Istituto federale di ricerca per la foresta, la neve e il paesaggio WSL

Alberi sotto stress termico: la ricerca decodifica le reazioni degli alberi alle temperature estreme

A temperature superiori a 30 gradi, la perdita di acqua aumenta negli alberi, mentre l'assorbimento di CO₂ diminuisce. Questo succede anche in presenza di una quantità sufficiente di CO₂ nell'atmosfera. I ricercatori dell'Istituto federale di ricerca per la foresta, la neve e il paesaggio WSL sono riusciti a grazie a una nuova tecnologia. Questa scoperta è importante per capire come gli alberi si adattano ai cambiamenti climatici e al conseguente aumento delle temperature.

Un ramo di una quercia sessile (Quercus petraea) racchiuso in una cuvetta per lo scambio di gas con la foglia. La cuvetta è impostata su intensità luminosa, temperatura, deficit di pressione di vapore (VPD) e concentrazione di CO₂. (Foto: Perez Wyss)

Il cambiamento climatico significa che in futuro le piante saranno sempre più esposte alle alte temperature. In un nuovo studio, i ricercatori del WSL hanno analizzato come gli alberi si adatteranno alle future temperature estreme. Negli esperimenti, gli scienziati hanno potuto osservare che l'assorbimento di CO₂ diminuisce in tutte le specie a partire da una temperatura di 30°C, mentre la perdita di acqua continua ad aumentare. Grazie a un nuovo impianto sperimentale chiamato XiBox (vedi riquadro), è stato possibile mantenere costante il deficit di pressione del vapore acqueo (VPD) e aumentare continuamente la temperatura.

Limit biochimici

Vista attraverso la finestra della stanza della struttura di ricerca XiBox. (Bild: Marco Lehmann, WSL)

È degno di nota il fatto che l'assorbimento di CO₂ si riduce anche quando c'è effettivamente abbastanza carbonio nell'aria. «Si può escludere che la riduzione dell'assorbimento di CO₂ ad alte temperature sia dovuta a una limitazione della disponibilità di CO₂. Ciò indica che esiste un limite nella biochimica degli alberi a partire da circa 30 gradi», afferma Marco Lehmann, responsabile dello studio. Secondo Lehmann, questa limitazione è probabilmente dovuta a un'alterazione dei processi enzimatici della fotosintesi. Una fotosintesi inefficiente per un periodo di tempo prolungato può compromettere gravemente la crescita, lo sviluppo e l'adattabilità degli alberi (o delle piante) e, in ultima analisi, influire sull'intero ecosistema forestale.

Allo stesso tempo, la pianta perde molta acqua rispetto all'assorbimento di CO₂. «Nel complesso, si può dire che la fotosintesi è molto inefficiente in condizioni di caldo», afferma Lehmann.
Nel loro studio, i ricercatori hanno esaminato le specie arboree faggio (Fagus sylvatica), abete rosso (Picea abies), quercia sessile (Quercus petraea) e tiglio a foglie piccole (Tilia cordata). «Tutti hanno reagito allo stesso modo. Non c'erano differenze specie-specifiche», dice Lehmann.

 

 

Comprendere gli effetti del cambiamento climatico

Apparecchio per l'analisi die isotopi stabili. Questi sono particolarmente importanti per ottenere informazioni sui processi di diffusione dei gas all'interno della foglia.. (Bild: Marco Lehmann, WSL)

Con l'aiuto della XiBox, i ricercatori hanno potuto esporre le piante a diverse condizioni ambientali in condizioni controllate e utilizzare lo scambio di gas e le misurazioni isotopiche per monitorare il comportamento delle piante. «Osservare gli effetti della temperatura e dell'umidità sullo scambio di gas degli alberi con l'atmosfera in modo isolato è una sfida complessa, poiché i due parametri climatici sono strettamente collegati», afferma Lehmann.

«Gli esperimenti erano tecnicamente molto complessi. Nella scatola Xi possiamo condurre esperimenti e simulare condizioni ambientali che sono praticamente impossibili da realizzare in questa forma all’aperto», dice Lehmann. Simulazioni di questo tipo sono importanti per comprendere e prevedere meglio l'adattabilità delle piante e delle loro funzioni alle mutevoli condizioni climatiche e al conseguente aumento delle temperature.

 

Dispositivo high-tech per la ricerca forestale

Spesso è difficile simulare sperimentalmente gli effetti di condizioni climatiche estreme, ma questo è essenziale per la ricerca al fine di comprendere meglio come le nostre foreste reagiranno al clima più caldo e talvolta più secco del futuro.  
Per migliorare le possibilità di ricerca forestale, negli ultimi anni al WSL è stato creato un nuovo tipo di struttura sperimentale per la ricerca forestale. L'impianto, unico nel suo genere, si chiama: XiBox - Box sperimentale per la ricerca ad alta risoluzione sullo scambio di gas e isotopi delle piante in condizioni estreme.
Il cuore di XiBox è la nuova camera climatica, di circa due metri quadrati, che consente di coltivare piante di varie specie (ad esempio, giovani alberi, piante erbacee, erbe) in diverse combinazioni di luce, umidità relativa e temperatura. La novità consiste nel fatto che la coltivazione e il trattamento delle piante possono essere effettuati in condizioni di luce ottimale e in condizioni di temperatura fino a 40°C. Il box Xi è dotato di moderni misuratori di scambi gassosi ad alta precisione per la misurazione dei flussi di CO₂ e H₂O, nonché di spettrometri laser per l'analisi dei rapporti isotopici del carbonio, dell'ossigeno e dell'idrogeno in CO₂ e H₂O. I flussi e gli isotopi possono essere misurati contemporaneamente e in tempo reale grazie a un sistema di commutazione delle valvole. Ciò consente di registrare e osservare in diretta le risposte delle piante alle condizioni ambientali. Il box Xi è inoltre dotato di elettricità, acqua, internet, gas di misura e calibrazione e aria condizionata.

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