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Jun 23, 2023

Proprietà fisiche e chimiche dei detriti legnosi grossolani sottoposti al naturale processo di decomposizione in un frammento di foresta atlantica secondaria in Brasile

Scientific Reports volume 13, numero articolo: 7377 (2023) Cita questo articolo 449 Accessi Dettagli metriche I detriti legnosi grossolani (CWD) sono costantemente esposti al naturale processo di decomposizione del legno,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 7377 (2023) Citare questo articolo

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I detriti legnosi grossolani (CWD) sono costantemente esposti al naturale processo di decomposizione del legno, che può portare a un cambiamento nelle sue proprietà fisico-chimiche. Tuttavia, questi cambiamenti non sono stati ancora completamente chiariti, richiedendo ulteriori studi per aiutare a comprendere l’effetto di questo processo sulla degradazione delle CWD. Pertanto, gli obiettivi di questo studio erano: (i) verificare se la decomposizione influenza le proprietà fisico-chimiche dei CWD; (ii) verificare se la composizione chimica strutturale dei CWD viene alterata in funzione della decomposizione, utilizzando analisi chimiche e termogravimetriche immediate. Per effettuare queste analisi sono stati prelevati campioni di legno dai CWD, considerando pezzi con diametro ≥ 5 cm suddivisi in 4 classi di decadimento. I risultati hanno indicato che la densità apparente media è diminuita in funzione dell’aumento della decomposizione dei CWD (0,62–0,37 g cm−3). I contenuti medi di carbonio e azoto hanno subito un impatto minore con l'aumento della decomposizione dei CWD, variando rispettivamente dal 49,66 al 48,80% e dallo 0,52 allo 0,58%. L'immediata analisi chimica e termogravimetrica ha indicato una perdita di olocellulose ed estrattivi e un aumento della concentrazione di lignina e ceneri durante il processo di decomposizione. La perdita di peso analizzata mediante analisi termogravimetrica è stata maggiore per i CWD meno decomposti e con diametri maggiori. L'uso di queste analisi rimuove la soggettività delle classi di decadimento dei CWD, riducendo il numero di test per determinare le proprietà fisico-chimiche dei CWD e aumentando l'accuratezza degli studi focalizzati sul ciclo del carbonio di questi materiali.

I detriti legnosi grossolani (CWD) svolgono un importante ruolo ecologico all'interno dell'ecosistema forestale1,2,3, fungendo da cibo per gli organismi saprofagi4,5, habitat per vertebrati e invertebrati6 e come componente del ciclo del carbonio7,8,9. La rilevanza dei CWD nel ciclo del carbonio è aumentata nel corso degli anni a causa dell’aumento della mortalità degli alberi10. Fattori come il degrado forestale11,12, il cambiamento nell’uso del territorio13,14 e gli effetti negativi del cambiamento climatico15,16 sono i principali responsabili di questo aumento della mortalità degli alberi nelle foreste di tutto il mondo, comprese le foreste della Foresta Atlantica brasiliana17,18.

Il carbonio contenuto nei CWD può essere immagazzinato per oltre 30 anni in ambienti tropicali19,20. Tuttavia, il processo di decomposizione, rende questa componente forestale una fonte di emissione di carbonio nell’atmosfera21,22,23. La decomposizione dei CWD è un processo che comporta una complessa serie di trasformazioni, che porta alla riduzione delle strutture organiche alla loro forma minerale24. Durante questo processo, le proprietà fisiche e chimiche dei CWD vengono alterate a causa dell'azione microbica (respirazione e trasformazione biologica), degli insetti, della degradazione fisica, della lisciviazione e del fuoco1,25,26,27.

I cambiamenti nelle proprietà fisiche e chimiche dei CWD iniziano con la degradazione delle pareti cellulari del legno, che sono costituite principalmente da olocellulose (cellulosa ed emicellulosa) e lignina28,29. Le concentrazioni di questi composti strutturali nel legno morto vengono modificate con il progredire della decomposizione30. La concentrazione di olocellulose è preferenzialmente ridotta nelle prime fasi della decomposizione delle CWD. Negli stadi più avanzati le olocellulose vengono decomposte selettivamente e la concentrazione di lignina tende ad aumentare nei restanti materiali31,32,33.

Queste modifiche nelle olocellulose e nelle concentrazioni di lignina dovute al processo di decomposizione influiscono sulla densità apparente34,35 e sul contenuto di composti chimici come carbonio (C) e azoto (N) dei CWD36,37,38,39. Inoltre, le concentrazioni di questi composti strutturali influenzano la resistenza dei CWD alla decomposizione24,40 e determinano il grado di deterioramento del legno già sottoposto a questo processo, eliminando la soggettività nella classificazione della classe di decadimento di questi materiali1,25,38. In questo senso, analisi chimiche come l'analisi immediata e l'analisi termogravimetrica, che indica la composizione chimica strutturale dei CWD dalla determinazione del contenuto di materiali volatili, carbonio fisso, peso residuo (ceneri) e perdita di peso in diversi intervalli di temperatura, diventano essenziali per comprendere il effetto della decomposizione dei CWD.