Tracciare il ciclo dell'acqua nella foresta

Sull'H?nggerberg, a nord di Zurigo, si trova un pezzo di foresta che è sia uno spazio ricreativo che un laboratorio. Il "Laboratorio forestale" si propone come un luogo di formazione e ricerca orientato all'esperienza e in apertura a tutti. Il pubblico, gli esperti e gli scienziati sperimentano, gestiscono e osservano la foresta coltivata con l'obiettivo generale di comprendere meglio questo habitat e di preservarlo a lungo termine.

Il cambiamento climatico è un tema centrale del laboratorio forestale. Nell'ambito di un progetto pluriennale, i ricercatori dell'ETH stanno studiando come le condizioni più calde e secche influenzino il bilancio idrico della foresta. A tal fine, Marius Floriancic, scienziato senior dell'Istituto di ingegneria ambientale, e i professori di idrologia dell'ETH James Kirchner e Peter Molnar stanno gestendo un sistema di misurazione e monitoraggio completo sull'H?nggerberg, vicino all'Holderbach, per registrare con precisione i sub-flussi rilevanti del ciclo dell'acqua.

In uno studio pubblicato di recente sulla rivista scientifica pagina esternaEcoidrologia Floriancic, Kirchner e Molnar sono riusciti a dimostrare che il materiale vegetale morto sul suolo della foresta gioca un ruolo molto più importante nel bilancio idrico di una foresta di quanto si pensasse in precedenza.

Quanta acqua rimane agli alberi?

Quando piove nella foresta, avvengono diversi processi di trasporto e stoccaggio che sono stati poco studiati. "Per comprendere la siccità nella foresta, tuttavia, dobbiamo sapere come e in che quantità la pioggia fluisce attraverso il sistema forestale", spiega Floriancic, autore principale dello studio e responsabile del progetto idrologico.

Floriancic e i suoi colleghi si occupano di questioni fondamentali: Dove finisce l'acqua piovana quando piove? Quanta ne finisce nel suolo? Quale percentuale può essere utilizzata dagli alberi? Quanto tempo impiega una goccia di pioggia per evaporare nuovamente attraverso le foglie degli alberi?

Le prime risposte sono state fornite da un bilancio idrico redatto dai ricercatori per il laboratorio forestale: circa il 20% delle precipitazioni annuali totali rimane nelle cime degli alberi ed evapora nell'atmosfera - i ricercatori se lo aspettavano. Ciò che li ha sorpresi, tuttavia, è che quasi la stessa quantità di acqua piovana, circa il 18% delle precipitazioni, viene trattenuta sul suolo della foresta dallo strato di lettiera costituito da foglie cadute, aghi di pino e legno morto. "Molto più di quanto ci aspettassimo in base ai risultati di ricerche precedenti", spiega Floriancic. Anche questa parte dell'acqua evapora nell'atmosfera.

In totale, circa il 38% delle precipitazioni annuali viene trattenuto dalla chioma e dalla lettiera. Quest'acqua non contribuisce al bilancio idrico del suolo e non è disponibile per le piante. Solo il 62% dell'acqua piovana penetra efficacemente nel suolo della foresta. Una buona parte viene assorbita da erbe e arbusti con le loro radici negli strati superiori. "In definitiva, solo una minima parte delle precipitazioni raggiunge gli strati più profondi del suolo, dove diventa utilizzabile per molti alberi o forma nuove acque sotterranee", spiega Floriancic.

Conoscenze per una foresta che cambia

Secondo i ricercatori, l'effetto di stoccaggio dello strato di lettiera sul bilancio idrico delle foreste è stato generalmente sottovalutato in passato e quindi spesso trascurato nei bilanci idrici. "Gli alberi riescono quindi a gestire una quantità d'acqua significativamente inferiore a quella prevista", riassume Floriancic. Gli alberi vivono in gran parte grazie alle precipitazioni invernali. Secondo l'ingegnere ambientale, questo è uno dei motivi per cui, a differenza delle piante erbacee o arbustive, sono in grado di sopravvivere a periodi di siccità più lunghi in estate, a condizione che vi sia un apporto sufficiente in inverno. Nel frattempo, l'evaporazione dell'acqua trattenuta dallo strato di lettiera favorisce un microclima fresco e umido nella foresta.

Perché è importante? Perché la conoscenza del bilancio idrico è un prerequisito essenziale per comprendere gli effetti della siccità sulla foresta. I risultati sono utilizzati anche nella modellazione del bilancio idrico per prevedere meglio i cambiamenti futuri nelle foreste.

Per il loro studio, Floriancic, Kirchner e Molnar hanno combinato esperimenti idrologici con misurazioni fisiologiche sulle piante, pesando il peso umido e secco del materiale della lettiera e analizzando la composizione chimica dei campioni d'acqua. In questo modo hanno registrato tutti i flussi d'acqua durante e dopo le precipitazioni, dalla ritenzione da parte delle chiome degli alberi e della lettiera del suolo all'acqua del suolo, delle radici delle piante e delle acque sotterranee fino al deflusso nel torrente Holderbach.

I ricercatori ricevono il sostegno attivo degli studenti del Dipartimento di scienze dei sistemi ambientali e del Dipartimento di ingegneria civile, ambientale e geomatica. Grazie alla vicinanza con il 中国足球彩票 H?nggerberg, i giovani scienziati del laboratorio forestale sono attivamente coinvolti nella ricerca pratica. "Un team di assistenti ausiliari ci aiuta a prelevare i campioni e a mantenere gli esperimenti", dice Floriancic.

Nell'ambito dei corsi sul campo e delle tesi finali, gli studenti possono anche ricercare autonomamente aspetti del ciclo dell'acqua e applicare le conoscenze teoriche nel laboratorio forestale. In questo modo, il laboratorio forestale contribuisce in modo significativo alla formazione pratica degli studenti dell'ETH.