Analisi del ruolo dei vigneti sulla stabilità di versante in un area soggetta a frane superficiali

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2 Analisi del ruolo dei vigneti sulla stabilità di versante in un area soggetta a frane superficiali di C. Meisina *, M. Bordoni *, M.G. Persichillo *, A. Vercesi **, G.B. Bischetti ***, E. Chiaradia ***, C. Bassanelli ***, C. Vergani ****, R. Valentino *****, M. Bittelli ****** e S. Chersich * Riassunto Sono presentati i primi risultati di uno studio multidisciplinare realizzato nell'area collinare dell'oltrepò Pavese finalizzato a studiare i meccanismi di innesco delle frane superficiali e in particolare il ruolo del rinforzo meccanico dei suoli provocato dalle radici di vite oltre che gli effetti che le pratiche gestionali dei vigneti hanno nel promuovere o nel contrastare l instabilità di versanti adibiti alla viticoltura. Le tecniche colturali, in particolare l'utilizzo del vigneto a rittochino, influenzano l'instabilità dei versanti. La distribuzione delle radici di vite nel suolo è massima nei primi 0.6 m e tende a diminuire con la profondità. Laddove le radici sono presenti, esse determinano un rinforzo meccanico, espresso come coesione radicale basale, al suolo, fino a 18.3 kpa in pendii stabili. Lo studio ha importanti ripercussioni sulle politiche di pianificazione territoriali e può incidere positivamente sul presidio del territorio e sulla prevenzione dei fenomeni di dissesto. Parole chiave: vigneti, frane superficiali, Root Area Ratio, rinforzo radicale. Summary We present in this work the first results of a multidisciplinary study realized in the hilly area of Oltrepò Pavese for studying the triggering mechanism of shallow landslides. The role of the soil mechanical reinforcement made by grapevines roots and the management practices of vineyards are investigated aiming to identify the conditions which can promote or avoid the slope instability in vineyards. The man- * Dipartimento di Scienze della Terra e dell Ambiente, Università di Pavia. ** Istituto di Frutti-Viticoltura, Università Cattolica Milano. *** Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali, Università di Milano. **** Institute for Snow and Avalanche Research SLF, Davos. ***** Dipartimento di Ingegneria Civile, dell Ambiente, del Territorio e Architettura, U- niversità di Parma. ****** Dipartimento di Scienze Agrarie, Università di Bologna. 232

3 agement practices, in particular the tillage pattern parallel to maximum slope gradient, have effects on the slope instability. The ditribution of grapevine roots is highest in the first 0.6 m of the soil and it trends to decrease along the depth. Where the roots are present, they make a mechanical reinforcement, expressed as basal root cohesion, on soil till 18.3 kpa in stable slopes. The study has significant effects on land planning policies and can influence positively the land protection and the preventative measures for avoiding slope instabilities. Key words: vineyards, shallow landslides, Root Area Ratio, root reinforcement. 1. Introduzione Le aree a vocazione vitivinicola si trovano molto spesso su versanti acclivi e talvolta terrazzati. Tale collocazione è spesso connessa a problemi di erosione superficiale e/o di instabilità dei versanti. Le frane superficiali, interessanti i primi 2 m di suolo e indotte da intense precipitazioni meteoriche a carattere stagionale o concentrate nel tempo, costituiscono i fenomeni di instabilità più diffusi nelle aree a vocazione vitivinicola. In queste aree, essi hanno elevata distribuzione nelle zone colpite e provocano la parziale o completa distruzione di vasti settori di versante coltivati a vigneto, contribuendo fortemente alla perdita di sostanza organica e di potenziale produttivo nel suolo (e relativo degrado delle funzioni ecologiche/ecosistemiche). Tali problematiche si verificano attualmente con sempre maggior frequenza. Nell ultimo ventennio, i casi più significativi in Italia hanno interessato le Langhe nel 1994 e nel 2009 (Tiranti e Rabuffetti, 2010), l Oltrepò Pavese nel 2009 e nel 2013 (Zizioli et al., 2013, 2014), le Cinque Terre nel 2011 (Cevasco et al., 2014). Se sul tema dei problemi legati all erosione superficiale in versanti coltivati a vigneto esiste già una grande mole di dati sperimentali (Arnaez et al., 2007; Tarolli et al., 2014), vi è una pressoché totale mancanza di informazioni sull interazione tra la vite e la stabilità dei versanti. L analisi di tale interazione costituisce la base per definire fino a che punto e con quale tecniche di gestione queste coltivazioni possano esercitare un ruolo di prevenzione ai fenomeni di dissesto. Inoltre, fino ad oggi gli studi sul ruolo protettivo dell apparato radicale hanno riguardato generalmente piante di interesse forestale (Abe e Ziemer, 1991; Bischetti et al., 2009; Schwarz et al., 2010) e mai quelle di interesse agrario come le viti. Vengono qui presentati i primi risultati sul ruolo operato dalle viti in relazione alla franosità superficiale, in termini di resistenza meccanica del loro apparato radicale e degli effetti che le pratiche gestionali dei vigneti hanno nel promuovere o nel contrastare l instabilità. 2. L area di studio e i metodi utilizzati L area di studio corrisponde al settore collinare nord-orientale dell Oltrepò Pa- 233

4 vese (Provincia di Pavia), tra i comuni di Broni, Canneto Pavese e Stradella (fig. 1), dove la vitivinicoltura rappresenta un importante fattore ambientale, paesaggistico ed economico. Fig. 1 Inquadramento geologico dell area di studio, localizzazione dei siti-campione e distribuzione dei fenomeni franosi. I versanti presentano coltri eluvio-colluviali, derivanti dall alterazione di formazioni geologiche arenacee, conglomeratiche e marnose, costituite essenzialmente da limi argillosi e limi argilloso-sabbiosi non plastici, con spessori tra 0.5 e 2.5 m. Nella coltre di copertura si sviluppa una circolazione idrica superficiale separata rispetto a quella profonda (substrato) da uno strato a minore permeabilità che favorisce il flusso della falda lungo il pendio e determina, in condizioni di precipitazioni critiche, situazioni di sovrappressioni idrauliche che causano l innesco delle frane (Bordoni et al., 2014). Numerose frane superficiali hanno avuto negli ultimi anni ripercussioni negative sull attività vitivinicola (fig. 2). In particolare, le intense precipitazioni del aprile 2009 (160 mm in 48 h, 20% della pioggia media annua) hanno innescato circa 1600 frane superficiali in 180 km 2, mentre eventi meno diffusi si sono avuti tra Marzo e Aprile 2013 e a Marzo 2014 (fig. 1). 234

5 Fig. 2 Esempi di frane superficiali in Oltrepò Pavese che hanno coinvolto versanti coltivati a vigneto. a) porzioni della coltre di alterazione superficiale che hanno subito traslazioni di limitata entità tali da non esporre la superficie di movimento; b) porzioni della coltre di alterazione superficiale che hanno subito traslazione di entità tale da esporre la superficie di rottura; c) porzioni della coltre di alterazione superficiale che a seguito del movimento iniziale e della successiva destrutturazione della massa spostata degenerano in colata; d) porzione della coltre di alterazione superficiale che, a seguito della traslazione iniziale e della destrutturazione della massa, degenerano in colata estremamente fluida. La distribuzione dei fenomeni franosi è stata confrontata con la mappa dell uso del suolo e le tecniche di gestione dei vigneti, mentre, per comprendere i fattori che influenzano il rinforzo meccanico operato dalle radici di vite, sono stati selezionati alcuni versanti campione con vigneti di diversa età (fig.1). La selezione è avvenuta sulla base della morfologia (pendenza, quota, esposizione) dei versanti, della disposizione e età dei filari, delle principali pratiche agricole condotte, dello spessore e del tipo di suolo, del tipo di substrato, della presenza o meno di frane superficiali. In prossimità di piante di vite vive, sono stati realizzati scavi per il prelievo di radici sottoposte a prove di laboratorio per valutarne la resistenza a trazione. È stata inoltre analizzata la distribuzione delle radici con la profondità e sono stati eseguiti dei profili pedologici con prelievo di campioni per la caratterizzazione geotecnica e pedologica. 235

6 3. Risultati 3.1. Il ruolo della gestione dei vigneti nell instabilità dei versanti La maggior parte delle frane superficiali si è innescata in corrispondenza di versanti coltivati a vigneti (53.9 %), o con boschi (21.4 %) formatisi negli ultimi anni da vigneti abbandonati e ripopolati da vegetazione spontanea infestante arbustiva e boschiva (sambuchi, robinie ecc.). Nell ambito delle superfici coltivate a vigneto, i vigneti rittochino (filari di vigneti disposti lungo la linea di massima pendenza), senza soluzione di continuità (assenza di capezzagne e scoline) per lunghezze superiori a 100 m, favoriscono l innesco di frane superficiali. Queste pratiche agricole si sono diffuse in particolare dopo il 1980 per raggiungere una più efficiente meccanizzazione nella gestione del vigneto, portando a rimpiazzare i tradizionali vigneti a girapoggio (filari di vigneti disposti paralleli alle curve di livello) che appaiono meno predisposti all instabilità superficiale Il ruolo delle radici dei vigneti sull instabilità dei versanti La distribuzione delle radici di vite non presenta significative relazioni con il tipo di suolo e di bedrock e con l età del vigneto. Il numero di radici è massimo tra 0.2 e 0.6 m e diminuisce con la profondità (fig. 3), annullandosi spesso tra 0.6 e 0.9 m in corrispondenza del contatto tra suolo e bedrock (WB). Solo radici con diametro tra 1 e 5 mm sono presenti in tutti gli orizzonti di suolo. Differenze nel numero di radici e nella densità radicale (Root Area Ratio, RAR) si osservano tra siti caratterizzati dalla presenza o meno di frane superficiali (fig. 3). Laddove sono avvenute frane superficiali il numero di radici è inferiore ed esse generalmente si arrestano a profondità tra 0.8 e 1 m; viceversa, su pendii stabili, esse sono presenti fino a profondità di 1.5 m. Dalle prove di resistenza a trazione condotte in laboratorio emerge un unica relazione forza-diametro delle radici di vite indipendentemente da età della pianta e caratteristiche del pendio. Tramite il modello Fiber Boundle Model FBM (Pollen and Simon, 2005), sulla base delle proprietà meccaniche misurate e della densità di radici con la profondità è stato stimato il rinforzo radicale del suolo come coesione basale. 236

7 Fig. 3 a) Distribuzione della RAR con la profondità nei siti-campione stabili, b) distribuzione della RAR con la profondità nei siti-campione interessati da frane superficiali. Fig. 4 a) Distribuzione della coesione basale in pendii stabili, b) distribuzione della coesione basale in pendii con frane superficiali. Pur con notevoli variazioni tra i siti, la coesione basale presenta valori medi più bassi in pendii dove nel passato si sono verificate frane superficiali ( kpa) rispetto a pendii stabili ( kpa), con diminuzione maggiormente evidente fino a 0.7 m (fig. 4). Il rinforzo radicale è massimo tra 0.1 e 0.6 m e tende a diminuire con la profondità fino ad annullarsi a quote superiori a m dal piano campagna (fig. 4). 237

8 4. Conclusioni e sviluppi futuri I risultati preliminari dello studio indicano come le scelte e le tecniche colturali influenzino il dissesto in versanti coltivati a vigneto. Nonostante un importante dispersione dei valori, la distribuzione delle radici di vite con la profondità influenza anche la stabilità del pendio. Lo studio ha quindi importanti ripercussioni nell ambito della pianificazione territoriale, ove fornisce un contributo alla valutazione della predisposizione alla franosità delle aree a viti, e nella gestione del territorio, in quanto le attività agricole, attraverso pratiche di gestione sostenibile, possono incidere positivamente sul presidio del territorio e sulla prevenzione dei fenomeni di dissesto. Gli sviluppi futuri della ricerca riguarderanno: la definizione di pratiche agricole più idonee alla conservazione del suolo in vigneti; la caratterizzazione della dinamica del contenuto idrico del suolo in presenza di vite; la definizione di un modello di valutazione della stabilità dei versanti in presenza della vite, al fine di zonare il territorio e di individuare le aree in cui adottare particolari tecniche di gestione per prevenire l instabilità; la definizione di un metodo di valutazione del rischio d instabilità dei versanti su cui sono previsti nuovi impianti. Riferimenti bibliografici Abe K. and Ziemer R.R. (1991), Effect of tree toots on a shear zone: modeling reinforced shear-stress, Canadian Journal of Forest Research, 21: DOI: /x Arnaez J., Lasanta T., Ruiz-Flanno P. and Ortigosa L. (2007), Factors affecting runoff and erosion under simulated rainfall in Mediterranean vineyards, Soil & Tillage Research, 93: DOI: /j.still Bischetti G.B., Chiaradia E.A., Epis T. and Morlotti E. (2009), Additional root reinforcement of forest species in the Italian Alps, Plant Soil, 324: DOI: /s Bordoni M., Meisina C., Zizioli D., Valentino R., Bittelli M., Chersich S. (2014), Rainfallinduced landslides: slope stability analysis through field monitoring, in Sassa K., Canuti, P., and Yin, Y., a cura di, Landslide Science for a Safer Geoenvironment, vol. 3. Heidelberg: Springer International Publishing, pp Cevasco A., Pepe G. and Brandolini P. (2014), The influences of geological and land use settings on shallow landslides triggered by an intense rainfall event in a coastal terraced environment, Bulletin of Engineering Geology and Environment, 73(3): DOI: /s x. 238

9 Schwarz M., Preti F., Giadrossich F., Lehmann P. and Or D. (2010), Quantifying the role of vegetation in slope stability: a case study in Tuscany (Italy), Ecological Engineering, 36: DOI: /j.ecoleng Tarolli P., Sofia G., Calligaro S., Prosdocimi M., Preti F. and Dalla Fontana G. (2014), Vineyards in terraced landscapes: new opportunities from lidar data, Land Degradation & Development, 26 (1): DOI: /ldr Tiranti D. and Rabuffetti D. (2010), Estimation of rainfall thresholds triggering shallow landslides for an 24 operational warning system implementation, Landslides, 7: DOI: /s Zizioli D., Meisina C., Valentino R. and Montrasio L. (2013), Comparison between different approaches to modelling shallow landslide susceptibility: a case history in Oltrepo Pavese, Northern Italy, Natural Hazards and Earth System Sciences, 13: DOI: /nhess Zizioli D., Meisina C., Bordoni M., and Zucca F. (2014), Rainfall-triggered shallow landslides mapping through Pleiades images, in Sassa K., Canuti, P., and Yin, Y.,a cura di, Landslide Science for a Safer Geoenvironment, vol. 2. Heidelberg: Springer International Publishing, pp