a cura di Giorgio Vacchiano, Alessandra Bottero, Daniele Castagneri, Ugo Chiavetta, Giorgio Matteucci, Francesco Ripullone e Martina Pollastrini

Pensate a un bosco: un insieme di alberi, animali grandi e piccoli, erbe, funghi, microrganismi nel suolo, tutti in relazione tra loro. Il bosco è un sistema complesso, che stabilisce un delicato equilibrio con l’ambiente in cui vive e in particolare con il clima. Per questo motivo il fenomeno della siccità impatta significativamente sugli ecosistemi forestali. In ogni bosco, nel tempo, la pressione selettiva esercitata dalle caratteristiche tipiche di quell’ambiente ha premiato gli organismi che sono stati in grado di adattarsi meglio ad esse. Di conseguenza, le specie vegetali e animali che oggi abitano il bosco sono quelle che l’evoluzione ha dotato della forma, della velocità di crescita, della capacità di tolleranza e resistenza più idonee a vivere e riprodursi in quel clima, che sono state tramandate di generazione in generazione. Grazie a queste caratteristiche, e alle interconnessioni tra tutti gli esseri viventi, il bosco vive in una condizione di “equilibrio dinamico”: le sue specie sono in grado di rispondere agli eventi imprevisti in modo da limitare il più possibile gli impatti negativi.

Ma le cose stanno cambiando. La comunità dei climatologi e degli ecologi forestali è concorde nell’affermare che il clima globale è in rapido cambiamento rispetto al passato. La causa è l’emissione da parte dell’uomo di gas “ad effetto serra” – anidride carbonica, metano e protossido di azoto. Le manifestazioni principali del cambiamento climatico sono l’aumento delle temperature medie annuali e stagionali, l’alterazione del regime delle precipitazioni (con piogge più intense ma meno frequenti), l’aumento di eventi estremi (trombe d’aria, alluvioni, ondate di calore e incendi boschivi). Tra questi fenomeni, uno dei più preoccupanti nel bacino del Mediterraneo è l’aumento della siccità. Gli organismi che vivono nel bosco, e in particolare gli alberi, stanno già affrontando una grossa sfida.

Esistono tre tipi di siccità 

Ma che cos’è la siccità? Gli scienziati distinguono tre tipi di siccità. Quella meteorologica, che corrisponde a una diminuzione della pioggia rispetto alle medie climatiche di lungo periodo, misurata con indici quantitativi come i millimetri di precipitazione accumulata o il numero di giorni senza pioggia.

La siccità idrologica, che, in seguito alla assenza della pioggia nel bilancio idrico, determina una diminuzione del deflusso superficiale, della portata di fiumi e laghi, e della quantità di acqua circolante nel sottosuolo. Normalmente, questi effetti si manifestano con un ritardo di alcuni giorni rispetto alla siccità meteorologica.

Infine, la siccità agricola, che si riferisce agli impatti della siccità meteorologica e di quella idrologica sulle coltivazioni e sulla vegetazione naturale. Per essere definita correttamente, la siccità agricola deve tener conto della vulnerabilità dei diversi tipi di coltura o vegetazione e della loro fase di sviluppo, dalla germinazione del seme alla maturità.

La sete degli alberi

Come per tutti gli esseri viventi, anche per gli alberi l’acqua è fondamentale. Quando non ne hanno a sufficienza, le piante tendono a rallentare la fotosintesi. La riduzione dell’attività fotosintetica è uno degli effetti più evidenti e studiati della siccità, perché determina non solo una riduzione della quantità di legno prodotta, ma anche del sequestro di carbonio nella biomassa forestale.

Secondo un recente studio coordinato dai Los Alamos national laboratories negli Stati Uniti le siccità di grande intensità, che si verificheranno sempre più frequentemente nel corso del ventunesimo secolo, ridurranno la quantità di carbonio che gli alberi possono assorbire per mezzo della fotosintesi di oltre tre volte in più rispetto a quanto avvenuto in occasione delle siccità verificatesi finora. Siccità particolarmente intense o prolungate possono causare direttamente la morte degli alberi che, a causa della sempre più intensa riduzione della fotosintesi, vanno in “fame da mancanza di carbonio” (carbon starvation). Inoltre, la siccità influenza anche il ciclo riproduttivo degli alberi, ossia la fioritura, l’impollinazione, la fruttificazione, la produzione di semi vitali e le probabilità di sopravvivenza delle giovani piantine. Siccità più frequenti ed intense provocheranno, pertanto, cambiamenti nel paesaggio forestale, come osservato da due studi scientifici coordinati dalle Università di Monaco e Wurzburg, in Germania, nelle foreste dell’Europa centrale, dove si sono osservate estese aree di deperimento e morte degli alberi in seguito alla siccità dell’estate 2018.

Come ben sanno tutte le persone che hanno un orto o semplicemente delle piante in vaso, la quantità di acqua che le piante necessitano dipende anche dalla temperatura dell’aria. Più fa caldo, più le piante hanno bisogno di acqua e più facilmente entrano in stress idrico se questa scarseggia. Certamente, le foreste che si trovano in regioni calde e con scarse precipitazioni (regioni semi-aride e aride), come molti boschi mediterranei, anche se meglio adattate di altre a precipitazioni ridotte, possono essere soggette alla siccità. È stato comunque osservato, che l’aumento delle siccità, connesso al riscaldamento globale, sta causando il deperimento e la morte di alberi e arbusti in diverse foreste del mondo, incluse quelle tropicali, che crescono in zone con abbondanti precipitazioni, e quelle boreali, che vivono in regioni con basse temperature.

In alcune regioni del mondo caratterizzate da un clima siccitoso, come ad esempio nell’Italia meridionale e insulare, un peggioramento delle condizioni idriche potrebbe portare alla sostituzione naturale di specie vegetali e di comunità forestali, passando da boschi sempreverdi, come le leccete, a formazioni di macchia mediterranea, con numerose specie arbustive, sino ad arrivare anche a formazioni a gariga. Anche in altre regioni, potremmo osservare un cambiamento delle specie di alberi che popolano il bosco. Uno dei maggiori problemi di questi cambiamenti è la loro velocità che potrebbe non consentire adattamenti come nel passato.

Come le piante reagiscono allo stress idrico

Non tutte le specie arboree subiscono gli effetti della siccità allo stesso modo. Esistono specie piú resistenti (cioè che risentono meno degli effetti immediati della siccità) e specie più resilienti (che sono maggiormente capaci di riprendersi dopo la siccità). Tutte queste specie, infatti, adottano strategie di risposta alla siccità molto diverse tra loro.

Le specie chiamate isoidriche, tra cui i pini mediterranei, ai primi segnali di stress idrico chiudono gli stomi, aperture microscopiche che si trovano sulle foglie ed attraverso le quali avviene la fotosintesi con assorbimento di anidride carbonica e perdita di acqua sottoforma di vapore (la traspirazione). La chiusura degli stomi permette di ridurre il consumo di acqua. Però, se il vapore acqueo non può più uscire, la CO2 non può più entrare, quindi la fotosintesi rallenta e, all’estremo, si interrompe.

Diversamente, le specie anisoidriche, come i pioppi e alcune querce caducifoglie, mantengono gli stomi aperti fino a quando l’intensità della siccità raggiunge valori elevati. Questo comporta un grande dispendio di acqua, ma permette alla pianta di fotosintetizzare anche in condizioni mediamente siccitose. Benché questa seconda strategia comporti un consumo di acqua più elevato, troviamo specie anisoidriche anche in ambienti siccitosi.

Le specie che vivono in ambienti caratterizzati da siccità possono avere adattamenti particolari, nella forma, nelle dimensioni e nella consistenza dei loro organi, che permettono di ridurre il consumo di acqua o un suo uso più efficiente. Ad esempio, molte specie mediterranee ricoprono le proprie foglie con peli (i tricomi) e con una cera che riduce la traspirazione e quindi la perdita d’acqua. Anche lo sviluppo dell’apparato radicale gioca un ruolo importante nella risposta delle piante alla mancanza di acqua nel suolo. Un recente studio condotto da ricercatori italiani e spagnoli ha confermato che le specie con radici più profonde riescono ad accedere alle risorse idriche in profondità, che si esauriscono più difficilmente, riuscendo a fronteggiare meglio i periodi di siccità. Oltre che tra specie, è stato dimostrato che anche le differenze di profondità tra gli apparati radicali dei singoli individui (misurate usando l’isotopo deuterio dell’acqua per tracciare da quale profondità l’acqua venisse assorbita da ciascuna pianta) gioca un ruolo determinante nella sopravvivenza delle piante in caso di siccità intensa.

La combinazione di specie diverse all’interno di un bosco può quindi influenzare la resistenza complessiva della comunità vegetale. Ad esempio, specie con apparati radicali distribuiti lungo il profilo verticale del suolo possono sfruttare meglio l’acqua e i nutrienti del suolo rispetto a un bosco costituito da piante che attingono risorse alla stessa profondità, entrando quindi in competizione l’una con l’altra.

Più in generale, le piante resistono alla siccità attraverso tre strategie:

• evitare l’avversità (stress escape). Le piante che seguono questa strategia compiono il proprio ciclo di sviluppo evitando la siccità. Ad esempio, piante con ciclo biologico molto breve che viene completato prima dell’arrivo della siccità estiva, come diverse specie della macchia mediterranea e molte specie erbacee;
• evitare lo stress (stress avoidance). Rientrano in questa categoria le piante che possiedono degli adattamenti morfologici e/o funzionali che permettono di minimizzare lo stress causato dalla siccità. Ad esempio, piante come l’aloe o altre piante “succulente”, capaci di accumulare e conservare l’acqua nelle foglie; o l’oleandro, che ha una spessa cuticola fogliare che limita la traspirazione; o alcune conifere con foglie sottili e aghiformi;
• tollerare lo stress (stress tolerance). Le piante in grado di tollerare la siccità sono caratterizzate da meccanismi fisiologici che consentono loro di ridurre gli effetti dello stress idrico. Ad esempio, alcune piante che vivono nei deserti in grado di seccarsi e reidratarsi nel giro di poche ore.

All’interno dello stesso bosco, in caso di siccità, le specie meno resistenti andranno prima incontro a sofferenza e, eventualmente, alla morte. Ad esempio, sulle Alpi, il pino silvestre, il larice o l’abete bianco soffrono meno rispetto all’abete rosso, che ha radici più superficiali e poco capaci di cercare l’acqua in profondità. Se pensiamo all’ambiente mediterraneo, il pino d’Aleppo è una delle specie più adattate alla siccità, e che quindi potrà resistere meglio al cambiamento climatico essendo, tra l’altro, anche una specie adattata e favorita dal passaggio del fuoco.

Le nuove regole del gioco climatico

I modelli predittivi sul clima ci dicono che alla fine del ventunesimo secolo, se il riscaldamento globale continuerà ai ritmi attuali, l’Europa meridionale, Italia inclusa, avrà un clima caldo e siccitoso in cui solo le specie tipicamente mediterranee, come le querce sempreverdi e i pini mediterranei, riusciranno a sopravvivere. Le altre specie forestali troveranno le condizioni climatiche necessarie al loro sviluppo solo a quote elevate sull’Appennino centro-settentrionale e sulle Alpi.

Negli ultimi decenni è stato osservato un aumento progressivo della vulnerabilità ai cambiamenti climatici degli ecosistemi forestali, con numerosi casi di deperimento e mortalità degli alberi in ogni parte del globo, causati soprattutto dall’aumento della frequenza ed intensità della siccità. In Italia, sono stati segnalati numerosi casi di deperimento e moria di querce, come la farnia nel parco Regionale del Ticino, e di conifere, tra cui il pino silvestre e l’abete bianco e del castagno alle quote più basse. I sintomi più comuni di deperimento dei boschi sono la defogliazione e il disseccamento della chioma, la riduzione delle dimensioni e la ritardata emissione delle foglie, la fessurazione della corteccia e in molti casi la morte della pianta. Il deperimento da siccità è quindi ampiamente presente in Italia, ma allo stato attuale manca una conoscenza approfondita sulle cause e i meccanismi, e soprattutto non è stata determinata l’entità e la distribuzione completa del fenomeno. Di recente, è stata messa in atto un’iniziativa da parte di alcuni ricercatori dell’Università della Basilicata e del gruppo di lavoro Sisef “Foreste, tra Mitigazione ed Adattamento” per realizzare un censimento di tutti i siti forestali di deperimento in Italia e creare una banca dati a livello nazionale.

Tali fenomeni, soprattutto in ambiente Mediterraneo, possono alterare rapidamente la composizione, la struttura e il funzionamento degli ecosistemi forestali, con gravi conseguenze su biodiversità, paesaggio, sequestro del carbonio e altri servizi ecosistemici. Conoscere dove e quando si verificano fenomeni di siccità aiuta a capire quali sono le cause di danno alle foreste e a identificarne la vulnerabilità, al fine di predisporre interventi di gestione volti alla salvaguardia dei boschi più suscettibili.

Il monitoraggio dello stress idrico nelle foreste

Per tutte le ragioni descritte finora, il mondo scientifico è impegnato in att