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Cambiamento globale e dinamica di distribuzione delle piante in ambienti montani: il ruolo dei fattori biotici e abiotici
Full text linkNella mia tesi di dottorato ho cercato di comprendere come il cambiamento globale stia modificando la distribuzione delle piante vascolari studiando contemporaneamente il ruolo del surriscaldamento delle temperature e dei cambiamenti di uso del suolo. Oltre agli effetti diretti di questi fattori abiotici ho indagato il ruolo degli insetti fitofagi nel modificare le dinamiche di popolazione e comunità di piante native e esotiche.
Nella prima parte della tesi di dottorato, riporto tre studi a breve termine sull'effetto di cambiamento climatico, disturbo antropico e interazioni biotiche sulle dinamiche di insediamento delle piante a scala locale. Nel primo studio, abbiamo condotto un esperimento in semi-campo, disturbando il suolo e manipolando la disponibilità di acqua, di azoto e la pressione degli insetti fitofagi. L'insediamento delle piante è stato modulato dall'azione combinata di fattori biotici e abiotici solitamente poco considerati, come la tempistica della perturbazione del suolo e la fitofagia. Nel secondo studio, ho investigato le stesse tematiche replicando l'esperimento in condizioni naturali nelle Alpi Europee lungo ripidi gradienti altimetrici. I risultati hanno nuovamente sottolineato l’importanza del ruolo degli insetti fitofagi, la cui pressione naturale è in grado di amplificare gli effetti negativi del disturbo del suolo sulle piante native, favorendo così quelle esotiche. Nel terzo studio, ho indagato lungo gli stessi gradienti altimetrici l'abbondanza e la diversità di due gruppi chiave di insetti fitofagi con tratti funzionali contrastanti, cavallette (Orthoptera) e cicaline (Rynchota, Auchenorrhyncha). È stato dimostrato che specie termofile, come le cavallette, saranno probabilmente favorite dal riscaldamento climatico, mentre gruppi più specializzati, come le cicaline, potrebbero essere minacciati dal disturbo antropico.
Nella seconda parte della tesi di dottorato, riporto due studi a lungo termine su scala regionale, con i quali sono stati esplorati gli effetti del cambiamento climatico e dell'uso del suolo sulle dinamiche di popolazione e sulla ridistribuzione di specie vegetali native ed esotiche. Nel quarto studio, ho confrontato le risposte al cambiamento globale di piante localmente estinte, a rischio ed esotiche. È emerso che le piante esotiche si stanno diffondendo rapidamente dalle valli, mentre le specie a rischio stanno contraendo la loro distribuzione. La più alta concentrazione di piante estinte, a rischio ed esotiche si trova per tutti e tre i gruppi nelle valli, dove la pressione umana è più forte. Inoltre, nelle valli le specie esotiche possono sostituire facilmente specie native meno competitive. Nel quinto studio, ho analizzato le tendenze demografiche e la distribuzione di circa due terzi delle specie di orchidee alpine. La numerosità della maggior parte delle popolazioni è diminuita e molte specie sono state incapaci di rispondere al riscaldamento climatico poiché si trovavano in habitat degradati e/o frammentati. Questi risultati hanno suggerito che l'interazione tra il cambiamento climatico e il cambiamento dell'uso del suolo provoca il declino delle orchidee.
Da questa tesi sono emersi tre messaggi principali. In primo luogo, risulta cruciale adottare un approccio multifattoriale per indagare gli impatti del cambiamento globale sulla distribuzione delle specie. In secondo luogo, è emersa l’importanza delle interazioni biotiche nel modificare le dinamiche di insediamento vegetale. Infine, abbiamo visto come i tratti funzionali delle specie possano migliorare la nostra capacità di prevederne le risposte al cambiamento globale.Understanding the drivers of species redistribution dynamics and determining the role of climate change, human disturbance and biotic interactions are fundamental challenges of ecology and conservation biology. In my PhD thesis, I addressed these issues in the European Alps, a highly biodiverse region among the most vulnerable to global change.
In the first part of the PhD thesis, I investigated the short-term effects of climate change, human disturbance and biotic interactions on plant establishment dynamics at the local scale. In the first study, we performed a semi-field experiment, where we disturbed the soil and manipulated drought, nitrogen fertilization and arthropod herbivory. Plant establishment was modulated by the combined action of biotic and abiotic factors such as timing of soil disturbance and herbivory that are usually overlooked drivers. Results from this experiment stressed the need to incorporate herbivory effects and to adopt a multiple factor approach in global change studies. In the second study, I addressed similar questions by replicating the experiment under natural conditions in the European Alps along elevational gradients. Results from this field experiment highlighted the important role of arthropod herbivores, showing that natural herbivory might amplify soil disturbance negative effects on resident native species and favour exotics. Along the same elevational gradients, in the third study, I investigated what drives abundance and diversity of two key guilds of herbivorous insects with contrasting life-history traits. Thermophilic species such as grasshoppers will likely benefit from climate warming, while more specialised species such as leafhoppers are under threat by land-use change. With this study, I stressed that species will respond differently to global change based on their ecological strategy.
In the second part of the PhD thesis, I explored the long-term effects of climate change and land-use on population and range dynamics of native and exotic species at the regional scale. In the fourth study, I compared the response to global change of extinct, threatened and exotic plants. Exotic plants are spreading quickly from anthropized valleys to alpine areas, while threatened species are contracting their range. The highest concentration of extinct, threatened and exotic plants was found in the lowlands, where human pressure is at its highest and protection at its minimum. In the lowlands, exotic species might displace threatened plants with low competition ability. In conclusion, I stressed the urgent need to mitigate habitat deterioration and loss in the lowlands, thereby enabling the survival of threatened populations. Finally, in the fifth study, I analysed demographic trends and range dynamics over 28 years for about two thirds of alpine orchid species. Abundance of most populations has declined and orchids were often unable to respond to climate warming and did not move from degraded and fragmented habitats. Results suggest that climate change was not the only factor threatening orchid persistence, but that the interaction between climate change and land use change drove orchid declines.
In conclusion, three main messages emerged from these five studies. First, we should adopt a multiple factor approach when investigating global change impacts on species distribution. Most current research focuses on climate change impact, while a scenario where climate change is the only driver is highly unrealistic. Second, a better integration of multiple drivers should also incorporate the effects of biotic interactions. Here, I could stress the important role played by arthropod herbivores, but I could not integrate biotic interactions in long-term studies and many questions remain open. Finally, I advocate that considering species life-history traits should improve predictions of global change responses
Exploring human–pollinator relationships: Synergies between beekeeping and wild pollinator conservation
No full textArthropod functional traits shaped by landscape-scale field size, local agri-environment schemes and edge effects
Full text linkLandscape and habitat effects on pest control and seed predation by carabid beetles
No full textIn both natural and anthropogenic environments, predation by arthropods plays a crucial role in the control of weeds and pests. Carabid beetles (Coleoptera: Carabidae) are key generalist predators feeding on a wide range of prey. The composition and functionality of carabid communities are shaped by multiple factors, both at the local and landscape scale, but these effects can vary depending on the environmental context. Our aim was to explore the effects of landscape composition and local habitat type on carabid community diversity and on insect pest and weed seed predation. We sampled 96 sites belonging to three habitat types (crop field margin, semi-natural and urban green area) selected along a gradient in landscape composition across four regions in northern Italy. Carabid communities were sampled using pitfall traps, insect pest predation was assessed using dummy caterpillars and seed predation was measured using seed cards. Predation rates varied across habitat types, with both pest and seed predation rates decreasing in urban environments compared to crop field margins and semi-natural habitats. Increasing crop areas in the surrounding landscape increased carnivorous carabid diversity and abundance, which in turn increased insect pest predation, while these effects were not observed for seed predation. At the local scale, maintaining semi-natural patches and herbaceous crop field margins, especially in intensive landscapes, represents an effective measure to safeguard carabids and promote the ecosystem services provided by this key arthropod group. However, agricultural expansion at the landscape scale favored carabids and their predation activity indicating that many species are generalist, well-adapted to intensive agricultural landscapes
Effects of temperature and plant diversity on orthopterans and leafhoppers in calcareous dry grasslands
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Agri‐environment schemes enhance pollinator richness and abundance but bumblebee reproduction depends on field size
No full textEffect of organic and conventional management on soil invertebrates and vascular plants in vineyards
No full textopenNegli ultimi anni è aumentata notevolmente l’attenzione globale ad un utilizzo più consapevole e sostenibile degli agroecosistemi che supporti la biodiversità e i servizi ecosistemici. Le colture permanenti, come i vigneti, potrebbero mantenere un’elevata biodiversità rispetto alle colture annuali, per via della maggiore stabilità e del minore disturbo. Tuttavia, i vigneti continuano a rappresentare uno degli agroecosistemi più dipendenti dai pesticidi in Europa.
Tra le strategie proposte per mitigare gli impatti della gestione intensiva vi è la conversione all’agricoltura biologica, considerata una pratica promettente per la conservazione della biodiversità e il mantenimento delle funzioni ecosistemiche. Tuttavia, se da un lato l’agricoltura convenzionale si caratterizza per l’uso di fitofarmaci chimici e fertilizzanti di sintesi, dall’altro anche i sistemi biologici possono includere lavorazioni meccaniche del suolo e l’impiego di sostanze non sintetiche che possono anch’esse avere effetti negativi sulla biodiversità.
Questo studio, svolto nell’ottobre 2024 in 14 vigneti situati nel Parco Regionale dei Colli Euganei e nel Parco Naturale dei Colli Berici in Veneto, Italia, ha l’obiettivo di indagare la copertura e diversità di specie erbacee e l’abbondanza di diversi taxa di invertebrati tra i sistemi convenzionali e biologici. Una prima analisi riguarda la vegetazione spontanea tra i filari e interfilari dei vigneti biologici e convenzionali. Di queste è stata indagata l’altezza e la copertura percentuale del suolo, oltre ad un’indagine sulla ricchezza di specie. I nostri risultati hanno evidenziato una altezza e copertura vegetazionale maggiore in vigneti biologici, con altezza media di 24.5 cm e copertura di 92.2%. Per i vigneti a gestione convenzionale la percentuale di suolo nudo non coperto vegetativamente, in media il 20.3%, è notevolmente superiore. Una seconda analisi si focalizza invece sulla comunità di invertebrati del suolo, in particolare: Carabidae, Staphylinidae, Formicidae, Diplopoda, Chilopoda, Arachnida, Collembola, Isopoda, Dermaptera, Helicidae, Limacidae, Lumbricidae. Gli esemplari sono stati prelevati tramite trappole a caduta e ne è stata valutata l’abbondanza media in ogni trappola collocata in vigneti biologici e convenzionali. I risultati mostrano differenze significative per la classe Diplopoda e l’ordine Isopoda, con un’abbondanza maggiore in vigneti biologici. È stata riscontrata inoltre una tendenza ad una maggior presenza di stafilinidi nel biologico.
In definitiva, i risultati di questo studio mostrano che la gestione biologica può avere un effetto positivo sulla copertura vegetazionale del vigneto e su alcuni gruppi di invertebrati detritivori e predatori. Al contrario, molti gruppi di invertebrati esaminati non sono risultati essere influenzati dalle pratiche di gestione. Questi risultati concordano con una ampia letteratura sulla gestione in vigneto che riscontra effetti spesso contrastanti, molto variabili e taxon-specifici. Tuttavia, per validare e approfondire i risultati di questo studio, sarebbe necessario replicare i campionamenti in primavera/estate e analizzare la diversità di specie nelle due tipologie di vigneto.In recent years, there has been a significant increase in global attention to a more conscious and sustainable use of agroecosystems that supports biodiversity and ecosystem services. Permanent crops, such as vineyards, could maintain a high level of biodiversity compared to annual crops, due to their greater stability and less disturbance. However, vineyards continue to represent one of the most pesticide-dependent agroecosystems in Europe.
Among the strategies proposed to mitigate the impacts of intensive management is the conversion to organic farming, considered a promising practice for the conservation of biodiversity and the maintenance of ecosystem functions. However, while conventional agriculture is characterized by the use of chemical pesticides and synthetic fertilizers, organic systems can also include mechanical soil processing and the use of non-synthetic substances that can also have negative effects on biodiversity.
This study, carried out in October 2024 in 14 vineyards located in the Euganean Hills Regional Park and the Berici Hills Natural Park in Veneto, Italy, aims to investigate the coverage and diversity of herbaceous species and the abundance of different invertebrate taxa between conventional and organic systems. A first analysis concerns the spontaneous vegetation between and between the rows of organic and conventional vineyards. Of these, the height and percentage cover of the soil were investigated, in addition to a survey on the richness of species. Our results highlighted a greater height and vegetation cover in organic vineyards, with an average height of 24.5 cm and coverage of 92.2%. For conventionally managed vineyards the percentage of bare soil not covered by vegetation, on average 20.3%, is significantly higher. A second analysis focuses instead on the soil invertebrate community, in particular: Carabidae, Staphylinidae, Formicidae, Diplopoda, Chilopoda, Arachnida, Collembola, Isopoda, Dermaptera, Helicidae, Limacidae, Lumbricidae. The specimens were collected using pitfall traps and their average abundance was evaluated in each trap placed in organic and conventional vineyards. The results show significant differences for the class Diplopoda and the order Isopoda, with a higher abundance in organic vineyards. A tendency towards a higher presence of staphylinids in organic was also found.
Ultimately, the results of this study show that organic management can have a positive effect on the vegetation cover of the vineyard and on some groups of detritivorous and predatory invertebrates. On the contrary, many groups of invertebrates examined were not affected by management practices. These results are consistent with a large literature on vineyard management that finds often contrasting, highly variable and taxon-specific effects. However, to validate and deepen the results of this study, it would be necessary to replicate the samplings in spring/summer and analyze the species diversity in the two types of vineyards
Urbanization effects on the functional traits of Apoidea communities
No full textopenIn questa tesi sono stati indagati gli effetti del riscaldamento climatico sulle comunità di apoidei all’interno della città di Padova. Nel dettaglio, è stato osservato l’effetto della temperatura sulla taglia del corpo di dieci specie di apoidei, misurando la distanza inter-tegulare per 638 esemplari raccolti, per i quali ci si aspettava di registrare una riduzione delle taglia corporea (stimata utilizzando la distanza inter – tegulare) all’aumentare della temperatura, in relazione agli effetti noti causati dall’urbanizzazione e del cambiamento climatico sulla morfologia delle specie.In this thesis the effects of climate warming on Apoidea communities within the city of Padua were investigated. In detail, the effect of temperature on the body size of ten Apoidea species was observed, measuring the inter-tegular distance for 638 specimens collected, for which it was expected to record a reduction in body size (estimated using the distance inter – tegular) as temperature increases, in relation to the known effects caused by urbanization and climate change on the morphology of the species
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