della fertilizzazione.
Le perdite comprendono il dilavamento provocato dalle acque di percolazione che infiltrandosi nel terreno lisciviano i nutrienti e l'esportazione degli stessi provocata dalle utilizzazioni di legname o di biomassa, componenti che sono incluse nei bilanci dei nutritivi quali output in uscita. Sul lungo periodo costituito da uno a più cicli produttivi (rotazioni), i bilanci dei nutrienti dovrebbero essere approssimativamente equilibrati. Se i bilanci presentano dei deficit, c'è il rischio che i suoli subiscano un impoverimento in termine di nutrienti; se vi sono eccedenze (ad esempio di azoto), aumenta il rischio di osservare processi indesiderati di eutrofizzazione o di scompensi a livello di nutrienti.
Fig. 4: I diversi pool e i loro relativi flussi di nutrienti da considerare in un bilancio dei nutrienti dei suoli. I processi interni al sistema avvengono all'interno del quadro di bilanciamento e non sono pertanto raffigurati in questo schema (Lemm et al. 2010).
Bilanci dei nutrienti nella raccolta del legname
Già negli anni '70 era stata sottolineata l'importanza dell'esportazione dei nutrienti connessi con le utilizzazioni di legname per l’evoluzione a lungo termine delle riserve di nutrienti e quindi della fertilità delle stazioni forestali. Durante gli anni '80 e '90, questa problematica è caduta nel dimenticatoio, soppiantata dall’attenzione per i danni causati dalle immissioni. Alla fine degli anni Novanta si sono nuovamente evidenziati sintomi che indicavano bilanci nutritivi deficitari.
- Fichter et al. (1998) hanno riscontrato in studi sul bilancio cationico delle basi nel bacino idrografico dello Strengbach nei Vosgi che, in un periodo di rotazione, il rilascio di calcio causato dal disgregamento dei substrati minerali non è sufficiente, né nei boschi di abete rosso né in quelli di faggio, a compensare le perdite dovute ai tagli di legname e al dilavamento provocato dalle acque di infiltrazione.
- A conclusioni simili sono giunti Rademacher et al. (1999) nella loro indagine sul bilancio nutritivo di pinete cresciute su sabbie pleistoceniche povere nella Bassa Sassonia. Sull’arco dell’intero ciclo produttivo, si è registrato un chiaro deficit di bilancio, soprattutto per quanto riguarda il calcio.
- Becker et al. (2000) hanno calcolato il tasso di rilascio di cationi basici attraverso il disgregamento dei substrati minerali in 45 siti in Germania e hanno confrontato questo tasso con il tasso di assorbimento stimato di questi cationi durante l'accrescimento della componente di legno commercializzabile. In 39 dei 45 siti, l'assorbimento di calcio a lungo termine ha superato il rilascio di nutrienti dovuto al disgregamento dei substrati minerali. In 12 siti, i tassi di assorbimento calcolati dei nutrienti essenziali magnesio e potassio non sono stati compensati da un corrispondente tasso di disgregamento dei substrati minerali. L'apporto di nutrienti a lungo termine in queste stazioni è quindi garantito, anche senza considerare le perdite connesse con la raccolta del legname, solamente con gli apporti dovuti alle elevate deposizioni atmosferiche di questi elementi oppure alle pratiche di fertilizzazione.
In Svizzera, l'Istituto di Biologia Vegetale Applicata (IAP) ha calcolato i tassi di disgregamento dei substrati minerali e tutti gli altri flussi di nutrienti rilevanti per 82 aree forestali oggetto di progetti di monitoraggio a lungo termine, effettuando i relativi bilanci. Una modellazione di tipo dinamico è stata eseguita su sei di queste parcelle e il bilancio dei nutrienti è risultato negativo per i cationi basici in due casi con raccolta del solo legname commercializzabile e in quattro casi dove si è adottata la raccolta di alberi interi. Pertanto, ci sono indizi evidenti che l’asportazione di sostanze nutritive associate alla raccolta di legname su stazioni molto povere potrebbe comportare rischi per la sostenibilità del bilancio dei nutrienti, anche praticando sistemi di utilizzazione del legname convenzionali.
Fig. 5: Anche con metodi di raccolta del legname convenzionali, che prevedono l'asportazione unicamente dei tronchi e della corteccia, l’asportazione di sostanze nutritive in stazioni piuttosto povere può rappresentare un rischio per la sostenibilità del bilancio nutritivo. Foto: Janine Schweier (WSL)
Confronto tra stazioni a rischio e stazioni meno a rischio
Nell'Altopiano svizzero, dove le utilizzazioni di legname sono più intensive, i suoli provenienti da rocce già esposte agli agenti atmosferici e sottoposte alla lisciviazione durante periodi più lunghi sono potenzialmente i più poveri di sostanze nutritive e i più sensibili a un ulteriore impoverimento in termine di nutrienti. Si tratta principalmente di suoli su terreni alluvionali ricoperti localizzati a quote più elevate, originati da depositi da ghiacciai e fiumi all'inizio del Pleistocene (2,5 milioni di anni fa) e successivamente ricoperti da sedimenti freschi solo durante le più grandi glaciazioni del Pleistocene medio, avvenute fino a 150’000 anni fa.
Questi suoli si sono pertanto già evoluti da almeno 150’000 anni, subendo una combinazione di processi di acidificazione naturale e di lisciviazione dei nutrienti. Questo tipo di terreni alluvionali sono abbastanza diffusi nell'Altopiano centrale e si trovano soprattutto nelle zone situate a quote più elevate, come sull'altopiano dello Irchel, sullo Stadlerberg, lungo i crinali della vallate della Surbtal e della Wehntals, oltre che sulle pendici dell’Heitersberg e dell’Albis.
Su queste stazioni sensibili è quindi importante poter valutare gli effetti della raccolta intensiva di legname sulla sostenibilità dei nutrienti nel modo più affidabile possibile. Pertanto, abbiamo calcolato e confrontato il rilascio di cationi basici attraverso gli agenti atmosferici, la produzione di biomassa e l'esportazione di nutrienti in faggete sull'altopiano dell’Irchel su terreni alluvionali ricoperti situati alle quote più elevate (stazioni presumibilmente vulnerabili) e a Bülach sulla morena di Würm (verosimilmente meno sensibile all'impoverimento dei nutrienti). L'ipotesi era che si sarebbero riscontrate differenze nella crescita e nel contenuto di elementi all’interno sia dell’intera biomassa arborea, che delle sue singole componenti tra queste due stazioni, dovute alla maggiore acidificazione dei suoli di tipo alluvionale ricoperto.
Nonostante le diversità nelle proprietà del suolo, non sono state registrate differenze significative in termini di asportazione di biomassa tra i due siti, il che suggerisce che la produzione di biomassa sia analoga. Intorno a ciascun profilo del terreno esaminato, sono stati abbattuti quattro alberi di faggio appartenenti allo strato arboreo superiore e sono stati prelevati campioni rappresentativi delle diverse componenti arboree. I campioni sono stati essiccati, polverizzati e solubilizzati chimicamente, analizzando quindi il loro contenuto in sostanze nutritive. Sorprendentemente, anche in questo caso non ci sono differenze significative tra le due stazioni. Poiché le differenze nella rimozione di biomassa provocata dalle utilizzazioni legnose e nel contenuto di elementi della biomassa arborea non erano significative, non si sono registrate differenze significative neppure nei quantitativi di elementi nutritivi asportati a seguito degli interventi di raccolta del legname. Inoltre, non sono state riscontrate differenze significative nei tassi di rilascio di elementi connessi con i processi di disgregazione del substrato minerale tra le due aree di studio.
Per i dettagli dello studio e i riferimenti bibliografici, consultare l'articolo originale (PDF, in lingua tedesca).
Traduzione: Fulvio Giudici, Sant’Antonino
