Monitoraggio e ricerca sugli effetti dell ozono sulla vegetazione in Italia

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1 Monitoraggio e ricerca sugli effetti dell ozono sulla vegetazione in Italia Presentazione a cura di E. Paoletti Elena Paoletti 1), Bona Griselli 2), Francesco Tagliaferro 3) 1) IPP-CNR Firenze, 2) ARPA Torino, 3) IPLA Torino De Marco e al. Valutazione del rischio da ozono presente e futuro in Italia Ferretti Ci sono effetti misurabili dell'ozono sulle nostre foreste? Ballarin Denti La sensibilizzazione degli attori locali alla domanda scientifica Manes e al. Il progetto OZONIT: un esempio di coordinamento nazionale delle ricerche su ozono e vegetazione

2 Sintomi tipo-ozono Sono stati descritti e validati i sintomi macro e microscopici di danno da ozono in Fraxinus ornus (Orniello), una specie finora non caratterizzata. I danni visibili consistono in arrossamenti fogliari diffusi, assai diversi da quelli che si manifestano nella specie affine Fraxinus excelsior (Frassino maggiore) che mostra punteggiature cuoiose. I sintomi visibili sono semplici da individuare e utili per determinare la capacità fitotossica dell ozono ambiente, ma presentano bassa specificità e ridotto potenziale diagnostico. Le sottostanti punteggiature e la loro distribuzione sono più specifiche dell effetto dell ozono. L ozono promuove l ispessimento della parete cellulare attraverso l apposizione di sostanze pectiche. L ipotesi che l ozono influenzi gli stomi attraverso la delignificazione delle pareti delle cellule di guardia (Maier-Maercker, 1989) è stata respinta.

3 Sintomi tipo-ozono L esposizione all ozono di semenzali in condizioni controllate (camere di crescita) non è in grado di riprodurre esattamente i sintomi da stress ossidativo (ozone-like) osservati su piante adulte in natura. Le analisi microscopiche forniscono un aiuto determinante per validare i danni fogliari da ozono osservati in campo attraverso esperimenti in condizioni controllate. Nelle camere di crescita, ridotte intensità luminose si associano ad elevata disponibilità idrica e alti livelli di ozono, generando danni acuti (punteggiature necrotiche, dovute a reazioni di tipo ipersensibile - HR), favoriti dall elevata capacità di scambi gassosi dei semenzali. In campo, l alta illuminazione si associa a livelli moderati di disponibilità idrica e di ozono e alla moderata capacità di scambi gassosi degli alberi adulti, generando danni cronici (accumulo di prodotti del metabolismo secondario, legato a fenomeni di senescenza cellulare accelerata - ACS).

4 Sintomi e ecofisiologia E consigliabile non usare i semenzali come surrogati per capire come gli alberi maturi rispondono all ozono. Stabilire le soglie di danno tramite esperimenti su semenzali in camere di crescita sovrastima l insorgenza del danno negli alberi maturi (per l Orniello: 16,7 ppm h AOT4 in campo vs 33,4 ppm h AOT4 nelle camere), e la sensibilità della fotosintesi. Il maggiore impatto dell ozono sulla fotosintesi dei semenzali che delle piante adulte ha motivazioni fisiologiche (scambi gassosi, luce, disponibilità idrica) e anatomiche in quanto i semenzali mostravano gravi sintomi tipo-hr, mentre la sintomatologia delle piante adulte era di tipo ACS. Fotosintesi massima Foglie sane umol m -2 s a b c Foglie con 2% danni visibili d Semenzali in camere di crescita Piante adulte in aria ambiente

5 Sintomi e ecofisiologia I danni visibili sono indicatori degli effetti dell ozono sulla capacità di assimilazione del carbonio. I danni indotti dall ozono rallenta la risposta degli stomi al deficit idrico, ma questo effetto non si traduce in una variazione della conduttanza idraulica fogliare. Anche l invecchiamento rallenta la chiusura stomatica in presenza di stress idrico. Perciò, questo effetto dell ozono può essere considerato un sintomo di senescenza fogliare anticipata. 1 A B Cont Inj Cont Inj 2 9 Amb Inj 8 Amb Inj kg m-2 s-1 MPa Conduttanza idraulica fogliare ab a Semenzali in camere di crescita b b Piante adulte in aria ambiente Tempo, min

6 Sintomi e ecofisio Le relazioni tra presenza/assenza di sintomi visibili a livello di pianta (sensibilità dell albero) e risposte ecofisiologiche e di crescita sono state studiate somministrando un antiossidante (EDU) per limitare l insorgere dei sintomi. L EDU non agisce come un fertilizzante fogliare di azoto, non influisce sui processi fotosintetici, ma è efficace nel mantenimento dei sistemi antiossidanti presenti nelle cellule durante lo stress da O3 (aumento dell attività dell ascorbato perossidasi, e del contenuto di acido ascorbico, diminuzione del contenuto di perossido di idrogeno). La sensibilità dell albero all O3 è prevalentemente da ascriversi alla disponibilità di acqua per le radici, che era leggermente maggiore per il gruppo delle piante sintomatiche. E ovvio che il deficit idrico protegge la pianta sia attraverso la chiusura degli stomi sia attivando i sistemi antiossidanti potenzialmente capaci anche di detossificare l ozono. Frassino maggiore alberi adulti Con/senza sintomi Infusione nel tronco vs irrigazione al terreno Pioppo (Eridano) talee in vaso EDU Sint/Asint EDUxSens. Azoto ns ns ns APX ** (+) ** (-) ns H2O2 ** (-) * (+) *** (- in A) ASA ns *** (-) * (+ in A) Redox ns ns ns Chla+b ns ns ns Caroten. ns ns ns Amax ns * (+) ns Gs ns *** (+) * (- in S) Ψmin ns ns ns Ψmin ns ns ns Fv/Fm ns ns ns

7 Sintomi e crescita L EDU stimola lunghezza e diametro dei getti, e numero e area delle foglie ritardandone l abscissione, mentre non sono stati individuati effetti significativi a livello di radici fini (biomassa, lunghezza, e numero di apici) e di pianta intera (diametro e altezza ), forse a causa del tempo limitato dell esperimento (una stagione di crescita) non in grado di influenzare sensibilmente la biomassa di alberi già adulti (16-31 anni), come quelli da noi trattati. Nelle piante sotto ozono, parte dei fotosintati è convogliata verso la detossificazione e la riparazione dei danni e non può essere usata per la crescita. Per questo l EDU, riducendo i danni da ozono, stimola la crescita senza influenzare l assimilazione del carbonio

8 Studi a lungo termine L infiltrazione gravitazionale di EDU nel tronco si è dimostrata capace di proteggere alberi adulti dagli effetti deleteri dell ozono. Una applicazione ogni 3 settimane nel corso della stagione vegetativa ha permesso di ridurre il numero di foglie danneggiate del 91% e l estensione superficiale dei danni sulle foglie sintomatiche del 5%, ma ha richiesto almeno 12 fori nel fusto, il che ne sconsiglia l uso in esperimenti di lungo termine. L applicazione di EDU al terreno sembra promettente, anche se l effetto protettivo ottenuto per questa via su alberi adulti non è stato statisticamente significativo. E stato suggerito un metodo per calcolare la dose di EDU in funzione della superficie fogliare da trattare. Nel caso dell infiltrazione gravitazionale, la dose efficace nel ridurre i sintomi fogliari è risultata essere mg m-2 di foglia. Frassini adulti con/senza sintomi EDU applicata al tronco 7 Frassini adulti 6 con sintomi 5 4 EDU applicata al 3 terreno 2 % Injured leaflets (%) Injured leaflet surface (%) SWAT SEDU AWAT AEDU low medium high low SWAT SEDU AWAT medium high AEDU Injured leaflets Inj. surface per inj. leaflet Inj. surface per shoot WAT mid crown WAT top crown EDU mid crown EDU top crown

9 Conclusioni La Regione Piemonte risulta ad alto rischio di danni da ozono alla vegetazione Sintomi visibili sono stati individuati e caratterizzati in buona parte del territorio regionale Questi sintomi suggeriscono effetti negativi sulla fisiologia e sulla crescita delle specie forestali Per mitigare questi impatti, è necessario comunicare questi risultati alla gente e ai policy-makers

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