Studi di fisiologia ed ecofisiologia isotopica nel settore ambientale con riferimento ai sistemi forestali, agroforestali, agrari ed all’interfaccia tra ecosistemi terrestri, mare ed atmosfera
Attività di ricerca
Nel trascorso dell’Istituto, la fisiologia ed ecofisiologia isotopica hanno contribuito allo studio dei meccanismi di acclimatamento ed adattamento delle piante alle fluttuazioni e limitazioni ambientali.
Argomenti ampiamente trattati hanno riguardato le risposte alle limitazioni idriche, disponibilità di nutrienti, salinità, energia radiativa in eccesso ai fotosistemi. Il funzionamento e la regolazione dell’assimilazione fotosintetica sono oggetto di analisi per tracciare, attraverso tecnologie isotopiche e di scambio gassoso, le risposte delle piante alle variabili ambientali. Questo approccio di base ha consentito di studiare sistemi differenziati nel tempo e nello spazio, considerando le diverse dimensioni dell’organizzazione biologica: molecola, cellula, tessuti, organi, individui, popolazioni, comunità ed ecosistemi, paesaggi, bioregioni e metapopolazioni; processi successionali ed effetti di risposta a disturbi ambientali su larga scala spaziale e temporale, con particolare riferimento ai cambiamenti globali.
L’ampiezza dell’approccio lascia aperti temi di ampio respiro, tutti oggetto di studio di questo gruppo di lavoro:
- La metabolomica rappresenta un settore di indagine che apre importanti prospettive su aspetti di base dei meccanismi di acclimatamento / adattamento.
- Lo studio della capacità di acclimatamento specifico alle variazioni ambientali è volto ad una migliore previsione dei prossimi scenari di copertura e tipologia di vegetazione, sotto la pressione della determinante climatica. Particolare attenzione è dedicata ai fenomeni di deperienza specifica.
- I mutualismi, le associazioni vegetazionali e la complessità biocenotica sono temi di indagine associati alle complesse relazioni inter-specifiche a livello di ecosistema. Il focus è posto sulla microbiologia del suolo, le influenze sulla rizosfera, i mutualismi positivi tra piante e microrganismi del suolo, le micorrize e le relazioni pianta batteri azotofissatori. Le associazioni vegetazionali e le consociazioni colturali costituiscono un ulteriore oggetto di studio. Gli effetti e le dinamiche di invasione di specie aliene erbacee od arboree rappresentano un altro filone strategico.
- Le interrelazioni suolo – pianta – atmosfera sono studiate con l’ausilio dei traccianti isotopici. La fisiologia isotopica è utilmente applicata nello studio delle funzioni radicali per la captazione delle risorse idriche e nutritive. I traccianti isotopici permettono lo studio dell’attività di assimilazione primaria nonché dei metabolismi secondari con scala di indagine che varia dal dettaglio del tessuto all’integrazione della pianta nel suo complesso.
- Le analisi e la deconvoluzione dei flussi di massa ecosistemici sono associati a studi isotopici, al fine di scorporare dai flussi netti le componenti autotrofe ed eterotrofe. L’integrazione tra dati di flussi netti ottenuti dalle torri di eddy covariance e dati isotopici collegati ai flussi respiratori, assimilatori e traspirativi, permetterà di dissezionare le diverse componenti del bilancio dei flussi ecosistemici. L’adozione di tecniche IRMS e TDLS aumenterà la capacità di acquisizione di dati ambientali per la scorporazione delle componenti dei flussi di CO2 e H2O attraverso l’analisi degli iso-flussi (Keeling plot ed analisi di flussi traspirativi ed evaporativi).
- L’approccio ISOSCAPE viene applicato a dinamiche di strutture e funzioni su scale biologiche piccole, medie e vaste, ivi includendo la dimensione bioregionale. Le analisi isoscape rappresentano all’attuale una metodologia altamente innovativa nello studio di processi spaziali e temporali attraverso l’uso degli isotopi stabili come traccianti e sonde funzionali. Un isoscape, di fatto, è uno strumento evoluto per l’ecologia del paesaggio. I prodotti della ricerca riguardano i vasti campi dell’ecofisiologia, delle scienze forensi e della tracciabilità dell’agroalimentare di qualità.
- Ulteriori settori di interesse per il gruppo di lavoro: meccanismi adattativi a scala di metapopolazione; ecofisiologia popolazionistica, genetica e fisiologia dei paesaggi; cambiamenti climatici e d’uso del territorio con attenzione a processi di mitigazione ed adattamento; dendro-fisiologia isotopica ed analisi retrospettiva delle interazioni pianta clima; pedologia, microbiologia e rizosfera; meccanismi di invasività e controllo delle specie aliene; il grande tema della risorsa idrica e le sue prospettive ecologiche, tecnologiche, sociali ed economiche.
Responsabile: Dr. Marco Lauteri
Personale di ricerca coinvolto:
Dr.ssa Angela Augusti
Dr. Marco Bascietto
Dr. Carlo Calfapietra
Dr.ssa Francesca Chiocchini
Dr.ssa Lucia Cherubini
Sig. Marcello Cherubini
Dr. Marco Ciolfi
Dr. Bruno De Cinti
Sig. Giovanni De Simoni
Dr.ssa Emanuela Galli
Dr.ssa Olga Gravichcova
Sig. Ermenegildo Magnani
Dr.ssa Maria Emilia Malvolti
Dr. Angelo Massacci
Dr. Giorgio Matteucci
Dr.ssa Claudia Mattioni
Ing. Michele Mattioni
Dr.ssa Silvia Portarena
Dr. Ivan Sartorato
Dr. Maurizio Sattin
Dr. Andrea Scartazza
Sig. Luciano Spaccino
Dr.ssa Fiorella Villani
Dr. Massimo Zacchini
Dr. Giuseppe Zanin