Biogeochimica del fosforo in una cronosequenza di ambiente periglaciale

The retreat of the glaciers, as large effect of climate change, can easily enable the development of vegetation and the consequent formation of soil by different pedogenetic processes, which are a function of the same plant species that have colonized these environments. In this thesis we studied two plant chronosequences, which evolved from the Indren Glacier (Val D'Aosta ) with the aim to understand the effect of biota on the intensity and rate of soil formation in an environment particularly sensitive to climate change. We analyzed the main chemical properties of the soil, as well as the biogeochemistry of P and its interconnection with C and N cycling. The evolution of both chronosequences has the primary effect of lowering the pH, first in the organic horizons and in surface horizons and then in the deeper horizons. The effect is more pronounced and continuous in the forest chronosequence where the conifer leads to a strong acidification to pH 3.6 in the soil climax. The herbaceous species cause a lower acidification reaching a state of equilibrium more rapidly. The acidifying effect of conifer has resulted in a greater mineral weathering by dissolution of Fe and Al and further migration to deeper horizons. The formation of podzol is the culmination of this slow action that , after 11,500 years , leads to eluvial horizons characterized by a whitish gray color, followed by illuviation horizons that have a characteristic reddish color caused by the formation of Fe and Al oxides. The herbaceous species cannot determine such weathering processes because of their biochemical composition and lower acidification. The establishment of vegetation has resulted in a rapid storage of C and N. However, in the grass chronosequence this is confined to the most surface mineral horizons and almost immediately reaches a plateau, whereas in the forest chronosequence C and N stocks show a logarithmic increase mainly due to organic horizons, favoring a large storage of C in only 190 years. For both chronosequences P derived from primary minerals is the dominant form, but already after only 6 years , other species of P are present as organic ones and those linked more or less strongly to Fe and Al oxides. Evolution and losses of P, however, are more expressed in the forest chronosequence , where there was a greater distribution of P adsorbed on the oxides of Fe and Al, both inorganic and as monoesters, and reduced degradation of DNA. This study, besides highlighting the importance of P biogeochemistry to follow the pedogenetic processes, provides important information on how climate change may alter the ecosystem in a relatively short time , especially in particularly sensitive and fragile environments.

Il ritiro dei ghiacciai, come grande effetto del cambiamento climatico, può facilmente permettere lo sviluppo vegetazionale e la conseguente formazione del suolo attraverso diversi processi pedogenetici che sono funzione delle specie vegetali stesse che hanno colonizzato tali ambienti. In questa tesi sono state studiate due cronosequenze vegetazionali, evolutesi dal ghiacciaio dell'Indren (Val D'Aosta) con lo scopo di capire l'effetto del biota sull'intensità e velocità di formazione del suolo in un ambiente particolarmente sensibile ai cambiamenti climatici. Sono state analizzate le principali proprietà chimiche del suolo, nonché la biogeochimica del P e l'interconnessione con le forme di carbonio e azoto. L'evoluzione del suolo lungo entrambe le cronosequenze ha come primo effetto un abbassamento del pH, prima a carico degli orizzonti organici e dei minerali più superficiali con un'influenza che a poco a poco si manifesta anche negli orizzonti più profondi. L'effetto è più marcato e continuo nella cronosequenza forestale dove la conifera porta ad una forte acidificazione fino a pH 3.6 nel suolo climax. Le specie erbacee determinano un'acidificazione minore raggiungendo molto rapidamente uno stato di equilibrio. L'effetto acidificante della conifera ha come risultato una maggiore alterazione dei minerali con dissoluzione di Fe e Al che migrano verso orizzonti più profondi. La formazione del podzol è il culmine di questa lenta azione che, dopo 11500 anni, porta ad orizzonti eluviali caratterizzati da un colore grigio biancastro, cui seguono orizzonti di illuviazione che presentano un colore caratteristico rossastro causato dalla formazione di ossidi di Fe e Al. Le specie erbacee non riescono, a causa della loro composizione biochimica e della minore acidificazione, a determinare tali processi di alterazione e traslocazione di Al e Fe. L'instaurarsi della vegetazione ha portato in entrambe le cronosequenze ad un rapido immagazzinamento di C e N: tuttavia se nella cronosequenza a prato, ciò è confinato all'orizzonte minerale più superficiale e raggiunge quasi subito un plateau, nella cronosequenza forestale si osserva una crescita logaritmica a carico soprattutto degli orizzonti organici favorendo uno stock di C consistente in soli 190 anni. Per entrambe le cronosequenze domina il P derivato da minerali primari ma già dopo soli 6 anni, altre specie di P sono presenti quali quelle organiche e quelle legate in modo più o meno forte agli ossidi di Fe e Al. L'evoluzione e le perdite di P si manifestano però maggiormente nella cronosequenza forestale, dove si evidenzia una maggiore distribuzione del P adsorbito sugli ossidi di Fe e Al, sia inorganico sia come monoesteri e una minore degradazione del DNA. Questo studio, oltre ad evidenziare l'importanza del P come marker biogeochimico per seguire i processi pedogenetici, fornisce importanti informazioni su come il cambiamento climatico può modificare in tempi relativamente rapidi l'ecosistema soprattutto in ambienti particolarmente sensibili.