La produttività e la stabilità degli ecosistemi forestali dipendono fortemente dalla diversità funzionale delle comunità vegetali. I ricercatori dell'Università di Zurigo hanno sviluppato un nuovo metodo per misurare e mappare la diversità funzionale delle foreste a diverse scale, dai singoli alberi a intere comunità, utilizzando il telerilevamento aereo. Il loro lavoro apre la strada a future missioni aeree e satellitari per monitorare la diversità funzionale globale delle piante.

Gli studi ecologici hanno dimostrato relazioni positive tra la diversità delle piante e il funzionamento dell'ecosistema. Le foreste con una maggiore diversità funzionale sono generalmente più produttive e stabili su lunghi tempi rispetto alle foreste meno diversificate. Diverse comunità vegetali mostrano una maggiore efficienza e utilizzo delle risorse, maggiore produttività e stabilità dell'ecosistema e può far fronte meglio alle mutevoli condizioni ambientali - un effetto assicurativo della biodiversità. Sono anche meno vulnerabili alle malattie, attacchi di insetti, fuoco e tempeste.

Nuovo metodo per studiare dall'alto interi ecosistemi forestali

La diversità funzionale delle piante può essere misurata direttamente mappando dall'alto i tratti morfologici e fisiologici selezionati di una foresta. Nel passato, i tratti funzionali delle piante dovevano essere misurati con un lavoro sul campo molto laborioso. Questo lavoro sul campo era limitato a pochissimi tratti misurabili su appezzamenti più grandi o molti tratti su appezzamenti molto piccoli o singoli alberi. I ricercatori dell'UZH e del California Institute of Technology / NASA Jet Propulsion Laboratory hanno ora sviluppato un nuovo metodo di telerilevamento per mappare la diversità funzionale delle foreste da piccola a grande scala, indipendente da qualsiasi unità di vegetazione predefinita o informazione sulle specie e senza la necessità di una calibrazione basata sul terreno.

Il team di ricerca ha applicato i propri metodi sul monte Laegern, un ecosistema di foresta mista temperato situato vicino a Zurigo, Svizzera. "Con il telerilevamento, abbiamo l'opportunità unica di studiare interi ecosistemi forestali mappando continuamente i loro tratti funzionali guardando dall'alto le foglie della chioma forestale su aree molto vaste, " afferma Michael Schaepman dei Laboratori di Telerilevamento del Dipartimento di Geografia.

I tratti funzionali indicano l'attività e lo stato di salute degli alberi

Con la scansione laser aerea, gli scienziati hanno misurato le caratteristiche morfologiche della chioma forestale come l'altezza della chioma, densità del fogliame e dei rami. Queste misurazioni indicano come la luce solare viene assorbita dalla chioma per assimilare l'anidride carbonica dall'aria e utilizzare il carbonio per crescere. In un baldacchino con una struttura più diversificata, la luce può diffondersi meglio tra i diversi strati verticali della chioma e tra le singole chiome degli alberi, consentendo una cattura più efficiente della luce. I ricercatori hanno anche caratterizzato la foresta per quanto riguarda le sue proprietà biochimiche utilizzando la spettroscopia di imaging aereo. Misurando come le foglie riflettono la luce in molte bande spettrali, sono stati in grado di ricavare tratti fisiologici come il contenuto di pigmenti fogliari (clorofille, carotenoidi) e contenuto idrico fogliare. "Questi tratti fisiologici forniscono informazioni sull'attività e sullo stato di salute degli alberi. Possiamo vedere, Per esempio, se un albero soffre di stress idrico, e quale strategia di allocazione delle risorse sta seguendo un albero o come si adatta all'ambiente, " aggiunge Schaepman.

Modelli di diversità osservati coerenti con la topografia e il suolo

I ricercatori hanno convalidato il loro metodo confrontando i risultati con misurazioni sul campo a livello di foglia, dati e database di inventario delle parcelle a livello di specie che forniscono valori dei tratti funzionali. Utilizzando la modellazione al computer, sono stati in grado di valutare i modelli di diversità dei tratti morfologici e fisiologici a un'intera gamma di scale, dalla diversità locale tra i singoli alberi a modelli su larga scala di comunità vegetali che seguono gradienti ambientali. Il team ha trovato una forte relazione tra i modelli di diversità funzionale osservati e fattori ambientali come il suolo e la topografia, con minore diversità sul crinale della montagna in condizioni ambientali più dure, dove gli alberi si sono adattati all'aridità, ripido, terreni poco profondi e rocciosi.

Potenziale per valutare la diversità funzionale dallo spazio

"Con il telerilevamento, ora siamo in grado di misurare e monitorare la diversità delle foreste, permettendoci di osservare i cambiamenti su larga scala e fornendo informazioni spaziali per la conservazione della natura e le strategie di mitigazione dei cambiamenti climatici, " sottolinea Michael Schaepman. Poiché la metodologia è limitata solo dalla disponibilità di sensori tecnologici avanzati, questo lavoro apre la strada a future missioni aeree e satellitari volte a monitorare la diversità funzionale globale delle piante dallo spazio.