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I terreni agricoli giocano un ruolo fondamentale nel ciclo del carbonio e, pertanto, nella mitigazione dei cambiamenti climatici. Infatti, dopo gli oceani, i suoli costituiscono la più importante riserva di carbonio. Nonostante ciò, negli ultimi secoli, con la conversione di molti terreni naturali ad uso agricolo, questi hanno progressivamente perso il loro contenuto di carbonio organico (SOC – soil organic carbon), il quale rappresenta uno dei fattori più influenti sulla loro capacità di sequestrare anidride carbonica (CO2) all’atmosfera. Perciò, da un lato gli ecosistemi agricoli contribuiscono considerevolmente alle emissioni antropogeniche globali di gas serra a causa delle moderne pratiche agricole altamente intensive, come l’aratura, le monocolture, l’uso di prodotti agrochimici e la deforestazione. Dall’altro lato, selezionando e adottando le migliori pratiche di gestione agricola, la capacità di sequestro di carbonio dei suoli agricoli può essere fortemente promossa, grazie al notevole potenziale che questi hanno già mostrato in molti studi.

Quindi per comprendere meglio e monitorare come le pratiche agricole influenzano la capacità di sequestro del carbonio di un terreno è necessario misurare nel tempo il tasso di scambio di CO2 tra l’ecosistema interessato e l’atmosfera.
Un metodo comunemente usato per misurare i flussi è chiamato Eddy Covariance (EC), ma sono utilizzate anche tecniche che prevedono l’impiego di camere di accumulo.

In questo studio è stata testata una metodologia alternativa a quella dell’EC, integrando misure in-situ in camera di accumulo con dati ottici dal satellite Sentinel-2. Le misure in-situ di flussi di CO2 hanno permesso di ricostruire la serie temporale di respirazione (Total Ecosystem Respiration – TER). I dati Sentinel-2 sono stati invece elaborati per ricavare i valori di Gross Primary Production (GPP). La combinazione dei valori giornalieri della TER e del GPP ha permesso di calcolare il Net Ecosystem Exchange (NEE) del sito di interesse.

Pertanto, lo scopo che guida questo progetto di ricerca è confrontare questi due metodi e determinare se l’integrazione di misure in-situ e dati satellitari possa essere tanto affidabile quanto le tecniche dirette EC. In questo modo verrebbe fornito un metodo attendibile e meno oneroso per il monitoraggio del sequestro di carbonio ad opera degli ecosistemi agricoli.

Un ulteriore obiettivo è stato un breve studio sulla variabilità spaziale dei flussi di CO2 e delle variabili ambientali. Tuttavia, non sono state individuate variazioni significative o quantomeno sistematiche nei flussi ottenuti da diverse zone del sito. La debolezza di tale variabilità ha concesso quindi l’elaborazione di tutti i dati nel complesso, senza distinzioni.

Il sito di interesse è Haltiala, un campo coltivato situato a nord della città di Helsinki, Finlandia. I dati di flusso sono stati raccolti a settimane alterne durante l’estate 2021, collocando la camera di accumulo in regioni diverse del campo interessato. Al centro del campo è installata la torre di flusso Eddy Covariance che ha fornito i dati di confronto.

Sono stati quindi ottenuti i bilanci di carbonio da entrambi i metodi: il NEE da EC risulta pari a -64 gC m-2, mentre dal metodo alternativo si hanno 128 gC m-2. La notevole ma non eccessiva differenza tra i due bilanci dimostra come siano necessari ulteriori studi comparativi che tengano conto delle incertezze riportate da entrambe le metodologie, nonché delle condizioni meteorologiche che influenzano il funzionamento degli strumenti.

Agricultural lands play a crucial role in carbon cycle and, therefore, in climate change mitigation. As a matter of fact, after oceans, soils are the most important reservoir of carbon. Nonetheless, over the last centuries, along with conversion of natural soils into agricultural ones, they have been losing their carbon content (SOC – soil organic carbon), which is one of the most influent factors on their carbon sequestration capacity. Hence, on one hand agricultural ecosystems largely contribute to the global greenhouse gas anthropogenic emissions because of intensive modern management practices, such as ploughing, monocropping, use of agrochemicals and deforestation. On the other hand, by selecting and adopting the best management practices, agricultural soils carbon sequestration capacity can be deeply enhanced due to the remarkable potential they have already shown. Thus, in order to better understand and to monitor how the management practices affect the carbon sequestration capacity of an agricultural land it is necessary to evaluate the rate of CO2 exchange between the ecosystem of interest and the atmosphere over time. A commonly used method to measure fluxes is so called Eddy Covariance (EC) method, but also chamber techniques are used. Here we tested an alternative method for EC to quantify the ecosystem carbon balance. We used a combination of in-situ chamber measurements and Sentinel-2 satellite optical data. The former allowed us to reconstruct the respiration time series (Total Ecosystem Respiration – TER), while the latter were processed in order to obtain values of Gross Primary Production (GPP). From the combination of TER and GPP daily values we were able to compute the Net Ecosystem Exchange (NEE) of the site of interest. Thus, the leading goal of the research project is to compare these two methods and assess whether the chamber and satellite combined measurements can be as reliable as EC methods, therefore providing a trustworthy and more affordable methodology for monitoring agricultural lands carbon sequestration. Another goal was a brief analysis about spatial variability of CO2 fluxes and environmental variables. Nonetheless, no significant or systematic variation has been identified among flux measurements from different areas of the site. Therefore it was possible to process the data altogether without distinguishing and dividing them. The site of interest is Haltiala, a cropland situated in the northern part of Helsinki, Finland. The data were collected biweekly from a closed dynamic chamber during the growing season of 2021. The chamber was moved between different locations along the field. Eventually we obtained the carbon balance from both methods: The EC NEE results to be -64 gC m-2, whilst the alternative method gave 128 gC m-2. The noticeable but not excessive difference between the two outcomes shows that further comparative analyses are necessary, especially taking into account the uncertainties of both methodologies and the meteorological conditions that affect the instruments.