DINAMICHE TEMPORALI DELLO SCAMBIO DI CO2 A LIVELLO ECOSISTEMICO DI UN BOSCO CEDUO DI CERRO (QUERCUS CERRIS L.)

DURANTE IL TURNO SELVICOLTURALE.

Luca Belelli Marchesini (1), Ana Rey (2), Dario Papale (1), Riccardo Valentini (1).

(1) DISAFRI, Università della Tuscia, Viterbo, Italia. (2) EEZA-CSIC, Almería, Spagna.

Boschi decidui

Sistemi agricoli

Boschi sempreverdi

Piantagioni Forestali

Macchia Mediterranea

Prati & Pascoli

CCC

Rete CarboItaly

polloni

(42.3903 N; 11.9209 E)

(42.4082 N ; 11.9303 E)

Roccarespampani

Ceduo matricinato ~1250ha Particella dopo il taglio

matricine

Motivazione dello studio:Notevole recente progresso nella comprensione del ciclo del carbonio di ecosistemi forestali europei (Schulze, 2009)

Ma…

•Maggior parte degli studi basati su fustaie mature

•Relativamente pochi studi su cronosequenze forestali in

genere (Law et al., 2003; Kowalski et al., 2003; Kolari et al, 2004; Zha et al., 2009).

•Ai fini del protocollo di Kyoto, importanza di comprendere le

strategie selvicolturali ottimali per il sequestro di carbonio

atmosferico

Scopo:

Valutare la capacità di sequestro del carbonio atmosferico lungo il turno selvicolturale

ANALIZZATORE

CO2/H2O

Livello suolo

Filtro

Sistema gestione energia

Anemometro sonico

Quota: ~20 m

Aria

Dati Generatoredi emergenza

Batterie

Pompa

Energia

Pannelli solari

12 V DC

24 V

220 V AC

12 V DC

h

hh

M cwdzt

cdzS ''

00

NEE Storage Flusso

turbolento

(!) Omogeneità orizzontale

(no advezione)

SCAMBIO NETTO ECOSISTEMICO

Ra

Rh

GPP

Reco=Ra+R

h

quality check,despiking, correzione flussi notturni (u*)

Gap-fillingPartizione:Reco, GPP

Dati semi-orari, giornalieri, mensili, annuali

Raw data (20 Hz)

Dati semi-orari

Processamento dati raw, calcolo flussi

Processamento dati standardizzato (Fluxnet) –(C.D,E)

A

B

C

DE

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

NEE, R

eco,

GPP

[g

C m

-2 d

-1]

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

b

2002

2003

2004

2005

2006

2007

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

0 1 2 3 4 5 6 11 12 13 14 15

Età dal taglio

Staz. Rocca 1 - young

(2000-2006)

Staz. Rocca 2 - old

(2002-2006)

Il set di dati…..

NEE

GPP

Reco

2002

0 100 200 300

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

2003

0 100 200 300

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

2004

0 100 200 300

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

2005

0 100 200 300

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

2006

0 100 200 300

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

NEE [

gC

m-2 d

-

1]

doy

young

old 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

P [

mm

]

0

10

20

30

40

50

60

70100150200250300350

T [

°C]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Rec

o [g

C m

-2d-

1]

0

1

2

3

4

5

NEE [

gC m

-2d-

1]

- 10

- 8

- 6

- 4

- 2

0

2

4

Tair [°C]

- 4 - 2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

GPP

[gC

m-2d-

1]

0

2

4

6

8

10

12

14

age 0- 6

age 11- 15

Rec

o [g

C m

-2d-

1]

0

1

2

3

4

5

SW

C [

m3 m

-3]

10

15

20

25

30

35

40

45

50

VPD

[hPa

]

0

5

10

15

20

25

30

35

Tair [°C]

- 4 - 2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

GPP

[gC

m-2d-

1]

0

2

4

6

8

10

12

14

age 0- 6

age 11- 15

(!)Rg>20 MJd-1

Tair= temperatura dell’aria media giornaliera

SWC: Contenuto idrico del suolo (-10 cm)

VPD: deficit di pressione di vapore

GPP

Reco

Importanza relativa delle stagioni “fisiologiche”

2004

2003

2001

2002

2005

2006

inverno

primavera

periodo secco

autunno

inverno

stag

ione v

egeta

tiva

(GS)

giorno giuliano

76 61 158 29 41

101 64 56 90 54

104 74 43 97 47

100 49 119 50 47

106 40 120 59 40

84 79 120 39 4494 83 108 38 43101 49 126 42 47

110 37 129 46 43

96 48 125 46 50

96 39 122 49 59

0 50 100 150 200 250 300 350

W1

S

DP

F

W2

* P<0.05

** P<0.01

*** P<0.0001

Stagione vegetativa GS Reco 0.96 ***

NEE 0.99 ***

GPP 0.98 ***

Primavera S Reco 0.79 **

NEE 0.18 n.s.

GPP -0.04 n.s.

Periodo secco DP Reco 0.79 **

NEE 0.97 ***

GPP 0.94 ***

Autunno F Reco 0.57 n.s.

NEE 0.64 *

GPP 0.14 n.s.

Stagione dormiente NG Reco 0.90 ***

NEE 0.35 n.s

GPP -0.64 *

Periodo inverno- primaverile WS Reco 0.85 ***

NEE -0.06 n.s.

GPP -0.30 n.s.

Periodo autunno- invernale FW Reco 0.66 *

NEE 0.57 n.s.

GPP -0.10 n.s.

Anno

Reco NEE GPP

Quale periodo influenza maggiormente la variabilità annuale di NEE?

Coefficiente di correlazione (r- Pearson):

NEE medio giornaliero del periodo

R2 = 0.75P < 0.003

Years after coppicing

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

NEE [

g C m

-2 y

-1]

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

200

Years after coppicing

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

NEE [

g C m

-2 y

-1]

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

200

Years after coppicing

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

NEE [

g C m

-2 y

-1]

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

200 sourcesink

Bilancio annuale

R2 = 0.36P < 0.05

Years af ter coppicing

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Rec

o [g

C m

-2 y

-1]

600

800

1000

1200

1400

1600

R2 = 0.65P < 0.001

GPP

[g

C m

-2 y

-1]

1200

1400

1600

1800

2000

2200

Ts_mean (°C)

12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0 15.5Rec

o (g

C m

-2y-1

)600

800

1000

1200

1400

1600

r ²=0.66 p<0.01

GPP annuale dipende dall’età dal taglio (f(LAI)), mentre Reco risponde maggiormente alla temperatura del suolo

Years af ter coppicing

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Tai

r, T

soil

[°C]

-5

0

5

20

25

30Tair

Tsoil

(Ts-Ta)

(T

soil

-Tai

r) [

°C]

Effetto del taglio sul microclima del suolo

*valori medi di Agosto

Rocca 1 -FW 2003

T soil [°C]

5 10 15 20

Rec

o [g

C m

-2 d

-1]

0

2

4

6

8

10

R2=0.92 n=97 P<0.001

Rocca 1 -WS 2003

R2=0.82 n=149 P<0.001

10

10

)10(10

T

refeco QRR

Differenti temperature del suolo, ma stessa risposta di Reco?

Analisi di parametri della regressione non lineare (Rref, Q10), per i periodi inverno-primaverile (WS) e autunno-invernale (FW)

Q10 non varia con l’età , differenza non significativa tra stagioni (t test P=0.10)

media dev.st

WS 2.88 0.59

FW 2.52 0.64

years af ter coppicing

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Rre

f(10

) [g

C m

-2 d

-1]

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5R ref _FW

Rref _WS

RrefDifferente tra young-old (Paired t test: P<0.05) Non significativamente differente tra WS-FW(Unpaired t test: P=0.053)

Years5 10 15 25 30 350 20 40

AG

bio

mas

s [

tC h

a-1 ]

010203040506070

Rizzo, G. (2002),Determinazione dei parametri di produttività di un foresta di cerro in Italia centrale con tecniche di remote sensing, Tesi di Laurea in Scienze Forestali, Università della Tuscia, pp.119.

Tavole di produzione per l’intera biomassa epigea e stock di C

(C/biomassa=0.5, IPCC 2003).

basata su cavallettamento totale e alberi modello:

Relazioni allometriche per determinazione della biomassa legnosa (fusto, rami) e fogliare

Accrescimento biomassa epigea

totale

matricine

polloni

taglio taglio

NBP=Sink “di lungo periodo”: 2.2 tC ha-1yr-1.

Carbon sequestration

stand age

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

AG

bio

mas

s st

ock,

C b

udge

t [t

Cha-1

]

0

20

40

60

80

100

C stock (shoots)

C stock (reserve trees)

C stock (standing trees)

cumulated NEP

cumulated NEP- C export (harvest)

Taglio a norma di legge:art. 38/RR (Lazio) 7/2005 (turno minimo dei boschi cedui)b) per le querce caducifoglie ed il carpino ad anni 16;Art. 36(Riserve di matricine)Il numero di matricine del turno da riservare almeno:c) n. 60 di cui almeno 1/3 di età multipla del turno.

f NPPBG

0.75

0.75

0.70

0.70

0.65

0.65

0.600.60

0.80

0.80

0.85

0.55

0.90

age [yr]

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Rh/

Rec

o

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

NEP=NPP-Rh

Rh=Reco*a

NPPag ≈ prod.biomassa legnosa+prod. fogliare

NEP=(NPPag+NPPbg)-Reco*a

NPPbg=NEP+Reco*a-NPPag

fNPPbg= NPPbg/NPP

Importante contributo della biomassa radicale al sequestro di carbonio ?..... da verificare….

Conclusioni

1. Nel complesso del ciclo colturale ruolo di sink

importante, anche considerando l’export di C

conseguente al taglio.

2. Utilizzazioni forestali rappresentano un disturbo, ma

veloce recupero della capacità di sequestro di C.

3. Dati, dati, dati…..(continuare osservazioni EC negli

anni successivi +inventario carbonio)

Grazie per l’attenzione!

Informazioni: Luca Belelli (belelli@unitus.it)