Descrizione previsione attività della commessa "Cambiamento globale e vegetazione terrestre - Scambi atmosfera-biosfera (TA.P02.002)"

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  • Descrizione previsione attività della commessa "Cambiamento globale e vegetazione terrestre - Scambi atmosfera-biosfera (TA.P02.002)" (literal)
Iniziative per acquisizione entrate
  • Si sta sottomottendo presso il MIUR un progetto di grande rilevanza sui cambiamenti climatici e l'adattamento degli ecosistemi montani. In questo ambito il CNR-IBAF avrà un ruolo primaria sia per quanto riguarda la gestione delle risorse agro-forestali sia per quanto riguarda lo studio della loro capacità di mitigazione. Il ruolo degli incendi sarà uno degli argomenti di grande rilevanza all'interno di questo progetto. In ambito europeo le attività di questa commessa rientrano in un grosso progetto sugli ecosistemi e i servizi ecosistemici, il CNR-IBAF partecipa sia nell'attività di monitoraggio, sia sperimentale e sia modellistica. (literal)
Punti critici
  • Il fattore emissione da incendi da misure un pieno campo sarà una delle azioni da seguire come prossima attività così da accoppiarla con le misure di laboratorio. L'incendio è in grado di riemettere in brevissimo tempo il carbonio stoccato, come nel caso delle foreste, in decine o centinaia di anni. Il danno in termini di bilancio di carbonio è ancora maggiore se si considera che oltre all'emissione diretta durante l'incendio viene a mancare per un certo tempo quello stoccaggio di carbonio operato dalla vegetazione e in particolare dalla copertura forestale. L'emissione di gas serra e di composti volatili tra cui CO, CO2, CH4, NO, NO2, N2O e VOC durante un incendio rimane tutt'ora un punto di grossa incertezza sia in termini qualitativi che quantitativi. Il principale obiettivo scientifico da perseguire e' quindi determinare come fattori biologici ed ambientali possano influenzare l'innesco e l'evolversi degli incendi e quali siano le emissioni in atmosfera a seguito degli incendi sia in termini di carbonio che di sostanze reattive distinguendo le diverse tipologia vegetazionali tipicamente oggetto di incendio nel nostro paese. In particolare verranno presi in considerazione i seguenti ecosistemi: - pinete mediterranee, distinguendo le tre specie caratteristiche di pino, Pinus pinea, Pinus halepensis e Pinus pinaster - macchia mediterranea, soffermandosi su alcune delle specie caratteristiche: Quercus ilex, Phyllirea angustifolia, Pistacia lentiscus, Arbutus unedo, Rosmarinus officinalis, Myrtus communis, Juniperus spp, Erica spp, Cistus spp. - querceti sempreverdi con prevalenza di Quercus ilex e/o Quercus suber. - querceti caducifogli caratterizzati da Quercus pubescens e/o Quercus cerris - piantagioni forestali mediterranee con conifere (Pinus radiata) o latifoglie a rapido accrescimento (Eucalyptus camaldulensis, E. trabutii, E. globulus) - pascoli dell'ambiente mediterraneo - colture cerealicole distinguendo le situazioni di pre- e post-raccolta Si prevedono sia analisi di campo che studi di laboratorio. L'obiettivo principale delle analisi di campo è di valutare su aree percorse da incendi la percentuale di biomassa bruciata e di biomassa integra rispetto alla biomassa preesistente. La biomassa bruciata sarà utilizzata come \"proxy\" delle emissioni dei composti sopra elencati. Tale parametro risulta particolarmente importante anche perchè fornisce indicazioni sulla capacità di rigenerazione della vegetazione dopo l'incendio e sui tempi necessari per il ripristino della copertura preesistente. Chiaramente la percentuale di biomassa bruciata e di biomassa integra dipendono dal tipo di incendio (incendio di barriera, incendio di chioma, incendio di superficie, incendio sotterraneo), dalla tipologia della vegetazione, dalla dimensione delle piante e dai fattori climatici, primo fra tutti il vento. Al fine di una attenta disamina del fenomeno verranno scelti siti campione in aree interessate da incendi, distinti per le diverse tipologie vegetazionali elencate sopra. La stima della biomassa preesistente all'incendio verrà effettuate nelle aree limitrofe a quelle incendiate realizzando aree di saggio per la determinazione delle specie vegetali presenti, la loro distribuzione e la stima della biomassa vegetale presente. Laddove le aree in oggetto ricadano all'interno di terreni assestati, tali informazioni potranno essere raccolte anche dai piani di assestamento. Analogamente nelle aree bruciate verranno realizzate aree di saggio per determinare la quantità di biomassa bruciata e la quantità di biomassa integra. In incendi di barriera in cui il fronte del fuoco interessa la biomassa vegetale a tutti i livelli o negli incendi che interessano pascoli o terreni cerealicoli la biomassa integra sarà minima soprattutto se la biomassa comburente risulterà povera di acqua e se le piante avranno dimensioni contenute. In tali situazioni l'unica biomassa non bruciata si ritroverà all'interno dei fusti degli alberi più grandi. Sarà quindi necessario abbattere un certo numero di fusti di diverse dimensioni per creare una correlazione tra area basale e biomassa integra. Negli incendi di chioma invece che sono tipici di quando il sottobosco è molto scarso, gran parte della biomassa contenuta nei fusti rimarrà integra mentre l'incendio distruggerà prevalentemente rami e chioma. In questo caso si può procedere ad una stima della biomassa dei fusti attraverso l'utilizzo di tavole cormometriche che forniscono appunto il volume del solo fusto. Nel caso infine di incendi di superficie la biomassa del sottobosco è quella distrutta dall'incendio mentre la chioma rimane piuttosto integra. Qualora anche i fusti siano poco danneggiati si può procedere al'utilizzo di tavole dendrometriche, che forniscono il volume con corteccia di alberi interi, rami compresi. (literal)
Attività da svolgere
  • La comunità scientifica internazionale ha evidenziato come la risposta delle piante potrebbe essere diversa da quella ipotizzata fino ad oggi o che la risposta sia specie-specifica suggerendo un impatto significativo dei cambiamenti climatici sulla biodiversità degli ecosistemi naturali e/o sulla produttività degli ecosistemi coltivati. In Italia questa problematica appare particolamente importante vista la molteplicità e diversità degli ecosistemi forestali nelle varie fasce climatiche e la vulnerabilità di parecchi di essi. E' evidente che studi sull'impatto dei cambiamenti climatici necessitano di essere condotti per tempi molto lunghi in modo tale da valutare sia le risposte sul breve che soprattutto sul lungo periodo siano essi basati su sistemi manipolativi che sull'uso di modelli di previsione. Sistemi quali quelli forestali hanno infatto tempi di risposta tipicamente molto lunghi rispetto ai sistemi agricoli sia per la vita media dei singoli alberi sia per le risposte al livello del suolo che normalmente producono feedback anche a distanza di parecchi anni. La scarsa conoscenza della risposta dei suoli e la loro capacità di influenzare la risposta dell'intero ecosistema appare un punto di particolare importanza soprattutto nelle risposte di lungo termine. Nel suolo infatti le modificazioni indotte dalle variabili climatiche sui processi biogeochimici sono molto lente grazie al suo elevato potere tampone eppure ogni cambiamento può guidare le risposte delle foreste persino più che l'effetto diretto dei cambiamenti climatici stessi. L'importanza del suolo non è solamente legata alla grandissima capacità, in gran parte sconosciuta, di agire come sink di carbonio ma anche al fatto che le risposte del suolo guidano le risposte delle foreste ai cambiamenti climatici. Ad esempio la stessa specie può mostrare risposte molto differenti su due diversi suoli forestali essendo le risposte dipendenti sia dalla disponibilità di nutrienti che dall'azione della fauna e flora microbica del suolo. Questo aspetto rinforza la necessità di un approccio di ecosistema nello studio degli impatti e del possibile ruolo di mitigazione delle foreste e suggerisce di valutare tali aspetti in un arco temporale di diversi anni o decenni. Quantunque il primo impatto dei cambiamenti climatici riguarda i cicli biogeochimici le conseguenze sulla componente biotica degli ecosistemi forestali passa attraverso la capacità di adattamento degli alberi e delle altre componenti dell'ecosistema. La variabilità genetica è il punto fondamentale sul quale risiedono la capacità degli organismi di adattarsi a nuove condizioni ambientali. Per questo motivo risulta importante studiare l'organizzazione della variabilità genetica in geni potenzialmente coinvolti nell'adattamento anche attraverso una modellistica predittiva. D'altra parte, tutti i modelli predittivi non tengono conto dei possibili meccanismi di adattamento e dei cambiamenti evolutivi che gli alberi possono mettere in atto ed in particolare della capacità delle popolazioni di modificare la loro nicchia ecologica. Risulta pertanto di grande importanza conoscere come gli alberi e i loro ecosistemi reagiscono ai cambiamenti globali in atto, il che può avvenire solo attraverso la conoscenza della loro diversità e della loro evoluzione. Tale progetto ha come obiettivo di valutare come le variazioni indotte dai cambiamenti climatici sui cicli biogeochimici impattino sulla risposta e sulla capacità di adattamento degli ecosistemi forestali italiani e quali feedback scaturiscano da queste modificazioni che condizionino poi le risposte nel lungo periodo. E' chiaro che è soprattutto in questi feedback, ancora scarsamente conosciuti, che risiede la chiave di lettura per meglio comprendere la capacità di autoregolazione degli ecosistemi forestali e la loro capacità di mitigare gli stessi cambiamenti ambientali. La ricerca si articola in tre diverse fasi (WPs): - Analisi degli impatti dei cambiamenti clinatici sugli ecosistemi forestali - Studio dell'adattamento e della capacità di regolazione degli ecosistemi forestali ai cambiamenti climatici - Analisi dei feedback di breve e di lungo periodo e stima del potere di mitigazione dei cambiamenti climatici da parte degli ecosistemi forestali (literal)
Risultati attesi
  • Gli studi di laboratorio saranno effettuati per monitorare in continuo le diverse fasi dell'incendio. In particolare una camera di combustione già installata e testata sarà utilizzata per creare un ambiente controllato in cui seguire le diverse fasi dell'incendio alle diverse temperature. Il flusso di aria in uscita della camera sarà indirizzato verso un PTR-MS (Proton Transfer Mass Spectrometer) per misurare in continuo l'emissione e la formazione di composti biogenici e pirogenici durante l'incendio. In esperimenti paralleli il flusso di aria in uscita dalla campana sarà indirizzato verso degli analizzatori all'infrarosso (IRGA) per determinare l'anidride carbonica (CO2) e il monossido di carbonio (CO) emessi durante l'incendio al fine di realizzare una stima del carbonio emesso. Lo studio di laboratorio distinguerà i diversi compartimenti epigei della pianta; foglie, rami e fusto verranno prelevati dagli ecosistemi sopra elencati. Anche la lettiera che costituisce un \"pool\" importante dell'ecosistema e che ha un ruolo fondamentale nell'innesco dell'incendio sarà oggetto di studio. L'analisi verrà effettuata sia utilizzando campioni a umidità di campo sia campioni anidri per determinare il ruolo del contenuto idrico nello sviluppo e nella emissività dell'incendio. Come noto infatti un fattore importante per i combustibili è il contenuto di acqua, tanto che quando essa è superiore al 25% l'accensione è possibile solo con un elevato apporto esterno di calorie. Oltre ai campioni vegetali, campioni dello strato superficiale di suolo, estratti dagli ecosistemi in esame, saranno esposti alle alte temperature simulando il passaggio del fuoco e le emissioni misurate come per i tessuti vegetali. Il suolo infatti, soprattutto negli strati superficiali e soprattutto negli ecosistemi forestali, contiene una grandissima quantità di sostanza organica ed è facile ipotizzare che le alte temperature raggiunte possano far liberare da esso quantità di composti non trascurabili soprattutto in termini di bilancio del carbonio. Questa attività servirà ad elaborare una banca-dati che serva alla mappatura delle aree a rischio incendio, alla previsione e parametrizzazione delle conseguenze ambientali in termini di inquinamento atmosferico e formazione di gas serra, ed alla formulazione di interventi gestionali per la prevenzione degli incendi nonchè fornirà indicazioni cruciali per l'elaborazione di modelli per la stima dell'impatto degli incendi sulla biomassa vegetale. (literal)
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