CAMPAGNA 2014: VERIFICA DEL SISTEMA DI MONITORAGGIO E PRIMI

parte del Gruppo di Ricerca di Fisiologia Vegetale del DSV, Università degli Studi di Trieste), una prima campagna di monitoraggio delle emissioni di BVOC da parte delle quattro specie vegetali preselezionate (Cotinus coggygria (CC), Fraxinus ornus (FO), Pinus nigra (PN), Quercus pubescens (QP)) utilizzando il sistema di monitoraggio studiato ad hoc nei mesi antecedenti ed effettuando i campionamenti all’alba (fra le 6:00 e le 8:00) e nelle ore centrali della giornata (fra le 13:00 e le 15:00) così da verificare la variazione circadiana dei flussi emissivi.

Il sistema di campionamento utilizzato durante la campagna 2014 era leggermente diverso da quello descritto nel paragrafo precedente, il quale è il risultato dell’ottimizzazione del primo prototipo. In particolare la sacca non era inizialmente sorretta da un esoscheletro metallico a molla ma da una reticella di plastica collocata internamente. Inoltre il sistema iniziale non prevedeva la possibilità di misurare temperatura, umidità e PAR in sacca, né prevedeva la misurazione in continuo di VOC totali mediante PID.

La campagna si è svolta esclusivamente presso il sito rurale di Borgo Grotta Gigante nelle giornate del 07/08/2014, 08/08/2014, 11/08/2014 (secondo lo schema riportato in tabella 2.2), in un periodo caratterizzato da stabilità meteoclimatica, come si evince dalla scarsa varianza dei dati microclimatici raccolti (v. tabella 2.3). La deviazione standard percentuale del 40% relativa alla radiazione fotosinteticamente attiva (PAR) del mattino è attribuibile al fatto che le fasi di campionamento si sono svolte durante il sorgere del sole.

Tabella 2.2: distribuzione dei campionamenti delle specie vegetali nelle tre giornate. Nella colonna “Periodo” le sigle m e p indicano rispettivamente i campionamenti svolti all’alba e quelli svolti nelle ore centrali della giornata.

Data di campionamento Periodo ^{Specie (n°repliche)} CC FO PN QP 07/08/2014 ^{m 3 - - 3} p 1 - 3 1 08/08/2014 ^{m - 2 3 -} p 2 2 - 2 11/08/2014 ^{m 1 1 - 1} p 1 1 - 1 Totale 8 6 6 8 28

Tabella 2.3: dati meteorologici rilevati preso BGG mediati sui tre giorni di campionamento (v. sezione “Tabelle dati” – tabella D15).

Periodo Parametri mattino pomeriggio media d.s. d.s.% media d.s. d.s.% TA (°C) 18,1 0,8 4% 28,5 1,3 5% RH% 74,7 3,0 4% 46,9 2,7 6% PAR (µmol/( m²s)) 53,0 21,2 40% 1381,8 196,8 14%

2.6.2.1 Prime evidenze sperimentali sulle emissioni di BVOC

Come si evince dalla tabella 2.4 (maggiore dettaglio nella sezione “Tabelle dati” – tabelle D13 e D14) lo studio dei 28 cromatogrammi ottenuti dall’analisi dei Tenax campionati durante la campagna 2014 ha evidenziato la presenza di 20 composti tra cui l’isoprene, 11 terpeni, 5 idrocarburi alifatici e 3 composti ossigenati (in tabella 2.4A sono riportati gli analiti per i quali, disponendo delle relative rette di calibrazione, sono state possibili le quantificazioni e quindi le determinazioni dei flussi emissivi da ogni branch (ng/(m²s) – cfr. paragrafo 2.6.4.1), mentre in tabella 2.4B sono riportati gli analiti individuati nei cromatogrammi per i quali le aree cromatografiche sono state normalizzate per la superficie fogliare di ogni branch campionato. Per le specie Cotinus coggygria e Pinus nigra si sono evidenziati i cromatogrammi più ricchi soprattutto di specie terpeniche fra cui prevalgono l’α-pinene e il limonene senza distinzioni significative fra i due momenti della giornata (celle a sfondo lilla).

Durante i campionamenti pomeridiani si osserva da parte di Fraxinus ornus, Cotinus coggygiria e Quercus pubescens l’emissione di alcuni VOC non terpenici fra cui il dodecene, il butanolo, il cis-3-esen-1-olo e il corrispettivo acetato (cis-cis-3-esen-1-olo acetato) (celle a sfondo rosa) che sono composti emessi dalle piante a seguito di stress meccanico.

Risulta infine particolarmente significativa l’emissione di isoprene da parte di Quercus pubescens nelle ore centrali della giornata (celle a sfondo verde).

Emerge dunque che queste ultime due classi di composti sono strettamente dipendenti dal periodo del giorno in cui i campionamenti sono stati svolti. Nelle ore centrali della giornata si riscontrano i valori massimi di temperatura, radiazione solare e, per contro, una riduzione dell’umidità relativa atmosferica che determinano, non solo un aumento delle emissioni di isoprene e di composti organici volatili non terpenici ma anche un aumento della conduttanza fogliare ed una riduzione del potenziale dell’acqua come si evince dalla tabella 2.5.

Tabella 2.4: A) statistiche relative ai flussi emissivi (ng/(m²s)); B) statistiche relative alle aree cromatografiche normalizzate per superficie fogliare per le quattro specie vegetali.

A mattino pomeriggio

Specie PN (n = 3) CC (n = 4) FO (n = 3) QP (n = 4) PN (n = 3) CC (n = 4) FO (n = 3) QP (n = 4) Analita: media d.s. media d.s. media d.s. media d.s. media d.s. media d.s. media d.s. media d.s.

isoprene 0 0 0 0 0 0 4 4 4 2 2 2 1 1 848 128

α-pinene 306 96 55 59 2 1 4 2 254 162 34 28 2 3 2 2

camphene 22 5 1 2 0 0 0 0 15 11 1 1 0 0 0 0

myrcene 13 5 5 6 <LOD - <LOD - 17 12 13 11 <LOD - 0 1

β-pinene 31 14 4 5 <LOD - 0 0 46 39 8 7 0 0 0 0

3-carene <LOD - 0 0 <LOD - 0 0 <LOD - 1 1 1 1 0 0

limonene 18 4 58 59 0 0 0 0 31 19 76 87 0 1 4 8

eucaliptolo 4 1 2 2 <LOD - <LOD - 9 7 5 5 <LOD - <LOD -

B mattino pomeriggio Specie PN (n = 3) CC (n = 4) FO (n = 3) QP (n = 4) PN (n = 3) CC (n = 4) FO (n = 3) QP (n = 4) α-phellandrene 811 277 233 251 0 0 0 0 3237 2951 309 402 0 0 0 0 γ-terpinene 622 208 98 115 0 0 0 0 1051 955 36 73 0 0 0 0 terpinolene 948 419 135 125 0 0 0 0 712 710 1800 2681 0 0 0 0 terpene1 (n.d.) 211 185 336 327 0 0 0 0 1373 626 4268 6049 0 0 0 0 decano 0 0 0 0 3 5 0 0 0 0 0 0 434 601 144 148 undecano 211 189 97 71 115 102 57 42 0 0 294 226 605 847 202 207 dodecano 0 0 20 41 0 0 0 0 0 0 234 159 501 697 156 185 decene 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 378 513 179 198 dodecene 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2074 1687 3465 4602 1441 1539 butanolo 0 0 150 300 20 34 0 0 0 0 197 366 1151 1758 0 0 esenolo 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 365 327 2447 4093 158 187 esenilacetato 0 0 0 0 58 14 0 0 0 0 0 0 12027 19720 635 575

Tabella 2.5: statistica dei dati relativi ai parametri fisiologici rilevati durante i campionamenti (v. sezione “Tabelle dati” – tabella D15).

Specie → PN CC FO QP

Periodo: parametro: media d.s. media d.s. media d.s. media d.s. mattino gLi (mmol/(m²s) 118,8 4,0 129,0 30,6 95,0 49,1 121,9 34,0 gLf (mmol/(m²s) 109,4 22,4 123,3 10,8 91,8 4,0 90,8 35,6 -PSI (Mpa) 0,608 0,023 0,575 0,000 0,555 0,042 0,633 0,128 pomeriggio gLi (mmol/(m²s) 141,3 72,0 635,2 197,2 355,9 17,5 525,8 187,0 gLf (mmol/(m²s) 111,8 78,8 626,2 242,5 311,8 98,4 494,3 265,9 -PSI (Mpa) 1,525 0,000 1,822 0,053 2,745 0,071 2,013 0,113

L’effetto dello stress prodotto dal campionamento è stato valutato in base alla variazione dell’apertura stomatica delle foglie dei branch presi in esame misurando la conduttanza fogliare al vapor d’acqua prima e dopo il campionamento. Come si osserva in figura 2.8, non sussiste differenza significativa fra le misurazioni effettuate prima e dopo il campionamento, nemmeno nelle ore pomeridiane, quando il forte irraggiamento solare può determinare un notevole incremento termico dato dall’“effetto serra” all’interno della sacca. Ad ogni modo, a seguito di questa prima indagine conoscitiva, si è scelto di monitorare anche le condizionizioni microcliamtiche “in-branch”. Dalla stessa tabella si può anche osservare il significativo incremento di gL nella fase pomeridiana che sussiste per tutte le latifoglie ed invece non si apprezza per il pino nero.

Figura 2.8: variazione della conduttanza fogliare al vapore d’acqua per le 4 specie campionate al mattino e al pomeriggio.

2.6.2.2 Osservazioni

Dopo la prima campagna di monitoraggio, svolta appositamente per validare la procedura di campionamento e avere prime evidenze sperimentali sulle emissioni da parte delle specie vegetali scelte nello specifico ecosistema, si è potuto osservare quanto segue:

- la specie Quercus pubescens è l’unica, fra le quattro selezionate, a dimostrare forti emissioni di isoprene all’aumentare di temperatura e radiazione solare ed è quindi stata confermata come soggetto da monitorare nelle campagne successive;

- la specie Pinus nigra dimostra emissione di terpeni non attiva ma dovuta alla volatilizzazione degli stessi dalla resina secreta dai tessuti vegetali. Ciò significa che, ad ogni modo, tale specie produce delle emissioni la cui intensità non è però monitorabile con la tecnica a disposizione e non risulta interessante ai fini della comprensione dei flussi emissivi circadiani ;

- la specie Cotinus coggygria evidenzia da una lato le stesse problematiche riscontrate per Pinus nigra. Tuttavia sussistono per CC emissioni di specie volatili non terpeniche durante le ore centrali della giornata dovute allo stress termico e a quello meccanico che hanno portato a programmare anche per CC ulteriori campagne di monitoraggio;

- la specie Fraxinus ornus non risulta una specie fortemente emissiva, per la quale, come nel caso di QP e CC, si evidenziano emissioni di composti organici volatili non terpenici nelle ore più calde della giornata che possono essere ascritti alla concomitanza dei fattori temperatura e stress meccanico (dato dal sistema di campionamento);

- si evidenzia la necessità di modificare la struttura portante della sacca e l’importanza di maneggiare con estrema cura i branch scelti per i campionamenti al fine di non danneggiare il fogliame ed inficiare il responso analitico;

- si è deciso di monitorare i parametri ambientali (temperatura, umidità e PAR) anche all’interno della sacca per rendicontare esattamente la condizione cui è sottoposto il branch in esame e di focalizzare le indagini su QP e CC.