Dottorato in Ecologia ForestaleUniversità degli Studi di Padova

Supervisore: prof. Tommaso AnfodilloDottorando: Claudio Fior

Una spiegazione funzionale della posizione del limite superiore del bosco nelle Alpi italiane orientali: alcune evidenze ecofisiologiche.

Importanza limite del bosco

Biodiversità

Ciclo gasatmosferici

Idrologia

Definizioni

<

3m

Albero Linea

Elementi costitutivi

Limitedella foresta

Limite delbosco

Limitedella

specie

Ipotesi limite superiore del boscoAttività

antropicheStress

ambientale

Disturbo biotico ed abiotico

Difficoltà nella

riproduzione

Deficit nel bilancio del

carbonio

Limitazione dell’attività metabolica

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

Descrizione siti

1.500 – 1.700

2.000 2.200

Rilievi allometrici

Scelta dei campioni

P. cembraL decidua

< 6 cm, h < 2.0 m

Rilievi allometrici

Parametri rilevati

Massechioma, fusto, rami, radici

Rilievi allometrici

Lunghezze

Età

Allocazione biomassa

Fra

zion

e di

bio

mas

sa

L. decidua

1.500 2.000 2.2000%

20%

40%

60%

80%

100%

P. cembra

1.700 2.000 2.200

Chioma Rami Fusto Radici

19%a

31%a

24%a30%b

15%a

40%a

32%a 29%a 27%a

35%a23%b

14%a

13%a

20%b

21%b

33%b

32%a

26%a

33%b

30%a

27%a

24%a

9%b15%a

Altitudine (m)

Rilievi allometrici

Incrementi in diametro

Altitudine (m)

Inc.

dia

met

ro (

cm a

nn

i-1)

L. decidua

1500 2000 22000.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

P. cembra

1700 2000 22000.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

Rilievi allometrici

Incrementi in massa

Altitudine (m)

Inc.

mas

sa (

g an

ni-1

)

L. decidua

1500 2000 22000

5

10

15

20

25

30

35

40

P. cembra

1700 2000 22000

5

10

15

20

25

30

35

40

Rilievi allometrici

Incrementi in altezzaRilievi allometrici

Altitudine (m)

Inc.

alt

ezza

(cm

an

ni-1

)

L. decidua

1500 2000 22001.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.0

P. cembra

1700 2000 22001.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.0

a

b

b

a

a

b

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

Rilievi allometrici

Descrizione modelli

raggio tubo

lunghezza tuboFlusso

Modello WBE

Pipe model Modello WBE

l

aJ

p

v

8

4

Descrizione modelliModello WBE

Strutturaramificata

Similarità

K=0 1 2 3 4 N

Organizzazione frattale

Raccolta campioniModello WBE

Campioni

Processatore

Microtomo

Vetrino

Microscopio

Misura elementi di conduzioneModello WBE

Distanza dall'apice (cm)

Dia

met

ro v

asi

(m

)

89

1020

3040

5060

7080

90100

200300

6

7

8

9

10

11

1213141516171819202122232425

L. decidua RMA =0.24±0.02

P. cembra RMA =0.38±0.02

Elementi di conduzione e chiomaModello WBE

Diametro fusto (cm)

Dia

met

ro v

asi

(m

)

0.51.0

1.52.0

2.53.0

3.54.0

4.55.0

5.56.0

6

7

8

9

10

11

12

13141516171819202122

1500 RMA =0.37±0.03

2200 RMA =0.26±0.03

Tapering elementi conduzioneModello WBE

0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1

Tapering (T)

1

2

345678910

20

30405060708090100

200

300400

Dis

tanz

a da

ll'a

pice

(cm

)

15002200

RMA =5.12±0.42

N

k

a

aT

ak = diametro elemento di

conduzione alla distanza k dall’apice

aN= diametro elementi di conduzione

all’apice

Elementi conduzione nelle radiciModello WBE

4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

200

300

400

500

600

700

800

Distanza dall'apice (cm)

6

8

10

12

14

16

18

20

22242628

Dia

met

ro d

ei v

asi

(m

)

FustoRadici

Diversi modelli possibiliModello WBE

n = 2 n=3

1.500 m

2.200 m

Diversi modelli possibiliModello WBE

n = 2 n=3

1.500 m

2.200 m

57%

N57%

Diversi modelli possibiliModello WBE

n = 2 n=3

1.500 m

2.200 m

9%

V9%

Diversi modelli possibiliModello WBE

n = 2 n=3

1.500 m

2.200 m

52%

r52%

Diversi modelli possibiliModello WBE

n = 2 n=3

1.500 m

2.200 m

88%

a88%

Diversi modelli possibiliModello WBE

n = 2 n=3

1.500 m

2.200 m

173%

lN

165%

Modello di crescita delle pianteModello 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

Modello WBE

Ipotesi limite superiore del boscoScambi gassosi

Produzione primariaBasse temperature

Minor attività metabolica

Scarsa disponibilità di fotosintati

Deficit bilancio del carbonio

> concentrazione di fotosintati nella linfa

Limitazione attività metabolica

Ipotesi limite superiore del boscoScambi gassosi

Maggior attività metabolica

Maggior richiesta fotosintati

Fotosintesi invariata

Deficit bilancio del carbonio

Maggiorfotosintesi

Limitazione attività metabolica

Specie analizzate

Pinus leucodermis Ant.

Larix decidua Mill.

Pinus cembra L.

Materiali utilizzatiScambi 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 datiScambi gassosi

P A R (m o l m -2 s -1)

A (

mol m

-2 s

-1)

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 6 0 0 1 8 0 0 2 0 0 0 2 2 0 0 2 4 0 0 2 6 0 00

2

4

6

L . dec i du aP . leucod erm i sP . cem b racPAR

bPARAA

max

Efficienza nell’uso dell’acquaScambi gassosi

P . leucod erm i s L . dec i du a P cem b ra0 ,2 5

0 ,3 0

0 ,3 5

0 ,4 0

0 ,4 5

0 ,5 0

0 ,5 5

0 ,6 0

0 ,6 5

0 ,7 0

WU

E (

mol C

O2/ m

ol H2O)

M ed ia M ed ia ± 0 .9 5 I. C .

Efficacia sistema riscaldamentoP. leucodermis Ant. - 13 giugno 2003

Tem

pera

tura

del

ram

o (°

C)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Ora del giorno

10

15

20

25

30

35

40

45

Ramo di riferimento Ramo riscaldato

Scambi gassosi

Naturale differenza tra i ramiScambi gassosi

P. leucodermis Ant.

Ora

A (m

ol m

-2 s

-1)

7 giugno 2003Riscaldamento spento

6 7 8 9 10 11 120

1

2

3

4

5

6

15 giugno 2003Riscaldamento acceso

6 7 8 9 10 11 12

Ramo testimoneRamo riscaldato

Calcolo differenza tra i due ramiPinus leucodermis Ant. - 14 giugno 2003

Ora

Ramo testimone

6 7 8 9 10 11 120.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

A (m

ol m

-2 s

-1)

Ramo riscaldato

6 7 8 9 10 11 12-3.5

-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

A r

esid

ui (

mol

m-2

s-1

)

Scambi gassosi

Residui assimilazioneScambi gassosi

P. leucodermis Ant. - Anno 2003

A r

esid

ui (

mol

m-2

s-1

)

6 giugno7 giugno

8 giugno9 giugno

10 giugno11 giugno

12 giugno13 giugno

14 giugno15 giugno

16 giugno17 giugno

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Riscaldamento acceso

Residui assimilazioneScambi gassosi

A r

esid

ui (

mol

m-2

s-1

)

L. decidua P. leucodermis P. cembra-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

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

Residui conduttanza stomaticaScambi gassosi

Res

idui

gs

(mol

m-2

s-1

)

L. decidua P. leucodermis P. cembra-0.18

-0.16

-0.14

-0.12

-0.10

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0.00

0.02

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

Residui CO2 sottostomaticaScambi gassosi

ci r

esid

ui (

ppm

)

L decidua P. leucodermis P. cembra-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

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

Residui e ora del giornoScambi gassosi

SpecieOra del giorno

Conduttanza stomatica

Assimilazione netta

L. decidua 7 11 9 11

P. cembra 7 9 8 10

P. leucodermis 7 9 7 9

Conclusioni

Al limite superiore del bosco un aumentato metabolismo determina:

• Maggiore attività fotosintetica

• Maggiore conduttanza stomatica

• Nessun effetto su CO2 sottostomatica

Scambi gassosi

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

Limitazione dell’attività metabolica

Deficit nel bilancio del

carbonio

Grazie a …

Giorgio PielliAlessandro Masotto

Rachele BeghinGiai Petit

Carlo De ZanTommaso Anfodillo

Vinicio CarraroSergio Rossi

Annie Deslaurie