Monitoraggio su basi ecofisiologiche della funzionalità degli ecosistemi forestali

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Gianmaria Bono
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1 Monitoraggio su basi ecofisiologiche della funzionalità degli ecosistemi forestali Giorgio Matteucci, CNR-ISAFOM Giuseppe Scarascia Mugnozza, CRA - DAF

2 Matteucci G., Scarascia Mugnozza G. Monitoraggio su basi ecofisiologiche Perchè studiare le risposte ecofisiologiche delle foreste? Dal livello fogliare a quello di intera copertura Risposta ai cambiamenti Integrare gli approcci: studi classici e misure funzionali Riflessioni conclusive Giornata di studio AISF PNGML FIDAF ALIFOR 22 Giugno 2012 Barisciano (AQ)

3 Matteucci G., Scarascia Mugnozza G. Monitoraggio su basi ecofisiologiche Perchè studiare le risposte ecofisiologiche delle foreste? Giornata di studio AISF PNGML FIDAF ALIFOR 22 Giugno 2012 Barisciano (AQ)

4 Monitoraggi e ricerche sul campo: una lunga storia negli ecosistemi forestali Assicurare la produzione forestale in Europe i primi esperimenti in campo Inventari forestali Esperimenti di diradamento, valutazione incrementi, ecc. Sviluppo e rinnovazione dei popolamenti Le problematiche ambientali anni 60 e 70 International Biological Programme UNESCO Man and Biosphere Esperimenti a scala di bacino (Hubbard Brook, ecc.) La moria ed il degrado delle foreste anni 80 e 90 Esperimenti a scala di ecosistema Monitoraggio dello stato di salute delle foreste, risposta all inquinamento I cambiamenti globali dagli anni 90 a oggi Esperimenti manipolativi, Open-top-chamber, fertilizzazione CO2 e N Flussi a scala di ecosistema (eddy covariance, reti europee e mondiali) Telerilevamento e modellizzazione

Sviluppo e rinnovazione dei popolamenti Le problematiche ambientali anni 60 e 70 International Biological Programme UNESCO Man and Biosphere Esperimenti a scala di bacino (Hubbard Brook, ecc.

5 Storia degli sviluppi metodologici e di ricerca 1900 ICP Kyoto Protocol

6 Global Forest Carbon Budget (PgCy -1 ) Boreal Temperate Intact Tropical 2.5 Total 2.3 Tropical net LUC flux Tropical gross deforestation Tropical regrowth Total gross sink Total net sink

0 Intact Tropical 2.5 Total 2.3 Tropical net LUC flux 1.5 1.

7 Aumento della crescita delle foreste (Nord America) McMahon et al, PNAS 2010 Giornata di studio AISF PNGML FIDAF ALIFOR 22 Giugno 2012 Barisciano (AQ)

8 Cosa c è da capire? Cambiamenti nella NPP Nemani et al, Science, 2003 Dati da telerilevamento e modellizzazione

9 Ma: cambiamenti della NPP Zhao and Running, Science, 2010

10 Matteucci G., Scarascia Mugnozza G. Monitoraggio su basi ecofisiologiche Dal livello fogliare a quello di intera copertura Giornata di studio AISF PNGML FIDAF ALIFOR 22 Giugno 2012 Barisciano (AQ)

11 Sito sperimentale - Torre

12 Sito: Collelongo Selva Piana (AQ) N E, 1560 m s.l.m. Faggeta pura (Fagus sylvatica L.) anni; 830 trees ha -1 Altezza: m; Area basimetrica 39.4 m 2 ha -1 Biomassa totale: 268 t ha -1 ; LAI: m 2 m -2 T = 7.1 C; Precipitazioni = 1206 mm Giornata di studio AISF PNGML FIDAF ALIFOR 22 Giugno 2012 Barisciano (AQ)

) 110-115 anni; 830 trees ha -1 Altezza: 20-25 m; Area basimetrica 39.

13 Sito: Collelongo Selva Piana (AQ) (ABR-1) Faggeta pura (Fagus sylvatica L.) Collelongo (AQ) m s.l.m. 7.3C 1206 mm 300 C mm J F M A M J J A S O N D 20 0

) Collelongo (AQ) 1996-2003 1560 m s.l.m. 7.

14 Giornata di studio AISF PNGML FIDAF ALIFOR 22 Giugno 2012 Barisciano (AQ)

15 Variazione fotosintesi lungo il profilo della copertura Height from the ground (m) Asat (µmolco 2 m -2 s -1 ) Jul-92 Aug-92 Jun-93 Jul-93 Sep-93 Aug-95 Jun-97 Aug-97 Matteucci, 1998

6 7 8 9 10 11 12 13 Asat (µmolco 2 m -2 s -1 ) Jul-92

16 Relazione tra fotosintesi e parametri fogliari (N) Asat (µmolco 2 m -2 s -1 ) June July August September LMA (g m -2 ) N (g m -2 ) Matteucci, 1998

June July August September 0 0 50 100 150 LMA (g

17 Misure di flusso

18 Eddy covariance La tecnica è basata sulla misura veloce della velocità verticale del vento e della concentrazione di CO2 F NEE = F C + F S + termini advettivi Giornata di studio AISF PNGML FIDAF ALIFOR 22 Giugno 2012 Barisciano (AQ)

di CO2 F NEE = F C + F S + termini advettivi Giornata di

19 La tecnica Eddy Covariance Vantaggi Integrazione su aree estese ( Km) Non distruttiva e dinamica Opera in continuo (24 h/day, 1+anni) Possibile studiare il ruolo delle stagioni e del clima Rapporto qualità/prezzo Svantaggi Copertura omogenea (la maggior parte delle volte) Affidabilità limitata in condizioni atmosferiche stabili Limitata su terreni complessi (drenaggio aria, advezione, etc.) La valutazione corretta dei flussi notturni a volte difficile Giornata di studio AISF PNGML FIDAF ALIFOR 22 Giugno 2012 Barisciano (AQ)

Rapporto qualità/prezzo Svantaggi Copertura omogenea (la maggior parte delle volte) Affidabilità limitata in condizioni atmosferiche

20 Il risveglio della faggeta (Apr-Mag 2011) NEE (µmolco2 m-2 s-1) /04/ /05/ /05/ /05/ /06/ /06/ Data, ora

22/04/2011 0.00 02/05/2011 0.00 12/05/2011 0.

21 Faggeta: Andamenti giornalieri in diverse stagioni NEE (µmolco 2 m -2 s -1 ) /06-15/07/96 16/07-14/08/96 15/08-13/09/96 01/10-06/10/96 01/11-15/11/ time of day Matteucci, 1998

22 Relazioni funzionali: risposta alla luce 5 NEE (µmolco 2 m -2 s -1 ) October September May August June - July PFD (µmol m -2 s -1 ) Matteucci, 1998

23 Efficienza in luce diffusa 0.04 qeff (GEE/PFD, molco 2 molphot -1 ) Intermediate conditions Prevailing overcast conditions Completely clear days Matteucci, Day of the year qeff = GEE dt PFDdt

24 Relazione tra efficienza dello scambio netto, azoto e clorofilla qeff (GEE/PFD, molco 2 molphot -1 ) Matteucci, 1998 Overcast days Clear days Total nitrogen Total chlorophyll Day of the year (96-97) Ntot h [ ] total Nitrogen and chlorophyll (g m -2 ) = N LMA LAI 0 i i i

25 Andamento annuale dello scambio netto di ecosistema NEEday (gc m-2 yr-1) NEEcum (gc m-2) Giorno dell'anno Faggeta di Collelongo

26 Comparazione On-line tra allocazione del carbonio e assorbimento netto Dominant trees Codominant trees Allocation to leaves NEE 30/04/97 10/05/97 20/05/97 30/05/97 09/06/97 19/06/97 29/06/97 09/07/97 19/07/97 29/07/97 08/08/97 18/08/97 28/08/97 07/09/97 17/09/97 27/09/97 Date Stem increment (%) -NEE (gc m -2 day -1 ) Allocation to leaves (gd.w. m -2 day -1 )

27 Faggeta: Bilanci annuali Year NEE, tc ha Anni più secchi Valori negativi: assorbimenti di Carbonio dall atmosfera Giornata di studio AISF PNGML FIDAF ALIFOR 22 Giugno 2012 Barisciano (AQ)

28 FLUXNET network 2004 Fluxnet-Canada Carboeurope TCOS Ameriflux Chinaflux Asiaflux LBA CarboAfrica Ozflux

29 Bilancio del carbonio e fattori di controllo Foreste temperate e mediterranee Foreste boreali Reichstein et al, 2007 JGR Reichstein et al, 2007 Indice di disponibilità idrica Temperatura media annuale

30 Matteucci G., Scarascia Mugnozza G. Monitoraggio su basi ecofisiologiche Risposte ai cambiamenti Giornata di studio AISF PNGML FIDAF ALIFOR 22 Giugno 2012 Barisciano (AQ)

31 Un esempio: l ondata di calore del 2003 Historical temperature records in Switzerland Schär et al., Nature 2003 Ciais et al., Nature 2005

32 Risultato complessivo (dati di flusso, telerilevamento e modellizzazione) ~ 30% riduzione in GPP Ciais, Reichstein, Viovy et al., Nature, 2005

33 Effetti carry over : aumento della defoliazione del faggio nel 2004 UN-ECE ICP Forests Technical Report 2005

34 Level I Dati 2007 Trasparenza delle chiome 0 to to to to to 100 In rosso: soglia di danno oltrepassata CFS, Servizio CONECOFOR

35 Bertini et al., 2012 (CRA-SEL, Arezzo)

36 EMI-1 site Mortality % BA

37 Matteucci G., Scarascia Mugnozza G. Monitoraggio su basi ecofisiologiche Integrare gli approcci: studi classici e misure funzionali Giornata di studio AISF PNGML FIDAF ALIFOR 22 Giugno 2012 Barisciano (AQ)

38 Ciclo del carbonio terrestre: processi e approcci NBP NEP NPP GPP MODELLI DI INVERSIONE DI DATI ATMOSFERICI TELERILEVAMENTO CAMERETTE RESPIRAZIONE ISOTOPI FLUSSI DI COPERTURA (EDDY COVARIANCE) MODELLI Disturbi (incl. gestione) PRODOTTI FOTOSINTESI crescita Respirazione autotrofa Respirazione eterotrofa Respirazuine eterotrofa MODELLI BIOMASSA INVENTARI STUDI DI ECOSISTEMA LETTIERA LEGNO MORTO mortalità umificazione SOM

39 Approcci multipli di ricerca e monitoraggio: funzionalità degli ecosistemi e passaggi di scala CarboEurope cluster

40 Piattaforme e supersiti per lo studio ed il monitoraggio

41 Riflessione conclusiva - gestione ecosistemica delle foreste resa adattativa grazie al monitoraggio e fondata sull attività di ricerca per una migliore comprensione della struttura e delle funzioni degli ecosistemi forestali (The Ecological Society of America 1996) Giornata di studio AISF PNGML FIDAF ALIFOR 22 Giugno 2012 Barisciano (AQ)

42 Grazie per l attenzione!!!! giorgio.matteucci@cnr.it

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