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The biggest problem that terrestrial animals have to deal with is the risk of dehydration. Water is lost by evaporation during respiration and through the body surface, during excretion and various secretions. Terrestrial animals developed various physiological, morphological and behavioral adaptations against water loss. This work summarizes the knowledge about adaptations against water loss in arthropods in arid environmental conditions. It focuses on arachnids and especially on scorpions, which are widespread in arid areas and show high resistance to extreme desert conditions. The work examines the influence of environmental conditions on physiological processes in the body, morphological adaptations and behavioral changes. It defines specific adaptations of scorpions and describes in more detail the role of the hepatopancreas in maintaining the balance of fluids in the body and the subsequent changes in the osmolarity of hemolymph. Key words: evaporation, aridity, water balance, arthropods, arachnids, scorpion

Nine short-term independent studies were carried out with two M-PEA units on several plant species differing in their functional traits (woody evergreen, woody deciduous, herbaceous) and exposed to different kind of abiotic stress (drought, salt, ozone, UV radiation). Aim of the study is to check the consistency of plant responses, assessed through three sets of simultaneously measured signals: Prompt Fluorescence (PF), Delayed Fluorescence (DF) and Modulated Reflectance of 820 nm light (MR). The decrease of FV/FM and F0, the increase of VJ and VI were the most common responses related to PF parameters. The decrease of vox and vred as well the increase of MRmin were common response of MR. DF showed species-treatment specific behaviours. The Principal Component Analysis (PCA) suggests that the combination of PF and MR parameters represents a powerful tool for plant stress phenotyping, whereas MR parameters are linked to physiological strategies, related to different functional groups, to cope with stress factors.

Evaporative water loss affects physiology, ecology and evolution of individual organisms. This wok summarizes the knowledge about water loss in main groups of terrestrial vertebrates. In addition to physiological processes, it also follows evolutionary trends through adaptations created as a barrier against the water loss or as a method of cooling by evaporation. From an ecological point of view, it examines whether these adaptations have enabled some of them to inhabit extreme habitats. The topic of water loss by evaporation interferes with other topics such as thermoregulation or metabolism. Key words: evaporation, water loss, aridity, thermoregulation, metabolism, vertebrate

The Mediterranean Region is defined according to its biogeography and bioclimate. Climate is characterized by mild winters and hot, dry summer. Biodiversity is rich and landscape patterns are complex. Mediterranean forests have historically been subjected to numerous threats (forest fires, over-exploitation, deforestation, degradation), that are today accentuated under climate and land use changes. In this respect, the Mediterranean area appears among the most vulnerable areas to global change. Forest area in the region has increased by 10% between 1990 and 2000. Roundwood nowadays represents 60% and woodfuel 40% of total wood products (125 Mm3). Sometime non-wood forest products and services are more important as they represent 60–70% of total economic value (133 € ha−1) of Mediterranean forests. There are already evidences of impacts of recent climate change on ecophysiology, productivity, dieback and distribution of Mediterranean forests and these impacts will become worse in the future, particularly for increased evaporative demand and repeated extreme events. An interdisciplinary research agenda, integrated with monitoring networks and projection models is needed to provide information at all levels of decision making and to implement a framework of dynamic and adaptive management planning.

Tamarix trees are considered of particular interest for afforestation and reforestation of degraded areas, because they were noticed to establish and grow well in wide spectrum of edaphic, contrasting, and extreme environmental conditions. A better understanding of the functional mechanisms enabling Tamarix to adapt to extreme conditions is important, for a more insightful selection of the best ones, intended to be used for biomass production and conservation purposes in arid zones. For this scope, two trials of short period were conducted in semi-controlled conditions, during which two species of Tamarix (T. aphylla and T. jordanis) collected from Negev desert were exposed to salt, drought and combined stress. The first trial was executed at mild level of stress: salt (150mM), drought (50 % F.C.); the second trial was more severe: salt (350mM), drought (30% F.C.). Physiological and biochemical responses and growth were studied regularly during the experiments. The results of the experiments, showed the highest tolerance of T. jordanis to salt stress up to 350 mM. The maintenance of high amount of carbohydrates, high capacity of carbon assimilation, and active growth could be considered as potential and early markers for salt tolerance of Tamarix spp. On the other hand, the growth and biomass displayed highest performance of T. aphylla than T. jordanis in mild dry conditions. The highest accumulation of sugar and the highest relative water content in T. aphylla were suggested among their acclimatory mechanisms under mild drought (50% F.C.). Combined stress was shown to be additive in lowering performance of plants relative to salt and drought stress applied alone. Proline accumulation in both species was suggested to be a storage form of nitrogen for use under combined stress, rather than a principal osmoregulator. Given the high productivity of some Tamarix spp. cultivated in arid and degraded lands (Eshel et al., 2010), it was also investigated the possible use of Tamarix biomass for bioethanol production, in the second step of our study. Several samples were collected from different natural and experimental plantations in Mediterranean area. Differences in ligncoelulose matrix among different locations, age, and species were evaluated. The results showed that the growing sites had significant effect on structural sugars content with no apparent significant influence on lignin. There were no significant variations in structural sugars and lignin between different species and ages. Despite the limited number of samples, the results, in general, have shown a good quality of lignocellulosic biomass of tamarisk for the production of bioethanol. The content of hexose and pentose sugars found in the samples analyzed was highly comparable to other species already used in the production of biofuels such as eucalyptus (43-45% cellulose). However, some obstacles from presence of ash and extractives in high amount should be taken into account, and better understanding of cultural practices effect on these substances is essential prior to any process of sugar conversion to ethanol. Le tamarix sono considerate di particolare interesse per la forestazione ed afforestazione di aree aride e salinizzate. Sono specie che si distribuiscono su un ampio areale e quindi in grado di vivere e crescere in ambineti diversi, estremi e contrastanti tra loro. Una migliore conoscenza dei meccanismi funzionali che regolano la risposta adattativa a condizioni limitanti, (aridità e salinità) in Tamarix spp., è importante per individuare degli indici funzionali precosi, utili a selezionare specie idonee per rimboschimenti di ambienti marginali a fini conservativi e produttivi. A tal fine, sono stati condotti due esperimenti shock di breve durata, in cui due specie di tamerici, provenienti dal deserto del Negev (T. aphylla and T. jordanis), sono state sottoposte a stress salino, idrico e alla combinazione dei due stress (salino+ idrico). In un primo esperimento le piante sono state sottoposte ad un medio livello di stress: 150mM di NaCl e 50% della capacità idrica di campo (F.C.). In un secondo esperimento i livelli di stress sono stati aumentati fino a raggiungere i 350 mM per lo stress salino e il 30% della capacità idrica di campo per lo stress idrico. I principali parametri fisiologici, biochimici e di crescita sono stati rilevati regolarmente durante i periodi di stress. I risultati, in entrambi gli esperimenti, hanno mostrato una maggiore tolleranza alla salinità in T. jordanis che si evidenzia maggiormente a concentrazioni saline elevate (350 mM). Il mantenimento di elevate quantità di carboidrati, di un‘elevata capacità assimilativa, e di un buon accrescimento in condizioni di salinità, potrebbe indicare un adattamento allo stress. Tali parametri possono, per questo motivo, essere considerati dei marcatori potenziali e precoci per la tolleranza allo stress salino in Tamarix spp. Al contrario, in condizioni di stress idrico, T. aphylla ha mostrato un tasso di crescita e produzione di biomassa significativamente più elevate della T. jordanis. Inoltre, in condizioni di stress idrico medio, è stato osservato un maggior accumulo degli zuccheri solubili e un più alto contenuto idrico fogliare (relative water content) a sottolineare, in correlazione con la maggiore produttività, una più elevata tolleranza all‘aridità in T. aphylla rispetto alla T. jordanis. La combinazione dei due stress ha mostrato un effetto additivo negativo su entrambe le specie. In condizioni di stress combinato il contenuto di prolina è risultato elevato. Dai calcoli eseguiti, il contributo della prolina sul potenziale osmotico fu comunque troppo basso per far considerare la prolina uno dei principali soluti, che può consentire alla pianta di tollerare lo stress salino v attraverso una regolazione osmotica. I risultati ottenuti in questa ricerca ci fanno ipotizzare una funzione della prolina di osmoprotettore e forma di accumulo di azoto e carbonio da usare in condizioni di stress successive. Vista l‘elevata e rapida produttività di alcune specie di Tamarix coltivate in ambienti aridi e salini ( Eshel et al., 2010), in una seconda fase di questo studio è stata investigata la possibilità di usare la biomassa legnosa delle Tamarix per la produzione di biocarburanti di seconda generazione come il bioethanolo. Una serie di campioni legnosi furono collezionati nella regione arida mediterranea, in differenti siti naturali e piantagioni arboree. E‘ stata valutata la variabilità della matrice lignocellulosica tra specie, provenienze, e in base all‘età e alle caratteristiche pedoclimatiche del sito. Dei risultati, si è evidenziato un significativo effetto dei siti di collezionamento sul contenuto degli zuccheri strutturali senza un apparente influenza significativa sulla lignina. Non si sono evidenziate variazioni importanti tra le differenti specie e l‘età. Nonostante il limitato numero di campioni analizzati, i risultati, in generale, hanno mostrato una buona qualità della biomassa lignocellulosica delle tamerici per la produzione di bioethanolo. Il contenuto di esosi e pentosi riscontrato nei campioni analizzati è risultato altamente paragonabile ad altre specie arboree già impiegate nella produzione di biocarburanti come l‘eucalipto (43-45% di cellulosa). Tuttavia le Tamarix hanno mostrato un contenuto in ceneri e estrattivi elevati, cosa che potrebbe causare alcuni problemi nei processi di trasformazione da biomassa a bioetanolo. Si auspica un approfondimento di tali studi sia nella valutazione del contenuto in zuccheri strutturali sia dei contenuti in ceneri ed estrattivi su un numero più elevato di campioni. Inoltre implementare la conoscenza dei possibili effetti delle diverse pratiche colturali, sulla biomassa lignocellulosica delle tamarix in ambienti estremi, è fondamentale al fine di valutare qualsiasi processo di conversione degli zuccheri a bioetanolo. Dottorato di ricerca in Ecologia forestale

L'approccio più comunemente utilizzato per la valutazione della severità, sia della siccità che dell'aridità, è il calcolo di indici climatici. Diversi sono gli indici presenti in letteratura, sia di natura complessa, che richiedono un gran numero di parametri per il calcolo, sia di una natura semplice, che di solito si riducono alla stima della disponibilità delle risorse idriche in una zona. In tale contesto, il Reconnaissance Drought Index (RDI), ottenuto dal rapporto tra la precipitazione e l'evapotraspirazione, cumulate su una prescelta scala temporale, permette di studiare in maniera esaustiva il fenomeno dell'aridità risultando essere di semplice calcolo ma allo stesso tempo robusto in quanto include altri parametri significativi oltre alle precipitazioni. La delimitazione delle aree soggette a rischio di aridità richiede la conoscenza dettagliata delle variabili utilizzate dall'indice RDI, quindi preliminarmente al calcolo di quest'ultimo è stato svolto lo studio della variabilità spaziale delle precipitazioni e delle temperature attraverso i metodi della geostatistica che trattano le variabili climatiche come funzioni aleatorie. Utilizzando la simulazione Gaussiana sequenziale condizionale sono state generate 500 simulazioni delle variabili climatiche che hanno permesso di calcolare 500 immagini dell'RDI. Dall' insieme di queste immagini simulate sono state calcolate la mappa del valore atteso dell'RDI e alcune mappe di probabilità di severità dell'aridità.

2006/2007 L'aridità è una condizione ambientale che comporta una ridotta disponibilità d'acqua per le piante all'interno del suolo. La disponibilità d'acqua rappresenta, unitamente alla temperatura, il fattore ambientale che più di ogni altro condiziona la distribuzione e la produttività primaria della vegetazione. Poiché una prolungata aridità ambientale ha serie conseguenze sulla produttività degli ecosistemi forestali e sulla sopravvivenza di alcune specie vegetali meno competitive di altre in tali condizioni, è di fondamentale importanza quantificare il livello di aridità ambientale per poterne prevedere l'impatto attuale e le tendenze in atto. Il progetto di ricerca si poneva quindi l’obiettivo di individuare e definire un indice di aridità ambientale, che consentisse di rappresentare le relazioni che la pianta contrae con l’acqua presente nell’ambiente in funzione della risposta fisiologica della pianta al variare del contenuto idrico del suolo, attraverso un valore unico a significato ecofisiologico. L'individuazione di un parametro ecofisiologico in grado di stimare in modo affidabile l'impatto dello stress idrico poneva le basi per valutare possibili correlazioni con parametri ottenibili con il telerilevamento. Un'altra finalità del lavoro era, infatti, l'individuazione di un parametro di riferimento mediante l'utilizzo di tecniche di telerilevamento da satellite da applicare nello “scaling up” ecologico, che a partire dallo studio dell'impatto dello stress idrico su singole specie potesse indagare sistemi di vegetazione sempre più grandi nell'ottica di sviluppare una visione olistica di grandi aree in relazione all'aridità ambientale. La specie vegetale che è stata scelta come potenziale biomonitor è Fraxinus ornus L. ossia l'orniello, che è stato selezionato in quanto trattasi di una specie vegetale che si distingue per la notevole capacità di resistenza a condizioni di stress idrico e proprio per questa sua capacità, è una specie diffusa in una grande varietà di ambienti. L'area di studio scelta è stata la provincia di Trieste ed in particolare l'area carsica. Questa zona, infatti, offre l'opportunità di eseguire significativi biomonitoraggi per valutazioni quantitative e qualitative sull'ambiente, in quanto presenta una elevata variabilità di substrati litologici, costituiti da rocce soggette a fenomeni di dissoluzione da parte delle acque meteoriche chimicamente aggressive (rocce carsificabili), a cui sono associati diversi tipi di circolazione idrica. La presenza di una fitta rete di fessure e fratture nei substrati geologici a tratti determina un forte drenaggio dell'acqua all'interno del suolo dovuto a percolamento della stessa verso gli strati più profondi. Nella zona del Carso triestino, sono state selezionate 21 stazioni in base ad un criterio geomorfologico noto come carsificabilità, che misura in modo indiretto e qualitativo la capacità di campo di un suolo, e in modo tale da ricoprire tutto il territorio dell'area carsica all'interno della provincia di Trieste. Al fine di identificare quale fosse il parametro fisiologico o morfologico che meglio si addicesse allo scopo della ricerca, sono stati misurati nel periodo da Maggio a Settembre i parametri relativi alle relazioni pianta-acqua generalmente correlati allo stress idrico e cioè la conduttanza fogliare al vapore d'acqua (gL), il potenziale dell'acqua della foglia (Ψfoglia) e la conduttanza idraulica della foglia (Kfoglia). Contestualmente, sono stati misurati anche i diametri dei vasi xilematici. Grazie all'analisi di questi parametri è stato possibile eseguire uno studio biofisico accurato del comportamento idraulico dell'orniello in condizioni di limitazione della disponibilità d'acqua. Da questi dati emerge che la conduttanza fogliare al vapore d'acqua (gL) è il parametro più affidabile a rappresentare l'indice di aridità ambientale, in quanto è risultato essere il più sensibile alle variazioni nella disponibilità d'acqua. Il tentativo di integrare i dati di campo relativi a gL con quelli ottenuti mediante elaborazione di immagini satellitari non ha portato ai risultati sperati. L'indice ottenuto da dati telerilevati è risultato poco promettente come indice di riferimento per la realizzazione di uno “scaling-up”, in quanto non è risultato essere in grado di rilevare condizioni di stress idrico in aree caratterizzate da forte drenaggio dell'acqua (aree ad alta carsificabilità). L'applicabilità delle tecniche di telerilevamento da satellite nel monitoraggio dell'aridità ambientale risulta quindi fortemente limitata dalla struttura geomorfologica del territorio oggetto di studio. XX Ciclo 1973

Changes in rainfall patterns in Mediterranean ecosystems: the MIND project. Will Mediterranean terrestrial ecosystems be affected by the expected changes in precipitation regimes? If so, by how much and in which direction? These questions are at the basis of the research performed in context of the EU MIND project, whose key objectives were: i) to investigate the potential effects of increasing drought on Mediterranean terrestrial ecosystems at the process, ecosystem and regional scales and ii) to assess ecosystem vulnerability to changes in rainfall patterns. A network of experimental study sites has been created in Portugal, Spain, France and Italy, where field manipulations alter the amount of water available to the ecosystem. The most up-to-date methods of ecophysiology, micrometeorology, soil ecology and remote sensing have been used to elucidate the mechanisms that regulate the response of vegetation and soil to changes in water availability. This information is providing the basis for the implementation and validation of simulation models capable of predicting the drought response of Mediterranean terrestrial ecosystems, and their vulnerability to future climate change, on a larger scale. The out-coming results are elucidating how water availability affects plant ecophysiological processes, the dynamics of soil carbon and the overall exchange of mass and energy between the land and the atmosphere. This paper focuses on some of the important, yet preliminary, results on C and energy fluxes that have been obtained at the large scale troughfall manipulation experiment (Tolfa, Italy), in a forest dominated by Arbutus unedo L.