Come rispondono le piante ai cambiamenti climatici in atto?

Consolata SiniscalcoDipartimento di Scienze della Vita e Biologia dei Sistemi

Università di Torino

1. Risposte nel cambiamento dei periodo delle fasi vegetative e riproduttive (fenologia)

I fenomeni più facilmente osservabili nei vegetali sono quelli vegetativi (emissione delle foglie, decolorazione, disseccamento, caduta) e quelli riproduttivi (apertura dei fiori, fioritura, formazione del frutto, disseminazione).

2. Migrazioni di specie sul territorioMigrazione di specie in alta quota: progetto Gloria (Global Observation Research Initiative in Alpine Environments)

Che cos’è la fenologiaE’ lo studio dei tempi degli eventi biologici ricorrenti e delle cause dei loro cambiamenti temporali che comprendono fattori biotici e abiotici Rhododendron ferrugineum

Larixdecidua

Una comunitàdi prateria

Il termine fenologia deriva dal greco “apparire” ed è oggi inteso come quel settore della biologia che considera i rapporti fra il clima e i fenomeni che si manifestano periodicamente negli organismi viventi.

In particolare per i vegetali la fenologia evidenzia i cambiamenti di aspetto di una pianta in rapporto con i cambiamenti climatici che avvengono durante tutto l’anno. Si parla di autofenologia quando si considerano organismi singoli, sinfenologia che si considerano intere formazioni vegetali.sinfenologia che si considerano intere formazioni vegetali.

Già gli antichi Cinesi avevano osservato alcuni eventi fenologici.Per arrivare però alla fenologia come disciplina scientifica legata alla climatologia dobbiamo attendere il secolo XVII quando Linneo propose il primo protocollo delle osservazioni fenologiche.Nella seconda metà del secolo XIX quasi tutti gli Stati europei disponevano di serie storiche. In Italia i primi studi risalgono alla fine dell’800.

Che cos’è un Giardino Fenologico

E’ un’area in cui vengono coltivate piante guida,e vengono monitorate secondo le norme della Rete nazionale dei giardini fenologici

La procedura del rilievo fenologico

Una na chiave priva di ambiguità in cui in qualsiasi periodo dell’anno è possibilechiave priva di ambiguità in cui in qualsiasi periodo dell’anno è possibileattribuire attribuire una una fenofasefenofase precisa alla pianta (rilevamento obiettivo) precisa alla pianta (rilevamento obiettivo)

-- una scheda di rilevamento su cui riportare il risultato delle osservazioni; una scheda di rilevamento su cui riportare il risultato delle osservazioni; -- un numero minimo di esemplari da osservare un numero minimo di esemplari da osservare

rappresentativi della fase fenologica rappresentativi della fase fenologica (rappresentatività del rilevamento);(rappresentatività del rilevamento);

-- una periodicità dei rilievi;una periodicità dei rilievi;C’è C’è possibilità di effettuare valutazioni statistiche possibilità di effettuare valutazioni statistiche

quantitative per riuscire a creare modelli quantitative per riuscire a creare modelli quantitative per riuscire a creare modelli quantitative per riuscire a creare modelli matematici previsionali.matematici previsionali.

1.1. L’unità di osservazione è stata la pianta interaL’unità di osservazione è stata la pianta intera

2.2. I rilevamenti fenologici sono stati effettuati su almeno 5 esemplari I rilevamenti fenologici sono stati effettuati su almeno 5 esemplari per le specie arbustive e su almeno 3 individui per le specie per le specie arbustive e su almeno 3 individui per le specie

arboree; gli individui sono stati scelti casualmente arboree; gli individui sono stati scelti casualmente

Rilevamento fenologico

3. Le 3. Le osservazioni fenologiche sono state effettuate settimanalmente osservazioni fenologiche sono state effettuate settimanalmente

4. Sono 4. Sono stati allestiti campioni d’erbario delle piante in esame per ogni stati allestiti campioni d’erbario delle piante in esame per ogni fase fenologia di ciascuna speciefase fenologia di ciascuna specie

V01 Gemme in riposoV02 Gemme rigonfie prossime alla chiusuraV03 Gemme rigonfie insieme a gemme aperte,

con foglioline ripiegate V04 Gemme appena aperte insieme a foglioline

con lembo distesoV05 Foglie giovani a lembo disteso

Chiave fenologica vegetativa utilizzata nei Giardini fenologici

V05 Foglie giovani a lembo distesoV06 Foglie giovani insieme a foglie adulteV07 Foglie adulteV08 Inizio della decolorazione fogliareV09 Foglie prevalentemente decolorateV10 Inizio disseccamento foglieV11 Foglie prevalentemente disseccateV12 Inizio caduta foglieV13 Foglie prevalentemente caduteV14 Pianta completamente spoglia

La centralina meteorologica “SIAPSM 3840 Meteo 4”

Fornisce dati giornalieri scaricabili Fornisce dati giornalieri scaricabili da Internet di:da Internet di:

-- Temperatura minima, media e Temperatura minima, media e massima (massima (°°C)C)

-- Precipitazione (mm)Precipitazione (mm)-- Umidità minima, media e Umidità minima, media e -- Umidità minima, media e Umidità minima, media e

massima (%)massima (%)-- Bagnatura fogliare minimaBagnatura fogliare minima

La stazione fornirà i dati La stazione fornirà i dati utili per correlare le utili per correlare le

variazioni climatiche con le variazioni climatiche con le diverse diverse fenofasifenofasi registrateregistrate

La stazione fornirà i dati La stazione fornirà i dati utili per correlare le utili per correlare le

variazioni climatiche con le variazioni climatiche con le diverse diverse fenofasifenofasi registrateregistrate

Protocollo della fenologia vegetativa del larice

55 fasifasi primaveriliprimaverili ee 55 fasifasi autunnaliautunnaliRilevamentiRilevamenti settimanalisettimanaliLaLa fasefase fenologicafenologica delladella parcellaparcella considerataconsiderata èè lala mediamedia delledelle 1010 piantepiantesceltescelte aa casocaso

• Le date sono state calcolate per interpolazione rispetto al momento dirilevamento fenologico

BGSBGS = 142= 142 [DOY][DOY]

DOY è il DOY è il DayDay ofof the the yearyear o giorno giuliano (in numeri dall’inizio dell’annoo giorno giuliano (in numeri dall’inizio dell’anno))

Date di BGS, EGS e di GSL (lunghezza stagione vegetativa) per 2005, 2006 e 2007

149 ± 4291 ± 2143 ± 42080Torgnon

154 ± 6296 ± 3142 ± 42100Saint Barthélemy

158 ± 5298 ± 2141 ± 31950Menouve

172 ± 5302 ± 1129 ± 31820Allein

211 ± 5312 ± 5108 ± 11330Etroubles

GSL 2005 [days]

EGS 2005 [doy]

BGS 2005[doy]

elev[m asl]

SITE

149 ± 4291 ± 2143 ± 42080Torgnon

154 ± 6296 ± 3142 ± 42100Saint Barthélemy

158 ± 5298 ± 2141 ± 31950Menouve

172 ± 5302 ± 1129 ± 31820Allein

211 ± 5312 ± 5108 ± 11330Etroubles

GSL 2005 [days]

EGS 2005 [doy]

BGS 2005[doy]

elev[m asl]

SITE

154 ± 1295 ± 1141 ± 12080Torgnon

158 ± 2298 ± 2140 ± 12100Saint Barthélemy

161 ± 5300 ± 2139 ± 31950Menouve

168 ± 3303 ± 1135 ± 31820Allein

201 ± 2315 ± 3114 ± 31330Etroubles

GSL 2006

[days]

EGS 2006 [doy]

BGS 2006[doy]

elev[m asl]

SITE

154 ± 1295 ± 1141 ± 12080Torgnon

158 ± 2298 ± 2140 ± 12100Saint Barthélemy

161 ± 5300 ± 2139 ± 31950Menouve

168 ± 3303 ± 1135 ± 31820Allein

201 ± 2315 ± 3114 ± 31330Etroubles

GSL 2006

[days]

EGS 2006 [doy]

BGS 2006[doy]

elev[m asl]

SITE

20052005 20062006

20072007

11)) 3030 giornigiorni didi ritardoritardo nell’inizionell’inizio tratra bassabassa//altaalta quotaquota

22)) 5050 didi riduzioneriduzione delladella lunghezzalunghezza delladella stagionestagione vegetativavegetativa

20072007

163 ± 2291 ± 3128 ± 42080Torgnon

173 ± 2296 ± 3123± 52100Saint Barthélemy

179 ± 3297 ± 2118 ± 21950Menouve

187 ± 5299 ± 1112 ± 11820Allein

208± 3310 ± 3101± 11330Etroubles

GSL 2007

[days]

EGS 2007 [doy]

BGS 2007[doy]

elev[m asl]SITE

163 ± 2291 ± 3128 ± 42080Torgnon

173 ± 2296 ± 3123± 52100Saint Barthélemy

179 ± 3297 ± 2118 ± 21950Menouve

187 ± 5299 ± 1112 ± 11820Allein

208± 3310 ± 3101± 11330Etroubles

GSL 2007

[days]

EGS 2007 [doy]

BGS 2007[doy]

elev[m asl]SITEBGS 3.7 giorni BGS 3.7 giorni

di ritardo per di ritardo per ogni 100 m di ogni 100 m di

quotaquota

BGS and EGS relazioni con la quota e quindi con la temperatura

Inizio stagione vegetativa Fine stagione vegetativa

Inverno caldo nel Inverno caldo nel 20062006--20072007

Inizio stagione vegetativa nel 2007

1. Le fasi fenologiche compaiono in date diverse di anno in anno

2. Negli anni con inverno e primavera più caldi le fasi fenologiche (fioritura e emissione foglie) sono anticipate

3. Nelle specie di climi temperati esiste il fabbisogno in freddo che viene quasi sempre soddisfatto

4. Dopo che è soddisfatto si accumulano le unità di caldo

5. Le fasi di senescenza sono legate alle temperature ma anche al fotoperiodo

6. L’umidità nei nostri climi temperati o continentali non risulta fondamentale, se non in anni particolari (2003) come invece in clima mediterraneo

Perché studiare la fenologia: applicazioni1. In campo agricolo

2. Per poter fare previsioni: specie esotiche

Ambrosia artemisiifolia

Senecio inaequidens: previsione della distribuzione in Valle d’Aosta

3. Nella didattica ambientale

Esperienze: CREA Chamonix www.creamontblanc.org

ARPA Valle d’Aosta www.arpa.vda.itProgetto PhenoAlp

Progetto Progetto InterregInterreg cofinanziato dall’UE nel contesto del cofinanziato dall’UE nel contesto del programma operativo di cooperazione transfrontaliera programma operativo di cooperazione transfrontaliera

ItaliaItalia--FranciaFrancia . .

ObiettivoObiettivo : ottenere una migliore comprensione delle : ottenere una migliore comprensione delle variazioni fenologiche sulle Alpi in conseguenza dei variazioni fenologiche sulle Alpi in conseguenza dei variazioni fenologiche sulle Alpi in conseguenza dei variazioni fenologiche sulle Alpi in conseguenza dei

cambiamenti climatici. cambiamenti climatici.

Osservare la natura, osservare i cambiamenti è facile ma bisogna anche

dare un’interpretazione

Conoscere la risposta dei vegetali ai cambiamenti climatici nel passato e oggi (e all’impatto antropico) come strumento fondamentale di previsione del futuro e di indicazione sulla gestione: cosa dobbiamo fare per vivere

Il mondo vegetale è in continua trasformazione: studiare il passato per prevedere il futuro

Come si studia la vegetazione del passato? Fossili da 3500 milioni di anni (alghe) e poi da 450 milioni di anni le prime piante vascolari . Ricostruzione dei paleoambienti e della paleoecologia (tanto più ci allontaniamo dal presente tanto più è difficile)

Polline

1. Si possono riconoscere i diversi tipi pollinici2. Il polline aerodiffuso si deposita sulla superficie del globo e si fossilizza (mantiene le sue caratteristiche per tempi indefinitamente lunghi in certe condizioni)3. Vi sono luoghi indisturbati in cui si può studiare la dinamica della deposizione pollinica almeno per gli ultimi 20.000 anni con eccezioni fino a 100.000 anni4. Si può tentare la ricostruzione della vegetazione dei vari periodi4. Si può tentare la ricostruzione della vegetazione dei vari periodi

5 Si può cercare di ricostruire il clima? La vegetazione è una delle componenti che, insieme ad altre, contribuiscono a ricostruire il clima del passato

Deposizione, sedimentazione e conservazione del polline

Analisi palinologiche in siti indisturbati: torbiere

Carotaggio in torbiere o bacini lacustri

Il laboratorio palinologico

Artemisia vulgaris L.

Pinus sylvestris L.

Clima e vegetazione: studiare il passato per fare Clima e vegetazione: studiare il passato per fare ipotesi sul futuroipotesi sul futuro

Castagno (Castanea sativa Miller)

Nocciolo (Corylus avellana L.)

Clima e vegetazione: studiare il passato per fare Clima e vegetazione: studiare il passato per fare ipotesi sul futuroipotesi sul futuro

Il diagramma palinologico negli ultimi 12000 anni

Lago di Lago di LuttenLutten ((GottingenGottingen), S), Steinbergteinberg e Bertsch e Bertsch in Walter e in Walter e StrakaStraka

Obbiettivi per i ragazzi:

- Imparare a osservare le piante- Individuare i fiori degli alberi- Ragionare sui cambiamenti - Ragionare sui cambiamenti climatici nel passato e oggi-Capire che le piante rispondono ai cambiamenti ambientali