Swiss FACE

Il gruppo di ricerca di Prof. Dr. J. Nösberger, in collaborazione con gruppi di ricerca svizzeri, europei e d’oltremare, ha studiato gli effetti dell’aumento delle concentrazioni di CO₂ nell’atmosfera e dell’intensificazione dell’uso sui pascoli. Sono state scoperte sorprendenti interazioni tra atmosfera, piante e suolo che non si sarebbero verificate in esperimenti in serra o in camera climatica.

La tecnica della fumigazione di CO₂ sul campo (FACE, Free Air CO₂ Enrichment) sviluppata per gli ecosistemi forestali è stata adattata e ulteriormente sviluppata per gli ecosistemi delle praterie dal Brookhaven National Laboratory, Lupton, USA, presso la stazione sperimentale dell’Istituto di Scienze vegetali di Eschikon. Questo ha permesso di studiare gli effetti delle concentrazioni di CO₂ previste tra 50 e 75 anni su sei aree di 200 m^2.

Le prove contenevano una straordinaria ampiezza di aspetti. Sono state studiate varietà coltivate altamente produttive delle due specie più importanti per la produzione di foraggio nei climi temperati, il trifoglio bianco (Trifolium repens) e il loietto inglese (Lolium perenne), ma anche una vasta gamma di specie ed ecotipi da prati naturali. Oltre alla concentrazione di CO₂, anche l’intensità di utilizzo (concimazione azotata e frequenza di taglio) è stata fortemente variata. Da un lato, questo ha permesso di confrontare la dimensione dell’effetto dell’aumento di CO₂ con quella di un’intensificazione dell’uso. D’altra parte, la diversa disponibilità di azoto ha permesso di identificare e comprendere meglio i principali processi della risposta alla CO₂ dell’ecosistema.

In serra, la CO₂ elevata ha fortemente aumentato la fotosintesi di tutte le specie di piante, comportando a un aumento significativo della resa. Al contrario in FACE le erbe con bassa concimazione di azoto hanno reagito con una riduzione della resa all’aumento della CO₂. Tuttavia, le specie di trifoglio sono state in grado di beneficiare fortemente. Hanno prodotto rendimenti più alti e sono stati molto più competitivi nei popolamenti misti.

Esperimenti di marcatura con isotopi del carbonio (¹³C, ¹⁴C) hanno dimostrato che l’aumento della fotosintesi nelle erbe non ha influenzato la resa perché gli assimilati sono stati investiti nelle radici. Utilizzando l’isotopo stabile ¹⁵N, è stato dimostrato che le specie di trifoglio hanno fortemente aumentato la fissazione simbiotica dell’azoto atmosferico sotto l’effetto di un elevato livello di CO₂. Questa è stata la chiave del loro successo con elevati livelli di CO₂.

Anche se la concentrazione di CO₂ nel suolo è molto più alta che nell’atmosfera e non è direttamente influenzata dall’atmosfera, la fumigazione di CO₂ ha portato a grandi cambiamenti nel suolo. Questi sono stati ovviamente innescati dalle piante fumigate. Così, sotto l'effeto dell’elevata CO₂ atmosferica, la denitrificazione è aumentata, la struttura dei microrganismi del suolo è stata alterata. Anche la disponibilità di azoto disponibile per le piante è stata ridotta e a sua volta ha avuto effetti di feedback sulle piante, il che potrebbe spiegare la risposta differenziale del trifoglio e delle erbe.

La collaborazione di esperti riconosciuti di diverse discipline ha portato a più di 100 pubblicazioni in riviste internazionali. I risultati mostrano la grande importanza degli effetti di feedback tra l’atmosfera, la pianta e il suolo, che possono essere studiati solo in esperimenti in condizioni di campo realistiche.