Ecologia dei sistemi forestali - Appunti

Programma del corso

Ecologia forestale

Concetti generali di ecologia forestale 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
• Ventositá
• 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).

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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.

La 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, causato dall’assorbimento del calore da parte di alcuni gas (CO₂).

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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Clima e organismi

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:

• Evitanzа = Capacità di evitare i danni del freddo invernale attuando specifici comportamenti (perdita delle foglie).
• Tolleranza = Capacità di tollerare le basse temperature senza subire danni (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.

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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 (O₂ e CO₂), altri composti polari (Zuccheri) e Solidi ionici (NaCl e Sali minerali).

Proprietà fisiche

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

Bassa conducibilità 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.

Densità:

La presenza dei legami idrogeno è responsabile anche di un’altra particolarità dell’acqua, quella di presentare la sua massima densità a 4°C, dopodiché 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 deve tener conto della temperatura e della presenza del vento.

Nella pratica sperimentale la conduttanza fogliare al vapore acqueo viene misurata mediante uno strumento chiamato porometro, 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 dà livelli diversi, questo a causa degli 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 N₂ e aria 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