Quindici anni di ricerche su ozono e vegetazione a Brescia...

Quindici anni di ricerche su ozono e vegetazione a Brescia: cosa abbiamo imparato

Pisa, 24 novembre 2016

Giacomo Gerosa1, Riccardo Marzuoli1, Angelo Finco1, Maria Chiesa1

+ molti colleghi di altre Università o Enti di Ricerca !!!

1 Università Cattolica del Sacro Cuore di Brescia – Dipartimento Matematica e Fisica

Pisa, 24 Novembre 2016 Pisa, 24 Novembre 2016

Esperimenti in open-top chambers Misure a livello fogliare e di singola pianta

CRINES facility – Realizzata nel 2003, rinnovata nel 2007. - 16 Open-Top Chambers (OTC) che operano per filtrazione e/o addizione di ozono

- Sistema automatico di irrigazione per esperimenti sullo stress idrico.

- Torre meteorologica, sensori agrometeorologici, lisimetri, dendrometri

- Software per controllo e acquisizione dati in tempo reale

- Laboratorio per la conservazione el’analisi di campioni fogliari

- Strumenti per la misura di scambi gassosi a livello fogliare, porometri, fluorimetri.


Cosa abbiamo imparato

Specie sensibili

Fagiolo

Soia

Erba medica

Pomodoro

Lattuga

Frumento tenero

Pioppo

Frassino

Specie tolleranti

Leccio

Corbezzolo

Carpino bianco

C’è variabilità nelle risposte della vegetazione all’ozono fra le diverse specie…

Specie intermedie

Frumento duro

Pino silvestre

Faggio

Quercia (Farnia)

Il primo determinante della risposta è la genetica



… ma anche a livello intraspecifico

0

10

20

30

40

50

60

70

Colombo Gallereta Pharaon sculptur Vitron

Gra

ms

Cultivars

Resa media in granella

CF

EN

ns ns ns * ns

-10%

+1%

+2%

-16%

+5%

Triticum durum 2013

CF OTC

NF+ OTC


Monga et al. 2015 . Varietal screening of ozone sensitivity in Mediterranean durum wheat. Atmospheric Environment 110, 18-26

P.s. le cv più

produttive sono

spesso quelle che

manifestano le

maggiori perdite

da ozono.

Occhio alla

selezione…



… e la comparsa di sintomi visibili non è necessariamente indice

di un significativo impatto a livello di produttività …


60

65

70

75

80

85

90

95

100

Virgilio Neodur

gram

mi

Triticum durum 2011 resa media in granella per pianta

CF-OTC

CF-OTC

NF+ OTC

NF+ OTC

In presenza di

O3 compaiono

sintomi fogliari,

ma la produzione

rimane invariata

Comparsa di

sintomi

fogliari non

significa

bassa

produttività

in presenza

di O3

Gerosa G. et al. 2014. Contrasting effects of water salinity and ozone …. Environmental Pollution 193, 13-21


Tomato

Mediterranean

evergreen

species

Fruit yield Fruit quality

Mediterranean broadleaved

deciduous species

Lettuce

Ab

ove

gro

un

d

bio

ma

ss

Ab

ove

gro

un

d

bio

ma

ss

Ma

rke

tab

le

bio

ma

ss

Gonzalez et al. 2014.

Alonso et al., in prep

Gerosa et al., 2015.

Marzuoli et al., 2017. In preparation.

Marzuoli et al., 2017 in press.

Il secondo determinante della risposta è la dose stom.



Quercus robur (gmax = 355 mmol H2O m-2 s-1)

Il calcolo della dose richiede la modellazione della

conduttanza stomatica

-30%

f(O3)

Il danno è legato alla dose stomatica di ozono

Il calcolo della dose richiede la modellazione della conduttanza stomatica



L’interazione con altri fattori di stress abiotici può causare

deviazioni nelle risposte all’O3

Effetto di differenti livelli di deposizione azotata sulla produzione di biomassa

-29%

+65%

Gerosa et al., 2017. Increased nitrogen wet deposition enhances the negative effects of ozone on the biomass of Carpinus betulus (L.) young trees . In preparation


Misure micrometeorologiche

a livello di ecosistema

Oak-Hornbeam mixed forest

Wheat

Holmoak Cala Violina



0

20

40

60

80

100

120

11/07/2010 11/08/2010 11/09/2010 11/10/2010

Ozo

ne

flu

xes

[m

mo

l m-2

]

POD1 (Larch + Grass) Ftot cumulated

110 mmol m-2

31 mmol m-2

38 kg O3 / ha

15 kg O3 / ha

In 3 months

53 kg O3 / ha

Lariceto, Valcamonica, 2010

72%

28%

L’ assorbimento stomatico è solo una frazione (in genere piccola) dell’ozono rimosso a livello ecosistemico

Gerosa et al. 2013. Ozone Fluxes to a Larch Forest Ecosystem at the Timberline in the Italian Alps. In: Management Strategies to Adapt Alpine Space Forests to Climate Change Risks, Intech, Rieka .


L’uptake stomatico varia nella stagione

ed anche tra un anno e l’altro

0

30

60

90

0

5

10

15

20

25

30

0.0

0

6.0

0

12

.00

18

.00

0.0

0

6.0

0

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.00

18

.00

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6.0

0

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.00

18

.00

0.0

0

6.0

0

12

.00

18

.00

0.0

0

6.0

0

12

.00

18

.00

pp

b

nm

ol m

-2s-1

Ftot Fst Fnst [O3]

June July August September October

0

30

60

90

0

5

10

15

20

25

30

0.0

0

6.0

0

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.00

18

.00

0.0

0

6.0

0

12

.00

18

.00

0.0

0

6.0

0

12

.00

18

.00

0.0

0

6.0

0

12

.00

18

.00

0.0

0

6.0

0

12

.00

18

.00

pp

b

nm

ol m

-2s-1

Ftot Fst Fnst [O3]

April May June July August

44% 38% 40% 31% 17%

43% 53% 54% 55% 49%

2012

2013

Querco-Carpineto, Bosco Fontana


L’uptake stomatico varia in funzione

della disponibilità idrica della vegetazione

Gerosa et al. 2007. Comparison of different algorithms for stomatal ozone flux determination from micrometeorological measurements. Water Air Soil Pollution 179, 309–321.

Cipolla, Voghera (PV), 2004 5 irrigazioni

Pisa, 24 Novembre 2016

NO

NO

O3 + NO NO2 + O2

Soil biochemistry (denitrification): NO emissions and NO2 deposition (fluxes) at the mixed Oak-Hornbeam forest

La deposizione non stomatica: il ruolo

della soil biochemistry (denitrificazione)

Finco et al. 2017. Ozone fluxes and concentrations at five levels above and inside a forest canopy: interactions with nitric oxide and implications for the ozone flux partition. In preparation

NO

NO


La deposizione non stomatica:

contributo relativo dei diversi processi

Querco-Carpineto, Bosco Fontana, 2012

Destruction on non-living plant surfaces !

Soil biochemistry !

VOC chemistry !

(Nemitz et al. 2013)

27%

30%

40%

3%


La dep. non-stomatica è importante:

solo quantificandola è possibile stimare

correttamente la dose stomatica

[O3

] Aerodynamic

Ra

Laminar sublayer

Rb

Stomatal

RS Chemist

ry

Soil

Non-Stomatal

RNS

Cuticular

O3 = 100 ppb Ra = 50 s/m Rb = 25 s/m RS = 100 s/m fissa (uno si aspetta che la dose stomatica non cambi …)

RNS = variabile

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.01 0.1 1 10 100

Flu

sso

sto

mat

ico

(p

pb

m/s

)magnitudo gns rispetto a gs (gns/gs)

Flusso stomatico

Fs

70%


Prospettive e sinergie

• Approfondire risposte incrociate (interazioni) con cambiamento climatico (T, UV)

• Studio delle basi genetiche della risposta

• Misure pluriannuali/decennali (istituire siti permanenti rappresentativi dei diversi ecosistemi/condizioni)

• Puntare alla comprensione dei processi di deposizione anche allargando lo spettro delle misure (e.g. ossidi di azoto)


Prospettive future…

I nostri siti sono disponibili per fare ricerca con voi


Grazie per l’attenzione

Angelo Maria Riccardo


Con la collaborazione di

• Università degli Studi di Firenze – Prof. Filippo Bussotti & co.

• Università degli Studi di Milano – Prof. Franco Faoro & co.

• Università Bicocca di Milano – Prof. Roberto Colombo & co.

• Università La Sapienza di Roma – Prof. Fausto Manes & co.

• IPLA Torino – Dr. Francesco Tagliaferro & co.

• Università degli Studi di Sassari – Prof.ssa Donatella Spano & co.

• CIEMAT, Madrid – Dr. Rocìo Alonso & co.

• CIHEAM, Bari – Dr. Mladen Todorovic & co.

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