Light energy management in peach: utilization, photoprotection , photodamage and recovery. Maximizing light absorption in orchard is not always the best solution

The relation between the intercepted light and orchard productivity was considered linear, although this dependence seems to be more subordinate to planting system rather than light intensity. At whole plant level not always the increase of irradiance determines productivity improvement. One of the reasons can be the plant intrinsic un-efficiency in using energy. Generally in full light only the 5 – 10% of the total incoming energy is allocated to net photosynthesis. Therefore preserving or improving this efficiency becomes pivotal for scientist and fruit growers. Even tough a conspicuous energy amount is reflected or transmitted, plants can not avoid to absorb photons in excess. The chlorophyll over-excitation promotes the reactive species production increasing the photoinhibition risks. The dangerous consequences of photoinhibition forced plants to evolve a complex and multilevel machine able to dissipate the energy excess quenching heat (Non Photochemical Quenching), moving electrons (water-water cycle , cyclic transport around PSI, glutathione-ascorbate cycle and photorespiration) and scavenging the generated reactive species. The price plants must pay for this equipment is the use of CO2 and reducing power with a consequent decrease of the photosynthetic efficiency, both because some photons are not used for carboxylation and an effective CO2 and reducing power loss occurs. Net photosynthesis increases with light until the saturation point, additional PPFD doesn’t improve carboxylation but it rises the efficiency of the alternative pathways in energy dissipation but also ROS production and photoinhibition risks. The wide photo-protective apparatus, although is not able to cope with the excessive incoming energy, therefore photodamage occurs. Each event increasing the photon pressure and/or decreasing the efficiency of the described photo-protective mechanisms (i.e. thermal stress, water and nutritional deficiency) can emphasize the photoinhibition. Likely in nature a small amount of not damaged photosystems is found because of the effective, efficient and energy consuming recovery system. Since the damaged PSII is quickly repaired with energy expense, it would be interesting to investigate how much PSII recovery costs to plant productivity. This PhD. dissertation purposes to improve the knowledge about the several strategies accomplished for managing the incoming energy and the light excess implication on photo-damage in peach. The thesis is organized in three scientific units. In the first section a new rapid, non-intrusive, whole tissue and universal technique for functional PSII determination was implemented and validated on different kinds of plants as C3 and C4 species, woody and herbaceous plants, wild type and Chlorophyll b-less mutant and monocot and dicot plants. In the second unit, using a “singular” experimental orchard named “Asymmetric orchard”, the relation between light environment and photosynthetic performance, water use and photoinhibition was investigated in peach at whole plant level, furthermore the effect of photon pressure variation on energy management was considered on single leaf. In the third section the quenching analysis method suggested by Kornyeyev and Hendrickson (2007) was validate on peach. Afterwards it was applied in the field where the influence of moderate light and water reduction on peach photosynthetic performances, water requirements, energy management and photoinhibition was studied. Using solar energy as fuel for life plant is intrinsically suicidal since the high constant photodamage risk. This dissertation would try to highlight the complex relation existing between plant, in particular peach, and light analysing the principal strategies plants developed to manage the incoming light for deriving the maximal benefits as possible minimizing the risks. In the first instance the new method proposed for functional PSII determination based on P700 redox kinetics seems to be a valid, non intrusive, universal and field-applicable technique, even because it is able to measure in deep the whole leaf tissue rather than the first leaf layers as fluorescence. Fluorescence Fv/Fm parameter gives a good estimate of functional PSII but only when data obtained by ad-axial and ab-axial leaf surface are averaged. In addition to this method the energy quenching analysis proposed by Kornyeyev and Hendrickson (2007), combined with the photosynthesis model proposed by von Caemmerer (2000) is a forceful tool to analyse and study, even in the field, the relation between plant and environmental factors such as water, temperature but first of all light. “Asymmetric” training system is a good way to study light energy, photosynthetic performance and water use relations in the field. At whole plant level net carboxylation increases with PPFD reaching a saturating point. Light excess rather than improve photosynthesis may emphasize water and thermal stress leading to stomatal limitation. Furthermore too much light does not promote net carboxylation improvement but PSII damage, in fact in the most light exposed plants about 50-60% of the total PSII is inactivated. At single leaf level, net carboxylation increases till saturation point (1000 – 1200 μmolm-2s-1) and light excess is dissipated by non photochemical quenching and non net carboxylative transports. The latter follows a quite similar pattern of Pn/PPFD curve reaching the saturation point at almost the same photon flux density. At middle-low irradiance NPQ seems to be lumen pH limited because the incoming photon pressure is not enough to generate the optimum lumen pH for violaxanthin de-epoxidase (VDE) full activation. Peach leaves try to cope with the light excess increasing the non net carboxylative transports. While PPFD rises the xanthophyll cycle is more and more activated and the rate of non net carboxylative transports is reduced. Some of these alternative transports, such as the water-water cycle, the cyclic transport around the PSI and the glutathione-ascorbate cycle are able to generate additional H+ in lumen in order to support the VDE activation when light can be limiting. Moreover the alternative transports seems to be involved as an important dissipative way when high temperature and sub-optimal conductance emphasize the photoinhibition risks. In peach, a moderate water and light reduction does not determine net carboxylation decrease but, diminishing the incoming light and the environmental evapo-transpiration request, stomatal conductance decreases, improving water use efficiency. Therefore lowering light intensity till not limiting levels, water could be saved not compromising net photosynthesis. The quenching analysis is able to partition absorbed energy in the several utilization, photoprotection and photo-oxidation pathways. When recovery is permitted only few PSII remained un-repaired, although more net PSII damage is recorded in plants placed in full light. Even in this experiment, in over saturating light the main dissipation pathway is the non photochemical quenching; at middle-low irradiance it seems to be pH limited and other transports, such as photorespiration and alternative transports, are used to support photoprotection and to contribute for creating the optimal trans-thylakoidal ΔpH for violaxanthin de-epoxidase. These alternative pathways become the main quenching mechanisms at very low light environment. Another aspect pointed out by this study is the role of NPQ as dissipative pathway when conductance becomes severely limiting. The evidence that in nature a small amount of damaged PSII is seen indicates the presence of an effective and efficient recovery mechanism that masks the real photodamage occurring during the day. At single leaf level, when repair is not allowed leaves in full light are two fold more photoinhibited than the shaded ones. Therefore light in excess of the photosynthetic optima does not promote net carboxylation but increases water loss and PSII damage. The more is photoinhibition the more must be the photosystems to be repaired and consequently the energy and dry matter to allocate in this essential activity. Since above the saturation point net photosynthesis is constant while photoinhibition increases it would be interesting to investigate how photodamage costs in terms of tree productivity. An other aspect of pivotal importance to be further widened is the combined influence of light and other environmental parameters, like water status, temperature and nutrition on peach light, water and phtosyntate management.

Un piano territoriale per la riduzione della concentrazione di CO2 nell'atmosfera e la produzione energetica da fonti rinnovabili per mezzo della filiera delle biomasse

Il progetto propone uno studio per verificare la fattibilita' di un piano territoriale (ideato per il bacino del Po ma di fatto estendibile a tutti i bacini fluviali) per la creazione di una filiera di colture bioenergetiche (biomasse) che, trasportate per mezzo della navigazione fluviale (uno dei mezzi di trasporto a minore emissione di CO2), alimentino una o piu' centrali a nuova tecnologia che associno alla produzione di calore (teleriscaldamento e raffreddamento) e di energia la separazione dei fumi. La CO2 catturata dalla crescita delle biomasse e recuperata dalla combustione, puo' quindi essere segregata nel sottosuolo di aree costiere subsidenti contrastando il fenomeno dell’abbassamento del suolo. Ricavando benefici in tutti i passaggi di attuazione del piano territoriale (lancio dell'agricoltura bioenergetica, rilancio della navigazione a corrente libera, avvio di una economia legata alla logistica del trasporto e dello stoccaggio delle biomasse, generazione di energia pulita, lotta alla subsidenza) il progetto, di fatto, consente di catturare ingenti quantitativi di CO2 dall'atmosfera e di segregarli nel sottosuolo, riducendo l'effetto serra. Nel corso del Dottorato e' stata sviluppata una metodologia di valutazione della sostenibilita' economica ed ambientale del progetto ad un bacino fluviale, che consta di una modulistica di raccolta dei dati di base e di una procedura informatizzata di analisi.

Produzione automatizzata per nastratura di componenti strutturali in materiale composito

Questa dissertazione tratterà l’argomento dello studio di metodi di progettazione e processi tecnologici innovativi per l’industrializzazione in medio-grande serie di componenti strutturali in materiale composito. L’interesse della ricerca verso questo ambito è suscitato dai notevoli vantaggi che l’utilizzo di materiali dall’alto rapporto prestazioni meccaniche/peso danno nella ricerca di elevate prestazioni in applicazioni sportive e diminuzione dei consumi ed emissioni inquinanti in mezzi di trasporto di grande serie. Lo studio di componenti in materiale composito è caratterizzato dalla peculiarità di non poter disgiungere la progettazione della geometria della parte da quella del materiale e del processo, ed in questo senso nella figura del progettista si vanno a riassumere sinergicamente competenze riguardanti i tre ambiti. Lo scopo di questo lavoro è la proposizione di una metodologia di progettazione e produzione di componenti strutturali che permetta l’utilizzazione ottimale della natura fibrosa del materiale composito sia dal punto di vista del trasferimento dei carichi tra diversi componenti, sia dal punto di vista del processo di laminazione che avviene per nastratura automatizzata. Lo studio è volto a mostrare in quali termini tale tecnologia sia potenzialmente in grado di superare i vincoli di forma ed i limiti di efficienza meccanica delle giunzioni tra le parti e di garantire maggiore produttività e costi inferiori rispetti ai diversi metodi di produzione che rappresentano oggi lo stato dell’arte dell’industrializzazione in medio-grande serie. Particolare attenzione verrà posta sull’utilizzo della tecnologia oggetto di studio per la produzione di telai automobilistici.

Impatto ambientale dei rifiuti e degli sprechi agroalimentari in Europa e in Italia

Nonostante il fatto che una gran parte del mondo viva ancora oggi a livelli di sussistenza, i dati in nostro possesso ci indicano che le attività umane stanno esaurendo le risorse ambientali del pianeta. La causa di questo eccessivo sfruttamento delle risorse è da ricercare nei pattern non sostenibili di produzione e consumo dei paesi sviluppati. La preoccupazione per le conseguenze sull'ambiente e la lotta al cambiamento climatico hanno posto le politiche ambientali al centro dell'attenzione internazionale. Il Protocollo di Kyoto e la Commissione Europea hanno stabilito degli obiettivi di riduzione delle emissioni di gas serra, rispettivamente del 12% entro il 2012 e del 20% entro il 2020. All'interno del Protocollo di Kyoto l'obiettivo per l'Italia è ridurre del 6,5% le emissioni di gas serra nazionali rispetto al 1990. Le politiche mirate alla riduzione delle emissioni di gas serra hanno in genere come obiettivo gli impianti energetici e i trasporti. Poca attenzione viene data alla filiera agroalimentare pur sapendo che l'agricoltura ha un forte impatto sull'ambiente e recenti studi stimano che circa il 50% del cibo prodotto viene perso o buttato via dalla produzione al consumo. Alla luce di questi dati, il mio lavoro di tesi ha avuto come obiettivo quello di quantificare i rifiuti e gli sprechi agroalimentari in Europa e in Italia e stimare l'impatto ambientale associato. I dati raccolti in questa tesi mettono in evidenza l'importanza di migliorare l'efficienza della filiera agroalimentare per ridurre l'impatto ambientale nazionale e rispettare gli accordi internazionali sulla lotta ai cambiamenti climatici.

I rapporti di collaborazione tra vettori

L’elaborato ha ad oggetto l’analisi delle possibili forme di collaborazione tra vettori nei diversi settori del trasporto, con particolare attenzione all’ambito aeronautico e marittimo. Negli ultimi decenni l’incremento del livello di concorrenza tra i competitors su scala planetaria, a seguito della progressiva liberalizzazione e globalizzazione dei trasporti, ha indotto i vettori ad adottare nuove strategie commerciali dirette alla condivisione del rischio, alla riduzione dei costi di esercizio, all’espansione delle proprie reti e alla flessibilizzazione dei processi interni di adeguamento alle continue espansioni e contrazioni del mercato. Hanno, così, fatto la loro comparsa modelli contrattuali nuovi che differiscono per struttura, livello di integrazione delle parti coinvolte e grado di complessità dell’accordo. Nell’elaborato, pertanto, sono state attentamente esaminate le molteplici figure giuridiche generate dalla prassi commerciale, come gli accordi di codesharing, interlining, wet lease, dry lease, franchising, le grandi alleanze strategiche presenti sia in ambito aeronautico, sia in quello marittimo, le Conferences e i Consorzi. La ricerca, in particolare, è focalizzata, alla luce della prassi contrattuale e della normativa nazionale, comunitaria ed internazionale vigente, sui problemi di qualificazione giuridica di tali accordi e, conseguentemente, sulla disciplina di volta in volta ad essi applicabile, sul loro oggetto, regolamento contrattuale e contenuto. Si è proceduto poi ad uno studio comparativo-contrastivo delle differenze tra le varie forme di partnership e all’approfondimento delle questioni concernenti la tutela degli utenti dei servizi di trasporto, siano essi passeggeri o mittenti. Sono affrontati, infatti, con accurata indagine i profili di responsabilità dei vettori coinvolti, sulla base del quadro normativo di riferimento. Nel corso della ricerca si è data anche particolare attenzione all’analisi della compatibilità degli accordi tra vettori con la disciplina comunitaria della concorrenza, registrando una tendenza della Comunità a piegare l’interpretazione delle norme in materia alle superiori esigenze dell’economia, in considerazione delle peculiarità del mercato del trasporto.

Interventi normativi, interni ed uniformi, dettati dalle nuove esigenze e dai nuovi quesiti posti dalla modernizzazione dei traffici, con particolare riferimento al trasporto containerizzato e multimodale

Come si evince dal titolo della tesi, la ricerca effettuata dal presente candidato nel corso del dottorato di ricerca ha avuto ad oggetto lo studio della materia relativa ai trasporti nell’ambito di diversi sistemi giuridici europei, con particolare attenzione ai risvolti di carattere pratico che l’interpretazione delle normative uniformi poteva produrre nell’ambito delle diverse giurisdizioni nonché alle diverse impostazioni e alla variegata gamma di soluzioni interpretative che nell’ambito di problemi simili possono essere adottate a seconda che una stessa questione venga discussa in un ordinamento piuttosto che in un altro. Dall’avvento del trasporto marittimo di containers alla necessità di disciplinare l’intera materia attraverso una normativa multimodale il passo è estremamente breve, posto che, proprio in considerazione delle caratteristiche proprie del trasporto containerizzato, gli aventi diritto al carico sono principalmente interessati al completamente del trasferimento door-to-door inteso nella sua globalità, piuttosto che al buon esito del trasporto sulla singola tratta marittima. Il progetto di revisione delle Regole dell’Aja-Visby adottato dall’United Nations Commission on International Trade Law (Uncitral) e il Comité Maritime International (CMI) costituisce per definizione un progetto limitato ad un trasporto multimodale comprendente necessariamente una tratta marittima, ma rappresenta comunque un interessante banco di prova per valutare la funzionalità di strumenti di recente impiego, come ad esempio i cosiddetti e-documents, concetto peraltro già inserito nel progetto UNCITRAL, anche se con scarsi elementi di reale novità rispetto alla tradizionale disciplina relativa ai documenti cartacei. Proprio la parte relativa ai documenti e titoli di viaggio merita particolare attenzione soprattutto in riferimento alle problematiche connesse al traffico containerizzato, con particolare riferimento al concetto di transhipment, e alla conseguente necessità che la polizza garantisca al legittimo portatore una copertura completa sull’intero viaggio della merce, oltre a dargli la possibilità di individuare agevolmente la propria controparte contrattuale, e cioè il vettore.

Origin and variability of PM10 and atmospheric radiotracers at the WMO-GAW station of Mt. Cimone (1998-2011) and in the central Po Valley

Particulate matter is one of the main atmospheric pollutants, with a great chemical-environmental relevance. Improving knowledge of the sources of particulate matter and of their apportionment is needed to handle and fulfill the legislation regarding this pollutant, to support further development of air policy as well as air pollution management. Various instruments have been used to understand the sources of particulate matter and atmospheric radiotracers at the site of Mt. Cimone (44.18° N, 10.7° E, 2165 m asl), hosting a global WMO-GAW station. Thanks to its characteristics, this location is suitable investigate the regional and long-range transport of polluted air masses on the background Southern-Europe free-troposphere. In particular, PM10 data sampled at the station in the period 1998-2011 were analyzed in the framework of the main meteorological and territorial features. A receptor model based on back trajectories was applied to study the source regions of particulate matter. Simultaneous measurements of atmospheric radionuclides Pb-210 and Be-7 acquired together with PM10 have also been analysed to acquire a better understanding of vertical and horizontal transports able to affect atmospheric composition. Seasonal variations of atmospheric radiotracers have been studied both analysing the long-term time series acquired at the measurement site as well as by means of a state-of-the-art global 3-D chemistry and transport model. Advection patterns characterizing the circulation at the site have been identified by means of clusters of back-trajectories. Finally, the results of a source apportionment study of particulate matter carried on in a midsize town of the Po Valley (actually recognised as one of the most polluted European regions) are reported. An approach exploiting different techniques, and in particular different kinds of models, successfully achieved a characterization of the processes/sources of particulate matter at the two sites, and of atmospheric radiotracers at the site of Mt. Cimone.