Rita Baraldi1, Arkadiusz Przybysz2, Osvaldo Facini1, Lorenzo Pierdonà1, Giulia Carriero1, Gianpaolo Bertazza1 e Luisa Neri1
1Institute of BioEconomy-National Research Council (IBE-CNR), Via Gobetti 101, 40129 Bologna, Italy
2Section of Basic Research in Horticulture, Department of Plant Protection, Institute of Horticulture Sciences, Warsaw University of Life Sciences—SGGW (WULS-SGGW), Nowoursynowska 159, 02-776 Warsaw, Poland
Riassunto: Con questo lavoro abbiamo voluto studiare gli effetti dei cambiamenti climatici, in particolare la ridotta quantità dell’acqua e la salinità del suolo, sul Liquidambar styraciflua, una specie ornamentale ampiamente diffusa nelle nostre città conosciuto più comunemente lo Storace Americano, per verificarne la resistenza in condizioni avverse che si possono verificare in contesti urbani. In particolare, abbiamo considerato l’impatto degli stress idrici e salini, sia da soli che in combinazione, su diversi processi fisiologici fondamentali per la sopravvivenza delle piante e per la difesa dagli stress quali: potenziale idrico fogliare, gli scambi gassosi, la fluorescenza della clorofilla a, il ciclo delle xantofille e l’emissione dell’isoprene. Lo studio ha dimostrato che in generale lo stress idrico ha un impatto fisiologico negativo più rapido mentre lo stress salino è più duraturo. Entrambi gli stress influiscono sulle risposte fisiologiche delle piante diminuendo l’attività fotosintetica, la traspirazione e la conduttanza stomatica, processi che sono indispensabili per la crescita e la sopravvivenza della pianta stessa.
Lo studio ha dimostrato che, in seguito a reidratazione e all’eliminazione del sale in eccesso, il Liquidambar ha la capacità di recuperare completamente i suoi parametri fisiologici, non subendo danni permanenti all’apparato fotosintetico. Le piante di Liquidambar quindi hanno la capacità di resistere e sopravvivere anche in ambiente urbano a moderati eventi di siccità e salinità attivando meccanismi di difesa che conferiscono tolleranza agli stress ambientali.
Contesto: Gli alberi forniscono un’ampia gamma di servizi ecosistemici in ambiente urbano, portando benefici per l’ambiente, il clima e i cittadini. Infatti possono migliorare l’ambiente urbano riducendo l’effetto dell’isola di calore (cioè il fenomeno che determina un microclima più caldo all’interno delle aree urbane cittadine, rispetto alle circostanti zone periferiche e rurali), sequestrando l’anidride carbonica (CO2) e riducendo gli inquinanti atmosferici.
Tuttavia, le prestazioni e la funzionalità degli alberi urbani possono subire limitazioni a causa di diversi fattori quali le attività umane, una ridotta illuminazione, gli inquinanti ambientali, una ridotta disponibilità di acqua, temperature estreme e la compattazione del suolo; inoltre alcuni di questi fattori possono essere aggravati dai cambiamenti climatici. Il deficit idrico e la salinità del suolo e sono i due principali stress ambientale che limitano significativamente la crescita delle piante e la durata della loro vita in città. Sfortunatamente, questi fattori stanno diventando sempre più diffusi in molte regioni e la loro gravità continuerà ad aumentare. Nelle città, la siccità è indotto da una maggiore evapotraspirazione e da un volume limitato del suolo che impedisce di trattenere una quantità sufficiente di acqua nel suolo stesso. L’elevata salinità del suolo si verifica principalmente nelle aree urbane delle zone temperate e boreali a causa dell’uso prolungato di sali antigelo, generalmente cloruro di sodio, durante il periodo invernale. La dispersione del sale dalle superfici pavimentate al terreno circostante provoca un picco di salinità nelle zone esplorate dalle radici lungo la strada, soprattutto all’inizio della stagione di crescita, quando gli alberi sono più sensibili. Gli effetti negativi dei sali antigelo possono essere amplificati da altri fattori ambientali, come la siccità. Questi stress hanno effetti negativi sui servizi ecosistemici delle piante, agendo su risposte fisiologiche, biochimiche e molecolari come la chiusura stomatica, la riduzione dello scambio di gas etc. Lo stato funzionale dell’apparato fotosintetico è un indicatore fisiologico della sensibilità delle piante agli stress abiotici ambientali. Le piante hanno la capacità di attivare diversi meccanismi fisiologici di fotoprotezione o antiossidativi per proteggere l’apparato fotosintetico da danni provocati da stress, come la dissipazione termica o chimica della luce o l’emissione di sostanze organiche volatili (VOC) come l’soprene. L’isoprene è però un composto altamente reattivo, che nel contesto urbano può portare alla produzione di ozono troposferico (O3), un inquinante secondario e gas serra formato in presenza di ossidi di azoto (NOx) e VOC. La formazione fotochimica di inquinanti secondari è un problema ambientale serio a causa del loro effetto negativo su qualità dell’aria e salute umana. Quindi, è importante valutare le risposte delle piante ai fattori di stress urbani, tenendo presente l’influenza dell’emissione di BVOC, soprattutto isoprene, sulla chimica dell’atmosfera.
In questo studio, abbiamo approfondito come gli effetti di livelli moderati di siccità, stress salino e loro la combinazione influenzino il potenziale idrico fogliare, l’efficienza dell’apparato fotosintetico e l’emissione di isoprene nello storace americano, una specie di latifoglie originaria del Nord America, utilizzata nelle città europee per i suoi valori estetici ma che è un’elevata emettitrice di isoprene, e sensibile alla salinità e alla carenza idrica.
Conclusioni: Nel complesso, questo studio ha evidenziato l’importanza delle risposte fisiologiche dello Storace Americano nel far fronte al deficit idrico e allo stress salino che si verificano nelle città a diverse intensità durante la crescita stagionale. In seguito a siccità e stress salino transitori, l’efficienza fotosintetica di queste piante è notevolmente diminuita, come pure l’emissione di isoprene ma con una intensità minore, con un concomitante aumento dei fenomeni di dissipazione termica e chimica del calore. Questo ha protetto da danni permanenti l’apparato fotosintetico permettendo così alle piante di sopravvivere e recuperare la loro funzionalità fisiologica quando la pressione degli stress è terminata.
In conclusione, questo studio migliora la nostra comprensione di quanto sia la limitata disponibilità di acqua che la salinità influenzino la fotosintesi e l’emissione di isoprene, comprensione che è vitale per prevedere l’interazione tra biosfera e atmosfera nelle aree urbane fortemente popolate. Lo Storace Americano è in grado di resistere e sopravvivere a eventi di siccità e salinità limitati, attivando meccanismi di difesa che consentono il mantenimento delle prestazioni della pianta in condizioni di stress e il recupero dopo la siccità stagionale e in seguito all’incremento della salinità del suolo, senza aumentare l’emissione nell’atmosfera di isoprene, composto altamente reattivo.