Discussione Tesi "una Spiegazione Funzionale Della Posizione Del Limite Superiore Del Bosco Nelle Alpi Italiane Orientali: Alcune Evidenze Ecofisiologiche"

Dottorato in Ecologia Forestale Università degli Studi di Padova

Una spiegazione funzionale della posizione del limite superiore del bosco nelle Alpi italiane orientali: alcune evidenze ecofisiologiche. Supervisore: prof. Tommaso Anfodillo Dottorando: Claudio Fior

Importanza limite del bosco Biodiversità Ciclo gas atmosferici

Idrologia

Definizioni

< 3m

Albero

Linea

Elementi costitutivi

Limite della foresta

Limite del bosco Limite della specie

Ipotesi limite superiore del bosco Attività antropiche

Limitazione dell’attività metabolica

Deficit nel bilancio del carbonio

Stress ambientale

Disturbo biotico ed abiotico

Difficoltà nella riproduzione

Indagini effettuare • Allometria e produzione primaria in Larix decidua Mill. e Pinus cembra L. lungo un gradiente altitudinale • Misura degli scambi gassosi in L. decidua, Pinus leucodermis Ant. e P. cembra al limite superiore del bosco

Rilievi allometrici

Descrizione siti 2.000

1.500 – 1.700

2.200

Rilievi allometrici

Scelta dei campioni L decidua

P. cembra

∅ < 6 cm, h < 2.0 m

Rilievi allometrici

Parametri rilevati Masse chioma, fusto, rami, radici

Lunghezze

Età

Rilievi allometrici

Allocazione biomassa L. decidua 100%

Frazione di biomassa

19%a

80% 24%a

P. cembra 9%b

15%a

15%a

30%b

14%a

33%b

13%a

33%b

60%

24%a

20%b 40%a

40%

27%a

20% 30%a

0%

1.500

26%a

21%b

32%a

31%a

32%a

2.000

2.200

1.700

35%a

Altitudine (m)

23%b

29%a

27%a

2.000

2.200

Chioma Fusto

Rami Radici

Rilievi allometrici

Incrementi in diametro Inc. diametro (cm anni-1)

L. decidua 0.13 0.12 0.11 0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04

1500

2000

P. cembra 0.13 0.12 0.11 0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04

2200 Altitudine (m)

1700

2000

2200

Rilievi allometrici

Incrementi in massa Inc. massa (g anni-1)

L. decidua

P. cembra

40

40

35

35

30

30

25

25

20

20

15

15

10

10 5

5

0

0

1500

2000

2200 Altitudine (m)

1700

2000

2200

Rilievi allometrici

Incrementi in altezza Inc. altezza (cm anni-1)

L. decidua 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0

P. cembra 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0

a

b b

1500

2000

2200 Altitudine (m)

a a b

1700

2000

2200

Rilievi allometrici

Risultati Con la quota in piante di piccole dimensioni: • Non aumenta la massa eterotrofa • Forte contrazione degli incrementi in altezza • Alterazione non significativa di incrementi in massa, diametro e altre relazioni allometriche

Modello WBE

Descrizione modelli Pipe model

Flusso

Modello WBE

πa ∆ψ p 4

Jv =

8ηl

raggio tubo lunghezza tubo

Modello WBE

Descrizione modelli Struttura ramificata

Similarità

K=0

Organizzazione frattale

1

2

3

4

N

Modello WBE

Raccolta campioni Microscopio

Campioni

Processatore

Microtomo Vetrino

Modello WBE

Diametro vasi (µm)

Misura elementi di conduzione 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11

α RMA =0.24±0.02 α RMA =0.38±0.02

L. decidua P. cembra

10 9 8 7 6

8

10 9

30 20

50 40

Distanza dall'apice (cm)

70 60

90 80

200 100

300

Modello WBE

Diametro vasi (µm)

Elementi di conduzione e chioma 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12

1500 2200

α RMA α RMA

=0.37±0.03 =0.26±0.03

11 10 9 8 7 6

0.5

1.5 1.0 Diametro fusto (cm)

2.5 2.0

3.5 3.0

4.5 4.0

5.5 5.0

6.0

Modello WBE

Tapering elementi conduzione 400 300 200

Distanza dall'apice (cm)

α RMA

ak T= aN

1500 2200 =5.12±0.42

10090 80 70 60 50 40 30

ak = diametro elemento di conduzione alla distanza k dall’apice aN= diametro elementi di conduzione all’apice

20 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3 Tapering

1.4 (T)

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

2.1

Modello WBE

Elementi conduzione nelle radici 28 26 24 22

Fusto Radici

20 16 14 12 10

Distanza dall'apice (cm)

400 500 600 700 800

300

200

40 50 60 70 80 90 100

30

6

20

8

4 5 6 7 8 9 10

Diametro dei vasi (µm)

18

Modello WBE

Diversi modelli possibili n=2

1.500 m

2.200 m

n=3

Modello WBE

Diversi modelli possibili n=2

1.500 m

n=3

57%

57%

N 2.200 m

Modello WBE

Diversi modelli possibili n=2

1.500 m

n=3

9%

9%

V 2.200 m

Modello WBE

Diversi modelli possibili n=2

1.500 m

n=3

52%

52%

r 2.200 m

Modello WBE

Diversi modelli possibili n=2

1.500 m

n=3

88%

88%

a 2.200 m

Modello WBE

Diversi modelli possibili n=2

1.500 m

n=3

173%

165%

lN 2.200 m

Modello WBE

Modello di crescita delle piante

Modello WBE

Conclusioni • Applicabilità modello WBE:  Rastremazione fusto e vasi  Similarità rastremazione fusto e vasi

• Architettura pianta sub ottimale • La quota limita l’altezza delle piante

Scambi gassosi

Ipotesi limite superiore del bosco Basse temperature

Minor attività metabolica

Produzione primaria

Scarsa disponibilità di fotosintati

Deficit bilancio del carbonio Limitazione attività metabolica

> concentrazione di fotosintati nella linfa

Scambi gassosi

Ipotesi limite superiore del bosco Fotosintesi invariata

Maggior fotosintesi

Deficit bilancio del carbonio Limitazione attività metabolica Maggior attività metabolica

Maggior richiesta fotosintati

Specie analizzate Pinus leucodermis Ant. Larix decidua Mill. Pinus cembra L.

Scambi gassosi

Materiali utilizzati

Scambi gassosi

Materiali utilizzati

Resistenza

Scambi gassosi

Materiali utilizzati

Generatore

Scambi gassosi

Materiali utilizzati

Data logger

Scambi gassosi

Materiali utilizzati

LCi

Scambi gassosi

Materiali utilizzati

Fornello e generi di conforto

Scambi gassosi

Variabilità dei dati A = Amax

PAR+ b PAR+c

L . d ecid u a P . le u c o d e r m i s P . cem bra

A ( mol m-2 s-1)

6

4

2

0

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

P A R (µm o l m

-2

1600 s -1 )

1800

2000

2200

2400

2600

Scambi gassosi

Efficienza nell’uso dell’acqua 0 ,7 0 M e d ia 0 ,6 5

WUE ( mol CO2 / mol H2 O)

0 ,6 0 0 ,5 5 0 ,5 0 0 ,4 5 0 ,4 0 0 ,3 5 0 ,3 0 0 ,2 5

P . le u c o d e r m i s

L. d ecid u a

P cem bra

M e d ia ± 0 . 9 5 I . C .

Scambi gassosi

Efficacia sistema riscaldamento P. leucodermis

Ant. - 13 giugno 2003

45 Ramo di riferimento Ramo riscaldato

40

Temperatura del ramo (°C)

35 30 25 20 15 10

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 Ora del giorno

12

13 14

15

16

17 18

19

20 21

22

23

24

Scambi gassosi

Naturale differenza tra i rami P. leucodermis

Ant.

7 giugno 2003 Riscaldamento spento

15 giugno 2003 Riscaldamento acceso

6

Ramo testimone Ramo riscaldato

A (µmol m-2 s-1)

5 4 3 2 1 0

6

7

8

9

10

11

12

6 Ora

7

8

9

10

11

12

Scambi gassosi

Calcolo differenza tra i due rami Pinus leucodermis

Ant. - 14 giugno 2003

Ramo testimone

Ramo riscaldato

6.0 5.5 5.0 A residui (µmol m-2 s-1)

A (µmol m-2 s-1)

4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0

6

7

8

9

10

11

12 Ora

3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 -3.0 -3.5

6

7

8

9

10

11

12

Scambi gassosi

Residui assimilazione P. leucodermis

Ant. - Anno 2003

2.0

Riscaldamento acceso 1.5

A residui (µmol m-2 s-1)

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

-1.5 6 giugno

8 giugno 7 giugno

10 giugno 9 giugno

12 giugno 11 giugno

14 giugno 13 giugno

16 giugno 15 giugno

17 giugno

Scambi gassosi

1.0 0.8

Residui assimilazione Riscaldamento spento - Media ± 0.95 I. C. Riscaldamento acceso - Media ± 0.95 I. C.

0.6

A residui (µmol m-2 s-1)

0.4 0.2 0.0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8

L. decidua

P. leucodermis

P. cembra

Scambi gassosi

Residui conduttanza stomatica

0.04

Riscaldamento spento - Media ± 0.95 I. C. Riscaldamento acceso - Media ± 0.95 I. C.

0.02 0.00

Residui gs (mol m-2 s-1)

-0.02 -0.04 -0.06 -0.08 -0.10 -0.12 -0.14 -0.16 -0.18

L. decidua

P. leucodermis

P. cembra

Scambi gassosi

Residui CO2 sottostomatica

10 8

Riscaldamento spento - Media ± 0.95 I. C. Riscaldamento acceso - Media ± 0.95 I. C.

6 4

ci residui (ppm)

2 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14

L decidua

P. leucodermis

P. cembra

Scambi gassosi

Residui e ora del giorno Ora del giorno Specie L. decidua P. cembra P. leucodermis

Conduttanza stomatica

7 7 7

11 9 9

Assimilazione netta

9 8 7

11 10 9

Scambi gassosi

Conclusioni Al limite superiore del bosco un aumentato metabolismo determina: • Maggiore attività fotosintetica • Maggiore conduttanza stomatica • Nessun effetto su CO2 sottostomatica

Conclusioni • Strato limite con condizioni adatte alle piante • In piccole piante l’alta quota non altera produzione primaria • In piante adulte attività metabolica limita la produzione primaria

Conclusioni Deficit nel bilancio del carbonio

Lim itazi one dell’ attiv ità meta boli ca

Grazie a … Giorgio Pielli Alessandro Masotto Rachele Beghin Giai Petit Carlo De Zan Tommaso Anfodillo Vinicio Carraro Sergio Rossi Annie Deslaurie