Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/2067/2695
Title: Effetti delle variazioni climatiche e dell'impatto antropico su crescita e livelli di discriminazione isotopica del carbonio in una rete di faggete italiane
Other Titles: Effects of climate change and human impact of growth trends and carbon isotope discrimination levels in a network of italian beech
Authors: Baliva, Michele
Keywords: Incremento area basimetrica;Variabilità climatica;Dendrocronologia;Faggete italiane;Analisi discriminazione isotopica del carbonio;Basal area increment;Climate variability;Dendrochronology;Italian beech;Carbon isotope discrimination analysis;AGR/05
Issue Date: 27-May-2013
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato di ricerca. 25. ciclo
Abstract: 
Le ampiezze anulari sono efficaci strumenti per indagare come il clima modula la variabilità di crescita dell’albero lungo transetti latitudinali/altitudinali. Approcci di classificazione multivariata hanno già dimostrato (Piovesan et al 2005;. Di Filippo et al 2007.) che le popolazioni italiane di faggio sono organizzate in unità bioclimatiche distinte. Nel senso latitudinale possiamo distinguere due zone bioclimatiche: la zona temperata e la zona mediterranea, il cui perimetro ricade su dell'Appennino settentrionale e coincide con il limite di controllo da parte della siccità estiva sulla crescita faggio. Nella zona temperata la siccità è assente e sono invece le basse temperature il fattore limitante la crescita. In senso altitudinale ogni zona è ulteriormente suddivisa in 3 fasce altitudinali (basali, montane ed di altimontane), che rappresenta modulazioni con elevazione del segnale dominante la crescita . Scopo del progetto è quello di studiare i trend di crescita di lungo periodo e le dinamiche d’efficienza di uso idrico di popolamenti di faggio differenziati in base alla loro posizione bioclimatica, grado di naturalezza ed in funzione del cambiamento climatico. 30 popolazioni di faggio sono state campionate a diverse latitudini ed altitudini in Italia. Serie elementari di ampiezze anulari crossdatate dei singoli alberi sono state convertite in serie BAI usando il loro diametro corrente a petto d’uomo (DBH). Cronologie grezze stazionali, in grado di spiegare la variabilità produttiva di lungo periodo, e funzioni di correlazione bootstrap, servite per individuare i principali fattori climatici limitanti la crescita a scala temporale annuale, sono state applicate a tutti i siti in esame. Lo studio delle variazioni di produttività pluridecennale si è attuato interpolando spline cubiche con periodo di 50 anni alle cronologie BAI grezze. I principali fattori climatici sono stati ugualmente filtrati per controllare il loro impatto a lungo termine sulla trend di BAI. L’analisi di discriminazione isotopica del carbonio è stata utilizzata per rilevare eventuali modifiche nei livelli di stress idrico tra i diversi siti nel tempo. I risultati hanno mostrato profonde differenze nei vincoli climatici a cui sono sottoposti i popolamenti di faggio lungo il suo areale di distribuzione. Nel centro Italia sono stati osservati trend decrescenti in tutte le fasce indagate. I trend di crescita (BAI) culminati tra la fine degli anni '60 e la metà degli anni '80 (periodo più fresco / umido (circa 1960-1970)),hanno evidenziato, ha seguito del trend di essiccazione / riscaldamento iniziato climatico negli anni '70, una perdita di produttività che alle basse e medie altitudini (fino a 1400 m slm), ha raggiunto il 20-50%. Si è visto inoltre come Il diverso grado di naturalità determini diverse risposte da parte delle faggete ai cambiamenti climatici. Le vetuste seguono più da vicino le variazioni climatiche della stagione di crescita. Nelle gestite spicca una culminazione più tardiva (diminuita concorrenza per l’acqua dopo il taglio), ed una maggiore perdita di BAI nel periodo secco recente, soprattutto nelle fasce basali . Nelle Alpi orientali sono state osservate trend crescenti a tutte le altitudini. L’aumento di BAI ha seguito il riscaldamento gennaio-settembre, che è iniziato alla fine degli anni ‘70. I popolamenti vetusti hanno seguito più da vicino le variazioni climatiche. I trend di crescita mantenuti sostenuti ritmi crescenti, con l'eccezione dei siti basali, che hanno stabilizzato i loro tassi di produttività a causa della recente comparsa di effetti di siccità in luglio. Non abbiamo trovato alcuna relazione significativa tra il BAI
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e la discriminazione isotopica del carbonio nel faggio delle popolazioni alpine. In Italia centrale è emersa invece una relazione negativa significativa tra BAI dell’anno precedente e la discriminazione di carbonio dell'anno successivo. Si ipotizza un effetto di condizionamento da parte del BAI dell’anno precedente sulle attuali LAI (attraverso un effetto riserva sulla formazione di gemme), che potrebbe favorire la predisposizione da parte dell’albero ad un maggior stress idrico. Il confronto BAI e Δ¹³C in foreste vetuste di faggio del Centro Italia poste a quote differenti, ha evidenziato come popolamenti altimontani abbiano associato a trend stabili BAI, livelli di discriminazione isotopica costante; nelle fasce basali si osservato affianco ad un decremento dei trend di crescita un parallelo decremento dei livelli di discriminazione isotopica. Trend di crescita divergenti sono emersi tra le Alpi e il Centro Italia a seguito dei recenti cambiamenti climatici. Mentre in Italia centrale al riscaldamento corrisponde un crescente stress idrico (riduzione della produttività), sulle Alpi determina condizioni più favorevoli durante la stagione vegetativa e inverni meno freddi (aumento della produttività). In Italia centrale ai trend decrescenti di crescita corrispondono a diminuzioni della discriminazione isotopica del carbonio. Il grado di naturalità determina diverse risposte in relazione al cambiamenti climatico. con il vecchio-sviluppo stand seguito più da vicino le variazioni climatiche.

Tree-ring networks are effective tools to investigate how climate modulates tree growth variability along latitudinal/elevational transects. Multivariate classification/ordination approaches have already shown (Piovesan et al. 2005; Di Filippo et al. 2007) that in Italian beech populations are organized in distinct bioclimatic units. In the latitudinal sense we can distinguish 2 Bioclimatic Zones : the Temperate and the Mediterranean Zone, whose boundary falls on the Northern Apennines and coincides with the limit of Summer drought control on beech growth. In the Temperate Zone drought is absent and instead low temperatures become growth limiting. Each zone can be further divided into 3 Elevation Belts (low-elevation, mountain and high-mountain;), representing modulations with elevation of the dominant zone signal.
To investigate long-term growth trends and water use efficiency dynamics of mature beech forests in Italy according to their bioclimate position, naturalness degree and climate change,30 beech populations sampled (>20 trees cored/site) at different positions and elevations in Italy. Crossdated tree-ring series converted to BAI series using their current diameter at breast height (DBH).Raw site chronology building (representing long-term stand productivity). Bootstrapped correlation functions served to detect the main climatic factors limiting growth at the annual timescale (data not shown). Multidecadal stand productivity variations were obtained by interpolating 50-yr cubic smoothing splines to raw BAI chronologies. The main climate factors were equally filtered to check their long-term impact on BAI trends.Carbon isotope discrimination analysis was used to detect possible changes in water stress among beech sites with time.
The results showed deep differences in climatic constraints that are applied to the beech population along the distribution range of beech. In central Italy declining trends were observed at all elevations after BAI culmination between end of the 60s and mid-80s (Fig. 4). BAI culmination occurred in a cooler/wetter period (circa 1960-1970) and then followed the drying/warming trend began in the 70s. Productivity loss was the norm at low to mid elevations (up to 1400 m asl), ranging 20-50% in average BAI decrease (Fig. 6). In high-mountain stands the responses didn't converge, with unmanaged stands tendentially responding positively to warming.
The naturalness degree controlled how beech stands responded to climate changes. Old-growth stands followed more closely climate variations of the growing season. Managed stands peaked later (decreased water competition after logging), and at low-elevation suffered greater BAI losses in the recent dry period.
In the eastern Alps increasing trends were observed at all elevations (Fig. 5). BAI increase followed the January-September warming which started at end 70s. Old-growth stands followed more closely the climate variations. Growth trends maintained sustained increasing rhytms, with the exception of low-elevation sites, which are slowing down their productivity rates due to the recent emergence of July drought effects. We found no significant relationship between BAI and carbon discrimination in the Alpine beech populations (Fig. 7).
In Central Italy emerged a negative significant relationship between previous year BAI and carbon discrimination of the following year. We hypothesize a preconditioning effect of previous year BAI on current LAI (through a reserve effect on bud formation), which could favour tree predisposition to drought stress.
When comparing BAI and 13C in old-growth beech forests growing at different elevations in Central Italy (Fig. 8), we found that the high-mountain stand with stable BAI trends maintained a constant isotope discrimination; the lower elevation stand with decreasing BAI trend, instead experienced a parallel decrease in carbon isotope discrimination.
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Diverging growth trends emerged between the Alps and Central Italy following recent climate changes. While in Central Italy the warming corresponded to increasing drought stress (reducing productivity), on the Alps it corresponded to more favourable growing season conditions and less cold Winters (increasing productivity). In Central Italy decreasing growth trends corresponded to decreases in carbon isotope discrimination. The naturalness degree controlled how beech stands responded to climate changes, with old-growth stands followed more closely climate variations.
Description: 
Dottorato di ricerca in Scienze e tecnologie per la gestione forestale e ambientale
URI: http://hdl.handle.net/2067/2695
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