Il progetto in sintesi

Titolo del Piano / Project title

Nuove tecniche di monitoraggio del bilancio del carbonio e dello stato di salute del castagneto da legno e da frutto - Castagni Parlanti
New techniques for monitoring the carbon balance and the state of health of wood and fruit chestnut trees - Talking Chestnuts

Obiettivo del Piano / Scope of the plan

Valutare l'impronta ecologica del recupero del castagneto all'attualità di coltura da frutto all'interno di una matrice forestale, in termini di fissazione e sequestro del carbonio nel sistema suolo-pianta, di uso dell'acqua e di copertura del suolo, traendone indicazioni concrete per una gestione forestale efficace e sostenibile per la produzione congiunta di legno e di frutto.
Assessment of the ecological footprint of chestnut restoration to fruit cultivation within a forest matrix, in terms of carbon fixation and sequestration in the soil-plant system, water use and land cover. Obtainment of operational indications for an effective and sustainable chestnut forest management for combined wood and fruit production

Programma / Plan

Recupero del castagneto all’attualità di coltura e selezione di un sottoinsieme di piante. I castagni saranno monitorati in continuo con l’innovativo sistema TreeTalker e, per validazione, in parte anche con sensori Monitoring PAM. L’ingente quantitativo di dati ricevuto dalle piante sarà incrociato con un insieme di variabili climatiche e ambientali. L’analisi dei dati porterà a una più profonda comprensione dell’interazione tra castanicoltura, gestione forestale e ambiente. I contenuti saranno resi accessibili a operatori forestali, esperti e cittadini/ studenti tramite modalità mirate: incontri e convegni, portale interne, applicazione scaricabile su smartphone e programmi formativi.
Restoration of chestunts to fruit cultivation and selection of a subset of plants. The chestnut trees will be continuously monitored with the innovative TreeTalker system and, for validation, partly also with Monitoring PAM sensors. The large amount of data received from plants will be crossed with a set of climatic and environmental variables. Data analysis will lead to a deeper understanding of the interaction between chestnut growing, forest management and the environment. The contents will be made accessible to forest operators, experts and citizens / students through targeted methods: meetings and conferences, internal portal, application downloadable on smartphones and training programs.

Risultati attesi / Expected results

  • Una metodologia di rilevamento diffuso e a basso costo della funzionalità e crescita delle piante
  • Una metodologia per il monitoraggio degli effetti e dell’impronta ecologica di diverse metodologie di recupero del castagneto
  • La metodologia GIS di Land Suitability per l’individuazione delle micro-aree vocate al recupero all’attualità di coltura
  • La sensibilizzazione sulle tematiche ambientali
  • L’arricchimento delle competenze diffuse in castanicoltura
  • The method for a widespread and low-cost detection of plant function and growth
  • A methodology for monitoring the effects and the ecological footprint of different methods of recovery and management of the chestnut grove
  • The GIS methodology of Land Suitability for the identification of micro-areas suited to the recovery of topical crops
  • Contribution to awareness on environmental issues
  • The enrichment of skills spread in chestnut grove management

I castagni ci parlano grazie al sistema TreeTalker® / Chesnuts talk to us thanks to the TreeTalker® system

Lo strumento principale che useremo è il TreeTalker®: un insieme di sensori miniaturizzati a basso consumo che vengono applicati agli alberi per monitorare continuamente, attraverso la raccolta di molti dati e parametri, il loro stato di salute e quello dell'ambiente circostante.
The main tool we will use is the TreeTalker®: a set of low-power miniaturized sensors that are applied to the trees to continuously monitor, through the collection of many data and parameters, their health status and that of the surrounding environment.

Il suolo nell’area di studio / The Soil in the experimental area

Idoneità territoriale. Sarà condotta un’analisi multicriteriale di Land Suitability (analisi di idoneità del territorio) con metodologia Weighted Linear Combination (WLC) utilizzando i software open source QGIS e GRASS. Verranno presi in considerazione i seguenti fattori derivati ed elaborati da immagini da satellite Sentinel-2 della missione spaziale Copernicus con risoluzione di 10 m: pendenza, esposizione, quota, distanza dalle strade, indici di copertura del suolo e di contenuto di clorofilla nelle foglie.

Preparazione castagni parlanti. Entro l’area vocata individuata all’interno del Castagneto saranno localizzate 4 aree di 500 m2 ciascuna, in condizioni ecologiche e pedologiche differenti, che verranno caratterizzate con rilievi dendrometrici e pedologici. In particolare, UNIBO-DISTAL provvederà alla descrizione della stazione e del soprassuolo con la metodologia ProgettoBosco, al cavallettamento totale e alla misura di un campione rappresentativo di altezze. L’indice di area fogliare e il grado di chiusura delle chiome verranno quantificati con tecniche di fotografia emisferica. In seguito agli interventi, le sole piante di castagno rilasciate verranno mappate con total station per quantificare la loro densità e competizione.

Profili di suoli (suoli benchmark). In una zona rappresentativa di ogni area si provvederà ad aprire un profilo di suolo fino all’orizzonte C; verranno descritti i caratteri morfologici di ogni orizzonte e quindi campionati. I campioni di ogni orizzonte saranno caratterizzati per le principali proprietà chimico-fisiche. I dati del contenuto di carbonio organico e di bulk density permetteranno di determinare lo stock di carbonio organico ad una determinata profondità (30-50 cm, espresso Mg C ha-1). Inoltre, saranno determinati gli stock degli elementi nutritivi. Saranno analizzati i pool della S.O. labili quali il contenuto di C e N sia della biomassa microbica. Inoltre, sarà determinata la respirazione potenziale microbica (mg CO2/ kg di suolo) per potere calcolare alcuni indicatori e indici di funzionalità ecologica del suolo, quali il quoziente metabolico, quoziente di mineralizzazione e quoziente microbico. Verrà inoltre calcolato l’indice di Fertilità Biologica dei suoli delle 4 aree.

In ogni area, inoltre, UNIBO-DISTAL posizionerà nel suolo degli apparati (collari) per la misurazione della respirazione del suolo. Le emissioni saranno quantificate attraverso analizzatori portatili all’infrarosso EGM-4 (PP Systems, Amesbury, MA), parallelamente alla registrazione dell’umidità e della temperatura del suolo, secondo un piano di monitoraggio.

Si prevede, inoltre, il monitoraggio delle variazioni degli stock di C e delle emissioni di CO2 del suolo in risposta alle azioni di recupero all’attualità di coltura sopra descritte. Le variazioni saranno misurate nella primavera successiva e ad un anno di distanza dagli per definire la risposta del suolo nel breve e medio termine, rispettivamente, in corrispondenza alla ripresa vegetativa delle piante. In questi due momenti temporali, per ogni area ed ogni modalità di intervento sarà aperto un “minipit” fino ad una profondità di 30 cm. Le valutazioni chimiche, biochimiche e biologiche che per la bulk density. In totale, si prevede di raccogliere 128 campioni di suolo. Su questi campioni di ogni strato saranno ripetute le determinazioni finalizzate alla quantificazione degli stock di carbonio e degli elementi nutritivi, ai quozienti metabolico e microbico, all’indice di fertilità biologica. I risultati ottenuti confrontati con quelli riferiti al suolo-benchmark, permetteranno di monitorare nel tempo gli effetti dei sistemi forestali sulla qualità del suolo e sull’efficienza del sequestro di carbonio nel suolo nelle diverse condizioni ecologiche e pedologiche.
Territorial suitability. A multi-criteria Land Suitability analysis will be carried out with the Weighted Linear Combination (WLC) methodology using the QGIS and GRASS open source software. The following factors derived and elaborated from Sentinel-2 satellite images of the Copernicus space mission with a resolution of 10 m will be taken into consideration: slope, exposure, altitude, distance from the roads, land cover indices and chlorophyll content in the leaves.

Preparation of “speaking chestnut” trees. Within the dedicated area identified within the Granaglione Chestnut Grove, 4 areas of 500 square meters each, in different ecological and pedological conditions, will be characterized with dendrometric and pedological surveys. In particular, UNIBO-DISTAL will provide the description of the station and the top with the ProgettoBosco methodology, the total stand and the measurement of a representative sample of heights. The leaf area index and the degree of closure of the canopy will be quantified with hemispherical photography techniques. Following the interventions, only the selected chestnut plants will be mapped with total station to quantify their density and competition.

Soil profiles (benchmark soils). In a representative zone of each area, a soil profile will be opened up to C horizon; the morphological characters of each horizon will be described and sampled. The samples of each horizon will be characterized by the main chemical-physical properties. The organic carbon content and bulk density data will allow to determine the organic carbon stock at a certain depth (30-50 cm, expressed as Mg C ha-1). In addition, nutrient stocks will be determined. The labile O.S. pools will be analyzed, such as the content of C and N of the microbial biomassMoreover, the potential microbial respiration (mg CO2 / kg of soil) will be determined to be able to calculate some indicators and indices of ecological functionality of the soil, such as the metabolic quotient, mineralization quotient and microbial quotient. The Biological Fertility Index of the soils of the 4 areas will also be calculated.

Furthermore, in each area, UNIBO-DISTAL will place devices (collars) on the ground for measuring soil respiration. The emissions will be quantified through EGM-4 portable infrared analyzers (PP Systems, Amesbury, MA), in parallel with the recording of soil moisture and temperature, according to a monitoring plan.

Furthermore, monitoring of changes in C stocks and soil CO2 emissions is scheduled in response to the recovery actions of the trees to a cultivated state, as described above. The variations will be measured in spring and one year after to define the response of the soil in the short and medium term, respectively, corresponding to the vegetative restart of the plants. In these two moments of time, a "minipit" will be opened for each area and each mode of intervention up to a depth of 30 cm.

Chemical, biochemical and biological assessments for bulk density. In total, 128 soil samples are expected to be collected. The determinations aimed at quantifying carbon stocks and nutrients, metabolic and microbial quotients, and biological fertility index will be repeated on these samples of each layer.

The results obtained compared with those referred to the soil-benchmark, will allow to monitor over time the effects of forest systems on soil quality and on the efficiency of carbon sequestration in the soil in different ecological and soil conditions.

Luogo di svolgimento delle attività / Location

Il Castagneto didattico – dimostrativo di Granaglione (Alto Reno Terme –BO) di proprietà della Fondazione Carisbo.
The educational - demonstration chestnut grove of Granaglione (Alto Reno Terme –Bologna, Italy) owned by the Carisbo Foundation.

Budget

191.848,72 €
191,848.72 €

Partner

Responsabile scientifico

Responsabile scientifico: Prof. Federico Magnani, Alma Mater Studiorum Università di Bologna, DISTAL – Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-Alimentari

Contatti / contact

i.mazzoli@openfields.it

Piano dettagliato / detail of actions

Studi / Preliminary Analyses

Saranno condotti sopralluoghi ed analisi preliminari per individuare 4 profili e 20 campioni di suolo dal punto di vista delle proprietà fisico – chimiche, biologiche e biochimiche, stock di C organico e nutritivi, indici di qualità funzionale del suolo.
Preliminary inspections and analyses will be carried out to identify 4 profiles and 20 soil samples in terms of physic-chemical, biological and biochemical properties, organic and nutritive C stocks, and functional soil quality indexes.

Installazione e test delle apparecchiature / Equipment installation and testing

In ognuna delle 4 aree identificate nella Azione 2 saranno installati i TreeTalker® su 48 alberi: tre quarti ripartiti su tre tipi di potature diverse, un quarto non sottoposti a potature.
In each of the 4 areas identified in Action 2 the TreeTalker® will be installed on 48 trees: three quarters withr three different types of pruning, a fourth not pruned.

Portale e applicazione web / Portal and web application

Grazie a una app gratuita, docenti, studenti, cittadini possono «adottare» un castagno selezionandolo dalla mappa, e seguirne lo stato di salute giorno per giorno. Ogni castagno ha il suo nome, quindi visitando il Castagneto sarà possibile «incontrarlo» di persona.
Thanks to a free app, professors, students, citizens can "adopt" a chestnut by selecting it from the map, and follow its state of health day by day. Each chestnut has its name, so visiting the Granaglione chestnut grove it will be possible to "meet" it "in person".

Monitoraggio ed elaborazione dei dati / Data monitoring and processing

I dati trasmessi ogni ora dai castagni saranno integrati con i dati climatici ed elaborati con computer e software di ultima generazione (analisi statistiche più metodi basati sull’intelligenza artificiale come il machine learning). Identificheremo i fattori più importanti nel determinare lo stato di salute ed i relativi valori soglia (indici di allerta precoce).
The data transmitted every hour by the chestnut trees will be integrated with the climate data and processed with computers and latest-generation software (statistical analysis plus methods based on artificial intelligence such as machine learning). We will identify the most important factors in determining health status and related threshold values (early warning indexes).

Stima degli effetti sul suolo (sequestro di carbonio) / Estimation of effects on soil (carbon sequestration)

Si effettuerà il monitoraggio delle variazioni, in risposta alle azioni di recupero all’attualità di coltura, della qualità della sostanza organica del suolo, del suo contenuto di Carbonio e delle emissioni di Co2 in atmosfera.
Changes will be monitored, in response to the recovery actions, of the quality of the soil organic substance, of its Carbon content and of the CO2 emissions into the atmosphere.

Divulgazione, formazione / Dissemination, training

I risultati del Piano saranno patrimonio di tutti, in Italia e in Europa, grazie a un’attività di divulgazione, scientifica ma anche accessibile al grande pubblico. La formazione ai castanicoltori renderà le nuove tecnologie utili alle coltivazioni locali.
The results of the Plan will be everyone's assets, in Italy and in Europe, thanks to a dissemination activity, both with scientific language and in a form that is accessible to the general public. Training for chestnut growers will make new technologies useful for local crops.