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Modelling the hydrological impacts of catchment land use change on a valley peatland in the French Massif Central

Uno studio di modellazione accoppiata MIKE SHE/MIKE 11 nel Massiccio Centrale francese dimostra che la sostituzione del bosco di latifoglie con piantagioni di conifere riduce significativamente l'afflusso idrico e la portata dei corsi d'acqua verso una torbiere di valle, mentre la conversione in prateria o brughiera aumenta questi input idrologici.

Autori originali: Arnaud Duranel, Julian Richard Thompson, Helene Burningham, Herve Cubizolle, Philippe Durepaire

Pubblicato 2026-10-18

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CC BY 4.0

Autori originali: Arnaud Duranel, Julian Richard Thompson, Helene Burningham, Herve Cubizolle, Philippe Durepaire

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Nel cuore delle colline granitiche della Francia centrale si trova un paesaggio che appare come una gigantesca e poco profonda ciotola scavata nella terra. Questo è il bacino di Dauges, un luogo dove la pioggia si raccoglie e penetra nel terreno, alimentando una rara e antica zona umida nota come torbiera. Queste zone umide non sono semplici chiazze di terra fangosa; sono spugne viventi composte da materia vegetale parzialmente decomposta che si è accumulata nel corso di migliaia di anni. Poiché trattengono grandi quantità di carbonio e acqua, agiscono come filtri vitali per l'ambiente, trattenendo gli inquinanti e regolando il flusso dei fiumi a valle. Tuttavia, questi ecosistemi sono incredibilmente sensibili all'acqua che li alimenta. Se il livello dell'acqua scende anche solo leggermente, il delicato equilibrio di vita all'interno della torba può cambiare, rischiando di rilasciare il carbonio immagazzinato e di danneggiare le piante e gli animali unici che le considerano la propria dimora. L'acqua che mantiene vive queste zone umide proviene da due fonti principali: la pioggia che scorre direttamente sulla terra e l'acqua che filtra dal sottosuolo profondo. Entrambe queste fonti dipendono interamente da ciò che cresce sulle colline che circondano la zona umida.

Per oltre un secolo, le colline intorno a Dauges sono cambiate. Gli agricoltori hanno abbandonato la terra e le foreste sono ricresciute, ma non sempre dello stesso tipo. In molti luoghi, gli alberi autoctoni latifoglie come il faggio e la quercia sono stati sostituiti da piantagioni di conifere a crescita rapida, come l'abeto di Douglas e il pino. Sebbene gli alberi siano generalmente buoni per l'ambiente, gli scienziati sospettano da tempo che diversi tipi di alberi "bevano" acqua a ritmi molto differenti. Per capire esattamente come questi cambiamenti nella foresta influenzino la zona umida sottostante, un team di ricercatori ha costruito una mappa digitale dettagliata dell'intera area. Non si sono limitati a indovinare; hanno utilizzato un sofisticato modello informatico che simula come l'acqua si muove attraverso il suolo, la roccia e la vegetazione. Hanno fornito a questo modello anni di dati meteorologici reali e misurazioni dei livelli d'acqua prelevate dai pozzi nella zona umida. Una volta dimostrato che il modello corrispondeva al mondo reale, hanno condotto una serie di esperimenti. Hanno chiesto al computer di immaginare cosa sarebbe successo se l'attuale mix di alberi e vegetazione fosse stato completamente sostituito da uno di tre diversi scenari: una foresta di conifere, una foresta di latifoglie o una prateria aperta e brughiera.

I risultati di queste simulazioni rivelano una netta differenza nel modo in cui questi paesaggi gestiscono l'acqua. Quando i ricercatori hanno sostituito la vegetazione esistente con piantagioni di conifere, la zona umida ha iniziato ad asciugarsi. Il modello ha mostrato che questi alberi sempreverdi, con i loro aghi densi, catturano una enorme quantità di pioggia sui loro rami prima ancora che questa raggiunga il suolo. Questa acqua intercettata evapora nuovamente nell'aria, il che significa che meno acqua raggiunge il terreno. Di conseguenza, la quantità di acqua che scorre sulla terra verso la zona umida è diminuita della metà, e l'acqua sotterranea che risale dal basso è diminuita del quattordici per cento. L'impatto sui fiumi che alimentano l'area è stato ancora più drammatico. Il flusso medio d'acqua nei corsi d'acqua è sceso di quasi la metà e, durante i periodi più secchi dell'anno, il flusso poteva diminuire fino all'ottantadue per cento. Forse l'aspetto più preoccupante era l'effetto sulla falda acquifera all'interno della torba stessa. Nelle simulazioni, il livello dell'acqua nella zona umida è sceso fino a un metro in alcune aree, particolarmente intorno ai bordi della palude e durante i mesi caldi e secchi della tarda estate. Ciò suggerisce che piantare questi specifici tipi di alberi potrebbe trasformare una palude umida e satura in un ambiente molto più secco, minacciando potenzialmente le piante che necessitano di un'umidità costante per sopravvivere.

Al contrario, gli altri scenari dipingevano un quadro molto diverso. Quando i ricercatori hanno immaginato le colline coperte da prateria o brughiera, la zona umida riceveva più acqua. Questi habitat aperti permettevano a una maggiore quantità di pioggia di raggiungere il suolo, aumentando il flusso d'acqua nella zona umida di quasi il trenta per cento. I livelli dell'acqua nella torba sono saliti leggermente, mantenendo il terreno più umido per più tempo, specialmente durante le siccità estive. Lo studio ha anche esaminato cosa sarebbe successo se le colline fossero state coperte da latifoglie, simili a quelle attuali. I risultati sono stati molto vicini alla situazione attuale, suggerendo che le foreste autoctone di latifoglie siano una scelta stabile che non altera drasticamente l'equilibrio idrico. I ricercatori hanno scoperto che i cambiamenti non erano uniformi in tutto il paesaggio; i bordi della zona umida erano i più vulnerabili all'inaridimento quando venivano introdotte le conifere, mentre il centro rimaneva relativamente stabile. Questo perché l'acqua che mantiene umidi i bordi proviene dalle colline circostanti e, quando questo approvvigionamento viene interrotto dagli alberi assetati, i margini sono i primi a soffrire.

Le implicazioni di queste scoperte vanno ben oltre questa singola valle in Francia. Il bacino di Dauges è solo un esempio di molte zone umide collinari della regione che dipendono dall'acqua proveniente dalle colline circostanti. Lo studio suggerisce che le politiche volte a proteggere queste zone umide devono guardare oltre i confini stessi della zona umida. Piantare alberi sulle colline sopra una torba protetta potrebbe sembrare una buona idea per l'accumulo di carbonio, ma se quegli alberi sono del tipo sbagliato, potrebbero drenare la stessa zona umida che dovrebbero proteggere. I ricercatori sottolineano che, sebbene il modello informatico fornisca un quadro chiaro dei cambiamenti idrologici, le conseguenze nel mondo reale potrebbero essere ancora più complesse se combinate con un clima che si riscalda. Le simulazioni mostrano che la combinazione di piantagioni di conifere e estati più secche potrebbe portare a gravi carenze idriche sia per la zona umida che per le comunità a valle che dipendono da questi fiumi. In definitiva, lo studio serve da promemoria che la natura è profondamente connessa: ciò che accade sul versante della collina inevitabilmente si ripercuote sul fondovalle, e proteggere una zona umida richiede la gestione dell'intero paesaggio che la alimenta.

Sintesi Tecnica: Modellazione degli impatti idrologici del cambiamento dell'uso del suolo del bacino idrografico su una torbiera di valle nel Massiccio Centrale francese

Definizione del problema
Le torbiere forniscono servizi ambientali critici, tra cui l'accumulo di carbonio e la filtrazione degli inquinanti, che dipendono dal mantenimento di specifiche condizioni idrologiche, in particolare la saturazione superficiale. Sebbene l'afforestazione diretta delle zone umide sia sempre più regolamentata, gli impatti "a cascata" dei cambiamenti dell'uso del suolo all'interno dei bacini idrografici più ampi di queste zone umide rimangono scarsamente investigati. Nel Massiccio Centrale in Francia, i cambiamenti economici rurali hanno portato a un significativo aumento della copertura forestale, spesso sostituendo habitat aperti come brughiere e praterie con piantagioni di conifere. Poiché molte torbiere d'alta quota in questa regione dipendono fortemente dal deflusso superficiale e dagli apporti di acque sotterranee dai bacini circostanti, esiste una lacuna critica nelle conoscenze riguardanti il modo in cui questi cambiamenti dell'uso del suolo a monte influenzano il bilancio idrologico e la stabilità della falda acquifera nelle torbiere soggette a vincoli di conservazione.

Metodologia
Lo studio impiega un modello idrologico e idraulico accoppiato ad alta risoluzione MIKE SHE / MIKE 11 della zona di captazione della Riserva Naturale Nazionale di Dauges, di 231,3 ettari, nel dipartimento della Haute-Vienne. Il modello, precedentmente calibrato e validato rispetto alla portata osservata dei corsi d'acqua e alle profondità della falda acquifera (GWT) (1998–2013), simula l'evapotraspirazione effettiva, il flusso in zona insatura, il flusso in zona satura e i processi di deflusso superficiale.

Una caratteristica metodologica chiave è la specifica parametrizzazione dell'evapotraspirazione (ET) per riflettere accuratamente le differenze nell'uso del suolo. Invece di affidarsi esclusivamente ai moduli ET standard di MIKE SHE, lo studio integra l'approccio del modello HYLUC (Calder, 2003). Questo distingue tra l'evaporazione nei periodi umidi (intercettazione) e la traspirazione nei periodi secchi per la vegetazione alta (boschi, brughiera), utilizzando invece coefficienti colturali standard per la vegetazione bassa (prateria, zona umida). Parametri come il coefficiente di intercettazione ( $\gamma$ ) e il coefficiente colturale basale ( $\beta$ ) sono stati derivati da revisioni della letteratura e calibrati rispetto ai rapporti di intercettazione attesi e alle caratteristiche della vegetazione (LAI, altezza, resistenza fogliare).

Sono stati simulati tre scenari di cambiamento dell'uso del suolo per il periodo 2001–2013, sostituendo l'attuale vegetazione di bosco deciduo seminaturale e gli habitat aperti (escludendo la torbiera stessa) con:

Piantagioni di conifere (dominate da Abies conifera e Pino silvestre).
Prateria.
Brughiera.

Questi sono stati confrontati con uno scenario di base che rappresenta la vegetazione attuale. L'analisi si è concentrata sulle componenti del bilancio idrico (apporti, uscite, ET, stoccaggio), sui quantili della portata dei corsi d'acqua (Q5, Q95) e sulle variazioni spaziali e temporali della profondità della falda (GWT) in tutto il bacino e specificamente all'interno della torbiera.

Risultati chiave
I risultati della modellazione indicano sostanziali spostamenti idrologici a seconda dello scenario di uso del suolo:

Afforestazione con conifere: La sostituzione della vegetazione esistente con conifere ha comportato un aumento del 45% dell'evapotraspirazione effettiva (+249 mm anno⁻¹), guidato principalmente da un aumento del 96% dell'intercettazione. Di conseguenza, l'apporto superficiale alla torbiera è diminuito del 50% e l'apporto dalle acque sotterranee è diminuito del 14%. La portata media dei corsi d'acqua è diminuita del 28–47% nelle stazioni di monitoraggio, con le condizioni di magra (Q95) che hanno subito le riduzioni più gravi (46–82%). All'interno della torbiera, la profondità della GWT è aumentata (abbassamento della falda) fino a 1 metro ai margini durante i mesi più secchi di tarda estate, sebbene gli impatti siano stati minimi al centro della torbiera o durante l'inverno, quando la torba è satura.
Conversione in prateria e brughiera: La sostituzione della vegetazione esistente con prateria o brughiera ha aumentato l'apporto superficiale del 29% e del 22%, rispettivamente, e l'apporto dalle acque sotterranee del 4%. La portata media dei corsi d'acqua è aumentata del 9–29%, con il Q95 in aumento del 13–89%. Sebbene questi scenari abbiano aumentato gli input idrici, l'impatto assoluto sulla profondità della GWT all'interno della torbiera è stato esiguo poiché la tavola d'acqua era già vicina alla superficie per gran parte dell'anno nelle condizioni di base.
Variabilità spaziale: Gli impatti idrologici sono stati più pronunciati nei canali a monte e ai margini della torbiera. Il centro della torbiera ha mostrato la minore sensibilità ai cambiamenti dell'uso del suolo del bacino, suggerendo che le aree marginali sono le zone primarie in cui le perturbazioni del bacino si manifestano come variazioni nella profondità della falda.

Significatività e affermazioni
Il documento afferma che il suo contributo principale è fornire prove del fatto che i cambiamenti dell'uso del suolo del bacino, in particolare l'espansione delle piantagioni di conifere, possono alterare significativamente il bilancio idrico delle torbiere alimentate da acque sotterranee e superficiali, anche quando la torbiera stessa rimane invariata. Lo studio dimosta che l'afforestazione con conifere riduce le rese idriche e abbassa le tavole d'acqua, minacciando potenzialmente l'integrità ecologica della torbiera, in particolare durante le siccità estive.

Gli autori sostengono che questi risultati rafforzino la necessità di un "approccio dell'intero bacino idrografico" nella politica di conservazione delle torbiere. Suggeriscono che, ai sensi della Direttiva Habitat dell'UE, le attività che alterano il flusso delle acque sotterranee nei bacini a monte (come l'afforestazione) dovrebbero essere soggette a una valutazione appropriata, poiché possono influenzare significativamente i siti protetti. Lo studio evidenzia un potenziale conflitto tra le strategie di mitigazione climatica (afforestazione) e la conservazione delle zone umide, notando che gli impatti idrologici del cambiamento dell'uso del suolo potrebbero aggravarsi con gli effetti del cambiamento climatico, che già proietta una riduzione delle portate estive nella regione. Il documento conclude che sono necessari meccanismi di compensazione robusti per bilanciare le priorità ambientali contrastanti.

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