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II WORKSHOP PROGETTO FINALIZZATO DI RICERCA CAMBIAMENTI CLIMATICI E AGRICOLTURA Roma, 3 – 4 Aprile 2003 Maurizio Severini e Roberta Alilla Istituto di.

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1 II WORKSHOP PROGETTO FINALIZZATO DI RICERCA CAMBIAMENTI CLIMATICI E AGRICOLTURA Roma, 3 – 4 Aprile 2003 Maurizio Severini e Roberta Alilla Istituto di Scienze dellAtmosfera e del Clima ISAC – CNR, Sezione di Roma L Effetto della Variazione del Clima sulle Popolazioni Naturali

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4 Popolazione naturale: insieme degli individui della stessa Specie biologica che vivono nello stesso intervallo spazio-temporale. Esempi: le pecore di un gregge, le mosche tse tse in un comprensorio, l Artemia franciscana nel Grande Lago Salato, le balene dellOceano Pacifico, gli insetti di una Specie parassita in una coltura, le piante di frumento di un campo coltivato, le gemme a fiore di un pescheto, gli individui della Specie Homo sapiens allinterno dei confini di uno Stato. Funzione di stato: Numerosità (o Densità) N = N(t)

5 Modello Dinamico N(t) Φ B (t) Φ E (t)Φ I (t) Φ D (t) Φ B (t) Flusso di natalità [individui/giorno] Φ I (t) Flusso di immigrazione [individui/giorno] Φ D (t) Flusso di mortalità [individui/giorno] Φ E (t) Flusso di emigrazione [individui/giorno]

6 Popolazioni Pluricellulari Età fisiologica N 1 (t)N 2 (t)N 3 (t)N 4 (t) Ciclo Vitale uovo k = 1 larva k = 2 pupa k = 3 adulto k = 4 Stadi fenologici Popolazione con struttura detà α = 0 per t = 0 ingresso α = 1 per t = t k uscita R[T] Tasso di sviluppo

7 Tasso di sviluppo è per definizione: Se R[T] è lineare reciproco del tempo di sviluppo Somma dei tassi Somma termica T j temperatura media giornaliera (ambiente fisico) T 0k zero di sviluppo (caratteristica biologica) 1/C k fabbisogno termico (caratteristica biologica) Applicando il teorema della media … versione discreta del tempo fisiologico Questo vale solo per le e

8 Viventi pecilotermi BATTERI ALGHE PROTOZOI FUNGHI GLOBULI ROSSI DEL SANGUE ZOOPLANCTON TUTTI I VEGETALI ARTROPODI (2 MILIONI DI SPECIE) PESCI E ANFIBI (NEGLI STADI IMMATURI) CELENTERATI ANELLIDI

9 T MAX Tasso R k [ T ] [ d -1 ] 0.05 TVTV Reaùmur, 1735 Boussignault, 1837 De Gasparin, 1844 Coutagne, 1882 Price, 1909Janisch, 1933Stinner, 1974 Logan,1976 Funzione Tasso R = R[T] Sharpe & D.M, 1977 TLTL Temperatura (°C) T0T0 Tempo t k [ T ] [ d ] 125

10 T L =22°C Temperatura (°C) T 0 =6°C T MAX Tasso R k [ T ] [ d -1 ] 0.05 Tempo t k [ T ] [ d ] 125 TVTV T L =20°C Temperatura (°C) T 0 =10°C T MAX Tasso R k [ T ] [ d -1 ] 0.05 Tempo t k [ T ] [ d ] 125 TVTV

11 T L =23°C T 0 =8°C Tasso R k [ T ] [ d -1 ] 0.25 T L =28°C T 0 =12°C Tasso R k [ T ] [ d -1 ] Temperatura (°C) semina - germogli oviposizione - adulti T L =29°C T 0 =8°C Tasso R k [ T ] [ d -1 ] 0.05 oviposizione - schiusa Temperatura (°C) Sopravvivenza

12 T L =12°C T 0 =2°C Tasso R k [ T ] [ d -1 ] Temperatura (°C) schiusa - fioritura T L =27°C T 0 =12°C Tasso R k [ T ] [ d -1 ] 0.15 oviposizione - adulto T L =29°C T 0 =13°C Tasso R k [ T ] [ d -1 ] Temperatura (°C) gamont - sporoziote T L =17°C T 0 =4°C Tasso R k [ T ] [ d -1 ] 0.10 semina - germogli

13 Sviluppo Stocastico tempo larve pupe stadio larvale uova larve tempo stadio embrionale tempo pupe adulti stadio di pupa

14 Modello a Ritardo Distribuito (Manetsch, 1976) tempo t k (T 1 ) t k (T 2 ) T 2 > T 1 Distribuzione di Erlang … la distribuzione dei tempi di sviluppo di una coorte è asimmetrica

15 Pioppo, Canada, 100 anni: anticipo 26 giorni (Beaubien et al., 2000) Macchia mediterranea, 50 anni: anticipo 16 giorni (Penũelas et al., 2002) Giardini fenologici, Nord Europa e Nord America, 30 anni: anticipo 6 giorni (Menzel et al. 1999) Indice di verde, 45°-70°Nord, 9 anni: anticipo 8 giorni (Myneni et al., 1997) Macchia mediterranea, 50 anni: allungamento 29 giorni (Penũelas et al., 2002) Giardini fenologici, Nord Europa ed America, 30 anni: allungamento 11 giorni (Menzel et al. 1999) Indice di verde, Nord Eurasia, 9 anni: allungamento 18 giorni (Myneni et al., 1997) Margine conifere subalpine, Nord America, 100 anni: spostamento verso Nord (Peterson, 1994)

16 Lepidotteri, Olanda, 20 anni: anticipo del volo 12 giorni (Ellis et al., 1997) Lepidotteri, Spagna, 50 anni: anticipo del volo 11 giorni (Penũelas et al., 2002) Afidi, Inghilterra, 25 anni: anticipo del volo 6 giorni (Fleming et al., 1995) Lepidotteri, 22 Specie, Europa, 100 anni: spostamento Km Nord (Parmesan, 1999) Lepidotteri, 2 Specie, Europa, 100 anni: spostamento verso Sud (Parmesan, 1999) Anofele, Nuova Guinea, Tanzania, Kenya: spostamento oltre quota 2000 m (Epstein et al., 1998)

17 Anfibi, Stati Uniti, 100 anni: anticipo del canto 10 giorni (Gibbs, 2001) Anfibi, Inghilterra, 16 anni: anticipo oviposizione 10 giorni (Beebee, 1995) Uccelli, 20 Specie, Inghilterra, 25 anni: anticipo oviposizione 9 giorni (Crick, 1997) Uccelli, 1 Specie, Inghilterra, 25 anni: ritardo oviposizione (Crick, 1997) Marmotte, Stati Uniti, 23 anni: anticipo uscita letargo 38 giorni (Inouye et al., 2000) Piccoli mammiferi, 19 Specie, Stati Uniti: spostamento verso Nord (Davis et al., 1992)


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