2-09 - Istituto di Ricerca sulle Acque

Commessa n 2.09
Istituto Referente:
ISAFoM
Responsabile (proposto)
Enzo Magliulo ([email protected])
Istituti Partecipanti:
1
ISAFoM
IBAF
IIA
ISE
Titolo Progetto: Cambiamenti globali
Titolo Commessa: Risposta degli ecosistemi terrestri ai cambiamenti globali
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Sommario
La proposta è finalizzata allo sviluppo e all'applicazione di un insieme coordinato di tecnologie e metodologie
innovative volte ad ottenere informazioni sulla risposta degli ecosistemi ai cambiamenti globali in modo da poter
effettuare previsioni sulla futura sostenibilità agricola e forestale nelle regioni mediterranee e quantificare il ruolo che
gli ecosistemi agro-forestali svolgono e svolgeranno come sink di carbonio.
Saranno svolti studi d’impatto ed indagini finalizzate alla conoscenza dei meccanismi che regolano la produttività
degli ecosistemi ed i meccanismi di scambio ed immagazzinamento del C, in tutti i segmenti del sistema suolovegetazione-atmosfera. La misura dello scambio netto di CO2 ed acqua sarà condotto alle diverse scale, incluse
campagne di misura degli scambi turbolenti a livello regionale tramite aerei leggeri da ricerca.
Lo sviluppo ed implementazione di nuove tecnologie di misura è svolto ponendo particolare attenzione allo sviluppo
di sinergie e collaborazioni con altre discipline e con il mondo delle PMI e della ricerca industriale.
L’attività sarà svolta in stretta collaborazione con la commessa P1.6 Struttura e funzionamento degli ecosistemi
terrestri.
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Giustificazione della Commessa rispetto agli obiettivi del Progetto.
Il sistema Terra è costituito dai principali componenti, atmosfera, oceano, litosfera, criosfera e biosfera, ed è regolato
dalle interazioni tra essi. La biosfera terrestre sarà sempre più influenzata dall’impatto dei cambiamenti globali, ma
nel contempo potrà svolgere una fondamentale azione di controllo, regolazione e mitigazione degli stress, peraltro
con una capacità di reazione allo stato non completamente nota. Pertanto una buona conoscenza di questa capacità
“tampone” rappresenta una sfida di grande rilevanza. E’ necessario in particolare capire in che misura le variazioni
globali sono naturali od originate dall’uomo per poter adottare adeguate strategie di mitigazione. Si aprono a questo
riguardo prospettive di estrema importanza per lo sviluppo conoscitivo sulle strategie di conservazione e di uso
sostenibile degli ecosistemi terrestri.
L’impatto dell’uso intensivo del territorio rurale e della variabilità del clima sul suolo, colture agricole e sui boschi è
potenzialmente elevato. La valutazione dei rischi e l’identificazione dei rimedi richiede conoscenze specifiche sulla
resilienza del suolo e la risposta delle specie erbacee ed arboree alle variabili ambientali.
La proposta è finalizzata allo sviluppo e all'applicazione di un insieme coordinato di tecnologie e metodologie
innovative volte ad ottenere informazioni sulla risposta degli ecosistemi ai cambiamenti globali in modo da poter (1)
effettuare previsioni sulla futura sostenibilità agricola e forestale nelle regioni mediterranee e (2) quantificare il ruolo
che gli ecosistemi agro-forestali svolgono e svolgeranno come sink di carbonio (l’identificazione spaziale e temporale
delle sink di carbonio è uno dei punti chiave del protocollo di Kyoto) allo scopo di valutarne e predirne gli effetti sul
clima nella regione mediterranea.
L’attività proposta sarà svolta in stretta collaborazione con la commessa P1.6 Struttura e funzionamento degli
ecosistemi terrestri.
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Obiettivi
Nella redazione di questa scheda di commessa si è scelto di descriverne le attività in modo trasversale rispetto ai
moduli, per esaltare le collaborazioni tra Istituti e le sinergie che ne derivano. Queste attività poi sono state
organizzate nella presentazione del programma (paragrafo 5) in modo da poterle collegare con il modulo che le
svolge. I riferimenti “At#” che si possono trovare in questo paragrafo e nei successivi si riferiscono a tali attività.
La commessa si propone, come obiettivi generali:
1) di migliorare le conoscenze sui potenziali cambiamenti produttivi degli ecosistemi agro-forestali e di poter fornire
dati e conoscenze concettuali per l’implementazione dei modelli di simulazione più correntemente utilizzati
nell’analisi della risposta della vegetazione ai cambiamenti climatici
2) di formulare previsioni sulla stabilità degli ecosistemi nell’area mediterranea in risposta ai cambiamenti globali
(analisi dell’impatto dell’aumento della [CO2] e della temperatura e della loro interazione con altri fattori climatici su
processi biologici; analisi dell’impatto di stress idrici e salini sui processi biologici e produttivi; analisi dell’impatto
di ozono e inquinanti antropogenici sui processi biologici e produttivi). Per raggiungere questo obiettivo, saranno
utilizzate le più moderne tecnologie di misura e rilevamento ambientale, che sono state messe a punto negli ultimi
anni e le stesse saranno ulteriormente svilupparle.
In questa prospettiva, risulta fondamentale condurre studi d’impatto (simulazione dei cambiamenti climatici) ed
indagini volte ad approfondire le conoscenze relative ai meccanismi che governano il comportamento degli
ecosistemi nel regolare la produttività epigea ed ipogea, la decomposizione e la ciclizzazione dei nutritivi, ai
meccanismi di scambio ed immagazzinamento del C, in tutti i segmenti del sistema suolo-vegetazione-atmosfera
(At1, At2, At3, At4) - ed effettuare misure di scambio netto di C alle diverse scale, inclusa quella territoriale, che
integra i contributi dei diversi comparti (At5). Una porzione consistente del lavoro sarà dedicata allo sviluppo delle
metodologie di indagine (At6).
Particolare attenzione (At4) sarà posta allo studio degli ecosistemi agrari, in considerazione dei pochi dati reperibili
in letteratura ed in generale delle attuali minori conoscenze rispetto ai sistemi forestali. Ancora più evidente è la
carenza in letteratura di studi sui flussi di C dei sistemi agricoli mediterranei, per i quali i dati pubblicati su riviste
internazionali sono pressoché inesistenti. Per questi ecosistemi – caratterizzati dalla successione di cicli di sviluppo
sub-annuali - è indispensabile condurre ricerche continuative poliennali per la caratterizzazione dello scambio netto
ecosistemico (NEE) di intere successioni colturali. Tali ricerche sono attualmente in corso da parte di uno dei
partecipanti - anche nell’ambito di commesse europee 6 PQ (Carboeurope) - e saranno intensificate (At4). Ulteriore
elemento di specificità dei sistemi agricoli, sono le modalità di sequestro del C nel suolo in forma stabile (At1) –
processo che costituisce il meccanismo principale con cui sono in grado di assorbire e trattenere quote significative di
CO2 atmosferica, in considerazione del breve tempo di residenza del C nella biomassa accumulata.
Le principali variabili di stato che controllano l’accumulo di biomassa sono temperatura, stato idrico, tensione
parziale di anidride carbonica [CO2]. Lo studio della risposta della vegetazione mediterranea ai cambiamenti globali
ed agli stress ambientali sarà svolto nell’ambito del At2. Saranno analizzati i principali processi biofisici, biochimici
ed ecologici che influenzano gli scambi di CO2 e H2O tra gli ecosistemi e l’atmosfera. La novità dell’approccio
consiste nello studiare gli effetti dei cambiamenti climatici sugli ecosistemi sviluppando una nuova tecnologia di
condizionamento climatico (cella a clima parzialmente controllato, FPCCC), che permetta di manipolare la
temperatura dell’aria, la [CO2], l’umidità relativa e la velocità del vento di un’area “aperta” di pieno campo, senza
manipolare l’intensità e la composizione spettrale della radiazione, le precipitazioni, l’espansione radicale e i rapporti
di competizione tra le piante.
At3 si occuperà dell’influenza delle variazioni climatiche sulla biodiversità. Saranno utilizzate tecniche di genomica
funzionale ed applicazioni di fisiologia ambientale per determinare la risposta delle popolazioni vegetali alle
variazioni del clima e all’azione di disturbo antropico.
Le ricerche all’interno di At4 sono relative allo studio continuativo e sistematico degli scambi di massa ed energia tra
vegetazione ed atmosfera, ed in particolare del monitoraggio di lungo periodo dello scambio netto ecosistemico
(NEE) e della evapotraspirazione di colture avvicendate di pieno campo. La necessità di effettuare le stesse
determinazioni a scala territoriale, rende necessari approcci evolutivi, e l’applicazione della airborne eddy
covariance da aereo (At5). L’attività di At4 e At5 è parte del progetto EC Carbourope-IP, componenti ecosystem e
regional experiment e del progetto CARBIUS (accordo Italia-USA).
L’attività di sviluppo ed implementazione di nuove tecnologie di misura (At6), si presta in maniera particolare allo
sviluppo di sinergie e collaborazioni con altre discipline e con il mondo della ricerca industriale. Tale saldatura è già
in essere nell’attività dei contratti nazionali ERA (MIUR – PON avv. 68), SAMoA (MIUR - FAR 297) e ASI ed in
quella del progetto EC 6PQ EUFAR.
Un’attività specifica di particolare rilevanza strategica sarà costituita dalle azioni di gestione e sviluppo (At7). Gli
studi condotti nell’ambito di questa commessa, risultano infatti di particolare attualità e si inseriscono in maniera
organica in alcune tematiche di ricerca portanti in campo nazionale e nell’ambito del 6PQ. L’apporto di competenze
diversificate può portare effetti positivi, rendendo più attrattiva e competitiva l’offerta scientifica, ed aumentando
quindi le possibilità di ottenere contratti attivi anche per le tematiche dei moduli attualmente finanziati con risorse
interne. Lo sforzo di At7 è nella direzione dell’acquisizione di una maggiore massa critica. A tale proposito è prevista
l’assunzione di un ricercatore a contratto e di alcuni assegnisti a carico dei contratti attivi.
Sulla base delle precedenti considerazioni, è possibile formulare i seguenti obiettivi di dettaglio:
Miglioramento della comprensione dei processi che determinano il flusso degli elementi all’interfaccia suolo atmosfera in
relazione all’uso del suolo in ambienti mediterranei
Valutazione della degradazione fisica e biogeochimica di suoli e superfici minerali in ambienti pedo-climatici soggetti a
variazioni, rischi naturali ed antropici ed individuazione degli interventi di mitigazione
Sviluppo ed utilizzo di una nuova tecnologia di condizionamento climatico (cella a clima parzialmente controllato, FPCCC)
Studio dell’interazione tra [CO2] e temperatura sugli scambi del carbonio e sulle limitazioni diffusive e non diffusive alla
fotosintesi, mediante tecnologie innovative
Verifica dell’ipotesi che le caratteristiche morfologiche ed ecofisiologiche delle foglie giovani siano determinate da segnali
prodotti dalle foglie mature in risposta all’elevata [CO2]
Stima delle relazioni tra capacità fotosintetica, concentrazione fogliare di azoto e resistenze diffusive
Comprensione dei meccanismi a livello ambientale e di pianta che limitano la produttività fotosintetica totale
Verifica dell’ipotesi che l’impatto dei cambiamenti climatici sulla vegetazione sarà influenzato dalla disponibilità d’acqua e
che il delicato bilancio tra l’assimilazione e le perdite di C possa essere influenzato in modo opposto dall’elevata [CO2] e
dall’alta T
Studio delle relazioni funzionali che intercorrono tra l’emissioni di isoprenoidi e la respirazione in piante esposte ai
cambiamenti climatici
Valutazione delle risposte evolutive di specie forestali ai cambiamenti globali mediante: sviluppo di indicatori di diversità
genetica (marcatori molecolari neutrali o gene specific) e funzionale (parametri fisiologici e fenologici)
Sviluppo di metodi per identificare e quantificare drivers, meccanismi e dinamica della biodiversità entro e tra specie
Definizione di strategie per la conservazione e l'uso sostenibile delle risorse genetiche
Misure continuative degli scambi di CO2, H2O ed energia di una successione di colture agricole in aziende zootecniche e
cerealicole, mediante l’uso di tecniche biometeorologiche (Carboeurope-IP)
Definizione di relazioni funzionali tra flussi assimilativi e traspirativi di colture agricole di pieno campo e variabili ambientali
(Carboeurope-IP )
Misure dello scambio netto ecosistemico e della evapotraspirazione a scala regionale (ERA; Carboeurope-IP; EUFAR-III;
CARBIUS)
Realizzazione di un laboratorio mobile per misure di biometereologia (INNOVA)
Avanzamento della strumentazione di missione dei due velivoli Sky Arrow ERA per misure di flussi turbolenti, stato
dell’atmosfera, proprietà radiative delle superficie (ERA; EUFAR-III; ASI )
Evoluzione delle modalità di monitoraggio ambientale delle piattaforme Sky Arrow ERA (SAMoA)
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Programma e risultati attesi nel 2005
La commessa si articola in quattro Moduli:
-
Modulo 2.9.1 Fenomeni di scambio suolo - atmosfera e degradazione del suolo (ISE)
-
Modulo 2.9.2 Studio dell'impatto dei cambiamenti climatici sugli ecosistemi mediterranei (IIA)
-
Modulo 2.9.3 biodiversità, genomica funzionale e fisiologia ambientale (IBAF)
-
Modulo 2.9.4 Scambi di carbonio delle comunità vegetali a scala locale & territoriale (ISAFoM)
Per una migliore organizzazione e semplicità di gestione, la commessa è stata ulteriormente articolata in Attività (At),
la cui distribuzione tra i moduli partecipanti è riportata in 7. Sono inoltre riportati gli acronimi dei progetti – e dove
disponibili i link alle pagine web - per le attività che afferiscono a contratti di ricerca nazionali o europei.
Le attività di sviluppo metodologico (At6) sono funzionali alle ricerche condotte nell’ambito di At1,At2, At4, e At5 e
consentiranno di aumentare le potenzialità di indagine. Saranno pertanto condotte in stretta collaborazione da tutti i
partecipanti.
La gestione delle attività ed il reperimento di risorse aggiuntive (At7) sarà parimenti portata avanti in maniera
collegiale con il contributo di tutti i moduli.
Modulo 2.9.1 (TA-P02-ISE-C7): Fenomeni di scambio suolo - atmosfera e degradazione del suolo
(Responsabile: Luigi d’Acqui)
Attività 1: Fenomeni di scambio suolo - atmosfera e degradazione del suolo
La crescente pressione dell’attività antropica sulla dinamica degli ecosistemi terrestri influenza profondamente gli
scambi fra l’atmosfera ed il suolo e può determinare un progressivo deterioramento dell’ecosistema del suolo con
conseguente comparsa di processi degradativi quali perdita di fertilità, erosione e desertificazione. Quindi i processi
di scambio e trasformazione all’interfaccia organo-minerale/atmosfera svolgono un ruolo fondamentale. In questo
ambito si intende effettuare a) lo studio della dinamica del C del suolo, inclusi gli scambi con l’atmosfera, in
differenti ecosistemi di ambiente mediterraneo; b) la valutazione dell’influenza dei parametri biogeochimici e
dell’attività della componente biotica del suolo sulle sue proprietà fisiche, chimiche e biologiche; c) lo studio della
struttura e del ruolo degradativo e biogeochimico di biofilm microbici situati all’interfaccia minerale-atmosfera con la
messa a punto di tecniche molecolari quali DNA microarray per l’analisi dei biofilm.
Nel corso dell’anno 2005 verrà messa a punto una tecnica basata sull’uso di un plasma freddo di ossigeno (At6) la cui
applicazione permetterà l’ossidazione controllata della SO di aggregati indisturbati di suolo senza l’alterazione della
frazione minerale. Con l’uso di questa tecnica sarà possibile definire alcune delle dinamiche di protezione del C da
parte del suolo e dei processi di scambio con l’atmosfera. Inoltre nel corso dell’anno verrà effettuata anche la
caratterizzazione di comunità fotoautotrofe di biofilm selezionati.
Attività 6: sviluppo di nuove metodologie di misura dei flussi di massa e di energia degli ecosistemi terrestri
Sarà sperimentata e messa a punto una tecnica basata sull’uso di un plasma freddo di ossigeno che permetterà
l’ossidazione controllata della SO di aggregati indisturbati di suolo senza l’alterazione della frazione minerale
Modulo 2.9.2 (TA-P02-IIA-C3): Studio dell'impatto dei cambiamenti climatici sugli ecosistemi mediterranei
(Responsabile: Mauro Centritto)
Attività 2: Studio dell'impatto dei cambiamenti climatici sugli ecosistemi mediterranei
L’attuale dinamica delle variazioni climatiche, in relazione al ben noto ‘effetto serra’ legato alla combustione di
idrocarburi fossili, sta determinando effetti misurabili sul clima locale delle regioni temperate, con un aumento
costante della [CO2], temperatura media ed una variazione del regime locale di pioggia. In particolare, l’analisi delle
serie storiche evidenzia un trend netto verso la diminuzione della piovosità annua ed una diversa distribuzione
stagionale delle piogge nel basso Mediterraneo, con conseguente aumento della domanda evaporativa dell’atmosfera.
D’altro canto, [CO2], temperatura e stato idrico sono variabili chiave che influenzano la crescita, lo sviluppo e le
funzioni degli ecosistemi. Un aumento della [CO2] influenzerà direttamente l’assimilazione del carbonio, la
traspirazione e gli scambi di dei gas traccia. L’aumento della temperatura ha invece effetti opposti su questi processi.
La carenza di acqua determina stati di stress che comportano riduzione nell’accrescimento e nella produzione, fino
alla morte degli individui vegetali.
Per una migliore conoscenza degli effetti semplici ed interattivi di questi fattori sulla produttività degli ecosistemi
mediterranei saranno sviluppati studi sull’acclimatazione della capacità fotosintetica (fotosintesi massima,
concentrazione ed attività della Rubisco e dei pigmenti fotosintetici, limitazioni diffusive alla fotosintesi,
respirazione) e l’emissione dei composti organici volatili biogenici in relazione all’ontogenesi fogliare ed in risposta
alle variazioni ambientali di CO2 e di temperatura in piante cresciute in elevata [CO2].
Saranno inoltre approfondite le relazioni tra i parametri che definiscono la capacità fotosintetica (Amax, massima
velocità di fotosintesi, Jmax, massima velocità di trasporto elettronico, e Vcmax, massima velocità di carbossilazione) e
la concentrazione fogliare di N e come queste relazioni possono essere influenzate dalle resistenze alla diffusione
della CO2 all’interno delle foglie. La conoscenza di questi meccanismi e dei fattori ambientali che limitano A, così
come dei fattori di acclimatazione di A all’interno della vegetazione, è importante sia concettualmente che
numericamente per la definizione dei modelli di studio sulla risposta della vegetazione agro-forestale ai cambiamenti
climatici.
Risultati attesi:
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Previsioni dell’impatto dei cambiamenti climatici e dell’aumento della siccità sull’efficienza dell’uso idrico delle
piante
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Comprensione delle relazioni funzionali che intercorrono tra l’emissioni di BVOC e la respirazione in piante
esposte alle variazioni ambientali di CO2 e di temperatura
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Determinazione dei criteri di meccanismi di resistenza e di tolleranza agli stress abiotici
Attività 6: sviluppo di nuove metodologie di misura dei flussi di massa e di energia degli ecosistemi terrestri
Sarà sviluppata una nuova tecnologia di condizionamento climatico (cella a clima parzialmente controllato,
FPCCC), che permetta di manipolare la temperatura dell’aria, la [CO2], l’umidità relativa e la velocità del
vento di un’area “aperta” di pieno campo, senza manipolare l’intensità e la composizione spettrale della
radiazione, le precipitazioni, l’espansione radicale e i rapporti di competizione tra le piante.
Modulo 2.9.3 (TA-P02-IBAF-C4): Biodiversità, genomica funzionale e fisiologia ambientale di popolazioni
coltivate e naturali in rapporto alle variazioni del clima
(Responsabile: Fiorella Villani)
Attività 3: Biodiversità, genomica funzionale e fisiologia ambientale di popolazioni coltivate e naturali in rapporto
alle variazioni del clima
L’attuale dinamica dei driver di cambiamento globale in atto e l’azione antropica, descritti nei paragrafi precedenti di
questa sezione, impongono una pressione selettiva sulle piante spontanee e coltivate, nella direzione di favorire
individui dotati di una più marcata risposta accrescitiva alla [CO2] ed una migliore resistenza alla stress idrico.
Le risorse genetiche delle popolazioni vegetali costituiscono in tal senso una risorsa inter-generazionale nonché
evolutiva di grande importanza ambientale. Le maggiori minacce per la loro integrità sono rappresentate dalla
frammentazione degli habitat, per cause antropiche, nonché dal rapido cambiamento climatico. Da ciò deriva la
necessità di salvaguardare la capacità delle popolazioni di affrontare i cambiamenti futuri e quindi di garantire il loro
potenziale evolutivo in termini di mutazioni a carico di geni funzionali. La relativa risposta adattativa, è in grado di
influenzare in maniera decisiva la retroazione degli ecosistemi terrestri, è più specificamente la capacità di
mitigazione attraverso l’assorbimento della CO2 atmosferica in eccesso.
L’attività proposta si articolerà nelle seguenti ricerche:
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valutazione del livello di variabilità genetica (marcatori neutrali) entro e tra popolazioni naturali e coltivate
(Castagno, Notofagus, Noce, Robinia, Pioppo);
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analisi del flusso genico e individuazione di fenomeni di introgressione (Castagno);
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valutazione della risposta evolutiva di Castanea sativa a stress ambientali (temperatura e precipitazione)
mediante: stima di varianza additiva in prove di provenienze/progenie e costruzione di mappa QTL per WUE e
fenologia.
Modulo 2.9.4 (TA-P02-ISAFOM-C21): Scambi di carbonio delle comunità vegetali a scala locale & territoriale
(Responsabile: Vincenzo Magliulo)
Attività 4: misura e parametrizzazione dello scambio netto di carbonio e dei consumi idrici degli agroecosistemi
mediterranei
La problematica relativa alla quantificazione dei pozzi (sink) e delle sorgenti di Carbonio è di grande attualità e
rilevanza per il nostro paese. Manca infatti a tutt'oggi in Italia una informazione attendibile rispetto al problema dei
sink di Carbonio che, come è noto, ha implicazioni di natura economica assai rilevanti, nell’ottica
dell’implementazione del protocollo di Kyoto, che l’Italia ha ratificato con la legge n. 120 del 1 giugno 2002. Una
successiva delibera del CIPE (n. 123 del 19 dicembre 2002) ha approvato il Piano Nazionale per la riduzione delle
emissioni di gas serra, che stabilisce tutte le procedure necessarie per la revisione della "quota" di sink, palesemente
sottostimata, che L'UNFCCC ha assegnato al nostro paese.
In tale ottica, la misura continuativa dello scambio netto ecosistemico (NEE) di Carbonio e del flusso idrico ed
energetico degli ecosistemi terrestri è in corso in maniera sistematica da quasi un decennio e sono oltre 200 i siti
permanenti aderenti alla rete mondiale FLUXNET (http://www.fluxnet.ornl.gov/fluxnet/). Tuttavia, fino ad oggi gli
sforzi si sono concentrati prevalentemente sui sistemi forestali, ipotizzando che fosse questa le sede dei più
importanti sink di C a scala globale. La EC ha riconosciuto tale carenza nel 6PQ, in sede di emissione del bando
della terza generazione di progetti finalizzati allo studio del ciclo del C. Alcune torri di misura sono state pertanto
installate su colture agricole, ma per lo più queste sono situate in zone dell’Europa continentale, e le serie storiche
sono ancora insufficienti per consentire di ottenere risultati certi.
Proseguirà
pertanto
l’attività
del
sito
FLUXNET
di
Borgo
Cioffi
(Eboli,
Salerno:
http://www.fluxnet.ornl.gov/fluxnet/webpage2url.cfm?KEYID=it.borgo_cioffi.01), che può vantare la più lunga serie
storica in assoluto per un sito agricolo (dall’estate 2002). La sensoristica sarà arricchita e mantenuta allo stato
dell’arte e saranno effettuati voli periodici di rilevamento sul campo da parte degli aeromobili ERA di stanza a pochi
km. La distribuzione dei siti sul territorio nazionale (http://www.fluxnet.ornl.gov/fluxnet/sitecountry2.cfm), evidenzia
peraltro che il mezzogiorno d’Italia è sotto-rappresentato e che non ne esiste nessuno su sistemi cerealicoli. Sarà
pertanto realizzata una nuova stazione di misura da localizzare nella provincia di Foggia.
Le ricerche di At4 sono parte del progetto EC 6PQ Carboeurpe-IP (http://www.carboeurope.org) e misure e metadati
confluiscono nel database della componente ecosistemica (http://gaia.agraria.unitus.it/database/). I dati raccolti
saranno utilizzati per l’attività di sviluppo modellistico del modulo 7 (ISAFoM) del P 1.07, unitamente a quelli
relativi alle coperture forestali, oggetto di studio del suddetto modulo.
Attività 5: determinazione dei flussi assimilativi ed evapo-traspirativi a scala territoriale
L’indagine ecofisiologica tesa a investigare gli scambi gassosi e le relazioni idriche fogliari - fiorente negli anni
settanta e ottanta – ha trovato nell’ultimo ventennio naturale complemento nell’approccio micro-meteorologico,
caratterizzato da misure effettuate a livello di comunità vegetale (At4). Allo stato attuale delle conoscenze e
competenze acquisite, si rende necessario un ulteriore salto di scala, per consentire la determinazione degli scambi di
massa e di energia di interi comprensori, e quindi di conoscere lo stato di salute degli ecosistemi, il valore integrato
dello scambio di C, il consumo d’acqua di colture e foreste e l’uso del territorio.
La realizzazione in corso, con il contributo del MIUR (ERA, PON avv. 68), di una grande infrastruttura, costituita da
due aerei da ricerca Sky Arrow ERA contribuisce alla commessa un mezzo di indagine capace di interessare numerose
professionalità e competenze, fornendo dati di validazione e misure integrate a scala comprensoriale – quali ad
esempio: misure di produttività di colture e boschi da correlare ad indici di stress; flussi di vapore ed anidride
carbonica in situazioni di orografia complessa e da superfici composite; mappe di evapotraspirazione etc.
Obiettivi del primo anno sono la definitiva messa a punto e validazione delle piattaforme di misura, che saranno
‘specializzate’ una per le misure in situ, l’altra per applicazioni di telerilevamento termico e multispettrale. Saranno
successivamente condotte campagne di misura di flussi turbolenti – con la tecnica della airborne eddy covariance - e
delle caratteristiche radiative di sistemi agricoli e forestali, con l’utilizzo di entrambi gli aeromobili. I flussi misurati
lungo transetti rappresentativi saranno confrontati con la misura del NEE da parte di stazioni di terra, ed utilizzati per
stime a livello regionale sulla base di relazioni funzionali con la radiazioni incidente e parametrizzati sulla base di
mappe dell’indice NDVI. L’attività è parte della componente regionale del progetto europeo 6PQ Carboeurope-IP
(http://carboregional.mediasfrance.org/experiment/index ).
Per queste ricerche, esiste una sinergia con la commessa 1.7, in quanto le campagne saranno condotte sia su aree
agricole che comprendono le stazioni di terra del At4 P-2.09, sia su comprensori forestali all’interno dei quali sono i
siti di monitoraggio forestali di P-1.07.
Sarà anche condotta una campagna collegiale, in collaborazione con l’INFM di Napoli, finalizzata al rilevamento dei
parametri atmosferici atti alla modellazione dell’evoluzione dello strato limite atmosferico sulla pianura agricola del
Sele (Salerno). La campagna utilizzerà LIDAR di potenza e portatili, torri di misura equipaggiate con sonici triassiali
e profili delle proprietà fisiche dell’atmosfera da parte dei velivoli ERA, ai fini di una migliore comprensione della
meteorologia locale in vista di esercizi di misura del bilancio di massa della CO2 del comprensorio.
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Attività 6: sviluppo di nuove metodologie di misura dei flussi di massa e di energia degli ecosistemi terrestri
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Sarà sperimentata e messa a punto una tecnica basata sull’uso di un plasma freddo di ossigeno che
permetterà l’ossidazione controllata della SO di aggregati indisturbati di suolo senza l’alterazione della
frazione minerale
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Sarà sviluppata una nuova tecnologia di condizionamento climatico (cella a clima parzialmente
controllato, FPCCC), che permetta di manipolare la temperatura dell’aria, la [CO2], l’umidità relativa e la
velocità del vento di un’area “aperta” di pieno campo, senza manipolare l’intensità e la composizione
spettrale della radiazione, le precipitazioni, l’espansione radicale e i rapporti di competizione tra le
piante.
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Nel contesto del Centro di Competenza (CRdC) della regione Campania INNOVA
(www.innova.campania.it), sarà progettato e realizzato un laboratorio mobile per misure di
biometereologia (LaMB), suscettibile di utilizzo presso il sito permanente di BC (At4) o per campagne di
monitoraggio itineranti. LaMB sarà dotato di apparati di alimentazione (elettrogeni, UPS) - atti a rendere
l’unità mobile energeticamente autonoma - e di controllo del regime termoigrometrico interno (pompe di
calore).
La rete locale, cablata e wireless - costituita dai diversi acquisitori collegati ai trasduttori ed alle webcam
- farà capo ad un server connesso al mondo esterno mediante link su linee telefoniche analogiche
commutate e su linee digitali GPRS.
Parte del sistema è un respirometro a tempo di transito, costituito da un sistema di scansione automatico
di sei cuvette configurate per misure in transitorio. L’apparato è utilizzabile per misure dell’evoluzione di
gas traccia dai suoli.
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Gli aeromobili Sky Arrow ERA dell’ISAFoM-CNR, di stanza presso l’aeroporto di Salerno, sono
utilizzabili per svariate applicazioni di ricerca e monitoraggio ambientale. Le applicazioni scientifiche
rilevanti per la presente commessa sono: monitoraggio degli scambi di materia ed energia della
vegetazione; misura della produttività dei sistemi agricoli e forestali; analisi dei meccanismi di risposta di
colture erbacee, arboree e delle formazioni forestali agli stress abiotici; consumi idrici della vegetazione
e d’interi bacini idrografici; determinazione della efficienza d’uso dell’acqua.
Gli ERA sono dotati in maniera nativa di attrezzature per misure di flussi turbolenti. Saranno interfacciati
ulteriori sensori per misure in tempo reale della concentrazione di gas traccia (O3, NOX, CO), utilizzabili
come traccianti per la quantificazione delle emissioni biogeniche. Gli aeromobili saranno anche dotati di
piattaforme di telerilevamento, con acquisitori ad architettura PC104 e telecamere per riprese
nell’infrarosso termico, visibile ed infrarosso vicino, in modalità multispettrale ed iperspettrale.
L’attività e parte del progetto MIUR PON avv. 68 ‘ERA-Environmental Research Aircraft’; Il progetto
europeo 6PQ EUFAR (www.eufar.net) consente l’accesso transnazionale all’infrastruttura
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Obiettivo del progetto SAMoA (MIUR FAR 297; www.ttlab.it/sitosamoa) è l’ampliamento delle
modalità di monitoraggio ambientale delle piattaforme ERA, attraverso l’implementazione di procedure
di trasmissione remota e telecontrollo e la realizzazione di un centro di controllo a terra. Il sistema
consentirà il monitoraggio a terra in tempo reale ed in parallelo delle missioni di volo ERA, con
possibilità di effettuare azioni sulla strumentazione o sulle modalità di missione, e la visualizzazione dei
dati su interfaccia web. L’attività è un esempio di ricerca industriale integrata, con coinvolgimento di
organi CNR (IM), piccole e medie imprese.
Attività 7: Gestione e sviluppo della commessa
La percentuale di risorse da contratti attivi rispetto alla dotazione economica della commessa ed il relativo fattore di
amplificazione sono elevati. Tuttavia esiste una sperequazione nella distribuzione di fondi esterni tra i moduli,
laddove l’apporto di ISE, IIA, IBAF è esclusivamente basato su risorse interne. Tale situazione potrebbe comportare
ritardi operativi nella gestione di At1, At2, At3. Si cercherà di elaborare ulteriori proposte di finanziamento da
sottoporre a bandi nazionali ed internazionali. Nel caso di ISAFoM, il fattore limitante alla crescita della presente
commessa è rappresentato dalla mancanza di personale di ricerca strutturato nel gruppo di lavoro, all’interno del
quale esiste un solo ricercatore di ruolo e sei precari. La soluzione a tale ultimo aspetto può essere ottenuta solo
attivando la dinamica concorsuale.
La gestione della commessa tenderà ad una maggiore interazione tra i partecipanti. Sarà valutata la possibilità di
effettuare indagini e sviluppare protocolli di misura comuni nell’ambito di esperimenti nuovi o in itinere, utilizzando
in maniera coordinata le grandi attrezzature disponibili presso l’ISAFoM (le torri di misura, i due aeromobili da
ricerca ERA, il laboratorio mobile di bio-meteorologia) ovvero concentrando gli sforzi su oggetti comuni (siti
permanenti).
Il coordinamento sarà assicurato da riunioni periodiche dei gruppi di lavoro. In mancanza di una specifica dotazione
finanziaria, tali incontri saranno tenuti, ove possibile, in teleconferenza o videoconferenza.
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Un altro importante mezzo di interazione e coordinamento sarà costituito dal sito web, che consentirà anche la
necessaria visibilità verso l’esterno. Il gruppo di biometeorologia dell’ISAFoM ha attivato un sito internet gestito con
la logica del content management, grazie al quale sarà possibile pubblicare ed aggiornare da remoto i contenuti
relativi alla commessa ed all’apporto dei singoli istituti partecipanti.
Sviluppo temporale delle attività nel biennio 2006-2007
At1
Proseguirà lo studio in corso sul turnover del C e della sostanza organica nell’ecosistema suolo, sui fenomeni di
scambio suolo-atmosfera e sui processi di degradazione fisica e biogeochimica di suoli e superfici minerali legati
all’attività antropica; la caratterizzazione molecolare (rRNA 16S) della biocenosi fotoautotrofa di biofilm e lo
sviluppo di sonde di DNA altamente specifiche per il DNA microarray.
In particolare si prevede, tra i 6-12 mesi, una valutazione dei processi che influenzano il sequestro del C in differenti
ecosistemi mediterranei ed infine, verso la fine del 2007, una comprensione della dinamica di alcuni dei processi
biogeochimici legati alla degradazione del suolo con la individuazione di sonde di DNA specifiche per i componenti
dei biofilm studiati.
At2
L’attività prevista sarà realizzata previo finanziamento dello sviluppo competenze:
- Realizzazione del FPCCC con relativi test preliminari.
- Impiego del FPCCC per studi di campo su piante-modello.
- Studi sui meccanismi di acclimatazione della respirazione e della fotosintesi in risposta all’interazione tra elevata
[CO2], elevata temperatura e disponibilità idrica nel terreno;
- Segnali di acclimatazione dalle foglie mature alle foglie giovani in piante esposte alle variazioni ambientali di CO2,
di temperatura e di O3: esperimenti su piante-modello agro¬forestali Studi sui meccanismi di acclimatazione della
respirazione e della fotosintesi in risposta all’interazione tra elevata [O3], elevata [CO2] ed elevata temperatura.
- Analisi delle proprietà radiometriche derivabili da dati telerilevati a diversa scala spaziale e diversa risoluzione
spettrale della vegetazione esposta all’interazione tra elevata [CO2], elevata temperatura ed elevate [O3].
At3
L’attività potrà essere proseguita compatibilmente con la disponibilità di personale con idonee competenze ed in
presenza della necessaria disponibilità finanziaria per l'acquisto di materiale di consumo per analisi di laboratorio e
per la partecipazione a corsi di specializzazione in altri laboratori italiani e stranieri.
At4
Le misure previste per CARBOEUROPE proseguiranno fino al termine del progetto, nel 2008.
At5
Il progetto CARBIUS termina nei primi mesi del 2006. le campagne proseguiranno con risorse CARBOEUROPE.
At6
Il contratto ASI termina nel 2005, mentre MIUR-PON sarà prorogato fino a metà 2006. Lo sviluppo dei prodotti
SAMoA proseguirà fino a tutto il 2007. Altri obiettivi di sviluppo metodologico saranno perseguiti
compatibilmente con la disponibilità di risorse CNR o di altri contratti esterni.
At7
L’attività di gestione e sviluppo resterà attiva per tutto il triennio.
Risorse dedicate (anno 2005)
7
risorse interne
residui
risorse totali
persone/anno
€·103
risorse
esterne
€·103
€·103
€·103
n°
ISAFoM
208,3
1002,6
476,9
1687,8
4,2
IBAF
280,0
0,0
6,7
286,7
3,8
IIA
45,1
104,1
3,8
153,0
1,0
ISE
146,7
0,0
12,5
159,2
2,1
680,1
1106,7
499,9
2286,7
11,1
TOTALE
Ripartizione delle attività tra i moduli partecipanti
istituto
responsabile
Modulo
Attività
ISE
Luigi P. D'Acqui
1, 6, 7
IIA
Mauro Centritto
IBAF
Fiorella Villani
ISAFoM
Enzo Magliulo
Fenomeni di scambio suolo - atmosfera e
degradazione del suolo
Studio dell'impatto dei cambiamenti climatici sugli
ecosistemi mediterranei
biodiversità, genomica funzionale e fisiologia
ambientale
Scambi di carbonio delle comunità vegetali a scala
locale & territoriale
2, 6,7
3, 6, 7
4, 5, 6, 7