Previsione degli stock SOC sulla base della variazione spaziale e temporale delle proprietà del suolo utilizzando la regressione parziale dei minimi quadrati

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 7949 (2023) Citare questo articolo

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Il riscaldamento globale è un problema su vasta scala e il sequestro del carbonio nel suolo è la sua soluzione naturale su scala locale. Il ruolo del suolo come deposito di carbonio è stato ampiamente studiato, ma le conoscenze sul ruolo delle variabili del suolo nel prevedere l’assorbimento di carbonio nel suolo e la sua ritenzione sono scarse. Il presente studio prevede gli stock di SOC nel terriccio della regione di Islamabad-Rawalpindi mantenendo le proprietà del suolo come variabili esplicative e applicando il modello di regressione parziale dei minimi quadrati su set di dati di due diverse stagioni. I campioni raccolti dalle città gemelle di Islamabad e Rawalpindi sono stati testati per colore del suolo, consistenza, contenuto di umidità, SOM, densità apparente, pH del suolo, EC, SOC, solfati, nitrati, fosfati, fluoruri, calcio, magnesio, sodio, potassio, e metalli pesanti (nichel, cromo, cadmio, rame e manganese) applicando protocolli standard. Successivamente, è stato applicato il PLSR per prevedere gli stock SOC. Sebbene le attuali scorte di SOC variassero da 2,4 a 42,5 Mg/ettaro, i risultati del PLSR prevedevano che se le variabili del suolo rimanessero inalterate, è probabile che le scorte di SOC si concentrerebbero intorno a 10 Mg/ettaro nella regione. Lo studio ha inoltre identificato l'importanza variabile per i set di dati di entrambe le stagioni in modo che le variabili rumorose nei set di dati possano essere escluse nelle ricerche future e si possano effettuare stime precise e accurate.

Su scala globale, c’è un notevole livello di interesse in crescita verso una migliore gestione del carbonio organico nei suoli non solo per affrontare i problemi di sicurezza alimentare ma anche per affrontare il cambiamento climatico. Le principali iniziative che affrontano questo problema includono l'iniziativa 4p1000, REDD + e il programma di valutazione globale del potenziale di sequestro di SOC (GSOCseq)1,2,3.

Il suolo è considerato il più grande di tutti i serbatoi per la fissazione del carbonio atmosferico. Trattengono il doppio della quantità di carbonio rispetto alla vegetazione terrestre4,5. Il suolo trattiene il contenuto di carbonio sotto forma di carbonio organico (a parte i terreni calcarei)6,7. L'assorbimento del carbonio nel suolo, comunemente definito sequestro del carbonio, avviene direttamente quando la CO2 viene trasformata in composti inorganici come carbonati di calcio e magnesio mediante particolari reazioni chimiche inorganiche8; oppure si verifica indirettamente quando la biomassa si degrada e diventa parte del sistema suolo sotto forma di composti organici, generalmente definiti come materia organica del suolo, costituita da carbonio organico del suolo insieme ad altre sostanze organiche come l'humus9. La maggior parte degli aspetti strutturali e funzionali del sistema suolo, come la ritenzione dell'umidità, la formazione di complessi con gli ioni metallici e la capacità di scambio cationico dei suoli, dipendono dal carbonio organico del suolo10,11. Ma l’impatto del SOC sul suolo non è unidirezionale. Le proprietà del suolo influenzano anche la cattura, la qualità, la distribuzione e il tempo di ritenzione del SOC in base a vari fattori esterni ed interni come la categoria di utilizzo del suolo e le fluttuazioni stagionali di temperatura e umidità12,13.

L’assorbimento e la ritenzione del carbonio atmosferico nel suolo è un fenomeno complesso. Questo intricato processo coinvolge molteplici variabili appartenenti a tutte le sfere (atmosfera, biosfera, idrosfera e litosfera) dell'ecosistema14,15.

All’interno del regime del suolo, i cambiamenti spaziali e temporali negli stock di carbonio organico del suolo dipendono in gran parte dalle proprietà innate dei suoli. Tuttavia, le statistiche sulla distribuzione delle scorte di carbonio organico del suolo (SOC) nei profili del suolo in relazione alle variabili del suolo sono appena adeguate.

La seguente ricerca fornisce un quadro olistico delle diverse variabili che modellano gli stock di SOC nei terreni più superficiali della regione di Islamabad-Rawalpindi.

Per la presente ricerca, 204 campioni (comprese le repliche sul campo) sono stati raccolti dal terriccio (0-30 cm) della regione di Islamabad e Rawalpindi. La temperatura atmosferica e l'elevazione sono state rilevate sul campo insieme alle letture GPS e le proprietà del suolo sono state valutate presso il laboratorio dell'Università Fatima Jinnah Women. Con l'intento di studiare la variazione spaziale, i campioni sono stati raccolti da tre diversi tipi di uso del suolo, ovvero campi agricoli, terreni urbani (parchi pubblici) e aree forestali della regione di Islamabad e Rawalpindi. Per valutare il cambiamento temporale, i campioni sono stati raccolti in due stagioni, ovvero estate e inverno. I campioni sono stati analizzati per le variabili fisiche del suolo come il colore del suolo, valutato utilizzando la tabella dei colori del suolo Munsell16,17; tessitura del suolo valutata mediante il metodo dell'idrometro17; contenuto di umidità del suolo calcolato utilizzando il metodo della perdita all'essiccazione17; sostanza organica valutata mediante la tecnica della perdita all'accensione18,19 e densità apparente del suolo valutata mediante il metodo della cavità conforme20. Anche i parametri chimici sono stati analizzati utilizzando protocolli standard. pH ed EC sono stati misurati utilizzando il kit multimetro portatile Crison MM4017. Il carbonio organico nel suolo è stato valutato mediante il metodo Walky e Black modificato21; i solfati, i nitrati e i fosfati del suolo sono stati analizzati mediante spettrofotometria UV/VIS17; i fluoruri sono stati valutati mediante elettrodi ionoselettivi22. Gli ioni sodio e potassio sono stati analizzati mediante fotometria di fiamma e il contenuto di calcio, magnesio e metalli pesanti come nichel, cromo, cadmio, rame e manganese sono stati valutati mediante spettrofotometria di assorbimento atomico17.