Airborne particulate matter (PM) has been widely demonstrated to play a role in the increase in mortality linked to cardio-respiratory diseases, in the reduction of immune system defense mechanisms, and in the transmission of pathogens. Equally accepted is the role that trees play in fine particulate matter absorption in urban areas. This study examined the capacity of particulate reduction in three protected areas in Rome within the park and nature reserve system managed by the regional organization “RomaNatura” (Riserva Naturale della Marcigliana, Riserva Naturale della Valle dell’Aniene and Parco Regionale Urbano di Aguzzano) and two historic Roman parks (Villa Ada and Villa Borghese). The study was held in March and April 2020 during the COVID 19 lockdown period. Due to the impossibility of physically gathering data and recording measurements in the field in order to define the biophysical characteristics of the areas under study, remote sensing techniques were utilized. Although such techniques may be influenced by a degree of uncertainty in the absence of calibration procedures based on in-field inspection and verification, they still constitute a preliminary phase for further investigation, especially for studying difficult-to-access areas or for project research with limited resources. The average quantities of fine and ultrafine particulate matter captured during the two-month period were 4.330.22 ± 1.429.54 Kg di PM10 and 373.33 ± 124.01 Kg di PM2.5. This data is not directly comparable to the results of similar studies conducted in much larger areas over longer periods of time. It nevertheless shows that remote sensing techniques based on free access databases and open source software can be employed by a community of motivated citizens with basic technical and scientific knowledge; it can also be a powerful means of awareness-building and involvement in the conservation of urban forests.
La correlazione tra la concentrazione atmosferica delle polveri sottili e la diffusione del coronavirus SARS-CoV-2 responsabile della malattia respiratoria COVID-19, è tuttora dibattuta. Nel
Il presente studio è stato condotto nei mesi di marzo e aprile 2020 durante il periodo di
L’esame ha riguardato tre aree protette romane inserite nel sistema dei parchi e delle riserve naturali gestite dall’ente regionale RomaNatura, Riserva Naturale della Marcigliana, Riserva Naturale della Valle dell’Aniene e Parco Regionale Urbano di Aguzzano, e due ville storiche romane, Villa Ada e Villa Borghese (
La villa si estende per circa 155 ha nel settore nord della città, tra la via Olimpica, via Salaria, via Panama e via della Moschea. Circa 133 ha (l’86% della superficie) è coperto da aree boscate, la restante parte ospita edifici, vaste aree a prato e un laghetto artificiale. La vegetazione, rappresentata da strutture arboree e arbustive ricche di specie, è distribuita in estese fasce di essenze omogenee o in associazioni di specie, interrotte da aree di prato, radure e zone arbustive. Caratteristiche sono le formazioni dominate dal leccio (
La riserva ha una superficie di circa 646 ha con sviluppo lineare in direzione E-W, dal Grande Raccordo Anulare alla confluenza del fiume Aniene nel Tevere. Poco più della metà dell’area protetta è coperta da formazioni arboree e arbustive con rilevante presenza di specie alloctone invasive, mentre la parte restante è costituita per il 5% da acque correnti (fiume Aniene e fosso della Cervelletta), terreni agricoli, verde urbano attrezzato, insediamenti abitativi, edifici militari (caserma Gandin), industriali (depuratore Roma est) e storici (casale e torre della Cervelletta). La riserva si sviluppa quasi esclusivamente sui fondovalle alluvionali e questo fa si che le tipologie vegetazionali più strettamente legate al fiume e alla superficialità della falda si esprimano qui in maniera marcata. La vegetazione arborea igrofila costituita da pioppi e salici, con rara presenza locale di farnia, occupa il 6.5% del territorio e si sviluppa linearmente, compressa dalle superfici coltivate soprattutto lungo le sponde dell’Aniene e del fosso della Cervelletta. Altrove, lungo le sponde e sugli argini fluviali sono presenti comunità arbustive e alto-erbacee caratterizzate da cannuccia di palude, tifa e numerose specie erbacee. Nelle parti più alte e più aride degli argini prevale la canna
Il Parco si estende in direzione NE-SW per circa 60 ha nel settore nord est della capitale. È compreso tra le vie consolari SP22/a Nomentana e SS5 Tiburtina e si affaccia sui quartieri di Rebibbia, Casal de’ Pazzi, Podere Rosa e San Basilio. Il territorio del parco occupa per gran parte il fondovalle del fosso di San Basilio prima della confluenza nel collettore fognario e in parte minore le ultime propaggini delle diramazioni secondarie del crinale di Aguzzano. L’area non presenta cenosi vegetali di elevata qualità ambientale e risente di un evidente grado di alterazione rispetto all’assetto potenziale. La vegetazione ripariale lungo il fosso di San Basilio con
I 4970 ha di superficie della riserva sono destinati prevalentemente ad uso agricolo (circa il 75%), spesso a monocolture estese senza mosaico con appezzamenti di incolti o prati-pascolo. La cerreta, governata per la maggior parte a ceduo matricinato, è la tipologia forestale più diffusa e occupa oltre il 9% del territorio. A causa dell’attività agricola questi boschi si sono mantenuti quasi esclusivamente in corrispondenza dei versanti del sistema collinare. Oltre al cerro vi si ritrovano l’orniello, l’acero oppio, la roverella, il carpino nero. Al piede dei versanti, le cerrete si arricchiscono con la farnia. Una frazione molto limitata del territorio (0.02%) è coperta da boschi di roverella con sporadiche presenze di leccio e albero di Giuda. Il 2.6% del territorio è coperto da boscaglie costituite da vegetazione arborea di sostituzione a olmo e robinia e il 2% da arbusteti di sostituzione caratterizzati dalla ginestra nelle stazioni più soleggiate o da rovi e olmi nei settori più freschi. Lungo i fossi principali della riserva si ritrovano lembi di vegetazione arborea igrofila con salici e pioppi ad estensione prevalentemente lineare, che occupano poco più dell’1% del territorio. Altrove alla vegetazione arborea ripariale si sostituiscono comunità arbustive e alto-erbacee estese per lo 0.7% del territorio (canneti, sambuco, raramente tifa). Il 3.5% è occupato da prati stabili su terreni non alluvionali, mentre meno diffuse (0.5%) sono le praterie stabili di fondovalle. Dal punto di vista floristico la notevole estensione della riserva determina la presenza di una elevata diversità di specie prevalentemente autoctone (
Villa Borghese con i suoi 126 ha è una delle grandi ville storiche della capitale posta al centro della città tra via Pinciana, viale del Muro Torto, Piazzale Flaminio e via Aldrovandi. Caratterizzata per i suoi edifici storici, fontane e monumenti, possiede però anche una ricca vegetazione arborea principalmente di impianto antropico che occupa il 59% della sua superficie ed è dominata tra le conifere dal pino domestico e tra le latifoglie sempreverdi dal leccio a cui si associa l’alloro in forma arborea. Il resto della villa ospita edifici di notevole interesse storico-artistico (Galleria Borghese), culturale (Casa del Cinema), ricreativo (Silvano Toti
Per valutare la capacità di rimozione del particolato aerodisperso nelle cinque aree di studio sono stati condotti tre tipi di analisi: (i) il calcolo della superficie (A) dei boschi urbani; (ii) la stima dell’indice di area fogliare (LAI) relativo ai mesi di marzo e aprile 2020; (iii) il calcolo del flusso del particolato (F) intercettato dagli alberi e della quota riemessa in atmosfera (r%).
Per le analisi sono state utilizzate immagini multispettrali prodotte dal satellite Sentinel-2A del programma Copernicus dell’Agenzia Spaziale Europea (i prodotti delle missioni Sentinel A e B 1, 2 e 3 sono accessibili dal portale
Per quantificare l’area coperta degli alberi e degli arbusti nelle cinque aree di studio è stata effettuata un classificazione supervisionata di una immagine multispettrale Sentinel 2A acquisita il 30 giugno 2019. Per la classificazione supervisionata è stato utilizzato il
La prima fase dell’analisi, definita “fase di
acque interne (Tevere, Aniene e altre raccolte naturali e artificiali di acque);
aree agricole (varie tipologie, irrigue e non irrigue);
formazioni di conifere con forte prevalenza di
tessuto urbano (edifici, infrastrutture industriali, aree commerciali);
formazioni di latifoglie dominate da
terreno nudo (affioramenti rocciosi e formazioni artificiali prive di vegetazione);
vie di comunicazione (rete stradale, autostradale e ferroviaria).
Nell’impossibilità di effetture rilevamenti sul terreno a causa del
Per verificare l’accuratezza della classificazione il
Da ultimo, limitando l’esame alle sole conifere e latifoglie è stato calcolato il coefficiente
L’indice di area fogliare (LAI -
Sentinel Toolbox® attraverso il processore Biophysical Processor dispone di algoritmi specifici per la stima delle variabili biofisiche della vegetazione (LAI, FAPAR, FVC, CCC, CWC) basati sull’implementazione di reti neurali (
La stima dell’indice di area fogliare nelle aree di studio è stata effettuata sulla base di due immagini multispettrali acquisite dal satellite Sentinel 2A, il 16 marzo 2020 e il 10 aprile 2020.
Le concentrazioni atmosferiche orarie del particolato fine e ultrafine nei due mesi di studio sono state ottenute dalla media dei valori delle stazioni di rilevamento ARPA Lazio più vicine alle aree di studio: Villa Ada, Tenuta del Cavaliere, Bufalotta e Tiburtina per il PM10 e Villa Ada e Tenuta del Cavaliere per il PM2.5 (
Inoltre sono stati acquisiti i dati orari di piovosità e velocità del vento dal primo marzo al 30 aprile 2020 tramite la stazione di rilevamento del Servizio Integrato Agrometeorologico dell’ARSIAL di Roma, v. Laciani 38.
La rimozione del particolato atmosferico da parte degli alberi non è direttamente correlata alle funzioni fisiologiche di traspirazione e fotosintesi. In assenza di piogge le foglie intercettano meccanicamente le polveri sottili, una quota delle quali viene risospesa in atmosfera e la restante parte viene trattenute dai peli e dalla cuticola cerosa per tornare al suolo dopo la caduta delle foglie. La vegetazione può essere quindi considerata un “filtro transitorio” del particolato aerodisperso, riuscendo tuttavia in particolari condizioni a ridurne sensibilmente la concentrazione atmosferica locale.
In presenza di piogge, quando le precipitazioni raggiungono il valore soglia di 0.2 mm (
L’efficienza di cattura del particolato da parte della vegetazione è legata alle caratteristiche delle piante, alla struttura morfo-anatomica delle foglie e alla particolare distribuzione spaziale dei boschi (
Per calcolare la rimozione del PM2.5 è necessario conoscere le seguenti variabili: (i)
La velocità di deposizione del PM2.5 e la percentuale di risospensione sono stati calcolati da diversi autori (
Secondo
La quota di particolato risospesa in atmosfera al tempo
Dopo la risospensione del particolato in atmosfera, la quantità di PM2.5 rimasta sulle foglie al tempo
e il flusso del PM2.5 al netto della quota risospesa in atmosfera è dato da (
Se
La quantità di particolato trattenuta dalle foglie sarà quindi (
Per il PM10,
La percentuale di risospensione in atmosfera è pari al 50% del flusso (
La quantità di PM10 trattenuta dalle foglie si ottiene quindi con la formula (
Le immagini multispettrali utilizzate sono state ricampionate alla risoluzione spaziale delle bande B8, B4 e B3 (10 × 10 m). Attraverso la classificazione dell’immagine di giugno 2019, per ciascuna area di studio è stata prodotta in ambiente GIS (QGIS 3.10) una mappa
Utilizzando questi dati, le quantità medie delle polveri sottili e ultrasottili complessivamente rimosse risultano essere 4330.22 ± 1429.54 Kg di PM10 e 373.33 ± 124.01 Kg di PM2.5 (
Questi risultati, per la brevità dell’intervallo di tempo esaminato, non sono direttamente confrontabili con studi condotti per periodi di tempo maggiori (
Va aggiunto inoltre che nello studio del 2015 per valutare la superficie coperta dalle specie sempreverdi, decidue e conifere viene effettuata una classificazione supervisionata tramite il metodo
Tutto ciò conferma l’attendibilità del metodo adottato e la sostanziale concordanza dei risultati ottenuti con quelli presentati in altri studi, almeno per quanto riguarda l’abbattimento del PM10 a Villa Ada.
Nel periodo esaminato le aree di indagine hanno mostrato una sostanziale omogeneità nella capacità di rimozione per ha del particolato fine e ultrafine (
Tra le cinque aree esaminate è anche da rilevare la modesta capacità di cattura per ha del particolato nella riserva della Valle dell’Aniene. Qui, come nella riserva della Marcigliana, le attività agricole hanno modificato ed impoverito profondamente l’assetto vegetazionale. Ma mentre alla Marcigliana la riserva si sviluppa a ridosso del sistema collinare a nord di Roma e le attività agricole non hanno compromesso pesantemente le cerrete, nella riserva della Valle dell’Aniene la particolare morfologia pianeggiante e strettamente peri-fluviale della riserva, pressata da insediamenti urbani e attività agricole che in taluni casi giungono a lambire le stesse sponde fluviali, rende molto più marcata la frammentazione ambientale e problematico l’affermarsi di formazioni di bosco maturo.
Il presente studio sulle capacità di abbattimento del particolato atmosferico da parte dei boschi urbani condotto da remoto a causa del
Questo approccio a lungo sottovalutato, si sta rivelando originale ed interessante e in qualche caso insostituibile per la stessa ricerca scientifica e per la conservazione delle risorse naturali (
Area di studio (1. Villa Borghese; 2. Villa Ada; 3. R.N. Valle dell’Aniene; 4. P.R.U. Aguzzano; 5. R.N. Marcigliana).
Particolare dell’area di studio osservata in
Firme spettrali per latifoglie e conifere. Le firme spettrali rappresentano la riflettanza, cioè la percentuale dell’energia radiante incidente su un corpo in ciascuna lunghezza d’onda, che viene riflessa. La vegetazione assume valori di riflettanza particolarmente elevati intorno agli 800 nm, nell’infrarosso vicino. In questa regione le firme spettrali delle latifoglie e delle conifere mostrano anche la loro massima separazione. La motivazione fisica di questo fenomeno è dovuta alle caratteristiche morfologiche delle foglie. Le foglie aghiformi delle conifere hanno una superficie ridotta rispetto alle latifoglie e quindi la radiazione incidente su di esse verrà riflessa in misura minore. Nel grafico la riflettanza non è espressa in % ma in dl (
Distribuzione dei boschi urbani. In verde scuro le conifere, in verde chiaro le latifoglie.
Valori dell’indice LAI nei mesi di marzo e aprile 2020.
PM10 e PM2.5 rimosso per ha di superficie boscata.
Bande, lunghezze d’onda centrale, larghezza della banda e risoluzione spaziale delle immagini multispettrali acquisite dal satellite Sentinel 2A.
Banda | Lunghezza d’ondacentrale (nm) | Larghezza(nm) | Risoluzione spaziale (m) | Descrizione |
---|---|---|---|---|
B1 | 443 | 20 | 60 | Ultra blue (Coastal and Aerosol) |
B2 | 490 | 65 | 10 | Blue |
B3 | 560 | 35 | 10 | Green |
B4 | 665 | 30 | 10 | Red |
B5 | 705 | 15 | 20 | Visible and Near Infrared (VNIR) |
B6 | 740 | 15 | 20 | Visible and Near Infrared (VNIR) |
B7 | 783 | 20 | 20 | Visible and Near Infrared (VNIR) |
B8 | 842 | 115 | 10 | Visible and Near Infrared (VNIR) |
B8a | 865 | 20 | 20 | Visible and Near Infrared (VNIR) |
B9 | 940 | 20 | 60 | Short Wave Infrared (SWIR) |
B10 | 1375 | 30 | 60 | Short Wave Infrared (SWIR) |
B11 | 1610 | 90 | 20 | Short Wave Infrared (SWIR) |
B12 | 2190 | 180 | 20 | Short Wave Infrared (SWIR) |
Matrice di confusione. Nelle righe è riportato il numero di pixel di controllo riconosciuti dall’operatore come appartenenti alla classe in esame e assegnati correttamente o meno dall’algoritmo di classificazione. La colonna “a” riporta il totale dei pixel di controllo relativi a ciascuna classe. Lungo la diagonale è presente il numero di pixel di controllo identificati correttamente dall’algoritmo, mentre nella colonna “c” è riportato per ciascuna classe il numero di pixel assegnati in maniera errata. L’accuratezza della classificazione è riportata nella colonna “b” ed è calcolata come rapporto tra numero di pixel correttamente assegnati e numero totale di pixel della classe in esame. L’accuratezza totale è la media delle accuratezze di ciascuna classe.
- | Conifere | Latifoglie | Altro | a | b | c |
---|---|---|---|---|---|---|
Conifere | 14 | 0 | 3 | 17 | 82.35% | 3 |
Latifoglie | 0 | 10 | 0 | 10 | 100% | 0 |
Altro | 1 | 0 | 44 | 45 | 97.78% | 1 |
- | 15 | 10 | 47 | 72 | 93.38% | - |
Stazioni di rilevamento ARPA Lazio utilizzate.
Stazione | Tipo | Lat N | Long E | Quota(m s.l.m.) |
---|---|---|---|---|
Villa Ada | Background urbano | 41.932874 | 12.506971 | 50 |
Cavaliere | Background suburbano | 41.929383 | 12.658363 | 48 |
Bufalotta | Background urbano | 41.947649 | 12.533682 | 41 |
Tiburtina | Traffico urbano | 41.910257 | 12.548870 | 32 |
Velocità di deposizione del PM2.5 e percentuale di risospensione in funzione della velocità del vento, per unità di superficie fogliare.
Velocità del vento (m s-1) | Velocità di deposizione |
Risospensione ( |
||
---|---|---|---|---|
media | minimo | massimo | ||
0 | 0 | 0 | 0 | 0.0 |
1 | 0.03 | 0.006 | 0.042 | 1.5 |
2 | 0.09 | 0.012 | 0.163 | 3.0 |
3 | 0.15 | 0.018 | 0.285 | 4.5 |
4 | 0.17 | 0.022 | 0.349 | 6.0 |
5 | 0.19 | 0.025 | 0.414 | 7.5 |
6 | 0.2 | 0.029 | 0.478 | 9.0 |
7 | 0.56 | 0.056 | 1.506 | 10.0 |
8 | 0.92 | 0.082 | 2.534 | 11.0 |
9 | 0.92 | 0.082 | 2.534 | 12.0 |
10 | 2.11 | 0.57 | 7.367 | 13.0 |
11 | 2.11 | 0.57 | 7.367 | 16.0 |
12 | 2.11 | 0.57 | 7.367 | 20.0 |
13 | 2.11 | 0.57 | 7.367 | 23.0 |
Superfici delle aree di studio. Nella categoria “Altro” sono comprese le aree agricole, gli incolti, le superfici asfaltate, gli edifici, le aree di servizio, i sentieri e le vie di comunicazione.
Area | Superficie (ha) | % aree boscate | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
Tot. sito | Conifere | Latifoglie | Altro | Tot. aree boscate | ||
Villa Ada | 155 | 67.27 | 65.76 | 21.96 | 133.04 | 85.83 |
P.R.U. Aguzzano | 60 | 5.21 | 24.18 | 30.61 | 29.39 | 48.99 |
R.N. Valle dell’Aniene | 646 | 86.78 | 265.25 | 293.97 | 352.03 | 54.49 |
R.N. Marcigliana | 4970 | 278.15 | 1001.59 | 3690.27 | 1279.73 | 25.75 |
Villa Borghese | 126 | 53.87 | 20.8 | 51.33 | 74.67 | 59.26 |
Totale | 5957 | 491.28 | 1377.58 | 4088.14 | 1868.86 | 31.37 |
Indice LAI nelle aree di studio. L’incremento dei valori nel mese di aprile è dovuto alla crescita di nuove foglie e quindi all’aumento della superfice fogliare per unità di superficie del terreno.
Area | Marzo | Aprile | ||
---|---|---|---|---|
Conifere | Latifoglie | Conifere | Latifoglie | |
Villa Ada | 1.28 ± 0.33 | 1.36 ± 0.35 | 1.50 ± 0.30 | 1.67 ± 0.35 |
P.R.U. Aguzzano | 1.33 ± 0.45 | 1.21 ± 0.39 | 1.69 ± 0.49 | 1.67 ± 0.46 |
R.N. Valle dell’Aniene | 0.83 ± 0.48 | 1.05 ± 0.38 | 1.19 ± 0.38 | 1.46 ± 0.44 |
R.N. Marcigliana | 1.13 ± 0.55 | 1.17 ± 0.43 | 1.55 ± 0.62 | 1.74 ± 0.49 |
Villa Borghese | 1.11 ± 0.39 | 1.03 ± 0.36 | 1.29 ± 0.36 | 1.33 ± 0.33 |
PM10 e PM2.5 rimossi nel periodo di studio.
PM | Area | Conifere | Latifoglie | Conifere | Latifoglie |
---|---|---|---|---|---|
(Kg) | (Kg ha-1) | ||||
PM10 | Villa Ada | 159.75 ± 36.49 | 185.46 ± 42.39 | 2.37 ± 0.54 | 2.82 ± 0.64 |
P.R.U. Aguzzano | 14.58 ± 4.51 | 60.96 ± 18.14 | 2.80 ± 0.87 | 2.52 ± 0.75 | |
R.N. Valle dell’Aniene | 107.58 ± 45.83 | 507.68 ± 165.86 | 1.24 ± 0.53 | 1.91 ± 0.63 | |
R.N. Marcigliana | 607.26 ± 266.27 | 2556.83 ± 810.32 | 2.18 ± 0.96 | 2.55 ± 0.81 | |
Villa Borghese | 94.68 ± 29.47 | 35.43 ± 10.27 | 1.76 ± 0.55 | 1.70 ± 0.49 | |
|
|
|
|
|
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|
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|||
PM2.5 | Villa Ada | 13.56 ± 3.10 | 14.47 ± 3.31 | 0.20 ± 0.05 | 0.22 ± 0.05 |
P.R.U. Aguzzano | 1.14 ± 0.35 | 5.05 ± 1.50 | 0.22 ± 0.07 | 0.21 ± 0.06 | |
R.N. Valle dell’Aniene | 12.73 ± 5.42 | 48.30 ± 15.78 | 0.15 ± 0.06 | 0.18 ± 0.06 | |
R.N. Marcigliana | 54.05 ± 23.70 | 211.11 ± 66.91 | 0.19 ± 0.09 | 0.21 ± 0.07 | |
Villa Borghese | 9.34 ± 2.91 | 3.56 ± 1.03 | 0.17 ± 0.05 | 0.17 ± 0.05 | |
|
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Confronto tra i valori riportati da
Periodo di studio | Superficie (ha) | Rimozione PM10 (Kg ha-1) | |||
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Conifere | Latifoglie | Tot. aree boscate | Conifere | Latifoglie | |
03-21 / 06-21, 2015 | 42.2 | 74.2 | 116.40 | 3.33 | 5.11 |
03-01 / 04-30, 2020 | 67.3 | 65.8 | 133.04 | 2.37 ± 0.54 | 2.82 ± 0.64 |