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Impiego di genotipi di salicacee per interventi di fitorimedio
Impiego di genotipi di salicacee per interventi di fitorimedio
Pier Mario ChiarabaglioNervo G., Facciotto G., Vietto L., Castro, G., Mughini G.
Pier Mario ChiarabaglioNervo G., Facciotto G., Vietto L., Castro, G., Mughini G.CRA - Unità di ricerca per le Produzioni Legnose fuori Foresta (CRA-PLF)CRA - Unità di ricerca per le Produzioni Legnose fuori Foresta (CRA-PLF)
WorkshopCapracotta (IS) - 6-7 giugno 2012
Biologia degli stress in Salicaceae:modelli di ricerca propedeutici a piantagioni
multifunzionali
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rest
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rest
aPremessaPremessa
… Sviluppa nuovi impieghi delle colture legnose a rapido accrescimento per la protezione delle acque di superficie dall’inquinamento, per la rinaturalizzazione e per la decontaminazione di aree inquinate da emissioni industriali (fitodepurazione e fitorisanamento) …
… Sviluppa nuovi impieghi delle colture legnose a rapido accrescimento per la protezione delle acque di superficie dall’inquinamento, per la rinaturalizzazione e per la decontaminazione di aree inquinate da emissioni industriali (fitodepurazione e fitorisanamento) …
Finalità del CRA-PLF:Finalità del CRA-PLF:
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aArchivi vegetali presso l’az.
Mezzi Archivi vegetali presso l’az.
Mezzi
altro 0tan22a566022
P. xcanadensis 202
P. alba 0tan21a566021
P. deltoides 0tan17a566117
Salix spp. 0tan27a566127
P. nigra 0tan8a56628
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a
Tipologia esperienze in corso
superficie totale [ha]
Fascia tampone boscate 20 (2) 150Micorrizazione 1 (1) 1Impiego acque reflue 1 (1) 1Salinità 1 (1) 1Fitorimedio 4 (4) 3
Stress idrico artificialeStrumenti disponibili
EsperienzeEsperienze
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a
Localitàanno di
impianto specie (cloni) Densità impianto Superficie Obiettivo
Frassineto Po AL
1996
Populus nigra,
Populus alba, Salix
alba
1100 2,5 ha
riduzione carichi N in presenza di
coltivazioni intensive
mais
Palazzolo vercellese VC
2005-2008
Populus nigra,
Populus alba285 15 ha
riduzione carichi N in presenza di coltivazioni intensive
riso
Fascia tamponeFascia tampone
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a
Fiume PoLanca di Rivarossa
N-NH4+ >0,50 mg/l
N-NO3- >1,87 mg/l
Fascia tampone a Frassineto Po
Fascia tampone a Frassineto Po
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a
P. nigra Gene Conservation Unit
P. alba seed stand
Buffer forest against flooding
Mesophilous forest
Fium
e Po
PO43– P >1,14 mg/l
N-NH4+ >0,80 mg/l
N-NO3- >0,83 mg/l
Fascia tampone a Palazzolo vercellese
Fascia tampone a Palazzolo vercellese
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a
Localitàanno di
impianto specie (cloni) Densità impianto Superficie Obiettivo
Caramagna Piemonte CN
az. Merlino2009
P. alba (60
genotipi) 1600 1,3 ha
valutare effetti micorrizazione su
resistenza allo stress idrico
Piante micorrizatePiante micorrizate
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aPioppi bianchi micorrizatiPioppi bianchi micorrizati
Micorrizazione con una combinazione di microrganismi del genere Glomus, di batteri appartenenti ai generi Pseudomonas e Bacillus, di Attinomiceti del genere Streptomyces e di funghi saprofiti del genere Trichoderma mediante inzaffardatura delle radici.
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aPioppi bianchi micorrizatiPioppi bianchi micorrizati
P.albami cor r i zate; L S M eans
Cur r ent eff ect: F (1, 224)=76.270, p=.00000
si no
mi cor r i zate
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
Media
cir
conf
ere
nza
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aImpiego acque reflueImpiego acque reflue
Localitàanno di
impianto specieDensità impiant
oSuperficie Obiettivo
Mussomeli CL 2008
Populus spp., Robinia pseudacacia, Eucalyptus camaldulensis E. globulus, Acacia saligna
6600 0,5 ha
valutare potenzialità terreni sud per produzione biomassa irrigazione a goccia con acque reflue dopo depuratore
specie SnD13
0 Ht DB DByA. saligna 2.5 30 321 24.812.4E. camaldulensis 1.7 30 298 10.6 5.3E. globulus 1.1 31 331 7.8 3.9Pioppi 1.4 22 272 5.8 2.9Robinia 1.6 17 227 2.9 1.4
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aImpianto di pioppi a
MussomeliImpianto di pioppi a
MussomeliMedia del n. di polloni per ceppaia (Sn), diametro mm (D130), altezza totale cm (Ht), biomassa Odt ha-1 (DB) per specie al 2° anno e per anno (DBy)
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aSalinitàSalinità
Localitàanno di
impianto specieDensità impiant
oSuperficie Obiettivo
Lentini SRAz. San Giovanni Arcimusa
2012P. xcanadensis (10 cloni)
1100 0,5 ha
Valutare stress per irrigazione con acqua con tenore di sale elevato
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aImpianto di pioppi a LentiniImpianto di pioppi a Lentini
Acqua con SAR = 4,5
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aFitorimedioFitorimedio
Localitàanno di
impianto specieDensità impiant
oSuperficie Obiettivo
Rocca Massima LT 2004 Populus nigra
var. italica 1300 0,12 haValutare capacità fitorimedio pioppo su reflui oleari
Scarlino GR 2006
Populus spp. (5 cloni), Salix spp. (5 cloni), Eucalyptus spp. (16 cloni)
- VasoValutare capacità fitoestrattiva delle foglie per Arsenico
Scarlino GR 2010P. xcanadensis (2 cloni Orion, Imola)
1100 0,2 haVerificare capacità estrattiva suolo - prova in corso
Alessandria 2012
P. xcanadensis (35 cloni) Salix spp. (10 cloni)
9000 0,02 haVerificare capacità estrattiva suolo - prova in corso
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aFitorimedio a Rocca MassimaFitorimedio a Rocca Massima
dic-05 mar-06 lug-06pH 4.7 6.7 7.6Conduttività (mS/cm) 10 7.7 3.7COD (mg/l) 37700 14600 550BOD5 (mg/l O2) 10800 3400 270Fenoli totali (mg/g) 249 147 5
Variazioni di alcune caratteristiche chimico-fisiche delle acque di vegetazione raccolte al secondo anno nell'impianto di fitodepurazione
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aFitorimedio a Rocca MassimaFitorimedio a Rocca Massima
0tan28a566028 0tan29a566029 0tan1a566010tan28a566028
0tan1a56601
0tan3a56603
0tan5a56605
0tan7a56607
0tan9a56609
0tan11a566011
0tan13a566013
0tan15a566015
0tan17a566017
0tan1a56601
0tan4a56604
0tan15a566015
Produzione di sostanza secca t ha-1
Anno dall'impianto
bio
ma
ssa
pro
do
tta
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aFitorimedio a Scarlino – in
vasoFitorimedio a Scarlino – in
vaso
pioppi salici eucalitti
1 anno di accrescimento in vasoValutazione assorbimento Arsenico
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aFitorimedio a Scarlino – in
campoFitorimedio a Scarlino – in
campo
Impianto di 2 cloni Orion e Imola nel 2010 – prova in corso
Substrato con presenza di Arsenico, altri metalli pesanti, ceneri di pirite
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aFitorimedio a Scarlino – in
campoFitorimedio a Scarlino – in
campo
Nel 2011 sostituzione fallanze
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aFitorimedio AlessandriaFitorimedio Alessandria
Impianto nel 2012 di P. xcanadensis (35 cloni) Salix spp. (10 cloni) – prova in corso
Substrato con presenza di metalli pesanti
Stress artificialeStress artificiale
IdrocambioIdrocambio
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a
dendrometro
Sensore umidità suolo
Stress idrico sull’accrescimentoStress idrico sull’accrescimento
IdrocambioIdrocambio
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a
-0,5
1,5
3,5
5,5
7,5
9,5
11,5
13,5
15,5
17,5
19,5
Time
Cu
mu
lativ
e ra
dia
l gro
wth
(mm
)
stress I214
stress dvina
control I214
control dvina
Variazioni radiali del fusto da marzo a novembre
Stress idrico sull’accrescimentoStress idrico sull’accrescimento
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Obiettivi:valutare l’influenza di condizioni di deficit o di surplus idrico su 9 cloni di pioppo nero provenienti da diverse latitudini del suo areale di distribuzione per evidenziare l’adattamento della specie a variazioni climatiche simulate attraverso regimi idrici differenti.
Populus nigra L. come caso di studio
per la valutazione degli effetti dei cambiamenti climatici
Populus nigra L. come caso di studio
per la valutazione degli effetti dei cambiamenti climaticiAzienda
Sperimentale
Mezzi
campo sperimental
e
Areale di diffusione di Populus nigra
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3 regimi idrici:
Ambient: soggetto a precipitazioni naturali
Dry: protetto dalle precipitazioni e irrigato artificialmente con 1/3 delle precipitazioni
Wet: soggetto alle precipitazioni e irrigato artificialmente con 2/3 in più delle precipitazioni
Regimi idriciRegimi idrici
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aParcelle “dry”Parcelle “dry”
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a
• Caratterizzazione stazionale• Rilevamento dati meteo in continuo• Monitoraggio in continuo dell’umidità del
suolo• Monitoraggio in continuo della crescita
radiale• Rilevamento dati biometrici e fisiologici
(temperatura fogliare, potenziale idrico fogliare, contenuto in clorofilla, fluorescenza fogliare, malattie, misurazioni radiometriche sulle foglie)
Attività svolta in campo …Attività svolta in campo …
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a… e nei cassoni… e nei cassoni
1. Sono stati realizzati 2 cicli di stress idrico
2. SWC è sceso a 10 % mentre capacità di campo al 36 %
3. PWP (predawn leaf water potential), RWC (Relative Water content) misurati al punto 0, alla fine del primo periodo di stress, dopo un periodo di reidratazione e alla fine del secondo periodo di stress
4. Alla fine di ogni periodo di stress è stato misurato potenziale osmotico a turgore massimo e l’elasticità della parete cellulare.
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aRisultatiRisultati
I 3 regimi idrici hanno permesso di differenziare il SWC ma non in modo così elevato
D at a*T r eat ment ; Avg M Q
L ug- 06 Ago- 06 S et - 06 Giu-07 L ug- 07 S et - 07
mont h
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Soi
l Wat
er C
onte
nt (
%)
W et Ambient D r y
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aRisultatiRisultati
Solo il regime Dry ha ridotto l’accrescimento in modo significativo mentre quello Ambient e Wet non hanno prodotto differenze …
Y ear *T r eat ment ; Avg M Q
F(4, 363)=4,0497, p=,00317
Ver t ical bar s denot e 0,95 confi dence int er vals
d
c
a
d
c
a
d
c
b
2005 2006 2007
year
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Vol
ume
(dm
3)
Am bien t Wet D ry
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aRisultatiRisultati
… i genotipi meridionali sono cresciuti meno di tutti gli altri mentre quelli centrali (autoctoni!) sono quelli che sono cresciuti di più in modo significativo
year * genotype; M edi e M Q
Eff . cor r ente: F (4 , 363)=21,530, p=,00000
L e bar r e ver t i cal i i ndi cano i nter vall i di confi denza al 0 ,95
f
e
cd
f
e
cd
f
c
a
f
c
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f
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b
f
d
b
2005 2006 2007
year
0
1
2
3
4
5
6
7
8
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10
Vol
[dm
3] genotype M i ddle
genotype N or ther n
genotype S outher n
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rest
aRisultatiRisultati
Il Predawn Water Potential (PWP) è il parametro fisiologico che ci ha permesso di individuare il 7 % di SWC come valore soglia per un calo significativo del PWP:
S oi l W at er Cont ent ; L east S quar es M eansF (15, 476)=64,477, p=0,000
Point denot e st andar d er r or 0,95
0 5 10 15 20 25 30 35 40
S oi l W at er Cont ent (%)
-1,0
-0,9
-0,8
-0,7
-0,6
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0,0
Pre
daw
n W
ater
Pot
entia
l (M
Pa)
PW P = -0,7504+0,4319*log10(x)
St. Erro r +0 ,95 % PWP St. Erro r -0 ,95 %
sotto questo valore (con PWP compreso tra -0,4 e -0,8 Mpa) il pioppo comincia a perdere le foglie come reazione di difesa allo stress
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aRisultatiRisultati
Tra gli indici radiometrici calcolati il Red Edge Position mette in evidenza lo stress indotto dal regime idrico Dry. Lo stesso indice è anche in correlazione (r=0,74) con l’indice CCI (Chlorophyll Content Index)
T r eatment; L east S quar e M eans
F (2 , 225)=10,630, p=,00004V er t i cal bar s denote 0 ,95 confi dence i nter vals
a
b
a
A mbi ent Dr y W et
T r eatment
705
706
707
708
709
710
711
712
713
Red
Edge
Pos
itio
n (R
EP)
REP
Maximum first derivative
Nessun indice radiometrico sembra individuare una condizione precoce di stress
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aRisultati - cassoniRisultati - cassoni
Il clone N894 (nord) non reagisce al deficit idricoIl clone N068 (centro) ha un debole aggiustamento osmotico passivo con perdita acqua dal simplastoIl clone N354 (sud) mostra un adattamento osmotico significativo
Timing
O I max I rec II max
P
(M
Pa
)
0.0
0.1
0.2
0.3
A
(M
Pa
)
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
068 (Central)
(M
Pa
)
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
**
**
* *
Timing
O I max I rec II max
354 (Souhtern)
**
**
Timing
O I max I rec II max
894 (Northern)
DryWetDifferenza tra
predawn e midday water potential
Aggiustamento osmotico attivo
Aggiustamento osmotico passivo
N068 N354 N894
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aConclusioni Conclusioni
I genotipi provenienti dal nord e dal centro dell’areale del pioppo nero sembrano adattarsi meno allo stress idrico rispetto a quelli del sud. I cambiamenti climatici in atto con periodi siccitosi estremi durante la stagione vegetativa potranno aumentare il rischio di estinzione per il pioppo nero.
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aCollaborazioni in corsoCollaborazioni in corso
• ENEA Saluggia (Prove di combustione, monitoraggio ambientale, …)
• Università Piemonte Orientale (Analisi inquinanti)
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Dendrometri
FluorimetroCamera a pressione
Contenuto Clorofilla
Strumentazione CRA-PLFStrumentazione CRA-PLF
Sensore umidità suolo
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Naso elettronico
Radiometro NIR
Centralina trasmissione datiautoalimentata e
interrogabile via telefono
Strumentazione CRA-PLFStrumentazione CRA-PLF
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aStrumentazione CRA-PLFStrumentazione CRA-PLF
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aStrumentazione CRA-PLFStrumentazione CRA-PLF
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aPiante trasformatePiante trasformate
Piante transgeniche (TRX450, TRX 550) e non trasformate (CTRL) dopo 6 settimane di allevamento in vitro su substrato contenente 120 µM di solfato di Cadmio
Grazie dell’attenzioneGrazie dell’attenzione
