Determinazione del carbonio organico nei suoli utilizzando la spettroscopia Vis-NIR: un caso studio in un ecosistema forestale della Calabria meridionale

Il carbonio organico (CO) è una delle principali proprietà del suolo ed è particolarmente importante per il funzionamento e per la gestione sostenibile degli ecosistemi agricoli e forestali. Il CO influenza le proprietà chimiche, fisiche e biologiche del suolo ed ha un ruolo essenziale nel ciclo globale del carbonio agendo come sink della CO2. I metodi convenzionali di laboratorio per la determinazione del CO sono spesso proibitivi dal punto di vista dei costi e richiedono tempi molto lunghi per la loro esecuzione, in particolar modo quando si devono analizzare un grande numero di campioni di suolo. Negli ultimi anni, la spettroscopia nella regione dello spettro elettromagnetico compresa tra il visibile e l'infrarosso vicino (Vis-NIR, 350 - 2500 nm) si è sviluppata ed è divenuta un metodo analitico rapido e robusto per la determinazione delle più comuni proprietà dei suoli. La spettroscopia Vis-NIR del suolo, in confronto ai metodi analitici convenzionali, è più rapida, efficace dal punto di vista dei costi, non distruttiva, richiede un tempo minore di preparazione dei campioni, con minori o senza reagenti chimici, e consente di analizzare varie proprietà del suolo simultaneamente. Lo scopo di questo lavoro è la valutazione delle potenzialità della spettroscopia Vis-NIR per la determinazione del CO nei suoli di un ecosistema forestale rappresentativo della Calabria meridionale. Lo studio è stato svolto nell'ambito del progetto Europeo LIFE+ 09 ENV/IT/000078 ManFor C.BD. "Managing forests for multiple purposes: carbon, biodiversity and socio-economic wellbeing" (1 ottobre 2010 - 30settembre 2015), in un'area forestale ubicata in Calabria all'interno della Riserva Naturale Biogenetica Marchesale (Mongiana, VV). Nell'area di studio sono stati prelevati 216 campioni di topsoils distribuiti in modo da rappresentare il più possibile la variabilità spaziale dei fattori pedogenetici, utilizzando un cilindro metallico di volume noto della lunghezza di 20 cm ed un diametro di 7.2 cm. Per ogni campione di suolo, dopo essere stato essiccato in stufa a 40°C per 48 ore e setacciato a 2 mm, è stato determinato il contenuto di CO utilizzando l'analizzatore TOC-L (Shimadzu Corporation, Japan). Successivamente, per ciascun campione è stato acquisito lo spettro di riflettanza utilizzando lo spettroradiometro ASD FieldSpec IV. Gli spettri di riflettanza, suddivisi in un set di calibrazione (144 campioni) e in uno di validazione (72), sono stati analizzati attraverso la regressione parziale ai minimi quadrati (PLSR) che ha consentito di estrarre le informazioni contenute negli spettri di riflettanza e di correlarle con il CO determinato con il metodo convenzionale. I risultati sono stati soddisfacenti, ottenendo un elevato coefficiente di determinazione (R2>0.80) e valori bassi della radice quadrata dell'errore quadratico medio (RMSE), sia in fase di calibrazione che di validazione del modello predittivo. I risultati, pertanto, hanno confermato che la spettroscopia Vis-NIR può essere validamente utilizzata per la determinazione del contenuto di CO nel suolo. Inoltre, i dati spettrali ottenuti rappresentano un contributo per la costruzione di un database regionale di supporto al rilevamento dei suoli in altre aree della Regione Calabria.