Basi di Ecologia vegetale

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Indice

• 1. Fattori biotici e loro influenze sugli organismi vegetali ................................................................ 2
• 1.1 La luce .................................................................................................................................... 2
• 1.1.1 Metodi di misura della Energia luminosa ...................................................................... 3
• 1.1.2 Struttura della vegetazione e intercettazione della luce ............................................... 4
• 1.2 Temperatura .......................................................................................................................... 6
• 1.2.1 Temperatura e attività biologica .................................................................................... 6
• 1.2.2 Acclimatazione e meccanismi di evitamento................................................................. 6
• 1.3 Acqua ..................................................................................................................................... 7
• 1.3.1 Adattamenti degli organismi vegetali all’umidità ambientale ...................................... 8
• 1.4 Fuoco ..................................................................................................................................... 9
• 1.4.1 Flora e incendi .............................................................................................................. 10
• 1.5 Nutrienti .............................................................................................................................. 12
• 1.5.1 Sintomi di deficit .......................................................................................................... 13
• 1.5.2 L’Azoto: caso speciale .................................................................................................. 14
• 1.5.3 La fissazione simbiotica ................................................................................................ 16
• 1.5.4 Le micorrize .................................................................................................................. 16
• 1.6 Interazione vegetali - fattori ambientali ............................................................................. 21
• 2. Fattori biotici: erbivoria, competizione, infezione ................................................................... 22
• 2.1 Interazione vegetali – animali ............................................................................................. 23
• 2.1.1 Zoocoria: impollinazione dovuta agli animali .............................................................. 24
• 2.1.2 Erbivoria: pascolo, calpestio ........................................................................................ 25
• 2.2 Interazione vegetali – vegetali ............................................................................................ 27
• 2.2.1 Competizione ............................................................................................................... 27
• 3. Bibliografia ................................................................................................................................ 31

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Ecologia vegetale

1. Fattori biotici e loro influenze sugli organismi vegetali

1.1 La luce

La luce è costituita dalle lunghezze d’onda della radiazione solare comprese tra 400 e 700 nanometri. Tutti i fenomeni biologici sono indotti dal fotoperiodo ovvero la durata delle ore di luce che varia in maniera regolare e prevedibile con le stagioni.

La luce è una risorsa la cui disponibilità varia con:

• 1. Ritmi diurni e annuali della radiazione solare
• 2. Pendenza ed esposizione del terreno
• 3. Copertura vegetale

La nuvolosità determina variazioni imprevedibili della disponibilità di luce.

La luce è fondamentale per il processo di fotosintesi e per la percezione dell’ambiente da parte degli organismi viventi provvisti di organi visivi. Sebbene l’ambito della lunghezza d’onda attiva nel processo di fotosintesi, la cosiddetta PAR, Radiazione Attiva nella Fotosintesi, e in quello della visione sia il medesimo, le curve rispettive hanno un andamento diverso: il massimo di visibilità si ha nel verde (550 nm), mentre per la fotosintesi si registrano due picchi, uno nel rosso e uno nel blu, mentre nel verde si ha il minimo, che corrisponde alla lunghezza d’onda riflesse dai pigmenti clorofilliani.

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1.1.1 Metodi di misura della Energia luminosa

Per misurare l’energia luminosa incidente si ricorre a metodi radiometrici. Le misure più appropriate sono quelle che consentono di valutare l’irradianza quantica nell’ambito della PAR come ‘numero di fotoni (quanti di luce) incidenti sull’unità di superficie nell’unità di tempo’. L’irradianza quantica è espressa in Einstein per unità di superficie per unità di tempo.

Lo strumento necessario per la misura dell’irradianza quantica è il sensore quantico costituito da una cellula fotoelettrica con filtri che rimuovono la radiazione superiore a 700 nm e inferiore a 400 nm.

La quantità di radiazione solare globale e di PAR, nonché il rapporto tra PAR diffusa (radiazione riflessa in tutte le direzioni dai gas componenti l’atmosfera, dal pulviscolo e dalle nubi) e PAR totale ricevuta dalla vegetazione varia nel corso del giorno poiché varia al variare dell’altezza del sole la lunghezza del percorso attraverso l’atmosfera.

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Si può osservare una relazione tra irradianza e fotosintesi: a bassa irradianza la quantità di CO2 prodotta per respirazione supera la quantità assorbita per la fotosintesi. Il punto di compensazione per la luce, la fotosintesi apparente, è uguale a zero (CO2 pr = CO2 ass).

Con l’aumento dell’irradianza al di sopra del punto di compensazione si registra un incremento della velocità di fotosintesi fino al valore cosiddetto di ‘irradianza di saturazione’ che corrisponde alla velocità massima di fotosintesi.

Il rapporto tra incremento della velocità e incremento dell’irradianza esprime la resa quantica:  dP/dI

1.1.2 Struttura della vegetazione e intercettazione della luce

Quanto più complessa è la struttura spaziale della comunità vegetale tanto più complesso è il “clima” luminoso al suo interno.

La presenza di molti strati di foglie genera forti differenziali di irradianza fra strato e strato, addirittura la frazione di PAR trasmessa attraverso le foglie è praticamente nulla dopo due passaggi. Il decremento dell’irradianza verso l’interno della copertura vegetale è un fenomeno omologo a quello dell’assorbimento della luce in una soluzione contenente clorofilla o altri pigmenti, descritto dalla Legge di Beer:

I/I0 = e-kA

I/I0 è la frazione di luce penetrata ad una certa altezza all’interno della vegetazione.

K = coefficiente di estinzione

A = area fogliare in grado di intercettare la luce

I fattori importanti che servono per analizzare la penetrazione della luce all’interno di una comunità vegetale sono:

• 1. LAI (Leaf Area Index): indice che definisce l’area fogliare in grado di intercettare la luce come rapporto tra superficie delle foglie e superficie del terreno ricoperto dalle piante

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2LAI = n. di piante x n. di foglie x n. di superficie fogliare/ m di terreno

Si può pensare di suddividere la copertura vegetale in una serie di strati caratterizzati da determinati valori di LAI per analizzare l’estinzione della luce a diversi strati.

• 2. Inclinazione delle foglie. A parità di LAI se la comunità è eterofila (foglie verticali) il coefficiente di estinzione sarà più piccolo che in una comunità planofila (foglie orizzontali).
• 3. Orientamento delle foglie. In alcune piante le foglie seguono il corso del sole durante il giorno modificando il loro orientamento in maniera tale da mantenersi sempre perpendicolari alla radiazione incidente. Per questo distinguiamo:

• a) Foglie ‘diaeliotropiche’ ad alta intercettazione della luce
• b) Foglie paraeliotropiche a bassa intercettazione della luce

Le foglie diaeliotropiche ricevono circa il 30% di irradiazione in più delle foglie paraeliotropiche. Le foglie d. sono svantaggiate in ambienti poveri d’acqua, in quanto sono soggette ad una maggiore traspirazione dovuta ad un maggiore surriscaldamento.

Accrescimento primario e secondario del fusto

Il meristema apicale del germoglio dà origine ai meristemi primari, vale a dire protoderma, meristema fondamentale e procambio, dai quali: epidermide, tess. fondamentale e tessuti conduttori primari.

Struttura primaria del fusto

1. In certe conifere e dicotiledoni è caratterizzato da cellule procambiale e cellule strette e lunghe, come quelle dei tessuti conduttori che da essi derivano, disposti a formare una cerchia più o meno continua nel meristema fondamentale, per cui il tessuto fondamentale che ne deriverà sarà distinto da una porzione esterna (corteccia) ed una interna (midollo).

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1.1.2.1 Eliofite e sciafile

Le sciafile hanno bassa velocità di respirazione, quindi basso punto di compensazione per la luce, cioè valori bassi di irradianza (es. leccio). La fotosintesi è maggiore nelle piante d’ombra. La saturazione è raggiunta per valori di irradianza equivalenti al 5% della piena luce del sole.

1.2 Temperatura

La temperatura delle diverse regioni della Terra varia in funzione della latitudine. Alla tendenza latitudinale si sovrappongono le influenze dell’altitudine e della continentalità che generano una grande quantità di variazione locale a cui deve essere aggiunta la variazione microclimatica (es. esposizione a Nord, sud ecc.)

La variazione latitudinale determina la distribuzione dei biomi, la variazione altitudinale la zonizzazione delle piante e degli animali.

1.2.1 Temperatura e attività biologica

I limiti di temperatura compatibili con l’attività metabolica sono compresi tra la T di gelo dell’acqua e T alla quale le proteine denaturano. Le temperature estreme per l’esistenza degli organismi sono all’incirca -70°C e +85 °C. La velocità delle reazioni metaboliche aumenta con l’aumentare della T e ogni processo biologico ha uno specifico optimum di temperatura e una determinata risposta. Le specie con un ampio intervallo di tolleranza sono dette “euriterme”, mentre quelle con un intervallo ristretto “stenoterme”. La temperatura ha un importante effetto sulla velocità di sviluppo e di accrescimento degli eterotermi. Sopra di una certa soglia la velocità di sviluppo cresce linearmente con la T, così che a T elevate il tempo richiesto per completare lo sviluppo è minore ma il prodotto di T x °C è costante.

1.2.2 Acclimatazione e meccanismi di evitamento

Negli ambienti caratterizzati da ampie variazioni stagionali della T, gli organismi sviluppano la capacità di acclimatarsi ossia spostare l’ambito di tolleranza della T in

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dipendenza della T ambientale. Nelle piante si parla di “acquisizione della rusticità”, in altre parole d’incremento della resistenza al gelo, è geneticamente determinata e consiste in variazioni fisiologiche e biochimiche. Nelle piante sempreverdi, si parla inoltre di “acclimatazione foto sintetica”, cioè spostamento del range di temperature ottimali verso valori di T più bassi. Nelle caducifoglie, si assiste all’arresto dell’attività durante il periodo sfavorevole, compiendo tutto il ciclo vitale durante la stagione favorevole. Nelle specie erbacee perenni il freddo è evitato mantenendo solo gli organi ipogei, cioè quelli sotto il terreno.

1.3 Acqua

Il vapor d’acqua assorbe la radiazione di lunghezza d’onda di 1,4 – 1,9 – 2,4 – 2,7 – 6,3 e > 22 micrometri e influenza fortemente il bilancio energetico della Terra. La quantità di vapor d’acqua presente nell’atmosfera varia tra 0,01 a 5% in volume. I parametri da considerare sono:

• 31. Umidità assoluta: quantità di vapor d&rsq