In nome del suolo. Tributo a Angelo Aru, Paolo Baldaccini, Corrado Buondonno, Giovanni Fierotti, Fiorenzo Mancini, Fiorenzo Ugolini

A cura di Carmelo Dazzi e Sergio Vacca

In nome del Suolo Tributo a: Angelo Aru, Paolo Baldaccini, Corrado Buondonno, Giovanni Fierotti, Fiorenzo Mancini, Fiorenzo Ugolini.

Edizioni Le Penseur

In nome del Suolo

Tributo a: Angelo Aru, Paolo Baldaccini, Corrado Buondonno, Giovanni Fierotti, Fiorenzo Mancini, Fiorenzo Ugolini. A cura di Carmelo Dazzi e Sergio Vacca

© LE PENSEUR di Antonietta Andriuoli Via Monte Calvario, 40/3 – 85050 Brienza (Potenza)

ISBN 978-88-95315-09-6 Ia edizione: Dicembre 2010

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Indice generale

Introduzione I Padri della Scienza del Suolo in Italia Professore Angelo Aru Professore Paolo Baldaccini Professore Corrado Buondonno Professore Giovanni Fierotti Professore Fiorenzo Mancini Professore Fiorenzo Cesare Ugolini Capitolo 1 – Strategie dalla Genista aetnensis (BIV) DC. per colonizzare i depositi piroclastici del Monte Etna, Italia di Stefania Cocco 1. Introduzione 2. Materiali e Metodi 3. Risultati 4. Discussione 5. Conclusioni Bibliografia Capitolo 2 – Proprietà biochimiche delle terre brune dell�Appennino Tosco-Emiliano di Sara Marinari e Livia Vittori Antisari Riassunto 1. Introduzione 2. Materiali e Metodi 3. Risultati 4. Discussione e conclusione Bibliografia Capitolo 3 – GRIDA3: Gestore di RIsorse conDivise per l�Analisi di dati ed Applicazioni Ambientali di Vittorio Alessandro Marrone Riassunto 1. Introduzione 2. L’infrastruttura GRIDA3 3. Descrizione delle applicazioni 4. Conclusioni Bibliografia

7 9 9 12 14 17 19 21 29 29 29 34 40 41 42 45 45 46 48 52 58 62 67 67 67 69 71 80 81

4

Indice generale

Capitolo 4 – Vulcanismo e suoli in Campania di Eleonora Grilli, Elio Coppola e Andrea Buondonno Premessa 1. Introduzione 2. Vulcanismo e “volcanic soils” in Campania 3. Somma-Vesuvio – Pomici di Pompei – Pedon Monti Lattari 4. Campi Flegrei – Depositi incoerenti dell’Averno – Pedon Pozzuoli 5. Roccamonfina – Ignimbrite Campana – Pedon Carano di Sessa 6. Considerazioni conclusive Ringraziamenti Bibliografia Capitolo 5 – Il potenziale delle forme di Humus forestali come indicatori del sequestro di carbonio in suoli mediterranei di Anna Andreetta, Rossano Ciampalini, Pierpaolo Moretti, Simona Vingiani e Francesca Tescari Riassunto 1. Introduzione 2. Materiali e metodi 3. Risultati e discussione 4. Conclusioni Riconoscimenti Bibliografia Capitolo 6 – Uso e degradazione del suolo in un�area agropastorale della Sardegna di Claudio Zucca, Annalisa Canu, Salvatore Madrau e Franco Previtali Riassunto 1. Introduzione 2. Materiali e metodi 3. Risultati 4. Discussione dei risultati e conclusioni Ringraziamenti Bibliografia Capitolo 7 – Un confronto tra approcci alla Valutazione del Territorio: dagli schemi FAO ai modelli di simulazione in un caso studio nella provincia Lodigiana di Piero Manna e Antonello Bonfante Riassunto 1. Introduzione 2. Materiali e metodi 3. I modelli 4. Stima della produzione di Mais da foraggio 5. Indici per la verifica degli approcci adoperati per la Land Evaluation 6. Stima dei costi 7. Risultati

83 83 83 87 89 92 94 99 100 100 105

105 106 108 115 121 123 123 127 127 127 130 135 138 141 142

145 145 146 151 155 157 158 159 160

Indice generale

8. Conclusioni Bibliografia Capitolo 8 – Effetti spazio-temporali dei cambiamenti dell�uso del suolo sulla diffusione dei suoli antropogenici: il caso studio di Mazzarrone di Giuseppe Lo Papa e Vanessa Palermo Riassunto 1. Introduzione 2. Area di studio 3. Materiali e metodi 4. Risultati 5. Discussione 6. Conclusioni Bibliografia Capitolo 9 – Le pedotecnologie. Dalle prime applicazioni agli sviluppi attuali e futuri di Gian Franco Capra Riassunto 1. Introduzione 2. Le prime applicazioni 3. La spinta verso lo studio dei suoli artificiali 4. Impiego di tufi zeolitizzati nelle pedotecnologie 5. Conclusioni Bibliografia Capitolo 10 – Distribuzione dei pori e disposizione nello spazio delle particelle in orizzonti fragipan e non-fragipan di Gloria Falsone Riassunto 1. Introduzione 2. Materiali e metodi 3. Risultati e discussione 4. Conclusioni Bibliografia Capitolo 11 – Aspetti pedogenetici e geochimici dei suoli del Trentino di Silvia Fontana e Mohammad Wahsha Riassunto 1. Introduzione 2. Materiali e metodi 3. Risultati e discussione 4. Conclusioni Ringraziamenti Bibliografia

5

166 168

171 171 172 173 176 180 189 192 193 195 195 196 198 200 202 207 208 211 211 212 213 215 224 224 227 227 228 229 233 240 241 241

Aspetti pedogenetici e geochimici dei suoli del Trentino*

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Silvia Fontana, Mohammad Wahsha Dipartimento di Scienze Ambientali, Università di Venezia, Italia

Riassunto1 I processi di formazione ed evoluzione del suolo provocano il rilascio di elementi potenzialmente tossici nell’ambiente e influenzano la loro mobilità e biodisponibilità. È perciò di fondamentale importanza studiare i processi pedogenetici in relazione alla concentrazione di elementi in tracce, e determinarne i livelli di fondo naturale (background ). Gli obiettivi principali di questo lavoro sono: valutare i livelli di fondo di alcuni metalli pesanti nell’area delle Dolomiti trentine; determinarne la distribuzione in relazione ai principali tipi di suolo; identificare la presenza di possibili contaminazioni. Per fare questo sono stati raccolti e analizzati, per i principali parametri pedologici e per Cu, Ni, Pb, Cd, Zn, Cr, Fe e Mn totali, circa 460 campioni di suolo da più di 120 profili rappresentativi, situati prevalentemente in aree forestali. I livelli di fondo di elementi in tracce nei suoli esaminati sono coerenti con quelli riscontrati nei suoli dell’Europa occidentale; non si registrano contaminazioni rilevanti, tranne che in alcuni siti che risultano arricchiti di metalli a causa di attività antropiche presenti o passate. L’elaborazione statistica dei dati geochimici ha favorito l’identificazione dei processi pedogenetici e si è dimostrata uno strumento utile per determinare i principali trend evolutivi. * Tratto da: Bini C., Sartori G., Wahsha M., Fontana S. (2010) Background levels of trace elements and soil geochemistry at regional level in NE Italy, Journal of Geochemical Exploration. Article in press. Doi: 10.1016/j.gexplo.2010.07.008.

228 Capitolo XI

1. Introduzione La pedosfera è un sistema complesso a più componenti, le cui caratteristiche sono determinate dall’interazione fra litosfera, biosfera, idrosfera e atmosfera, e i cui equilibri chimici si trovano di frequente in uno stato metastabile (Sposito, 1983). I processi di alterazione supergenica del materiale parentale che avvengono durante la pedogenesi possono condurre al rilascio di elementi tossici, in particolare metalli pesanti, nell’ambiente; è quindi necessario studiare la pedosfera e i processi di alterazione pedogenetica in relazione alla mobilità degli elementi in tracce (Adriano, 2001). Le reazioni chimiche che si verificano nella pedosfera durante la formazione del suolo, inoltre, determinano la mobilizzazione e ridistribuzione degli elementi all’interno del profilo, la loro conoscenza può quindi contribuire a stabilire se un suolo è semplice o complesso, e se ha subìto uno o più cicli pedogenetici (Bech et al., 1998). In genere si registra una significativa correlazione fra la concentrazione totale degli elementi nei suoli e la roccia madre (Roca et al., 2008), anche se va ricordato che la presenza nei suoli di elementi in traccia è legata sia alla naturale evoluzione del substrato, sia a una possibile contaminazione di origine antropogenica. Per questo motivo è importante conoscere il contenuto in metalli dei suoli naturali, o il “background pedogeochimico naturale”, definito come “la naturale concentrazione di una sostanza in un orizzonte di suolo, risultante dall’evoluzione geologica ad esclusione di ogni interferenza antropogenica” (Baize, 1997); questa definizione coincide con quella ISO di “contenuto pedogeochimico naturale” (ISO, 2002). Criteri diversi per definire il background pedogeochimico sono stati proposti da numerosi autori (Salminen e Tarvainen, 1997; Baize, 1997; Baize e Sterckeman, 2004; Ungaro et al., 2008; Kribek et al., 2010) e comprendono: i) Confronto verticale (confronto tra le misurazioni a differenti profondità nello stesso suolo): alte concentrazioni negli orizzonti superficiali e un trend discendente nel profilo possono confermare l’ipotesi di un accumulo antropogenico. Il confronto è efficace solo quando la composizione chimica del suolo non varia in maniera significativa con la profondità. ii) Confronto orizzontale (confronto fra un dato tipo di suolo in un sito non contaminato, e lo stesso tipo di suolo in un sito sottoposto a interferenze antropogeniche); in questo caso il confronto dovrebbe essere compiuto fra tipi di suolo con la stessa classe tessiturale. Sebbene questi criteri possano suggerire differenti ipotesi, raramente offrono risposte risolutive specialmente in caso di contaminazione diffusa, debole o moderata.

In nome del Suolo 229

Recentemente sono stati impiegati anche approcci geostatistici e GIS (Facchinelli et al., 2001; Ungaro et al., 2008; Sultan e Shazili, 2009), e tecniche basate sugli isotopi stabili, principalmente piombo (Baize e Tercé, 2002), che si sono dimostrati molto utili per identificare e differenziare le fonti di metalli pesanti nei suoli. Gli obiettivi di questo studio sono: i) valutare i livelli di fondo (background) di metalli pesanti nei suoli delle Dolomiti Trentine, ii) determinare gli intervalli di concentrazione e la distribuzione dei metalli pesanti nei principali tipi di suolo; iii) stimare la possibile contaminazione del terreno e quantificare le sorgenti puntiformi di metalli pesanti nel suolo, e il relativo rischio ambientale per i delicati ecosistemi delle Alpi Orientali. 2. Materiali e metodi 2.1. L’area di studio

La provincia di Trento (approssimativamente 6000 km2) è caratterizzata da una notevole diversità morfologica e climatica (Gandolfo e Sulli, 1993), con una graduale transizione fra le Prealpi (settore meridionale) e le Alpi (settore settentrionale), e una varietà di condizioni geologiche e litologiche (Egli et al., 2004, 2008). Calcari e dolomie (approssimativamente il 60%) sono più abbondanti rispetto alle rocce cristalline e silicatiche; depositi glaciali e alluvionali di litologia mista sono frequenti nella parte bassa delle vallate. La complessità ambientale si riflette nella presenza di una varietà molto ampia di tipi di suolo, come evidenziato in una precedente ricognizione dei suoli dell’intera area (Sartori et al., 1997). La posizione dei siti di campionamento, il numero di orizzonti per ciascun profilo, il tipo di suolo, la sua classificazione (ISSS-ISRIC-FAO, 1998) e il corrispondente materiale parentale sono elencati nella tabella 1. La scelta dei siti è stata effettuata allo scopo di includere tutti i principali tipi di suolo, ed è stato adottato un approccio tipologico piuttosto che quello basato su una griglia sistematica (ISO, 2002). La maggior parte dei profili è stata studiata negli anni recenti (Sartori et al., 1997, 2004, 2005; Bini e Zilocchi, 2001; Zilocchi et al., 2003; Egli et al., 2004, 2008; Zilioli e Bini, 2009). Una piccola parte dei profili è stata ricampionata, e sono stati aggiunti dieci nuovi profili. Il numero complessivo dei siti è 122. La copertura del territorio vede una prevalenza di campionamenti nella parte occidentale, e una mancanza di rilevamenti in altre aree. La maggior parte di queste, situate nella parte sud-orientale della provincia, sono suoli agricoli già esaminati (Corradini et al., 1989, 1997), mentre nella parte settentrionale prevalgono le formazioni rocciose.

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

Località n. oriz. Prato Nan 3 V. di Borzago 1 4 V. di Borzago 2 3 V. di Borzago 3 4 Pertiche 3 V. Brenta 3 3 M. Mondifrà 2 2 Valfloriana 1 4 Dro 6 1 Dro 20 1 Dro 14 1 M. Termoncello 3 Val Venegia 2 3 Fiavé 3 4 M.te Brione 8 4 Dro 7 3 M.te Fausior 4 M.ga Spora 3 Passo Manghen 5 M. Vaglianella 1 2 Maranza 1 Le grave 2 4 Fiavé 5 4 Lomasona 3 3 L. d’Ampola 1 L. d’Ampola 2 1 Roncegno 18 2 Roncegno 6 2 Lases 10 2 V. di Tovel 2 3 M. Vaglianella 2 2 Brez 3

Tipo di suolo BL BOu BO BO BA BC RF BO RE RF RF PU BL BL BL BC BL SU RPu PU RF BL BL BA ST ST RA SI BO BC PU RF

WRB LVct-dy PZum-et-sk CMsk-cr-dy CMsk-dy CMdy-sk CMca-hk PHca-sk CMdy LPrz-hu LPrz-hu LPrz-hu PZhi LVct LVct LVcc-cr-ct LPrz-hu LVcr-ct LPrz-huh UMhu-sk PZha LPrz-hu LVcr-dy LVha CMeu GLeu GLeu LPhk-hum GLhis-eu PZum-et-sk PHca-sk PZha LPrz-hu

Mat. Par. C F F F AS D C P C C C L CM GLm SC C GLm D P L D AS CM GLm C C F F P C/D L D

n 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93

Località n. oriz. Val Brenta 2 2 Lobbia di Mezzo 2 Mandra Materot 3 Val Nambrone 1 2 Val Nambrone 2 3 Val Nambrone 3 4 Val Nambrone 4 4 Val Nambrone 5 5 Spadalone 3 M.ga S. Giuliano 4 Cascate Nardis 4 Val Genova 5 4 Malga Campo 4 V. di Fumo 0 4 V. di Fumo 1 4 V. di Fumo 2 2 V. di Fumo 3 2 V. di Fumo 4 1 V. di Fumo 5 6 V. di Fumo 6 3 V. di Fumo 7 3 V. di Fumo 8 2 V. di Fumo 9 4 V. di Breguzzo 1 4 V. di Breguzzo 2 3 V. di Breguzzo 3 2 V. di Breguzzo 4 3 V. di Breguzzo 5 4 Grosté 2 Corna Rossa 3 M. Vallesinella 1 3 M. Vallesinella 2 2

Tipo di suolo SU RA RPu RA RP BOu BOu BA RP PU BA OP OP PU BOu RA RAu SA PU PU RP RPu PU RP RP RP PU BA LI RAQ BC LU

WRB LPrz-hk-huh LPhuu-hk PZhi-et LPhuu-hk UMhu UMhu PZum-et CMsk-cr-dy PZet-um PZskp CMsk-dy CMsk-dy PZet-skn PZgl-skn PZum-et-sk LPhuu-hk HSfo-dy FLhu-dy PZdn-skp UMgl-hu PZet-skp PZdn-um-skp PZskn PZdn-hi-skp PZet-um-sk UMhu-skp PZskp CMsk-dy HSfo-eu LPrz-huh PHca-hk HSfo-dy

Mat. Par. D T T T T G T G T G G G G T T T T T T T T T T T T T F F D D D D

Tabella 1 – Lista dei profili studiati, numero di identificazione, località, numero di orizzonti analizzati (n. oriz.), tipo di suolo, classificazione (WRB) e materiale parentale (Sartori et al., 2004).

230 Capitolo XI

Panchià Vervò Dro 1 Viote 7 Cei 2 M.te Brione 12 M.te Brione 4 Dro 10 Roncegno 16 Viote 1 Cei 13 Monte Corno Lomasona 5 Ampola 10 Le Grave 1 Bondone Castello Arco S. Giuliana Casteller 2 V. di Tovel 1 Paganella S. Faeda Laghestel 4 M.te Barco 1 Crosette Crosette 2 M. Flavona Brentei V. Brenta 1

3 2 2 4 2 2 3 3 3 3 4 2 3 4 3 4 3 3 2 3 5 3 3 3 3 1 1 3 3

RF RF RE BL BL RF BL RE RA BL BL BL BA BL BL BC RF RF RB RF RF BL BO BO RAQ LI LU RAQ RF

LPrz-hu LPrz-hu LPrz-hu LVct-dy LVcr LPrz-hu LVcr-ct LPrz-hu CMsk-cr-dy LVcr-ct LVcr LVlep-ct CMdy LVct LVcr-ct CMca LPrz-hu LPrz-hu LPrz-hu LPrz-hk-hu LPrz-hu LVcr-ct CMsk-dy CMsk-dy LPrz-huh LPhum LPhk-huu LPrz-huh PHca-sk

C D C L C SC AC C F C GLm/C C FGLm M GLm C CM C/D D C/CM C GLm P P D D C D D

94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122

Faver M. Amolo V. d’Ambiez 6 Ceda 0 Ceda 1 Ceda 2 Ceda 3 Val di Tovel 0 Val di Tovel 3 M. Movlina Nambi M.ga Tuenna Tovel 4 M.ga Tassulla 2 M. ga Tassulla 1 Rio Piné V. d’Ambiez 7 V. d’Ambiez 8 V. d’Ambiez 9 Meledrio M. Coel Lases 15 Torbiera Echen Levico 3 V. di Catarinello M. dei Boscaioli Costa Canton Feudo Brustelon

3 1 5 4 3 3 2 3 4 4 3 3 5 3 1 4 2 3 4 4 4 3 3 4 4 4 4 3 3

BA RF SU RB RE BL RF RF BC BL BL BL BC BL LU BL BC RF BC BO RA BA BL BA PU BO BO BO RP

CMdy-sk PHlep-ca-sk LPrz-hk-hum PHca-skp LPhk-hu-ca LVct PHca-hk LPrz-hk-hu PHca-hk LVct-dy LVct LVcr-ct PHca-skn LVlen-cr-ct HSfo-dy LVcr-ct CMlep-ca-sk LPrz-hk-hu CMca-sk CMcr-dy UMhu-sk PHsk-cr PHca-ai CMsk-dy PZdn CMcr-dy-sk CMcr-dy CMsk-dy PZha

P D C C C C C CG C/D F AS C/CM C/D CM CM GLm C C C G G P C F P P P P P

Legenda dei tipi di suolo: BA = Bruni Acidi, BC = Bruni Calcarei, BL = Bruni Lisciviati, BO = Bruni Ocrici, BOu = Bruni Ocrici umiferi, LI = Litosuoli su calcare, LU = Suoli Litocalcici Umiferi, OP = Ocra Podzolici, PU = Podzol Umoferrici, RA = Ranker, RAu = Rankers umiferi, RAQ = Rendzina umiferi di Alta Quota, RE = Rendzina di Erosione, RF = Rendzina Forestali, RP = Ranker Podzolici, RPu = Ranker Podzolici umiferi, SA = Suoli aluvionali, SI = Suoli Idromorfi, SU = Suoli Umocalcarei. Legenda dei materiali parentali: AS = Arenarie Silicatiche, AC = Calcareniti, SC = Siltiti Calcaree, C = Calcari, CM = Calcari Marnosi, M = Marne, D = Dolomia, P = Rioliti e Riodaciti, F = Filladi e Micascisti, T = Tonaliti, G = Granodioriti e quarzodioriti, GLm = Glaciale misto, L = Loess.

33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61

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232 Capitolo XI

2.2. Classificazione dei profili del suolo

La nomenclatura adottata per gli orizzonti è quella suggerita dal Manuale Italiano per la descrizione dei suoli (Costantini, 2001), che accoglie le osservazioni della Soil Taxonomy statunitense (USDA, 1999) per quanto riguarda gli orizzonti inorganici (A, B, C) e quelle del Référentiel Pédologique (A.F.E.S., 1995) in relazione agli orizzonti organici (OH, OF, OL) e emi-organici (O, AO, OA). La classificazione tassonomica dei suoli segue il “World Reference Base for Soil Resources” (ISSSISRIC-FAO, 1998). I 122 profili rappresentativi selezionati sono stati suddivisi in cinque gruppi, distinti sulla base dei differenti materiali parentali e del grado di evoluzione (Duchaufour, 2001): 1. Suoli Rendziniformi (35 profili); 2. Suoli Bruni Calcarei (18 profili); 3. Suoli Bruni Acidi (22 profili); 4. Rankers e Podzols (32 profili); 5. Suoli Bruni Lisciviati (15 profili). 2.3. Raccolta dei campioni

Tutti gli orizzonti emi-organici di superficie (A, AO, OA) e gli orizzonti inorganici sub-superficiali (B, AC, BC) sono stati campionati. I campioni organici che costituiscono il forest floor sono stati prelevati solo se caratterizzati da notevole spessore (> 10 cm). Nella maggior parte dei profili (dove il suolo non poggiava direttamente sulla roccia) è stato campionato anche il materiale parentale alterato (orizzonte C), dal momento che è molto importante come base di riferimento per il confronto, l’elaborazione e l’interpretazione dei dati. Data la notevole profondità del suolo, e la graduale transizione con il materiale parentale, in alcuni suoli bruni ocrici, bruni acidi e bruni calcarei, non è stato possibile prelevare campioni di roccia madre e così il campionamento si è limitato all’orizzonte BC. 2.4. Analisi del suolo

In totale sono stati raccolti 462 campioni di suolo, che sono stati analizzati per la determinazione dei principali parametri pedologici, seguendo le procedure descritte dal Soil Survey Manual (USDA, 1993), e dai manuali del Ministero Italiano delle Politiche Agricole e Forestali (MIPAF) pubblicati nel 2000 e nel 1994. I campioni di suolo sono stati seccati all’aria e setacciati a 2 mm; sulla terra fine sono stati determinati i seguenti parametri: pH (Violante e Adamo, 2000), carbonati (Boero, 2000), carbonio organico (Walkley e Black, 1934; Sequi e De Nobili, 2000), capacità di scambio cationico, acidità totale e saturazione in basi (Gessa e Ciavatta, 2000), tessitura (Genevini et al., 1994) e azoto (Benedetti et al., 2000). Per l’analisi del contenuto di metalli, i campioni precedentemente setacciati a 2

In nome del Suolo 233

mm sono stati macinati in mortaio di agata, la polvere ottenuta è stata sottoposta a una disgregazione completa in microonde (Modello Ethos 1600-Milestone) in contenitori chiusi di teflon, tramite digestione del campione in acqua regia (1:3 HNO3 65% + HCl 37%) (Leita e Petruzzelli, 2000). Dopo la dissoluzione, i campioni sono stati filtrati attraverso filtro di carta Wathman 41 e portati a 50 mL con acqua distillata. Il contenuto totale di Cu, Ni, Pb, Cd, Zn, Cr, Fe e Mn è stato determinato tramite ICP-OES (Inductively Coupled Plasma – Optical Emission Spettroscopy) (Perkin Elmer ICP-OES 3300DV). 2.5. Analisi statistica

Sui campioni esaminati è stata condotta un’analisi statistica (univariata, multivariata e cluster) utilizzando il software “Statistica for Windows” (versione 1998), per stabilire la correlazione tra coppie di elementi e tra elementi e parametri del suolo, e per raggruppare l’insieme delle variabili in componenti principali e gruppi di similarità. 3. Risultati e discussione 3.1. Pedogenesi, trasporto verticale e orizzontale

I principali processi pedogenetici che intervengono nell’area di studio sono l’alterazione chimica e fisica delle rocce e dei minerali, la migrazione e possibile accumulazione degli elementi maggiori e in tracce e la loro ridistribuzione nel profilo. In particolare, l’abbondanza di precipitazioni (maP=1200mm), causa intensa lisciviazione degli orizzonti superficiali, decarbonatazione, acidificazione, migrazione delle argille e del ferro (illuviazione) dagli orizzonti superficiali a quelli più profondi, portando così alla formazione di suoli bruni lisciviati. Grazie a questo processo anche alcuni elementi in tracce migrano in associazione con le argille e il ferro, come si può riscontrare nei suoli del gruppo 5 (tabella 6). Nei suoli acidi (pH<5, gruppi 3, 4) la maggior parte degli elementi è presente nella soluzione circolante, ed è quindi trasportata rapidamente sia verso il basso, sia lateralmente (tabelle 4 e 5). Il trasferimento in direzione laterale di metalli pesanti può avvenire anche a causa dell’asportazione di particelle di suolo dovuta al runoff o all’erosione; questo causa una perdita di materiale nei profili posti in posizioni più elevate di versante e un accumulo in quelli posti più in basso. In condizioni basiche (pH>7.5), determinate dall’alterazione in situ del substrato calcareo, (suoli bruni calcarei e rendziniformi; gruppi 2 e 1, tabelle 3 e 2), la maggior parte degli elementi maggiori e in tracce hanno scarsa mobilità e tendono ad accumularsi in superficie, con una concentrazione che decresce in modo regola-

234 Capitolo XI

re con l’aumento della profondità. In generale, i suoli sviluppati su rocce silicatiche presentano contenuti di metalli molto al di sotto delle abbondanze medie crostali riportate in letteratura (Taylor, 1964; Alloway, 1995). I suoli sviluppati da calcari, invece, hanno alti livelli di zinco, manganese e soprattutto cadmio negli orizzonti superficiali in confronto agli orizzonti C, che mostrano livelli coerenti con quelli riportati da Alloway (1995) e Galan et al. (2008). Tabella 2 – Valori medi delle variabili considerate; Suoli del gruppo 1. Gruppo 1: SUOLI RENDZINIFORMI CO N pH Sabbia G Sabbia F Limo G Limo F Argilla CSC AS Orizzonti % % % % % % % cmol kg-1 cmol kg-1 A1 15,4 0,8 7,1 28,5 10,5 21,3 28,1 11,1 45,2 0,8 B1 2,6 0,3 8,1 40,8 12,7 19,0 15,4 6,7 18,0 2,7 C1 0,5 0,1 8,4 40,6 21,7 17,2 16,4 4,1 3,3 1,1 Orizzonti A1 B1 C1

Fe g kg-1 15,5 6,5 4,6

Mn g kg-1 0,3 0,2 0,1

Cd Cr Cu Ni Pb Zn mg kg-1 mg kg-1 mg kg-1 mg kg-1 mg kg-1 mg kg-1 0,9 30,0 16,3 15,8 48,8 73,1 0,4 15,1 4,2 8,5 11,0 27,8 0,3 10,5 3,0 6,4 2,9 16,7

Feox g kg-1 3,6 1,1 0,5

Carb % 36,2 75,8 90,6

CO: Carbonio Organico; G: Grossolano; F: Fine; CSC: Capacità di Scambio Cationico; AS: Acidità di Scambio; Carb: Carbonati; Feox: Ferro estratto in ossalato. Tabella 3 – Valori medi delle variabili considerate; Suoli del gruppo 2. Gruppo 2: SUOLI BRUNI CALCAREI CO N pH Sabbia G Sabbia F Limo G Limo F Argilla CSC AS Orizzonti % % % % % % % cmol kg-1 cmol kg-1 A2 11,2 0,7 7,4 10,5 9,1 30,7 33,1 17,5 56,0 0,2 B2 3,6 0,2 8,0 19,9 15,0 24,5 27,7 12,3 27,7 2,7 C2 0,6 0,1 8,3 37,0 18,8 11,9 16,0 10,3 7,1 1,1 Orizzonti A2 B2 C2

Fe g kg-1 25,1 17,1 6,6

Mn g kg-1 0,7 0,4 0,2

Cd Cr Cu Ni Pb Zn mg kg-1 mg kg-1 mg kg-1 mg kg-1 mg kg-1 mg kg-1 1,5 52,2 15,2 27,5 58,9 101 0,8 36,7 5,0 20,1 21,1 62,5 0,3 14,5 4,4 9,3 5,4 23,0

Feox g kg-1 3,5 1,2 2,3

Carb % 21,8 58,3 77,8

CO: Carbonio Organico; G: Grossolano; F: Fine; CSC: Capacità di Scambio Cationico; AS: Acidità di Scambio; Carb: Carbonati; Feox: Ferro estratto in ossalato. Tabella 4 – Valori medi delle variabili considerate; Suoli del gruppo 3. Gruppo 3: SUOLI BRUNI ACIDI Orizzonti A3 B3 C3

CO % 8,2 3,0 0,7

N pH Sabbia G Sabbia F Limo G Limo F Argilla CSC AS % % % % % % cmol kg-1 cmol kg-1 0,4 4,9 32,7 17,1 18,5 19,1 10,2 25,3 6,7 0,2 5,2 35,1 15,9 20,8 15,5 6,1 16,0 1,8 0,1 6,9 36,5 17,4 25,2 15,2 7,1 77,8 0,9

In nome del Suolo 235

Orizzonti A3 B3 C3

Fe g kg-1 27,7 29,5 29,0

Mn g kg-1 0,5 0,4 0,6

Cd Cr Cu Ni Pb Zn mg kg-1 mg kg-1 mg kg-1 mg kg-1 mg kg-1 mg kg-1 0,2 26,1 19,6 14,1 54,5 86,6 0,1 24,4 11,3 13,5 25,4 68,8 0,2 30,0 22,8 23,7 25,4 79,5

Feox g kg-1 6,5 5,3 2,0

Carb % 0,0 0,0 0,3

CO: Carbonio Organico; G: Grossolano; F: Fine; CSC: Capacità di Scambio Cationico; AS: Acidità di Scambio; Carb: Carbonati; Feox: Ferro estratto in ossalato. Tabella 5 – Valori medi delle variabili considerate; Suoli del gruppo 4. Gruppo 4: RANKERS e PODZOLS CO N pH Sabbia G Sabbia F Limo G Limo F Argilla CSC AS Orizzonti % % % % % % % cmol kg-1 cmol kg-1 A4 14,5 0,7 4,6 39,2 13,3 19,1 16,2 12,2 49,4 6,1 B4 7,3 0,3 4,9 40,2 15,8 21,0 13,5 9,5 40,1 4,2 C4 0,6 0,1 5,2 63,9 14,5 9,8 9,7 2,3 11,1 1,2 Orizzonti A4 B4 C4

Fe g kg-1 22,6 33,8 27,5

Mn g kg-1 0,3 0,4 0,6

Cd Cr Cu Ni Pb Zn mg kg-1 mg kg-1 mg kg-1 mg kg-1 mg kg-1 mg kg-1 0,2 14,4 6,6 5,5 30,4 48,8 0,1 15,6 7,6 5,8 21,4 46,7 0,1 13,5 2,2 5,8 11,8 56,8

Feox g kg-1 6,7 10,1 0,6

Carb % 0,0 0,0 0,0

CO: Carbonio Organico; G: Grossolano; F: Fine; CSC: Capacità di Scambio Cationico; AS: Acidità di Scambio; Carb: Carbonati; Feox: Ferro estratto in ossalato. Tabella 6 – Valori medi delle variabili considerate; Suoli del gruppo 5. Gruppo 5: SUOLI BRUNI LISCIVIATI Orizzonti A5 B5 C5

CO N % % 5,9 0,4 1,7 0,1 0,4 0,04

Orizzonti A5 B5 C5

Fe g kg-1 32,0 33,8 18,0

pH Sabbia G Sabbia F Limo G Limo F Argilla CSC AS % % % % % cmol kg-1 cmol kg-1 5,7 6,4 9,3 28,5 29,8 26,2 32,7 2,8 6,6 12,3 11,1 21,5 27,4 29,0 20,0 2,1 9,1 25,2 19,7 20,2 20,3 14,6 9,7 1,1

Mn g kg-1 1,0 1,0 0,3

Cd Cr Cu Ni Pb Zn mg kg-1 mg kg-1 mg kg-1 mg kg-1 mg kg-1 mg kg-1 0,7 55,7 16,7 37,4 47,7 118 0,6 56,9 22,0 43,2 25,2 104 0,3 36,3 13,9 24,8 7,2 52,5

Feox g kg-1 4,8 3,7 2,3

Carb % 1,3 9,1 38,5

CO: Carbonio Organico; G: Grossolano; F: Fine; CSC: Capacità di Scambio Cationico; AS: Acidità di Scambio; Carb: Carbonati; Feox: Ferro estratto in ossalato.

3.2. Distribuzione dei parametri pedologici e delle concentrazioni di metalli

I valori medi di ciascun parametro pedologico per i gruppi di suoli selezionati sono riportati nelle tabelle da 2 a 6. Il contenuto di carbonio organico è generalmente elevato (fino a 15.4%) alla superficie, e decresce con la profondità (con un minimo di 0.4%); gli orizzonti più ricchi di sostanza organica sono quelli derivanti da materiali calcarei (epipedon mollici). Anche l’azoto decresce regolar-

236 Capitolo XI

mente dalla superficie in profondità, con i valori più elevati negli orizzonti A dei suoli calcarei (gruppi 1 e 2). I valori di pH sono fortemente dipendenti dalla natura del substrato, con valori che variano da 8.4 (suoli calcarei) a 4.6 (suoli podzolici), con un leggero decremento alla superficie nei suoli calcarei, e un leggero incremento dal fondo alla superficie nei suoli acidi. I suoli esaminati presentano generalmente una tessitura da franco-sabbiosa a franco-limosa, con bassi contenuti di argilla, decrescenti dalla superficie in profondità, con l’eccezione dei suoli lisciviati (gruppo 5). La capacità di scambio cationico è più alta nei suoli calcarei (fino a 56 cmol kg-1) che in quelli acidi, e decresce con la profondità. L’acidità di scambio invece è più elevata negli orizzonti superficiali dei suoli acidi (fino a 6.7 cmol kg-1) rispetto a quelli calcarei. È però importante sottolineare come una certa desaturazione avvenga anche nei suoli calcarei, a causa delle abbondanti precipitazioni. I carbonati totali sono particolarmente abbondanti in profondità nei suoli calcarei (gruppi 1 e 2) e nei suoli lisciviati (gruppo 5), e assenti nei suoli acidi (gruppi 3 e 4). Per quanto riguarda i metalli pesanti, in generale la distribuzione degli elementi lungo il profilo è fortemente correlata con il tipo di suolo, anche se questa relazione è meno evidente nei suoli podzolici (gruppo 4). L’intervallo di valori individuato è estremamente ampio, questo a causa della presenza di diversi substrati e, in alcuni siti, di una possibile contaminazione superficiale. Nonostante questo, la maggior parte dei gruppi di suolo presenta contenuti di metalli decrescenti andando dalla superficie in profondità, tranne che nel caso dei suoli lisciviati (gruppo 5). Cr, Ni e Fe risultano arricchiti negli orizzonti C della maggior parte dei gruppi di suolo, connotando un’origine geogenica. Questi risultati sono coerenti con quelli ottenuti in progetti di monitoraggio di metalli pesanti condotti in diverse regioni dell’Unione Europea (Albanese et al., 2006; Galan et al., 2008; Kribek et al., 2010), che distinguono tra il contenuto naturale geogenico (background ) e il contributo antropico. I suoli sviluppatisi da rocce carbonatiche (gruppi 1 e 2) presentano i valori medi più alti di Pb (48.8 mg kg-1 e 58.9 mg kg-1 rispettivamente) e Zn (73.1 mg kg-1 e 101 mg kg-1) negli orizzonti superficiali; questi valori sono molto al di sotto della soglia di attenzione stabilita dall’UE (Vanmechelen et al., 1997; De Vos et al., 2006; De Vivo et al., 2009) e dei limiti per i suoli contaminati presenti nella legge italiana (D.L. 152/2006), e coerenti con quelli trovati in Spagna (Bech et al., 1998; Galan et al., 2008) e nei sedimenti fluviali calcarei dell’Italia meridionale (Albanese et al., 2006). Confrontando i risultati ottenuti con le concentrazioni medie di metalli nei suoli italiani (Angelone e Bini, 1992), si osserva che i valori di Cr, Cu e Ni nei suoli considerati sono minori di quelli della media italiana, mentre Pb presenta concentrazioni (fino a 58.9 mg kg-1), superiori rispetto al valore di confronto. Que-

In nome del Suolo 237

sto può essere dovuto anche alla presenza di outliers che influenzano la media, soprattutto nel caso di antichi suoli di miniera. Nel primo gruppo (suoli rendziniformi) e nel secondo gruppo (suoli bruni calcarei) la concentrazione di elementi in tracce diminuisce lungo il profilo del suolo; le concentrazioni medie degli elementi considerati (in particolare Cd, Pb, Zn) nel gruppo 2 sono più alte che nel gruppo 1. La concentrazione di Cd negli strati più superficiali del suolo presenta valori notevolmente elevati, al di sopra le soglie limite indicate nelle legislazioni dell’Europa occidentale (Angelone e Bini, 1992). Questo risultato è coerente con quelli ottenuti da Baize et al. (1999) e potrebbe essere collegato, oltre che all’arricchimento naturale e all’adsorbimento da parte della materia organica, anche alla deposizione atmosferica delle emissioni di industrie locali (Stortini et al., 2009), o alle passate attività antropiche nelle aree minerarie, come trovato da Bini e Zilocchi (2001) per un’area limitrofa. È possibile anche che vi sia un contributo del substrato calcareo in cui il cadmio sostituisca il calcio (Quezada-Hinojosa et al., 2009). I suoli del gruppo 3 (suoli bruni acidi) hanno spessore modesto e bassa acidità e differiscono dai suoli esaminati finora; le concentrazioni elementari hanno un andamento decrescente dalla superficie all’orizzonte B, e crescono nuovamente negli orizzonti più profondi, evidenziando una stretta correlazione con la natura del substrato. L’unica eccezione è Pb, che si accumula in superficie, suggerendo una relazione con la materia organica, come già riscontrato da Bini e Michelutti (1997) nei suoli del Friuli; Cd si mantiene basso e costante lungo il profilo. Nei suoli fortemente acidi del gruppo 4 (rankers e podzols su substrato acido) non è evidente un trend generale degli elementi considerati; Cd, Cr, Cu e Ni mostrano concentrazioni basse e costanti, Pb decresce con la profondità e Zn aumenta con la profondità; il ferro (sia totale, sia estratto in ossalato) si accumula negli orizzonti B, come è naturale aspettarsi nei suoli podzolici. Nei suoli bruni lisciviati del gruppo 5 la maggior parte degli elementi presenta un aumento nell’orizzonte B, che è relazionato con l’aumento dell’argilla illuviale; la concentrazione dei metalli decresce fino ai valori target negli orizzonti C, coerentemente con l’aumento del pH. Considerando Pb e Zn nell’intero profilo, si può osservare come questi due elementi presentino livelli elevati nell’epipedon, e mostrino una tendenza all’accumulo negli orizzonti superficiali, forse a causa di un’azione complessante della materia organica, come già riportato in Baize e Tercé (2002) per il piombo e da Sartori et al. (2004) per lo zinco. 3.3. Analisi statistica univariata

La matrice di correlazione tra i contenuti totali di sei metalli pesanti e alcune variabili fisico-chimiche selezionate relative a 366 campioni è riportata nella tabella 7.

238 Capitolo XI

Correlazioni positive significative (in grassetto per p <0.05) possono essere osservate tra il contenuto di metalli pesanti e alcune proprietà del suolo. Il contenuto di Cr è fortemente correlato con quello di Ni (r=0.92), grazie alla loro tipica associazione nei minerali mafici; inoltre, Cr è correlato positivamente con Fe (r=0.61), come ci si può aspettare vista l’affinità geochimica dei due elementi. Il cromo è correlato anche con Zn (z=0.62); oltre che con Cr, Zn è correlato anche con Pb (r=0.67) e Ni (r=0.67). Cr e Ni sono correlati negativamente con la percentuale di sabbia (r= -0.64 e -0.61 rispettivamente); lo stesso vale anche per gli altri metalli, anche se le correlazioni non sono significative. Tabella 7 – Matrice di correlazione tra i contenuti totali di metalli pesanti e alcuni parametri chimici e fisici del suolo. In grassetto i valori significativi per p<0.05. C Org. Fe Cd Cr Cu Ni Pb Zn N Sabbia G Limo F Argilla

0.17 0.19 0.08 0.12 -0.06 0.27 0.16 0.92 -0.19 0.33 0.28

Fe

Cd

Cr

Cu

Ni

Pb

1 0 1 0.61 0.54 1 0.29 0.24 0.41 1 0.50 0.55 0.92 0.50 1 0.27 0.35 0.26 0.26 0.20 1 0.57 0.48 0.62 0.47 0.63 0.67 0.16 0.30 0.18 0.18 0.07 0.25 -0.28 -0.42 -0.64 -0.28 -0.61 -0.22 0.17 0.44 0.50 0.21 0.47 0.27 0.18 0.34 0.45 0.26 0.43 0.29

Zn

N

Sabbia Limo Argilla G F

1 0.22 1 -0.37 -0.27 0.32 0.40 0.29 0.31

1 -0.61 -0.56

1 0.44

3.4. Analisi statistica multivariata

1

L’analisi delle componenti principali (PCA) sui dati pedologici e geochimici ha fornito quattro componenti principali con autovalore > 0.80 che coprono il 90% della varianza osservata, anche se solo le prime tre forniscono informazioni significative, con una varianza osservata del 50.8% (PC1), 20.9% (PC2) e 15.2% (PC3) rispettivamente. La suddivisione dei pesi delle variabili in ciascuna componente principale è riportata nella tabella 8. Solo le variabili con pesi maggiori di 0.6 (in grassetto) sono state considerate significative. Tabella 8 – Matrice dei carichi delle variabili delle componenti principali. Pb Zn pH Cr Ni Mn

PC1 -0.85195 -0.94242 0.26170 -0.71682 -0.65161 0.35619

PC2 0.268790 -0.080563 -0.878156 0.23036 0.01551 0.75388

PC3 -0.293048 0.217055 -0.336502 0.25326 0.17712 0.12937

PC4 0.015568 0.173439 -0.091575 -0.32907 -0.41658 -0.25979

In nome del Suolo 239

Cd N C.O. Fe tot Fe ox Sabbia G. Sabbia F. Limo G. Limo F. Argilla CSC Ac. Sc. Satur. % CaCO3 autovalore Varianza % Var. Cum. %

PC1 0.61374 -0.64012 -0.02699 0.13561 -0.33961 0.91828 0.88823 -0.78140 -0.84499 -0.78956 -0.65339 0.38627 0.46880 0.51859

PC2 -0.36811 0.322231 0.23243 0.94299 0.782717 0.286402 -0.016445 0.021660 -0.395406 -0.291699 0.441575 0.18404 0.10194 -0.659134

PC3 0.43855 -0.660202 -0.79622 -0.08494 0,130238 -0,018906 0,288937 -0,243042 -0,292179 0,261742 -0,502307 -0,27915 0.17337 -0,447244

PC4 -0.24439 -0.023127 -0.07413 0.17572 -0.134578 0.137650 0.158020 0.260266 -0.001992 -0.366045 0.136768 0.76149 -0.66871 -0.265237

10.158 50.791 50.791

4.197 20.987 71.778

3.053 15.263 87.041

0.885 4.423 91.464

Le componenti principali possono essere collegate al concetto di “grado di alterazione geochimica” o “fattori specifici della pedogenesi” (Bini e De Siena, 1996; Kribek et al., 2010) attraverso l’interpretazione dei coefficienti in senso pedologico. La prima componente include i carichi negativi per le variabili Cr, Ni, Zn, argilla, limo fine, limo grossolano, e i carichi positivi per la sabbia; può essere quindi definita come il fattore specifico del substrato (Kribek et al., 2010), e spiega l’alterazione dei minerali in situ, il rilascio di metalli e i processi di migrazione e adsorbimento. La seconda componente mostra carichi positivi per Fe totale, Fe amorfo, Mn, e carichi negativi per carbonati e pH e spiega quindi i processi di brunificazione e decarbonatazione che avvengono all’interno del suolo. La terza componente comprende i carichi negativi di carbonio organico e azoto, e spiega perciò il processo di umificazione della materia organica. La quarta componente include carichi positivi di acidità di scambio e negativi di saturazione in basi; questo fattore è specifico del processo di massima alterazione in ambienti acidi, come lisciviazione e podzolizzazione. Sullo stesso set di dati è stata anche effettuata una cluster analysis; il dendrogramma risultante (figura 1), fornisce informazioni utili sulle similarità tra i campioni, in base alle distanze euclidee. Per distanze euclidee fino a 4 sono evidenziati quattro gruppi di similarità. Sono evidenti differenze tra gli orizzonti di diversi profili di suolo (confronto orizzontale) e all’interno dello stesso profilo (confronto verticale). In particolare, il grafico discrimina tra materiale parentale calcareo (C1-C2) e acido (C4-C5), e tra gli orizzonti superficiali calcarei (A1, A2,

240 Capitolo XI

epipedon mollico) e acidi (A3, epipedon umbrico). Viene messa in evidenza inoltre anche la continuità lungo il profilo, specialmente tra orizzonti superficiali e profondi dei suoli acidi (A3-B3; A4-B4; A5-B5) e tra gli orizzonti pedogenetici e il substrato nei suoli calcarei (B1-C1). Oltre a ciò, gli orizzonti B e C spesso presentano un’alta similarità (C5-C4-B4; B1-C1-C2-C3-B2), suggerendo che la trasformazione dei minerali primari sia pedogeneticamente più efficace rispetto alla traslocazione degli elementi. Tree Diagram for 15 Cases Complete Linkage Euclidean distances

12

10

8

6

Linkage Distance

4

2

0

C5

C4

B4

B5

A5

A4

B2

C3

C2

C1

B1

B3

A3

A2

A1

Figura 1 – Dendrogramma della similarità fra orizzonti pedogenetici dei suoli esaminati.

4. Conclusioni Cinque gruppi di suolo sono stati identificati in base alla loro evoluzione pedogenetica e alla distribuzione degli elementi in tracce. Sono state individuate notevoli differenze tra i campioni analizzati, sia tra profili distinti, sia all’interno dello stesso profilo. I valori di background degli elementi in tracce nei suoli analizzati sono coerenti con le concentrazioni normali di elementi nei suoli dell’Europa occidentale, compresa l’Italia. L’area studiata è caratterizzata prevalentemente dalla presenza di foreste, localizzate lontano dalle aree urbane e industriali, e questo spiega l’assenza di contaminazione riscontrata generalmente nei suoli di

In nome del Suolo 241

tutto il Trentino, con l’eccezione di alcuni siti collegati con passate attività antropiche (e.g. aree minerarie dismesse). Inoltre, bisogna tenere in considerazione anche possibili fenomeni di deposizione atmosferica in aree vicine alle industrie locali e, in un certo grado, l’effetto complessante della materia organica, che può spiegare in parte l’accumulo superficiale di Pb e Zn. Per quanto riguarda il cadmio, esso potrebbe essere naturalmente arricchito nei suoli basici a causa di un effetto matrice determinato dall’alterazione della roccia calcarea. I risultati ottenuti indicano che la geologia regionale è un fattore chiave nel determinare la soglia geochimica di base da utilizzare come riferimento nella valutazione della contaminazione del suolo. L’analisi statistica ha contribuito a facilitare l’identificazione dei gruppi di suolo a diversi stadi di alterazione, e soggetti a diversi processi pedogenetici, e si è quindi dimostrata uno strumento utile per evidenziare i trend pedogenetici. Umificazione, brunificazione, decarbonatazione, podzolizzazione e lisciviazione sono i processi di formazione del suolo più efficaci nell’area studiata. Ringraziamenti Si ringrazia per la collaborazione la prof.ssa Silvia Bertapelle.

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