UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PISA DOTTORATO DI RICERCA IN “SCIENZA DELLE PRODUZIONI VEGETALI” XXII° Ciclo SSD AGR11 Tesi di Dottorato “Effetti di differenti sistemi di gestione agronomica su alcuni gruppi di Artropodi indicatori di biodiversità” Presidente: Prof. Alberto Pardossi Tutore: Prof.ssa Elisabetta Rossi Dottorando: Stefano Cosimi Pisa, 6 Maggio 2011 1 2 … all’Italia, all’Università pubblica, nonostante tutto… 3 SOMMARIO pag. Riassunto 7 1 – INTRODUZIONE 9 1.1 – Analisi della biodiversità tramite bioindicatori 11 1.2 – Studio di biodiversità a differente scala 12 1.3 – Biodiversità legata alla vegetazione spontanea 14 1.4 – Biodiversità e interventi antropici 14 1.5 – Il ruolo delle infrastrutture ecologiche 15 1.6 – Gruppi sistematici di riferimento 16 1.6.1 – Coleotteri Carabidi 17 1.6.2 – Coleotteri Anticidi 20 1.6.3 – Coleotteri Coccinellidi 22 1.6.4 – Coleotteri Stafilinidi 24 1.6.5 – Ragni 25 1.6.6 – Opilionidi 26 2 – SCOPO DEL LAVORO 27 3 – MATERIALI E METODI 28 3.1 – Area di studio 29 3.1.1 – Andamento climatico 30 3.1.2 – Caratterizzazione del suolo 32 3.2 – Metodi di cattura 35 3.2.1 – Pitfall traps 35 3.2.2 – Trappole cromotropiche 36 3.2.3 – Preparazione del materiale racccolto 37 3.3 – Prova per valutare l‟influenza della gestione agronomica 38 3.3.1 – Girasole 38 3.3.2 – Mais 41 3.4 – Prova per valutare l‟influenza delle strutture ecologiche 43 3.5 – Analisi della copertura del suolo 45 3.6 – Tecniche di analisi delle entomocenosi ed elaborazione dei dati raccolti 46 4 – RISULTATI 52 4.1 – Prove per valutare l‟influenza della gestione agronomica 52 4.1.1 – Coleotteri Carabidi 55 4 4.1.1.1 – Catture su mais 55 4.1.1.2 – Catture su girasole 60 4.1.1.3 – Catture su prato 65 4.1.1.4 – Catture totali 67 4.1.1.5 – Indici ecologici 71 4.1.1.6 – Influenza della copertura del suolo 75 4.1.1.7 – Analisi dell‟influenza della gest. agro. tramite analisi multivariata 77 4.1.1.8 – Analisi della distribuzione spaziale mediante utilizzo di software GIS 80 4.1.1.8.1 – Posizione delle trappole 80 4.1.1.8.2 – Analisi tramite strumento GIS: totale catture 81 4.1.1.8.3 – Analisi tramite strumento GIS: totale specie 88 4.1.1.9 – Conclusioni parziali 95 4.1.2 – Coleotteri Anticidi 96 4.1.2.1 – Catture su mais 96 4.1.2.2 – Catture su girasole 101 4.1.2.3 – Catture su prato 105 4.1.2.4 – Catture totali 107 4.1.2.5 – Indici ecologici 111 4.1.2.6 – Analisi dell‟influenza della gest. agro. tramite analisi multivariata 113 4.1.2.7 – Analisi della distribuzione spaziale mediante utilizzo di software GIS 117 4.1.2.7.1 – Analisi tramite strumento GIS: totale catture 117 4.1.2.7.2 – Analisi tramite strumento GIS: totale specie 124 4.1.2.8 – Conclusioni parziali 131 4.1.3 – Coleotteri Coccinellidi 132 4.1.3.1 – Catture su mais 133 4.1.3.2 – Catture su girasole 137 4.1.3.3 – Catture su prato 141 4.1.3.4 – Catture totali 142 4.1.3.5 – Indici ecologici 146 4.1.3.6 – Analisi dell‟influenza della gest. agro. tramite analisi multivariata 147 4.1.3.7 – Analisi della distribuzione spaziale mediante utilizzo di software GIS 149 4.1.3.7.1 – Analisi tramite strumento GIS: totale catture 149 4.1.3.7.2 – Analisi tramite strumento GIS: totale specie 156 4.1.3.8 – Conclusioni parziali 163 5 4.1.4 – Coleotteri Stafilinidi 164 4.1.4.1 – Catture su mais 164 4.1.4.2 – Catture su girasole 165 4.1.4.3 – Catture su prato 166 4.1.4.4 – Catture totali 167 4.1.4.5 – Analisi della distribuzione spaziale mediante utilizzo di software GIS 168 4.1.4.5.1 – Analisi tramite strumento GIS: totale catture 168 4.1.4.6 – Conclusioni parziali 175 4.1.5 – Ragni 176 4.1.5.1 – Catture su mais 176 4.1.5.2 – Catture su girasole 177 4.1.5.3 – Catture su prato 178 4.1.5.4 – Catture totali 179 4.1.5.5 – Analisi della distribuzione spaziale mediante utilizzo di software GIS 180 4.1.5.5.1 – Analisi tramite strumento GIS: totale catture 180 4.1.5.6 – Conclusioni parziali 187 4.1.6 – Opilionidi 188 4.1.6.1 – Catture su mais 188 4.1.6.2 – Catture su girasole 189 4.1.6.3 – Catture su prato 189 4.1.6.4 – Catture totali 190 4.1.6.5 – Analisi della distribuzione spaziale mediante utilizzo di software GIS 191 4.1.6.5.1 – Analisi tramite strumento GIS: totale catture 191 4.1.6.6 – Conclusioni parziali 198 4.2 – Prove per valutare l‟influenza delle strutture ecologiche presenti 199 4.2.1 – Conclusioni parziali 204 5 – CONCLUSIONI E PROSPETTIVE FUTURE 205 BIBLIOGRAFIA CITATA 209 SITOGRAFIA 221 RINGRAZIAMENTI 222 APPENDICE 224 6 Riassunto Scopi dell‟attività di ricerca condotta durante il dottorato sono stati quelli di valutare gli effetti di due diversi tipi di gestione agronomica sull'artropodofauna del suolo, evidenziare la potenzialità delle “strutture ecologiche” presenti nell‟area di studio di fungere da serbatoio di insetti utili e studiare la distribuzione spaziale dei Coleotteri utilizzati come bioindicatori. In appezzamenti facenti parte di una prova agronomica di confronto tra tecniche di conduzione convenzionale e biologica iniziata 7 anni prima presso il CIRAA "E. Avanzi", sono state messe a confronto le colture di mais e girasole. Per valutare l‟influenza della gestione agronomica è stato effettuato il monitoraggio di 4 famiglie di Coleotteri (Carabidi, Stafilinidi, Coccinellidi e Anticidi), ma anche di altri Artropodi quali Aranea e Opilionidi, in entrambe le colture prescelte e nei due sistemi di conduzione, per l‟intero ciclo colturale. Il monitoraggio è stato eseguito in 24 siti di campionamento con trappole a caduta e cartelle cromotropiche gialle. Ogni sito di cattura è stato georeferenziato per realizzare la distribuzione spaziale delle catture mediante software GIS. Per valutare l‟influenza delle siepi è stato eseguito, in quattro periodi diversi dell‟anno, un ulteriore monitoraggio utilizzando le stesse trappole descritte in precedenza, posizionate su tre file, a distanze crescenti dalla siepe. Gli esemplari catturati sono stati preparati a secco e determinati con la supervisione e l‟ausilio di specialisti delle famiglie in esame. Sono stati catturati più di 10000 Carabidi, 1500 Anticidi, 800 Coccinellidi, 500 Stafilinidi, quasi 2000 Aranea e 500 Opilionidi. Sulla base della classificazione specifica sono state catturate 51 specie di Carabidi, 10 di Anticidi e 17 di Coccinellidi. Per Stafilinidi, Aranea e Opilionidi, la classificazione non è stata fatta a livello di specie. Ad una prima analisi quantitativa i Carabidi, gli Stafilinidi e gli Aranea hanno mostrato una differenza significativa di abbondanza fra i due metodi agronomici. Sono state ricostruite anche le dinamiche di popolazione in base alla densità di attività totale della famiglia e di ciascuna specie. In questo modo si è osservato come, in diversi casi, alcune specie diminuiscano fortemente dopo alcuni interventi colturali. I dati delle singole famiglie sono stati poi sottoposti a Cluster analysis e NMDS per verificare la similarità fra i siti di cattura. Da questa analisi è emerso come, per i Carabidi, ci sia una forte differenza fra i siti a gestione convenzionale e quelli a gestione biologica, mentre ciò non si verifica per gli altri gruppi raccolti. Queste differenze evidenziate dall‟analisi multivariata sono state confermate anche dall‟analisi spaziale tramite strumenti GIS. La spazializzazione evidenzia come i Carabidi manifestino profonde differenze fra i diversi metodi di conduzione. Sono poi stati calcolati 9 indici ecologici, 2 indici di diversità (Shannon e Simpson), i 2 rispettivi indici di 7 equiripartizione, 2 indici di ricchezza specifica (Margalef e Menhinick), 2 indici di similarità di Sorensen (qualitativo e quantitativo) e l‟indice di Turnover. L‟analisi degli indici ha mostrato risultati contrastanti. Sembra infatti esserci una maggiore diversità e ricchezza specifica negli appezzamenti a conduzione convenzionale malgrado il maggior numero di specie riscontrate in quelli a conduzione biologica. Questa apparente contraddizione potrebbe essere dovuta al fatto che, nella determinazione di alcuni indici, pesano molto le abbondanze quantitative delle specie presenti e la presenza di poche specie dominanti molto numerose. Gli indici di similarità di Sorensen rivelano infatti che, in molti casi, i due sistemi di conduzione sono qualitativamente quasi del tutto uguali, ma quantitativamente molto diversi. Le prove per valutare l‟effetto delle infrastrutture ecologiche hanno mostrato come non esista un preciso gradiente di catture man mano che ci si allontana dalla siepe. Questo può essere legato al fatto che le siepi sono di impianto relativamente recente e non si è ancora venuto a ricreare un equilibrio ecologico al loro interno. Alla luce dei dati raccolti si può dire quindi che l‟influenza delle tecniche di conduzione sulla biodiversità entomologica sembra essere confermata e, in particolare, la famiglia dei Carabidi sembra mostrare una maggiore sensibilità. L‟analisi spaziale tramite GIS, inoltre, si dimostra un valido strumento anche in analisi di tipo faunistico ed è auspicabile che possa essere sempre più impiegata in futuro, sia in analisi svolte su piccola scala, come il caso di studio descritto, sia su scala più ampia, a livello di paesaggio. 8 1 – INTRODUZIONE La biodiversità e la sua salvaguardia costituiscono da tempo temi che rivestono un grande interesse sul piano scientifico, trattato in una mole cospicua di lavori che ne testimoniano l‟ampiezza e la varietà di approcci. Numerosi sono gli organismi internazionali che se ne occupano a diverso livello, e in ambito non solo scientifico; l‟attenzione che anche la legislazione nazionale e internazionale sta dando all‟argomento, come evidente anche dalle principali normative mostrate in tab.