Ecologia dei sistemi forestali - Appunti

Programma del corso

Ecologia forestale:

Concetti generali di ecologia ed aspetti generali di funzionamento degli ecosistemi.

Ambiente fisico, clima ed interazione con la vegetazione.

Flussi di energia negli ecosistemi e produttività.

Ecologia di popolazione e comunità, cicli degli elementi, successioni ecologiche.

03 Conoscenza della terminologia dei concetti generali e degli

approcci di studio in:

ecologia

ambiente

ecosistema

habitat

autoecologia

ecologia di popolazione e di comunità

storie e problematiche del rapporto fra uomo e foresta

04 Fattori del clima - Leggi fondamentali dell’energia

Temperatura Radiazione netta

Umidità Bilanci radiattivi

Ventosità Bilanci energetici

Indici e classificazioni fitoclimatiche Produttività

43 Biomi e paesaggi forestali.

48 Flusso di energia e metabolismo: catene alimentari e piramidi ecologiche.

51 Struttura e organizzazione gerarchica dell’ecosistema forestale:

albero, individuo, popolazione e comunità.

56 Cicli biogeochimici e ciclo idrologico;

57 Bilancio del carbonio degli ecosistemi forestali e cambiamento climatico;

77 Ecologia di popolazione e di comunità.

80 Struttura e processi di crescita degli alberi nei vari contesti ambientali e

colturali

87 Dendrocronologia Filizzola

Tesina Esame di Ecologia Forestale - - Scienze Forestali e Ambientali UNIBAS

Filizzola

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Ecologia

il termine ecologia deriva del greco óikos, “casa”, e lógos, “discorso”.

L’ecologia è lo studio dei rapporti tra gli organismi viventi e l’ambiente in cui vivono:

l’oggetto dello studio è l’ecosistema, che non ha limiti fisici ben definiti.

Ecosistema

Comunità di organismi che vive in un particolare ambiente. Esso non ha limiti fisici,

infatti possiamo avere microecosistemi (Batteri in una coltura in vitro) oppure Grandi

ecosistemi (un Lago, Montagne) Fino al limite massimo dell’intero pianeta (Biosfera).

Ambiente

È l’insieme dei fattori esterni a un organismo, i quali ne influenzano la vita.

Habitat

È il luogo fisico in cui caratteristiche ambientali permettono ad una data specie di

vivere e svilupparsi.

Nicchia Ecologica

Indica il ruolo della specie all’interno dell’ecosistema.

Foreste

Associazione di piante d’alto fusto che ricopre un’estesa area.

È un importante fattore di regolazione idrica, ha fisionomia e caratteristiche diverse a

seconda dei caratteri idrografici e climatici della regione (Foreste Tropicali, Foreste

Sub-tropicali, Foreste Temperate, ecc).

Il Termine foresta ricorda “Forestiero”, cioè luogo fuori dalle Mura Medievali.

La Foresta è una vasta zona incolta molto estesa, dove la vegetazione, in particolare

Alberi ad alto fusto, cresce spontaneamente.

Bosco

Insieme di piante selvatiche in prevalenza legnose che si formano spontaneamente

(fustaia) o per opera dell’uomo (Ceduo o fustaia).

Differisce dalla foresta in quanto si estende su aree più limitate e può essere formato

da piante ceduate (Ceduo) o ad alto fusto (fustaia).

Climax

Lo stato di Climax corrisponde al massimo grado di adattamento che le condizioni

fisiche e biologiche permettono in quell’ambiente.

Per arrivare a questa situazione si sono succedute comunità sempre più efficienti fino

ad arrivare al limite massimo consentito: il Climax

Bioma

Area Geografica climatica omogenea (Tundra, Taiga, Deserto)

Sostenibilità ( )

Uso sostenibile delle risorse naturali

È la caratteristica di un processo che può essere mantenuto ad un certo livello

(Conservato). Perché un processo sia sostenibile esso deve utilizzare le risorse

naturali ad un ritmo tale che esse possano essere rigenerate naturalmente

(Conservazione dell’ambiente) Filizzola

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Biodiversità

È la varietà delle forme viventi presenti in un ambiente.

La biodiversità viene studiata a tre diversi livelli,

- Livello genetico

- Livello del numero di specie

- Livello del numero degli ecosistemi.

Lo conoscenza della biodiversità rappresenta un punto di riferimento fondamentale

per gli studi ecologici e per la pianificazione degli interventi di conservazione della

diversità biologica.

Effetto Serra

Fenomeno climatico di riscaldamento degli strati inferiori dell’atmosfera terrestre,

2

causato dall’assorbimento del calore da parte di alcuni gas (CO ).

La temperatura media del nostro pianeta (15°C) è sufficientemente alta da

permettere la sopravvivenza degli organismi viventi, questa è dovuta proprio al

naturale effetto serra dell'atmosfera, senza di esso il pianeta sarebbe circa 33°C più

freddo e probabilmente privo di qualunque forma di vita.

Cambiamento Climatico

Le attività industriali, hanno potenziato l’effetto serra naturale e sta determinando un

anomalo aumento della temperatura, fenomeno noto come “riscaldamento globale”.

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Nei confronti del clima gli organismi hanno differenti esigenze

Organismi STENOICI = Poco adattabili, Molto sensibili alle condizioni

climatiche.

Organismi EUROICI = Molto adattabili a diverse condizioni ambientali

(Robinia, Alianto).

- Temperatura

- TERMOFILE = Vivono in ambienti Caldi (Lentisco)

- MESOFILE = Climi intermedi (Castagno, Cerro)

- MICROTERME = Ambienti Freddi (Faggio, Abete)

Vernalizzazione

È una strategia adottata dalle piante, avviene in autunno ed è il passaggio dalla

fase vegetativa a quella di senescenza invernale.

Per sopportare l’inverno le piante adottano 2 strategie:

- EVITANZA = - TOLLERANZA =

Capacità di evitare i danni del freddo Capacità di tollerare le basse

invernale attuando specifici temperature senza subire danni

comportamenti (perdita delle foglie). (piante sempreverdi con foglie

aghiformi)

FORME BIOLOGICHE

La forma biologica esprime gli adattamenti con cui le piante sopravvivono alla

stagione avversa ed attraversano il periodo di riposo vegetativo.

Osservando la posizione degli organi vegetativi e delle gemme con la loro rispettiva

posizione e disposizione è possibile riconoscere le varie categorie di forme biologiche.

FANEROFITE

EMICRIPTOFITE

TEROFITE

CAMEFITE

GEOFITE

ELOFITE-IDROFITE Filizzola

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- (P) FANEROFITE (Alberi e Arbusti): Sono piante perenni e legnose,

con gemme svernanti poste ad un’altezza dal suolo maggiore di 30 cm.

Molto vulnerabili alle gelate tardive a causa delle Gemme non protette ed esposte

agli agenti atmosferici (gemme portate in ambiente aereo).

MAGGIORI SONO LE CONDIZIONI AVVERSE, MINORI LE DIMENSIONI DEI VEGETALI

- (H) EMICRIPTOFITE

: Sono piante erbacee biennali o perenni, con

gemme svernanti poste al livello del suolo e protette dalla lettiera (fusto e foglie

secche) o dalla neve.

- (T) TEROFITE

: Sono piante erbacee annuali che differiscono dalle altre

forme biologiche poiché superano la stagione avversa sotto forma di seme (il seme

e la gemma sono la stessa cosa). Sono il massimo dell’efficienza e le più evolute.

- (Ch) CAMEFITE (Piccole piante): Sono piante perenni e legnose alla

base, con gemme svernanti (gemme protette da strutture lignificate) poste ad

un’altezza dal suolo tra i 2 e i 30 cm.

Tipiche piante adattate a superare periodi lunghi di stress idrico (Mancanza di acqua)

o di freddo (Mancanza di acqua Liquida).

- (G) GEOFITE

: Sono piante perenni erbacee che portano le gemme in

posizione sotterranea (gemme protette meglio dalle avversità). Durante la

stagione avversa non presentano organi aerei e le gemme si trovano in organi

sotterranei come Bulbi, Tuberi e Rizomi (Fusti sotterranei modificati).

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- Umidità

L’Acqua

L’Acqua è il principale componente degli organismi viventi, inoltre è il mezzo in cui

avvengono tutti i processi biochimici cellulari (in particolare nella Fotosintesi).

Sulla terra gli ambienti più ricchi di esseri viventi sono quelli umidi, mentre i più

poveri di specie viventi sono i deserti (aridità).

- Proprietà Chimiche

Per comprendere le proprietà che rendono l’acqua così importante per la vita,

dobbiamo osservare la struttura delle sue molecole e comprendere come

interagiscono tra di loro:

STRUTTURA: Una molecola d’acqua è costituita da un atomo di Ossigeno e da

2 atomi di Idrogeno, uniti mediante legami covalenti.

La disposizione degli elettroni (asimmetrici) conferisce alla

molecola d’acqua una polarità, cariche “+” sugli atomi di H e una

carica “-“ sull’atomo di O (gli elettroni del legame covalente

sono attratti dalla maggiore massa dell’Ossigeno).

La polarità dell’Acqua crea tra le diverse molecole d’acqua deboli

attrazioni di natura elettrica (Legami Idrogeno).

La struttura chimica dell’acqua fa di questo liquido un

SOLVENTE IDEALE per le molecole dei GAS (O e CO ), altri

2 2

composti polari (Zuccheri) e Solidi ionici (NaCl e Sali minerali).

- Proprietà Fisiche

Anche sotto l’aspetto fisico l’acqua presenta caratteristiche particolari:

BASSA CONDUCIBILITÁ TERMICA:

Oceani, Mari e Laghi si riscaldano e si raffreddano più lentamente delle terre

emerse, mitigando gli sbalzi termici.

Alla pressione di 1 atm l’acqua solidifica a 0°C ed evapora a 100°C, per questo

motivo la maggior parte dell’acqua sulla terra si trova allo stato

liquido e solo una piccola parte ghiacciata o sotto forma di

vapore.

DENSITÁ:

La presenza dei legami idrogeno è responsabile anche di un’altra

particolarità dell’acqua, quella di presentare la sua massima

densità a 4°C, dopodichè se viene ulteriormente raffreddata si

dilata perdendo consistenza e diventando più leggera

(il ghiaccio galleggia) accumulandosi in superficie (zone

polari) isolando l’acqua sottostante dal freddo e permettendo la

presenza di vita anche in ambienti estremi.

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COESIONE: Attrazione reciproca tra le molecole d’acqua

Grazie a questa proprietà l’acqua che evapora dalle foglie delle piante trascina

verso l’alto altre molecole permettendo la risalita dei liquidi dalle radici alle foglie

attraverso i vasi che percorrono l’intera pianta.

Alla coesione si deve anche la Tensione Superficiale che è il fenomeno per cui la

superficie dell’acqua si comporta come una “Pellicola elastica”, consentendo a certi

insetti di camminare sull’acqua.

ADESIONE: Tendenza ad aderire alle pareti dei recipienti

A questa proprietà si deve il fenomeno della Capillarità, in base al quale l’acqua

contenuta in vasi di piccolo diametro riesce a sollevarsi verso l’alto vincendo la forza

di gravità.

A sinistra bilancio idrico di un bosco: penetrazione lenta delle Precipitazioni nel

terreno; immagazzinamento dell’acqua nel suolo ed alimentazione continua delle

sorgenti; aumento dell’umidità atmosferica in seguito all’elevata traspirazione.

A sinistra: bilancio idrico dopo il

disboscamento: la pioggia batte

direttamente sul terreno nudo,

compattandolo, e scorre in superficie

(forte erosione); l’acqua di percolazione

dilava le sostanze nutritive del terreno

non percorso dalle radici; debole e

irregolare alimentazione delle sorgenti

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- ECOLOGIA DELL'ACQUA

La disponibilità d'acqua assieme alle Temperature condizionano la distribuzione delle

specie vegetali sul nostro pianeta.

Per questo motivo lo studio di come si muove l'acqua all'interno delle piante è uno dei

punti fondamentali per l'ecologia del pianeta.

L'asportazione indiscriminata delle specie arboree (disboscamenti, incendi) causa un

progressivo incremento dell'aridità del suolo e di conseguenza una progressiva

diminuzione delle specie vegetali capaci di vivere in un ambiente progressivamente arido.

In questi casi la terapia da adottare richiede l'introduzione negli ambienti degradati di

specie meno esigenti d'acqua o più efficienti nell'impiego della poca acqua presente nel

suolo, in questo modo si può riformare in breve tempo la copertura vegetale distrutta.

In definitiva le piante rappresentano una resistenza inserita tra suolo ed atmosfera, questo

perché parti importanti della pianta (Midollo, Xilema secondario) possono accumulare

acqua e metterla a disposizione nei momenti di carenza, per questo motivo un terreno

nudo perde per evaporazione una quantità di acqua enormemente maggiore rispetto ad

un suolo ricoperto di vegetazione.

È questo il motivo per cui i suoli impoveriti (soprattutto in pendio) vanno incontro al

progressivo aumento della loro aridità fino a culminare in una situazione di degrado.

Questo concetto deve far riflettere sulle conseguenze in materia di salvaguardia

dell'ambiente.

CONCETTI GENERALI: Relazione Pianta-Acqua

Spiegato in modo molto semplificato, le piante assumono acqua dal Terreno e la

disperdono nell'atmosfera.

Nelle piante vascolari l'acqua è trasportata nello Xilema in uno stato chimico-Fisico fragile

ma permanente di pressione negativa (che va nel verso opposto dello stimolo

principale di gravità).

L'acqua si sposta nelle piante secondo un gradiente di potenziale idrico, vale a dire da

punti con potenziale maggiore a punti con potenziale minore (osmosi).

Il gradiente di potenziale idrico tra 2 punti si verifica:

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PARAMETRI MISURABILI DELLO STATO D'IDRATAZIONE DELLA PIANTA

- CONTENUTO RELATIVO DI ACQUA

Il primo parametro che si può misurare è il contenuto d'acqua degli organi vegetali.

Esso viene dato dall'espressione:

PF Peso Fresco (ottenuto incapsulando la foglia in un sacchetto di plastica e

pesandola immediatamente).

PS Peso Secco (ottenuto ponendo il pezzo in stufa a 100°C fino a peso costante).

L'espressione fornisce il contenuto assoluto d'acqua che è poco significativo in quanto non

è il contenuto totale di acqua di una pianta che interessa, ma la quantità di acqua di una

pianta rispetto alla condizione ottimale (pieno turgore).

Per questo motivo è preferibile misurare il CONTENUTO RELATIVO di acqua

(RWC, Relative Water Content) il quale è dato dall'equazione:

PT Peso a pieno Turgore (si ottiene ponendo la foglia in contatto con l'acqua in un

matraccio coperto di plastica nera).

Ciò permette una reidratazione completa con aumento del peso fino a valore costante.

L'equazione quindi rappresenta il rapporto tra il contenuto di acqua in un

determinato momento e la quantità massima di acqua che quell'organismo può

contenere.

- CONDUTTANZA FOGLIARE

Questo parametro è utile per giudicare la permeabilità della foglia al vapore acqueo

in un dato momento del giorno.

Il Flusso di vapore tra foglia e l'ambiente esterno è uguale alla differenza di

concentrazione di umidità fra la foglia e l'aria.

In realtà il calcolo è molto più complesso perché dove tener conto della temperatura e

della presenza del vento.

Nella pratica sperimentale la conduttanza fogliare al vapore acqueo viene misurata

porometro

mediante uno strumento chiamato , costituito da una camera trasparente di

Plexiglas dove viene fissata la foglia e dove viene fatta affluire aria secca.

La conduttanza fogliare è data dalla quantità di aria secca necessaria a mantenere l'aria

dentro la camera ad un livello prefissato di umidità. All'inizio l'umidità nella camera è

elevata perché l'aria secca fa aumentare la traspirazione, poi finita l'acqua nella foglia

l'umidità Crolla, Questo punto è il livello di conduttanza (più la foglia sta bene, più aria

secca è necessaria a far crollare l'umidità).

La conduttanza fogliare se viene misurata in diversi momenti della giornata da livelli

diversi, questo a causa dei stomi chiusi durante la notte (maggiore umidità contenuta

nella foglia) e stomi aperti (minore acqua contenuta nella foglia, Traspirazione).

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- POTENZIALE IDRICO (Ψ)

Il metodo di misura di questo parametro negli organi vegetali è la

Camera di Scholander

" ".

Questo apparecchio (chiamato anche Bomba a pressione) consiste in un

contenitore in metallo a pareti spesse, connesso con un manometro per la misura

precisa della pressione interna e con bombole eroganti una miscela di N e aria

2

compressa. Le foglie vengono fissate a tenuta stagna nella camera con il picciolo

sporgente all'esterno e osservata con una lente d'ingrandimento.

Aumentando la pressione interna essa si trasmette alle cellule della foglia le quali

vengono pressate.

L'aumento della pressione farà apparire acqua alla superficie del picciolo dai vasi

Xilematici recisi.

La pressione a cui questo avviene è registrata e si chiama "Pressione di Equilibrio"

perché in questo momento Contro-Bilancia esattamente la tendenza dell'acqua ad

entrare nelle cellule vive.

In conclusione la camera di Scholander fo