Integrazioni di scala, approcci e metodi per una valutazione dei reali effetti dellozono sulle foreste Università di Siena Marco Ferretti TerraData Enviromentrics,

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1 Integrazioni di scala, approcci e metodi per una valutazione dei reali effetti dellozono sulle foreste Università di Siena Marco Ferretti TerraData Enviromentrics, Siena, Italy ferretti@terradata.it www.terradata.it Ozono e vegetazione: il contributo della ricerca italiana, San Piero a Grado (Pi), 24.11.2006

2 Quale problema? La questione non è più se lozono causa effetti dannosi sulla vegetazione Né se è possibile determinare relazioni dose-risposta in condizioni controllate La questione è: cosa succede, ammesso che succeda qualcosa, ai nostri boschi in condizioni reali? Università di Siena Hadley, UK Rhinelander, Wis. USA Cala Violina (Gr), Italia ?

3 Università di Siena In termini specifici (UN/ECE document 1986, after UN/ECE 2005) Δ 1.Cè un problema ozono? Disporre di adeguati indicatori di effetti 2. Quanto è grave e come si sviluppa? Saper quantificare lo stato ed i cambiamenti 3. Come evolverà? Saper comprendere e prevedere i processi

4 Università di Siena Metodi di studio coinvolti Indicatori Ricerca: sviluppo su indicatori sufficientemente specifici e pratici Monitoraggio: applicazione in campo Quantificazione Ricerca: relazioni dose risposta estrapolabili fuori dagli esperimenti Monitoraggio: osservazione ed inferenza su base statistica della risposta e dello stressor Modellistica: osservazione ed estrapolazione su base di algoritmi non necessariamente legati al disegno statistico Comprensione e previsione Ricerca per la comprensione dei meccanismi e delle reazioni Ricerca sulla migliore modellistica Monitoraggio della effettiva risposta e validazione modelli

5 Ricerca e monitoraggio in Italia Ricerca in condizioni controllate: OTC, camere di fumigazioni, branch enclosures, Free Air systems (?),.. Ricerca in condizioni di campagna: flux towers, ad-hoc sites. Monitoraggio: indagini su base probabilistica (non ancora equipaggiate per osservazioni sugli effetti dellozono); indagini sulla base di casi di studio Modellistica: livelli di ozono, flussi stomatici e non-stomatici, accrescimenti, relazioni idriche,…. Sito OzoneFlux a Cala Violina (GR) Università di Siena

6 Situazione EsperimentiMonitoraggio terrestre Materiale Piante giovani, poche specieTutte le classi di età, molte specie Esposizione Più o meno realisticaRealistica per definizione Indicatori di risposta Accrescimenti, sintomi fogliari, attributi morfologici, biochimici ed ecofisiologici Accrescimenti, chioma, sintomi fogliari (altri attributi morfologici, biochimici ed ecofisiologici meno favoriti) Condizioni Uno o pochi stressorMolti stressor Scala temporale Settimane o mesi, in alcuni casi anni Anni e decenni Scala spaziale Singoli siti (<<10 1 ha)Popolazioni di ecosistemi (>10 6 ha) Scala ecologica Più spesso foglie ed individuiPopolazioni e comunità

7 A deliberate link between controlled, manipulative experiments, intensive process/cycle studies and monitoring implies that: experiments and surveys investigate the same stressors on similar target populations and use - at least a minimum set of - same response indicators. (Ferretti, Bytnerowicz and Percy, in preparation) Risultato: experiments cannot always be extrapolated to the field (Manning, 2005) Università di Siena

8 10 6 pixels 10 3 plots 10 2 plots 10 1 sites Long-term Intensive plots formally tied to large-scale p-survey Long-term experiments (e.g. FAs), conceptually tied to intensive plots and p-survey Remote sensing Basic information on coarse indicators Ground truth data and diagnosis; quantitative estimates; data for upscaling Statistical relationships and model validation; data for upscaling Process-level understanding; indicator development and response modelling Large-scale p-based survey connected with forest inventory Type and nature of observation Role and aim of observation Nature and number of observation elements (after Ferretti, Bytnerowicz and Percy, in prep.) Università di Siena

9 OTC, ~5-10 sites Field ad-hoc, 10 1 sites Field purposive, 10 2 sites/plots (e.g. ICP-Forests Level II) Field P-based, 10 3 plots (e.g. ICP-Forests Level I) FAs, towers, 1-5 sites (local trees, modelled O3, modelled meteo, defoliation (growth?)) (local trees and clones, meas. (passive) O3, meas. meteo, modelled flux, defoliation, growth, stable isotopes, symptoms) (e.g., clones S-R, provenances, EDU, meas. (active) O3, meas. meteo, meas. flux, defoliation, growth, physiology, symptoms) (e.g., clones S-R, provenances, EDU, meas. (active) O3, meas. meteo, meas. flux, defoliation, growth, physiology, symptoms) (e.g., local trees, meas. (active) O3, meas. meteo, meas. flux, defoliation, growth, physiology, symptoms) Un possibile concetto… Remotely sensed information..Experiments: designed with field representative plant material and realistic treatments. Intensive studies should test confirmation of experimental results by validating experimental results at test sites. Surveys should provide estimates of the expected response on a sound statistical basis. (Ferretti, Bytnerowicz and Percy, in prep.) Research Forest population (Sub) Leaf Monitoring

10 … per un progetto cooperativo.. P-based survey Intensive sites OTCs, experiments FAs Towers No. of sites Research intensity Same species, same response indicators Individual Working Packages Integration activity (modelling) Università di Siena Whole project

11 P-based survey Intensive sites OTCs, experiments FAs Towers Specific tasks and results Integration Activity 1 Integration Activity 2Integration Activity n Research, monitoring and modelling Università di Siena …ed integrato

12 Università di Siena Conclusioni Occorre fornire risposta a questioni concrete di gestione dellambiente: che effetti produce lozono sulle nostre foreste nelle nostre condizioni attuali (e future)? Solo una stretta cooperazione tra ricerca e monitoraggio è in grado di farlo Possiamo trovare una visione unificante Abbiamo competenze, esperienza ed infrastrutture che renderebbero possibili programmi cooperativi Abbiamo anche la volontà di farlo? Abbiamo interlocutori istituzionali in grado di recepire e sostenere iniziative di medio e lungo termine? Come possiamo coinvolgerli? Sequoia NP, Ca, USA Generale Sherman, ca. 2500 anni (Foto: Bussotti)