Evaluation and modelling at the landscape scale of ecophysiological functions related to water and carbon cycles in complex agroforestry systems of Aniene Valley

Dottorato di ricerca in Ecologia forestaleLe strutture e le funzioni degli ecosistemi terrestri hanno forti effetti sui cicli biogeochimici globali. Il focus di questo lavoro è sugli effetti generati da biocenosi di tipo agrario, forestale o misto, sulle dinamiche di accumulo e di rilascio di carbonio, sul ciclo dell'acqua, sui cicli dei nutrienti. I servizi insiti nelle funzioni degli ecosistemi terrestri vengono studiati con approcci ecofisiologici e coniugati ad analisi strutturale dei mosaici ecosistemici, relativamente ad un comprensorio di studio localizzato nella fascia sub-montana della Valle dell’Aniene. Obiettivo principale è l'indagine di proprietà emergenti su scala geografica differenziata, dall’ecosistema al territorio reale. Il trasferimento di studi di base verso l'applicazione territoriale si concretizza in un carattere fortemente interdisciplinare delle ricerche svolte. Il lavoro ha inizio con l’analisi eco-fisiologica, genetica e produttiva di ecotipi autoctoni di Phaseolus vulgaris tipici dell’area. Nel corso degli studi è stato possibile osservare le differenze fisiologiche, produttive e genetiche tra le varietà oltre all’andamento stagionale della composizione isotopica del carbonio e dei valori dell’efficienza d’uso idrico (WUE). Da tali osservazioni si è partiti per la predisposizione di un modello agroforestale che, oltre a tener conto di elementi ecologici intrinseci del paesaggio e di fattori socio-economici, potesse avere effetti positivi sul microclima, attenuando gli stress rilevati con le analisi di cui sopra. Il modello agroforestale sperimentato è stato, inoltre, ideato sulla base di un’analisi geografica dell’uso del suolo. Tale analisi è stata finalizzata alla valutazione delle reali potenzialità di diffusione e di effetto del modello agroforestale sul paesaggio ecologico della Valle dell’Aniene. Il modello proposto è basato sull’aumento della complessità aziendale e, nello specifico, sull’inserimento di sistemi lineari costituiti da Salix alba all’interno della matrice agraria. Questo sistema agroforestale interverrebbe positivamente sul ciclo dell’acqua e del carbonio in termini di flussi ecosistemici di traspirazione ed assimilazione, migliorando l’uso della risorsa idrica e la produttività delle colture erbacee. Altro aspetto saliente del lavoro è l’indagine socio economica realizzata allo scopo di valutare la propensione delle popolazioni locali all’uso delle risorse disponibili. Tale approccio ha consentito di verificare che gli elementi di innovazione, introdotti nel contesto dello sviluppo di attività agroforestali, possano essere concretamente impiegati dagli attori territoriali. Obiettivo ultimo di questo lavoro è l’elaborazione di un modello di stima della resilienza di un sistema territoriale di tipo bioculturale, nella prospettiva di un percorso di sviluppo sostenibile. Con il termine resilienza, si vuole qui intendere la propensione di un sistema territoriale a reagire dinamicamente ai cambiamenti degli scenari ambientali e socioeconomici, in direzione di nuovi equilibri. In conclusione si può affermare che il territorio in oggetto, pur presentando notevoli problematiche di ordine socio-economico, presenta una disponibilità di risorse ambientali tale da consentire un recupero della funzionalità del paesaggio ecologico e dei suoi elementi costitutivi.Structures and functions of terrestrial ecosystems directly contribute to global biogeochemical cycles. The present work was focused to investigate the potential effects of agroforestry systems on biodiversity services linked to carbon, water and nutrients cycles. To accomplish this main aim, a multidisciplinary approach was applied to some relevant ecosystem functions of Aniene Valley. Ecophysiological investigations are joined to a land cover analysis of the studied territory in order to highlight the emergent properties from the rural ecosystems to the landscape. Local varieties of Phaseolus spp. are firstly taken into account as relevant elements of the agricultural biodiversity of the Valley. Different cultivars or ecotypes are characterised according to agronomic, physiological and genetical studies. Relevant diversity was found among the varieties, concerning all the studied characteristics. The seasonal variation of water-use efficiency (WUE), a physiological trait with implications on productivity and adaptedness under water limited conditions, was also investigated. Following the different perspectives, an agroforestry model was developed in order to enhance the economical and ecological benefits of an agricultural recovery of the Valley. Particularly, the model is planned to enclose linear tree plantations of Salicaceae species (Salix alba) within the farm. In this way both ecological and agronomic purposes would be satisfied by the complexity enhancement of the agricultural ecosystem. The potential diffusion of this agroforestry model was also simulated on the basis of geographic information technologies (GIS). An amelioration of water-use patterns, of productivity and of biodiversity level is estimated for the Valley landscape. The willingness of Valley human population to recover the use of local resources was investigated from a socio-economical perspective. Local stakeholders resulted interested to the innovation enclosed in the idea of a sustainable exploitation of local environmental resources. Finally, resilience/vulnerability of biocultural landscapes is discussed resuming ecological and anthropological perspectives on the sustainable use of natural resources. Ecological and socioeconomical problems were highlighted along the frame of the present study. However, the availability of a considerable amount of local resources and the attention paid by local populations to the matter of sustainable development would aid in the multifunctional recovery of the landscape