PODCAST PIANTAtela, EPISODIO TUNDRA WARMING

-INTRO COMUNE:

Benvenuti nel podcast Piantatela, un podcast per parlare di cambiamenti climatici e piante. Siamo studenti dell’università di Padova (IO SONO... Naima, Luis, Federica, Federico, Sebastian) e oggi vi accompagneremo nell’episodio Tundra Warming.

-INTRODUZIONE (Naima):

 Nel diciannovesimo secolo lo studioso americano Henry David Thoreau, dopo anni di meticolosa raccolta di dati sui momenti di germinazione, di fioritura e di senescenza per più di 100 specie vegetali diverse fu tra i primi a rendersi conto di come queste fasi della vita della pianta si spostassero nel tempo, in modo correlato al variare delle temperature medie stagionali. Probabilmente non si rendeva ancora conto di quanto questi dati da lui raccolti sarebbero poi risultati significativi.

In questa puntata vi racconteremo come l’aumento della temperatura può influire sulle piante della tundra artica e alpina determinandone una modificazione della fenologia.

La tundra è un particolare bioma che si trova ad alte latitudini e altitudini caratterizzato da pochissime precipitazioni, ma anche bassa evaporazione, a causa della temperatura che rimane fredda durante tutto l’anno. In questo ambiente le piante sono quasi tutte erbacee o arbustive, il che dà al paesaggio il suo tipico aspetto brullo. Per fenologia si intende la regolazione stagionale delle diverse fasi del ciclo biologico di una pianta. Le principali fasi fenologiche di una pianta a fiore sono: germinazione, fase vegetativa, fioritura, fruttificazione e senescenza.Gli ambienti polari e della tundra si stanno riscaldando più velocemente degli altri. È proprio per questo motivo che un gruppo internazionale di ricercatori ha scelto le piante della tundra per fare degli esperimenti e capire in quale entità e direzione un riscaldamento ambientale persistente possa modificare la fenologia delle piante. 

Luis, cosa sai dirci di questo progetto?

- (Luis) L'Esperimento Internazionale sulla Tundra chiamato anche progetto ITEX è stato ideato nel 1990 da un gruppo di ecologi per studiare le risposte delle piante della tundra artica e alpina all'aumento globale della temperatura. Attraverso una rete di ricercatori l'esperimento è stato avviato in 11 Paesi diversi, specialmente nell'Artico ma anche in regioni ad alta quota in Italia e in Svizzera... così sensibili ai cambiamenti climatici per via delle condizioni estreme che le caratterizzano. Il progetto consiste nel recintare dei piccoli appezzamenti di tundra con dei pannelli trasparenti, generalmente di fibra di vetro e leggermenti inclinati... a costituire una sorta di cupola aperta che riscalda passivamente le piante. Un allestimento semplice, ma proprio per questo economico ed efficace per monitorare un vasto territorio, sul lungo termine e aumentando la temperatura fra mezzo grado e due gradi. Il progetto ITEX permette così di confrontare quantitativamente i risultati ottenuti in siti diversi, applicando un protocollo di allestimento comune.

Dal 1992 al 2019 sono stati raccolti dati da 18 siti distribuiti in: Scandinavia, Groenlandia, Nord America e le zone Alpine sopra i 2500m. Questi riguardano la  comparsa temporale di 6 fasi fenologiche... la ripresa vegetativa, la fioritura, la fine della fioritura, la fruttificazione, la dispersione dei semi e la senescenza delle foglie. In particolare, il lavoro è stato fatto su alcune specie target, fra cui le erbacee del genere Saxifraga e Dryas e i salici nani del genere Salix. Per ogni allestimento, è stato inoltre registrato il grado di umidità e il tempo di permanenza della neve.

 -(Naima) Grazie Luis! Ora mi sorge una domanda: in che modo sono stati raccolti i dati? Federica, tu sapresti spiegarcelo?

-(Federica) Il campionamento delle piante è avvenuto in maniera casuale, ma in un habitat omogeneo con una distribuzione omogenea delle cupole aperte. Le piante sono state monitorate quotidianamente nelle fasi in cui i cambiamenti sono più rapidi come interruzione delle dormienza, inizio delle fioritura e maturazione dei frutti. Nelle fasi di lento sviluppo è stato invece fatto ogni 2/3 giorni.

Per il monitoraggio della fenologia della fioritura sono stati contati semplicemente il numero di fiori aperti  per campione a intervalli regolari, stessa ora del giorno per tutto il periodo di fioritura.

Le misurazioni fenologiche raccolte su tutti i siti sono state raggruppate e classificate in una delle 6 fenofasi come descritte prima da Luis.

Nello studio è  stato assunto che per le specie dioiche (piante che hanno gli organi riproduttivi maschili e quelli femminili su due piante distinte) il tempo di fioritura maschile e femminile non differisse.

Non è stata inoltre separata la fenologia delle foglie delle specie decidue da quelle sempreverdi poiché le foglie delle specie sempreverdi dell’artico subiscono un cambiamento del colore che può essere facilmente monitorato allo stesso modo di quelle decidue.

Per quel che riguarda invece i dati metereologici…..

Il protocollo ITEX prevede che ogni sito presenti una “stazione climatica” alloggiata in un’apposita capannina, posta a circa 1.5m dal suolo. Ogni capannina contiene la strumentazione necessaria per la misurazione giornaliera dei seguenti parametri:

1.      temperatura dell’aria

2.      precipitazioni

3.      velocità del vento

4.      radiazione globale solare

5.      umidità relativa

I dati climatici mancanti sono stati recuperati, per la maggior parte, da ERA5. ERA5 è un dataset creato dal centro europeo per le previsioni metereologiche a medio termine che analizza i dati storici del clima dal 1950, creando dei modelli di revisione.

-(Naima) Adesso che abbiamo visto come sono stati raccolti i dati sperimentali sarà Federico a illustrarci quali sono stati i dati ottenuti da questo studio. Federico, che relazione è stata osservata fra l’aumento di temperatura e i cambiamenti fenologici?

 -(Federico)  Lo studio nel complesso ha evidenziato l’esistenza di una correlazione tra cambiamento delle fasi fenologiche e innalzamento della temperatura sperimentale.

In particolare, le fasi riproduttive sono anticipate di qualche giorno: circa 2 gg per inizio e fine della fioritura e 3 per la dispersione dei semi. Non è stato invece rilevato alcuno scostamento per quanto riguarda la fruttificazione.

Al contempo, le fasi vegetative hanno mostrato risposte contenute, quantificate in poco meno di un giorno di anticipo per l’inizio dell’inverdimento e un ritardo della stessa grandezza nella senescenza fogliare.

I risultati suggeriscono un allungamento delle stagioni di crescita di circa un giorno e mezzo, e un maggior spostamento delle fasi riproduttive rispetto a quelle vegetative.

Questi effetti sono stati correlati anche ad altri parametri come: umidità, clima interannuale e latitudine. L’unico che sembra essere associato in maniera significativa alle fenofasi è l’umidità; in particolare le risposte della fioritura al riscaldamento sperimentale sono più forti nei siti secchi rispetto a quelli umidi. Questo ci suggerisce che gli effetti del riscaldamento possono essere potenziati quando l’umidità del suolo è bassa e le piante sono sottoposte a stress idrico.

Le conseguenze sono visibili su più scale:

 L’anticipazione del periodo della fioritura potrà portare a cambiamento nel comportamento degli impollinatori;

il tempo minore tra comparsa del verde e fioritura può avere impatto sulla fotosintesi, che sarà inferiore;

l’aumento della stagione di crescita a livello di bioma, può influire sullo stoccaggio del carbonio. Basti pensare che anche solo l’aumento di un giorno della stagione equivale ad un aumento importante nella produzione primaria.

Lo studio ha considerato un innalzamento di circa 1-2 gradi della temperatura, mentre alcune previsioni un innalzamento tra i 3 e 16 gradi nell’Artico. Questo potrebbe tradursi in effetti ben maggiori di quanto visto finora. Il tempo stringe e il lavoro da fare è molto.

In conclusione, questo studio riflette la più grande sintesi degli effetti sperimentali del riscaldamento sulla fenologia delle piante della tundra, aumentando così la conoscenza di questo delicato bioma.

 

-(Naima) E come si potrebbe fare per migliorare le nostre conoscenze in questo ambito? Ce lo spiegherà adesso Sebastian

 

-(Sebastian)  ITEX sta raccogliendo informazioni sulla fenologia, nonché conducendo esperimenti sulle risposte della flora al cambiamento globale. Prestare attenzione, supportare ed aiutare gruppi come loro è già un passo avanti, nonché supportare tattiche per alleviare la risposta fenologica al cambiamento come l’assisted species migration ovvero lo spostamento di individui dalla loro locazione originale alla locazione dove la loro presenza sarà necessaria (e preferibile) secondo proiezioni climatiche, oppure  ibridazione, OGM e così via.

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-(Naima) Il progetto che abbiamo raccontato oggi ha utilizzato dati relativi a pochi anni.Esistono però dati storici relativi a questi cambiamenti di fenologia?

 

-(Sebastian) I record storici utilizzati sono numerosi, come quelli di fiori di ciliegio ed i kew gardens, o quelli di Henri Thoreau che per anni ha annotato dati fenologici di più di 100 specie, per poi condividerli con il museo di Concorde. Una delle scoperte più importanti era l’anticipo di fioritura di 5,3 giorni per ogni grado di temperatura. Altri sono dipinti o fotografie, ma usati perlopiù per scopi agricoli e culturali.

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 Per quanto riguarda dati storici raccolti al giorno d’oggi nel  1959 è stata fondata una rete di Giardini botanici europei chiamata International Phenological Gardens (IPG). Questo permette una raccolta di informazioni continua assai efficiente e standardizzata riguardante la risposta di cloni di diverse piante a diverse condizioni ambientali (essendo localizzati in condizioni ambientali diverse).

-(Naima) Perché è così importante raccogliere dati relativi alla fenologia e cosa può fare il singolo individuo per contribuire a questo sforzo?

 

-(Sebastian)  Essendo all'incirca il 10% della superficie terrestre, la tundra è una parte importante e vitale della vita sulla terra. Con così tante possibili conseguenze ed effetti a catena, comprendere il funzionamento di questo ecosistema e capirne le risposte fenologiche è di notevole importanza. Difatti, è uno dei ecosistemi che subisce di più gli effetti del riscaldamento.

Cosa fare, dunque? Possibilmente prestare attenzione a progetti che usano la citizen science per contribuire alla raccolta di dati fenologici. Per esempio nel 2007 il progetto BudBurst del Chicago Botanic Garden, aperto a tutti, dove i partecipanti ricevono una piccola formazione per capire cosa osservare.

 

-CONCLUSIONI (Naima) So che anche l’università di Berna ha fatto qualcosa del genere, con la rete OpenNature. Sarebbe bello se progetti simili venissero implementati anche sul nostro territorio. Il nostro episodio si conclude qui. Grazie per essere stati con noi e non dimenticatevi di continuare a seguire gli episodi di PIANTAtela.

 

 

Fonti

 

Collins CG, Elmendorf SC, Hollister RD, Henry GHR, Clark K, Bjorkman AD, Myers-Smith IH, Prevéy JS, Ashton IW, Assmann JJ, Alatalo JM, Carbognani M, Chisholm C, Cooper EJ, Forrester C, Jónsdóttir IS, Klanderud K, Kopp CW, Livensperger C, Mauritz M, May JL, Molau U, Oberbauer SF, Ogburn E, Panchen ZA, Petraglia A, Post E, Rixen C, Rodenhizer H, Schuur EAG, Semenchuk P, Smith JG, Steltzer H, Totland Ø, Walker MD, Welker JM, Suding KN. Experimental warming differentially affects vegetative and reproductive phenology of tundra plants. Nat Commun. 2021 Jun 11;12(1):3442. doi: 10.1038/s41467-021-23841-2.

 

https://www.gvsu.edu/itex/