Via agli alberi!

L'assistente Eva Merz si trova ai piedi di un imponente faggio nel mezzo della foresta. Due corde da arrampicata pendono dalla chioma dell'albero. Ad un'altezza vertiginosa, gli scalatori Markus Gysin e Anja Erni si arrampicano tra i rami, ben assicurati, tagliano un ramo e lo calano con cura su una corda sottile. Merz afferra il ramo e lo libera dal filo. "Riparto", dice ai due e si affretta a raggiungere il "campo base" con il raccolto.

Il campo base si trova su un sentiero di ghiaia in una foresta sul versante meridionale del L?geren, a est di Wettingen. I dispositivi di misurazione sono pronti e in attesa, alcuni su un piccolo tavolo da campeggio, i dispositivi più grandi a terra. Merz, lo studente di scambio Aldara Sabuz Millàn e il ricercatore post-dottorando Christoph Bachofen del gruppo della professoressa Nina Buchmann dell'ETH iniziano immediatamente ad analizzare le foglie del ramo tagliato. Utilizzano uno spettrometro a fluorescenza per misurare la quantità di verde della foglia (clorofilla), un porometro per misurare quanta acqua la foglia evapora attraverso gli stomi e un analizzatore di gas a infrarossi per misurare la quantità di CO₂ la foglia fotosintetizza in condizioni di luce diverse.

Tutto deve avvenire rapidamente: Entro pochi minuti dal taglio del ramo, le foglie reagiscono alla mancanza d'acqua e al cambiamento delle condizioni ambientali: Le foglie chiudono gli stomi, evaporano meno acqua, scompongono la clorofilla e riducono la fotosintesi.

Foglie dell'intera chioma dell'albero

Ma perché tutta questa attrezzatura e tutte queste analisi? Bachofen e i suoi assistenti stanno lavorando all'ETH insieme alla postdoc Petra D'Odorico a un progetto biennale chiamato "Leaf2Canopy". L'obiettivo è analizzare le emissioni di CO₂-L'obiettivo è quello di comprendere meglio lo scambio degli ecosistemi forestali con l'atmosfera e, se possibile, di poterlo modellare meglio. Gli scienziati possono calcolare questo scambio utilizzando le misure delle foglie. I calcoli precedenti si basavano spesso su foglie facilmente accessibili e vicine al suolo. "Noi invece descriviamo le foglie dell'intera chioma. In questo modo cerchiamo di rendere i modelli più realistici", spiega Bachofen.

Per ottenere dati precisi, quest'anno i ricercatori stanno studiando due diverse specie arboree, il faggio e l'abete bianco. Da tre esemplari di ciascuna specie, stanno raccogliendo due rami per campionamento su quattro piani diversi e da due diversi orientamenti dell'albero. Gli scienziati analizzano poi in dettaglio due foglie di ciascun ramo.

Arrampicatori di alberi su corde fisse

In questo giorno di inizio agosto, è il turno di tre faggi. Entro la fine del mese, gli alberi inizieranno a scomporre la clorofilla e a sottrarre le sostanze nutritive dalle foglie: l'autunno e la caduta delle foglie si avvicinano. A quel punto non sarà più possibile analizzare le foglie di faggio. "La clorofilla è attualmente al suo massimo", afferma Bachofen.

Quest'anno, lui e i suoi collaboratori hanno visitato l'area campione sette volte a maggio, tre volte a luglio e ad agosto per raccogliere il materiale fogliare. O meglio: per farle raccogliere. Perché l'arrampicata sugli alberi è riservata ai due arboristi professionisti Markus Gysin e Anja Erni. Si arrampicano agilmente con corde fisse sulle cime degli alberi, dove filmano e fotografano i luoghi da cui tagliano i rami.

Test con un drone

Bachofen scopre che il metodo di campionamento funziona bene, ma ha un grosso svantaggio: I ricercatori dipendono costantemente dall'aiuto degli scalatori di alberi. I giorni di campionamento devono essere preparati con largo anticipo. Nel frattempo, è impossibile raccogliere e analizzare le foglie. Inoltre, gli arrampicatori non sono in grado di raggiungere tutti i livelli della chioma degli alberi. I rami più esterni sono fuori portata anche per i professionisti.

I collaboratori del gruppo di Buchmann stanno quindi sperimentando un drone che raccoglierà i rami che crescono all'esterno e in alto al posto degli arrampicatori degli alberi. Il drone è dotato di una pinza e di una piccola unità di taglio. Gli scienziati affermano che le prime prove sono già promettenti. Tuttavia, il metodo deve ancora essere ottimizzato per poter raccogliere sistematicamente le foglie in alto nella chioma. Il drone non rende superflui i tree climber perché, a differenza di questi ultimi, non può tagliare i rami all'interno dell'albero.

Un albero in un dilemma

Il progetto Leaf2Canopy è in corso dal 2016 e Bachofen ha i primi risultati del primo anno. Il ricercatore conferma che le foglie più alte dei faggi fotosintetizzano di più rispetto alle foglie dei due piani inferiori nello stesso periodo di tempo. Le foglie più basse dei faggi possono utilizzare la luce in modo più efficiente. Raggiungono già il loro tasso massimo di fotosintesi in condizioni di luce in cui le foglie del sole stanno ancora accelerando la loro fotosintesi.

La fotosintesi dipende, tra l'altro, dalla quantità di clorofilla prodotta nelle foglie e, per produrre clorofilla, l'albero ha bisogno di azoto. Questo crea un dilemma per l'albero: potrebbe sfruttare al meglio le buone condizioni di luce dei piani superiori e investire lì la maggior parte dell'azoto. Tuttavia, l'albero ha anche bisogno di acqua per la fotosintesi, che deve trasportare dalle radici agli angoli più esterni della chioma. Nelle giornate calde e secche, la disponibilità di acqua nei piani superiori potrebbe essere troppo scarsa per la fotosintesi. L'azoto verrebbe quindi investito in modo errato.

Come distribuiscono l'azoto gli alberi?

Lunghe giornate nella foresta

Dopo un po' di attesa, Eva Merz mette da parte la lettura. Le misurazioni della fotosintesi richiedono molto tempo, almeno 20 minuti per foglia. Tempo che lei passa a leggere. Si sente un crepitio nella radio, gli scalatori si mettono in contatto con lei. Lo scambio di parole è breve. Merz si alza e scompare dietro la curva del sentiero - appena due minuti dopo emerge con il ramo di faggio successivo. La procedura di misurazione si ripete. Un lavoro da catena di montaggio per il giovane ricercatore.

Una volta che le foglie sono state bloccate nel dispositivo di misurazione della fotosintesi, si torna ad aspettare tre quarti d'ora prima di poter raccogliere le foglie successive dagli arrampicatori degli alberi. "Le nostre giornate nella foresta possono essere piuttosto lunghe", dice Bachofen. "Perché alla fine della giornata, quando abbiamo già pulito e riposto la maggior parte dell'attrezzatura, dobbiamo ancora aspettare che vengano completate le ultime misurazioni".