PRIN (Progetti di Ricerca di Rilevante Interesse Nazionale)Struttura e funzionamento degli ecosistemi: un approccio multiscalare

Per indagare a fondo sui rapporti tra diversità e funzionamento a differenti scale di osservazione, abbiamo disegnato studi empirici incentrati su una serie di habitat e di scale spaziali e tassonomiche(e.g. dal paesaggio alle reti trofiche locali, e dalla specie come unità tassonomica al fenotipo e/o alla specie ecologica – i.e. classe di taglia corporea o ruolo trofico). Il programma considerera’ habitat acquatici di varia natura ed habitat boschivi terrestri, integrando competenze proprie dell’ecologia dei sistemi acquatici e dei sistemi terrestri, di popolazione e del paesaggio. Come misura di funzionamento ecosistemico studieremo un processo essenziale per la persistenza degli ecosistemi e quindi della vita sulla Terra: la decomposizione del detrito organico. Saranno indagati anche altri importanti aspetti del funzionamento, quali la produttività primaria, i tassi di flusso trofico e di biomagnificazione dei contaminanti in alcuni degli habitat studiati. La decomposizione dipende da numerosi fattori intrinseci ed estrinseci: la scala, l’habitat, la qualita’ e densita’ dei detritivori e decompositori, la qualita’ e quantita’ di materiale da decomporre, la temperatura, i nutrienti, l’umidita’. Lo studio del rapporto tra diversita’ dei decompositori/detritivori ed il tasso di decomposizione consente di limitare l’effetto di campionamento (sampling effect), cioe’ l’aumento del funzionamento per incrementi della dimensione del campione, che si verifica invece nella relazione tra diversita’ delle piante e produttivita’ primaria, come processo ecosistemico, poiche’ entrambe utilizzano biomassa vegetale come misura. A differenza della produttività, infatti, la velocità di decomposizione è il risultato dell’attività di organismi appartenenti a differenti livelli trofici. Inoltre, nelle comunita’ a base detrito le relazioni tra consumatore e risorsa basale non sono regolati da modelli Lotka-Volterra, ma dipendono dalla risorsa stessa (controllo del donatore - Pimm 1982. Food webs. Chapman and Hall). Verosimilmente, quindi, la disponibilita’ del detrito influenza la diversita’ di queste reti, e la diversita’, a sua volta, per effetto a cascata, puo’ controllare la velocita’ di decomposizione. Anche la diversita’ fenotipica delle popolazioni detritivore influenza il consumo di detrito, introducendo ulteriori fattori di variazione nella relazione tra struttura e funzionamento. Il progetto mira, quindi, a: (1) analizzare alcuni dei principali fattori che possono influenzare la relazione biodiversità-funzionamento degli ecosistemi, come: la complessità delle reti trofiche (unità 1 e 3), la diversita’ di specie (unità 2), la variabilita’ trofo-fenotipica all’interno delle popolazioni e la distribuzione spaziale dei processi ecosistemici (unità 1 e 2). Questo sara’ fatto anche attraverso il confronto di scale spaziali (confronti intra- ed inter-habitat) e di tipologie di ecosistemi (confronti tra formazioni forestali, tra habitat terrestri e acquatici, tra habitat di acqua dolce ed acqua salmastra); (2) esplorare i patterns multi-scalari di caratteristiche ecosistemiche, che potenzialmente influenzano la biodiversità e sono rilevabili da remoto (in particolare la produttivita’ primaria stimata come NDVI), quali indicatori del funzionamento dell’ecosistema, accoppiando variabili rilevate al suolo e da remoto. L'analisi di change detection consentirà di stabilire la quantità di variazione subita dai pixel di habitat terrestre in un decennio, e analisi di eterogeneità spaziale di quegli habitats consentirà di stabire il grado di diversità del valore di NDVI. Accoppiando questi due tipi di misure si potrà stabilire se esiste e di che tipo sia la relazione tra diversità e resistenza ambientale alle perturbazioni della produttività (unità 4 e 1). Il progetto di ricerca considera habitat lotici, lentici, salmastri ed aree boschive e indaghera’ sui modelli di relazione tra diversita’ e funzionamento in questi differenti contesti ambientali evidenziando eventuali modelli ricorrenti. Il programma include ricerche in laboratorio ed in campo e unirà competenze sulle popolazioni di invertebrati, pesci, microfunghi, e quelle relative a decomposizione del detrito vegetale, e telerilevamento. La principale innovazione di questo progetto consiste nell’integrazione delle scale d’osservazione e del contesto ambientale nella relazione biodiversità-funzionamento. L’integrazione delle diverse competenze dei partners consentira’, non solo di stimare il ruolo di fattori ambientali nel determinare i patterns di ciascun sistema e confrontare i patterns di covariazione a differenti scale, ma anche di sviluppare procedure innovative per l’analisi multi-scalare e multi-habitat della biodiversità. La scelta degli habitat deriva dalla familiarità di ogni partner e dalla necessità di trattare sistemi sufficientemente differenziati sia nel contesto acquatico sia in quello terrestre per cercare pattern ecologici ricorrenti e generalizzabili.