2.6 MISURE SPERIMENTALI DELLE EMISSIONI BIOGENICHE DALLA VEGETAZIONE
2.6.4 CAMPAGNE DI MONITORAGGIO 2015
A fronte di quanto evidenziato finora, si è scelto di procedere allo studio dei flussi emissivi circadiani prodotti dall’habitat carsico durante l’intero periodo vegetativo 2015. Per la precisione si è scelto di monitorare le emissioni di isoprene da parte di QP in quanto precedentemente identificato come principale fonte di isoprene nell’area carsica vegetata a querceti. In più si è parallelamente svolto il monitoraggio del CC per una maggior comprensione delle emissioni di tale specie vegetale, altrettanto diffusa nell’area carsica. Va riportato che non è sempre stato possibile individuare giornate di campionamento ottimali, infatti, nei mesi di maggio giugno e luglio le condizioni meteo sono state caratterizzate da alta pressione e assenza di piogge anche nei giorni precedenti al campionamento invece nelle sessioni di agosto e settembre si sono riscontrati piovaschi nei giorni adiacenti e comunque un’alternanza di sole e nubi che, come si vedrà, ha influenzato i campionamenti.
Nella tabella 2.8 viene schematizzato il piano di monitoraggio seguito che ha previsto le analisi chimiche e fisiologiche di 104 campioni. In appendice sono riportati i dati ambientali e fisiologici degli esemplari campionati nonché le quantificazioni di isoprene, 3-esen-1-olo e 3-esen-1-olo acetato. Queste ultime verranno discusse qui di seguito.
Tabella 2.8: Schema riassuntivo delle campagne 2015.
Campagna Data di
campionamento
Periodo Specie (n°repliche)
(mese) Luogo ↓ CC QP 12/05/2015 BGG m 3 3 1 p 2 2 (maggio) 13/05/2015 MV m 3 3 p 3 3 08/06/2015 BGG m 3 3 2 p 2 2 (giugno) 09/06/2015 MV m 2 2 p 2 2 14/07/2015 BGG m 3 3 3 p 3 3 (luglio) 15/07/2015 MV m 3 3 p 3 3 06/08/2015 BGG m 3 3 4 p 3 3 (agosto) 07/08/2015 MV m 3 3 p 3 3 03/09/2015 BGG m 2 2 5 p 2 2 (settembre) 02/09/2015 MV m 2 2 p 2 2
2.6.4.1 Valutazione quantitativa dei flussi emissivi dai branch
Per poter calcolare il flusso emissivo (Fs) di ogni branch campionato (dove la s in pedice fa riferimento ad una determinata specie vegetale – in questo caso QP e CC) è necessario conoscere:
- la quantità assoluta di analita campionato (per questo sono state utilizzate le rette di calibrazione preparate a partire da 5 standard a concentrazione nota e crescente; la registrazione delle rispettive aree ha consentito di produrre rette di regressione in cui interpolare le aree dei campioni incogniti ed ottenerne la quantità espressa in ng); - la portata della pompa aspirante a 200 mL/min;
- il volume d’aria campionato (sempre un litro);
- la superficie fogliare del branch campionato (misurata mediante scansione delle foglie e analisi delle immagini digitalizzate).
Fs si calcola infatti mediante la seguente formula che serve a determinare i nanogrammi di VOC emessi ogni secondo da un metro quadrato di superficie fogliare (ng/(m2s)):
, ) ! #$ "à !"#$"% " ( ') ∙ $") (1*) ∙ % $.)/ ! . /"'0 ). (# $"#$ (*/%)1)
I flussi emissivi così calcolati per ognuno dei tre analiti, riportati nella sezione “Tabelle dati” – tabella D18, sono stati in primo luogo trattati statisticamente in ambiente R per determinare eventuali differenze significative fra specie (CC e QP), sito (BGG e MV) e periodo di campionamento (m e p); sono stati calcolati i p-value (v. tabella 2.9) mediante il test di Mann-Whitney eseguito per campioni accoppiati. Si notano differenze significative fra specie e periodo relativamente all’isoprene, come atteso, ma anche relativamente al 3-esen-1-olo acetato. L’emissione di 3-enen-1-olo non è distinguibile per specie ma risulta significativamente diversa fra i due momenti della giornata. Non sussistono invece differenze significative tali da discriminare i due siti di campionamento.
Tabella 2.9: p-value calcolati per le tre specie chimiche indagate, distinguendo per specie, sito e periodo. p-value specie sito periodo
iso 5,7E-06 0,126 1,2E-07
ol2 0,543 0,526 2,2E-06
In base a queste evidenze, sono stati calcolati i flussi emissivi mediati sull’intero periodo di campionamento che vengono riportati in tabella 2.10. Come si vede, i flussi emissivi sono risultati essere dell’ordine dei ng/(m2
foglias) nelle prime ore del giorno e delle centinaia di ng/(m2foglias) nelle ore centrali per quanto riguarda le emissioni di isoprene da QP, mentre per gli altri due analiti le emissioni risultano modeste. Si deduce quindi che le emissioni di isoprene da QP sono quelle determinanti per il bilancio totale del flusso di BVOC emesso dall’intero ecosistema indagato.
Tabella 2.10: flussi emissivi medi di BVOC indagati distinti per specie e periodo. periodo specie statistica ol2 ac1 iso
mattino CC media 0,01 0,48 0,15 d.s. 0,03 1,06 0,55 n 27 27 27 QP media 0,02 0,04 7,97 d.s. 0,05 0,07 7,48 n 27 27 27 pomeriggio CC media 0,94 8,14 0,26 d.s. 2,01 14,17 0,28 n 22 22 22 QP media 0,88 1,98 505,14 d.s. 1,49 3,70 337,76 n 22 22 25
2.6.4.2 Alcune considerazioni sulle emissioni di OVOC
Come noto, alcune specie chimiche vengono emesse dalle piante a seguito di stress meccanico (Geervliet et al., 1997; Turlings et al., 1998; Kessel e Baldwin, 2001). Tale fenomeno si evidenzia molto bene dai dati raccolti in tabella 2.11 dove vengono confrontati i flussi emissivi di 3-esen-1-olo e 3-esen-1-3-esen-1-olo acetato ottenuti nel 2014 e nel 2015. Si osserva infatti una riduzione di un ordine di grandezza che è conseguenza diretta del miglioramento apportato al sistema di campionamento ed alla procedura operativa. Oltre a questo, si osserva che le concentrazioni maggiori risultano nelle ore centrali della giornata e ciò può essere spiegato considerando l’aumento della volatilità dei VOC all’aumentare della temperatura. Infine si osserva che Cotinus coggygria presenta flussi significativamente maggiori rispetto a Quercus pubescens; ciò può essere spiegato considerando che le foglie di CC son più tenere rispetto a QP e quindi più facilmente danneggiabili.
Tabella 2.11: confronto fra i flussi emissivi di OVOC individuati nel 2014 e nel 2015. campagna del → 2014 (n = 4 per cluster) 2015 (n = cfr. tab.MMM) Periodo
↓
Specie ↓
ol2 ac1 ol2 ac1
media d.s. media d.s. media d.s. media d.s. mattino CC 0,01 0,01 0,95 1,06 0,01 0,03 0,48 1,06
QP 0,01 0,02 0,09 0,07 0,02 0,05 0,04 0,07 pomeriggio CC 22,29 18,92 45,54 36,31 0,94 2,01 8,14 14,17 QP 8,91 7,13 21,30 19,75 0,88 1,49 1,98 3,70
2.6.4.3 Valutazione dei flussi emissivi di isoprene
Come già evidenziato, le emissioni di isoprene sono state ricondotte in massima parte a Quercus pubescens mentre sono risultate trascurabili quelle di Cotinus coggygria. Le sue emissioni equivalgono infatti ad appena il 2% rispetto alle emissioni all’alba di QP e si riducono allo 0,1% rispetto alle emissioni pomeridiane di QP dato l’aumento del flusso emissivo di isoprene nelle ore centrali della giornata di quasi due ordini di grandezza. Per questo motivo si è scelto di elaborare solo i dati relativi a Quercus pubescens per la determinazione dei flussi di isoprene dall’habitat (FH).
Per poter determinare FH è necessario conoscere Fs ed altri parametri che sono:
- il leaf area index (LAIs) cioè la superficie specifica caratteristica per ogni specie vegetale. Essa è espressa come m2 di superficie fogliare su m2 di superficie di suolo. La sua determinazione sperimentale è alquanto laboriosa ma esistono dati di letteratura che indicano il LAI di QP pari a 4,5 m2
foglia/m2
suolo (Bréda, 2003);
- la copertura specie-specifica (Cs) all’interno dell’habitat studiato, che nel presente caso di studio è stata determinata per QP a seguito di rilevamenti su campo ed è risultata pari al 40% presso BGG e al 50% presso Monte Valerio in base alla scala Braun-Blanquet. In generale, per l’i-esima specie chimica emessa (nel qual caso l’isoprene), 2 si calcola mediante la seguente formula:
F2 4( ∙ *56 ∙ 7 8
9:
)
dove, come si può osservare è possibile sommare il contributo di tutte le n-specie emissive (che nel presente caso di studio sono limitate al solo contributo di QP).
I flussi emissivi di isoprene prodotti dagli habitat indagati sono riportati in tabella 2.12 ed espressi graficamente nelle figure 2.13 e 2.14 dove gli istogrammi mostrano rispettivamente l’andamento mattutino e pomeridiano nei due siti, durante i cinque mesi di campionamento.
Tabella 2.12: flussi emissivi di isoprene (ng/(m2s) stimati per gli habitat di BGG e MV (FH) a partire dai flussi emissivi
per superficie fogliare (Fs) distinti per mese e periodo di campionamento. (v. sezione “Tabelle dati” – tabella D18)
[Anno] mese
periodo → mattino pomeriggio
Sito ↓
Fs FH Fs FH
media d.s. media d.s. media d.s. media d.s. [2015]: maggio BGG 4,2 2,8 7,5 5,1 92,7 10,7 166,8 19,2 MV 10,7 8,2 24,1 18,4 115,7 22,7 260,3 51,1 giugno BGG 4,5 4,5 8,0 8,1 653,7 42,3 1176,7 76,1 MV 10,7 6,9 24,1 15,6 662,4 199,1 1490,3 448,0 luglio BGG 9,6 5,9 17,2 10,6 899,3 207,8 1618,7 374,1 MV 11,2 9,7 25,2 21,8 865,5 181,8 1947,3 408,9 agosto BGG 5,1 3,0 9,2 5,5 464,6 251,5 836,3 452,7 MV 13,4 16,8 30,2 37,9 247,8 69,2 557,6 155,6 settembre BGG 24,1 15,6 24,1 15,6 426,0 456,7 766,8 822,1 MV 24,1 15,6 24,1 15,6 590,1 472,5 1327,8 1063,1 [2014]: agosto BGG 4,4 4,2 7,9 7,5 848,3 127,7 1527,0 229,8 Da essi si osserva:
- una differenza significativa fra i due momenti della giornata (già ampiamente discussa); - valori tendenzialmente sempre maggiori presso il sito periurbano sebbene la deviazione
standard considerevole renda questi dati statisticamente non distinguibili (valutazione svolta anche mediante paired-test di Mann-Whitney); ad ogni modo questa evidenza è riconducibile alla maggior presenza di QP presso MV (50% contro 40%);
- una fase incrementale dei flussi emissivi durante i primi tre mesi di campionamento ed una successiva decrescita in linea con i dati di letteratura (Steinbrecher et al., 2009);
- un dato anomalo riscontrato per agosto 2015, soprattutto nelle fasi pomeridiane, che può essere dovuto alla variabilità meteoclimatica riscontrata durante il periodo di campionamento; se si osserva però il dato relativo al flusso emissivo di isoprene misurato nell’agosto 2014 (barra rosa) esso è esattamente in linea con il trend atteso;
Figura 2.13: flusso emissivo di isoprene prodotto dagli habitat di BGG e MV (dati 2015 e 2014) all’alba.
Figura 2.14: flusso emissivo di isoprene prodotto dagli habitat di BGG e MV (dati 2015 e 2014) al pomeriggio.
2.6.4.4 Valutazione della superficie fogliare specifica per CC e QP
A seguito dell’alto numero di dati raccolti nel 2015 per le specie vegetali CC e QP, con particolare riferimento alla valutazione delle superfici e masse secche fogliari (v. sezione “Tabelle dati” - tabella D20), è stato possibile calcolare il valore medio delle superfici fogliari specifiche che vengono proposte come pari a 121 ± 44 cm2/g per CC e 114 ± 25 cm2/g per QP (le masse fogliari specifiche risultano invece rispettivamente pari a 96 ± 47 g/m2 e 94 ± 31 g/m2).