Dipartimento di Matematica & Fisica, Università Cattolica del S.C. di Brescia Flussi stomatici di...

Dipartimento di Matematica & Fisica, Università Cattolica del S.C. di Brescia

Flussi stomatici di ozono ed esposizione Flussi stomatici di ozono ed esposizione in relazione alla comparsa di sintomi in relazione alla comparsa di sintomi

fogliari visibili in giovani piante di faggio fogliari visibili in giovani piante di faggio e quercia allevate in O.T.C.e quercia allevate in O.T.C.

Giacomo Gerosa1, Riccardo Marzuoli1, Rosanna Desotgiu2, Filippo Bussotti2, Antonio Ballarin Denti1

1 Dipartimento di Matematica e Fisica, Università Cattolica del Sacro Cuore di Brescia.2 Dipartimento di Biologia Vegetale, Università di Firenze.


OBIETTIVIOBIETTIVI

Confrontare esposizioni (AOT40) e flussi di ozonoin due specie forestali tipiche dell’area subalpina

caratterizzate da diversa sensibilità all’ozono: Fagus sylvatica e Quercus robur

Individuare una parametrizzazione affidabile del modello di Jarvis della gstom per le specie considerate e le condizioni ambientali tipiche dell’area sudalpina

Definire livelli critici di flusso stomatico per la comparsa di sintomi fogliari visibili

Valutare il ruolo svolto dalla disponibilità idrica nella comparsa dei sintomi fogliari


METODOLOGIAMETODOLOGIASito sperimentale di Curno – Open Top Chambers

8 WET Plots 8 DRY Plots8 WET Plots 8 DRY Plots

OzonoOzono

4 OTC Filtrate (CF)4 OTC Filtrate (CF)

4 OTC Non-Filtrate (NF)4 OTC Non-Filtrate (NF)

8 Plots aperti (OA)8 Plots aperti (OA)

Specie ForestaliSpecie ForestaliFaggioFaggio

QuerciaQuercia(Pioppo, Frassino)(Pioppo, Frassino)


METODOLOGIAMETODOLOGIA

Parametri agro-meteorologici(su palo meteo e in O.T.C.)

Misure di conduttanza stomatica(porometro a diffusione dinamica – AP4)

Modellizzazione della gstom

Concentrazione di ozono(su palo meteo e in O.T.C.)

Effetti dannosiEffetti dannosicomparsa di danni

fogliari visibili

vs

Monitoraggio dei sintomi fogliari visibili(frequenza settimanale)

+Esposizione all’ozono

=Flussi stom. di OFlussi stom. di O33


La modellazione della conduttanza stomaticaLa modellazione della conduttanza stomatica

Modello di Jarvis

Idea base

• Per ogni specie esiste una conduttanza stomatica max che le piante esprimono solo in condizioni ottimali.

• In situazioni limitanti la g espressa è solo una frazione di quella max.

• I fattori ambientali che limitano la g sono essenzialmente climatici (PAR, VPD e Disponibilità idrica nel suolo, soprattutto). La loro azione è descritta da alcune funzioni specie-specifiche, dette funzioni limitanti, che devono essere individuate.

ggww = = gg

maxmaxww • ff((PHENPHEN)) • ff((PARPAR) ) • ff((TT) ) • ff((VPDVPD) ) • ff((SWCSWC))


CALCOLO DELLA DOSE STOMATICACALCOLO DELLA DOSE STOMATICA

21, 3

udkR Ob

68,1113

3,

,

wOstomOstom ggR

RRbb

RRstomstom

OO33

RRbb

RRstomstom

OO33

O3

O3

O3

O3

O3

O3

O3O3

O3

Cair

Cint

ggww = = gg

maxmaxww • ff((PHENPHEN)) • ff((PARPAR) ) • ff((TT) ) • ff((VPDVPD) ) • ff((SWCSWC))

airOstomOb

Ostom CRR

F

33

3

,,,

1

dtFDoseft

t Ostom0

3,


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 500 1000 1500 2000

PAR [umol m-2 s-1]

g/g

max

D W fPAR

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

5 10 15 20 25 30 35 40 45

T [°C]

g/g

max

D W fT

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 1 2 3 4 5

VPD [KPa]

g/g

max

D W fVPD

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

SWC [%FC]

g/g

max

D W fSWC

RISULTATIRISULTATIFunzioni limitanti la gmax in Fagus sylvatica


Parametri dei modelli

Fagus sylvatica Quercus robur

Parameter Unit

gmax (H2O) 1.16 1.87 cm/s

fPAR a 0.007 0.005 adim. fT Topt 27 27 °C Tmax 35 35 °C Tmin 12 12 °C b 0.5333 0.5333 adim. fVPD c 4.0 3.9 KPa d 1.8 2.1 KPa fSWC g 1.01472 1.01472 adim. h 0.26043 0.26043 adim.

PARaPAR ef 1

)()(

)()(

maxmin

maxmin

optopt

b

T TTTT

TTTTf

1.0)(

)()1.01(

dc

VPDcfVPD

SWChSWC SWCgf ;1min;1.0max


Prestazioni dei modelli

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

7.30

8.00

8.30

9.00

10.0

0

10.3

0

11.0

0

11.3

0

14.0

0

14.3

0

15.0

0

18.0

0

18.3

0

19.0

0

measurment hours

g w

ater

[cm

/s]

g measured

g predicted

0

0.2

0.40.6

0.8

1

1.2

1.41.6

1.8

2

7:30

8:00

8:30

10:0

0

10:3

0

11:3

0

12:0

0

12:3

0

14:0

0

14:3

0

15:0

0

15:3

0

18:0

0

19:0

0

measurment hoursg

wat

er [

cm/s

]

g measured

g predicted

Figure 3 – Comparison between measured and modelled water stomatal conductance for Fagus sylvatica (left) and Quercus robur (right). The vertical bars indicate the standard error of prediction per each class of hours of measurements.


RISULTATIRISULTATIAOT40 e comparsa di danni fogliari visibili in Fagus sylvatica

Figure 4 – Cumulative ozone exposure (AOT40) in 2004 (left) and 2005 (right) growing seasons. Downward arrows indicate the first symptom onset on irrigated plants of Fagus sylvatica. Upward arrows indicates the first symptom onset on non irrigated plants of Fagus sylvatica. No symptoms were detected for Quercus robur in both years.

0

3000

6000

9000

12000

15000

18000

21000

24000

27000

30000

01/0

4/2

004

01/0

5/2

004

01/0

6/2

004

01/0

7/2

004

01/0

8/2

004

01/0

9/2

004

date

AOT40 (ppb.h)

NF

CF

Critical Level (dir 02/03)

0

3000

6000

9000

12000

15000

18000

21000

24000

27000

30000

01/0

4/2

005

01/0

5/2

005

01/0

6/2

005

01/0

7/2

005

01/0

8/2

005

01/0

9/2

005

date

AOT 40 (ppb.h)

NF

CF

Critical Level (dir 02/03)

2004 2005

W D

WD+18%

+30%

+23gg+27gg


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

01/0

4/20

04

01/0

5/20

04

01/0

6/20

04

01/0

7/20

04

01/0

8/20

04

01/0

9/20

04

01/1

0/20

04

date

AF

st O

3 (

mm

ol /

m2 )

NF-WET

NF-DRY

CF-WET

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

01/0

4/20

05

01/0

5/20

05

01/0

6/20

05

01/0

7/20

05

01/0

8/20

05

01/0

9/20

05

01/1

0/20

05

date

AF

st

O3

(m

mo

l / m

2 )

NF-WET

NF-DRY

CF-WET

Flussi di ozono e comparsa dei danni fogliari in Fagus sylvatica

RISULTATIRISULTATI

2004 2005

W D W D

+23gg +27gg

+5.7%+3.1%

LC = 33


RISULTATIRISULTATI

Livelli critici per la comparsa dei sintomi fogliari in Fagus sylvatica.Confronto fra AOT40 e dose stomatica

Trattamento

H2O 2004 2005

Unità di misura

Data di comparsa del primo sintomo W 20 agosto 24 luglio

D 12 settembre 20 agosto Differenza fra W e D 23 27 Giorni

AOT40 alla comparsa del primo sintomo W 23340 18793 ppb h

D 27552 24446 ppb h Differenza fra W e D 18.0% 30.0% %

Dosi di ozono alla comparsa del primo sintomo - AFst W 33.633 32.604 mmol O3 m-2

D 35.564 33.609 mmol O3 m-2

Differenza fra W e D 5.7% 3.1% %

AFst1.6 alla comparsa del primo sintomo W 25.455 25.252 mmol O3 m-2

D 25.972 24.266 mmol O3 m-2

Differenza fra W e D 2.0% -3.9% %

1.8 1.0 nmol O3 m-2 s-1Soglie di flusso che annullano le differenze tra W e D


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

01/0

4/05

01/0

5/05

01/0

6/05

01/0

7/05

01/0

8/05

01/0

9/05

01/1

0/05

date

AF

st

O3

(m

mo

l / m

2 )

NF-WET

NF-DRY

CF-WET

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

01/0

4/05

01/0

5/05

01/0

6/05

01/0

7/05

01/0

8/05

01/0

9/05

01/1

0/05

date

AF

st

O3

(m

mo

l / m

2 )

NF-WET

NF-DRY

CF-WET

Flussi di ozono in Quercus robur

RISULTATIRISULTATI

2004 2005


Conclusioni

•Sono disponibili parametrizzazioni del modello di Jarvis per faggio e farnia in ambiente sudalpino

• La disponibilità idrica si conferma un fattore importante nel determinare la dose e, di conseguenza, la comparsa dei sintomi

•Il flusso si conferma uno strumento in grado di tener conto delle diverse condizioni ambientali. L’approccio basato sui flussi assicura inoltre una maggior predittività degli effetti rispetto all’AOT40

•E’ stato individuato un livello critico per la comparsa di sintomi fogliari in faggio basato sui flussi (la Farnia si è rivelata una specie resistente)

•I flussi sono più intensi che nelle piante adulte: un livello critico stabilito per le piante adulte potrebbe costituire un rischio per le piante più giovani con conseguenti rischi per la rinnovazione


Problemi aperti

miglioramento della predittività dei modelli di conduttanza stomatica: superare Jarvis? Individuazione della gmax, …

Trasferibilità dei risultati da semenzali a piante adulte

Determinanti della sensibilità/resistenza: detossificazione, morfologia, fisiologia, adattamenti…

Significato del sintomi fogliari nella valutazione del rischio ozono

E per la valorizzazione degli effetti?


Grazieper la vostra attenzione


[email protected]


Grazieper la vostra attenzione

[email protected]


RISULTATIRISULTATIFunzioni limitanti la gmax in Quercus robur

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 500 1000 1500 2000

PAR [umol m-2 s-1]

g/g

max

D W fPAR

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

5 10 15 20 25 30 35 40 45

T [°C]

g/g

max

D W fT

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 1 2 3 4 5

VPD [KPa]

g/g

max

D W fVPD

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

SWC [%FC]

g/g

max

D W fSWC

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