Patterns of co-occurrence of rare and threatened species in winter arable plant communities of Italy

Detecting patterns of species co-occurrence is among the main tasks of plant community ecology. Arable plant communities are important elements of agroecosystems, because they support plant and animal biodiversity and provide ecosystem services. These plant communities are shaped by both agricultural and environmental drivers. The pressure of intensive agriculture worldwide has caused the decline of many characteristic arable species and communities. Italy is the European country where arable plant biodiversity is the best preserved. In this study, we assessed the patterns of co-occurrence of rare and threatened arable plants in 106 plots of winter arable vegetation located from Piedmont to Calabria, in the mainland part of the country. For this purpose, we based our investigation on the analysis of a recently acquired dataset and on the European list of rare and threatened arable plants. We highlight how dierent species of conservation interest tend to occur in the same community. On the other hand, generalist and more competitive taxa show similar patterns of co-occurrence. We suggest that single species of conservation value could be suitable indicators of a well-preserved community. On the other hand, to be eective, conservation strategies should target the whole community, rather than single species

Development of a new GIS-based method to detect high natural value farmlands. A case study in central Italy

An original method for the identification of High Natural Value farmlands is presented. Gathering information about land use (CORINE Land Cover), geomorphology (elevation and Terrain Ruggedness Index) and remote sensing data in a GIS environment we were able to develop a new detection process; its application to a wide sector of central Italy, in areas characterized by high biodiversity and relevant agronomic and cultural value, is presented. Thus, a new tool for diminishing sampling efforts and economic and time wastes in territorial studies is provided

The anthropogenic grasslands of the Securigero securidacae-Dasypyrion villosi in central Mediterranean areas. Synecology, distribution and syntaxonomy

The anthropogenic therophitic grasslands dominated by tall Poaceae of Italy were recently included in the alliance Securigero securidacae-Dasypyrion villosi (Chenopodietea). Similar vegetation types from Sicily, Sardinia, Albania, and Greece were hypothesized to pertain to this syntaxon. In this work, we performed multivariate analyses on 493 phytosociological relevés certainly or likely ascribable to the alliance, gathering personal unpublished data and those available from literature. Our results confirm that this vegetation type has its core distribution in peninsular Italy, with irradiations in Sardinia and the lower Po Valley. Except for one relevé, similar communities from the Balkans were not includable in the Securigero-Dasypyrion, as well as others from the Italian Peninsula and Sicily. Based on our results, we describe the Mediterranean sub-alliance Securigero securidacae-Dasypyrenion villosi (including six vegetation types) and its Submediterranean vicarious Hordeo murini-Anisanthenion diandrae (including three vegetation types). Three new associations are described

La flora vascolare degli oliveti della Bassa Sabina (Lazio, Italia centrale)

L’olivo (Olea europaea L.) è una specie caratteristica degli aspetti più termofili della macchia mediterranea (Oleo-Ceratonion). La sua domesticazione è avvenuta presumibilmente già nel Neolitico, ad opera delle popolazioni del Medio Oriente; da qui, le varietà coltivate sarebbero arrivate prima ai Greci e poi agli Etruschi (Pignatti 2018). Oggi gli oliveti sono tra le coltivazioni più caratteristiche del paesaggio agricolo mediterraneo (Angles 1999); qui risultano spesso inseriti nelle aree agricole ad alto valore naturale tipiche dei territori rurali geomorfologicamente complessi (Fanfarillo et al. 2017a, 2017b). Gli appezzamenti ad olivo, in particolare quelli più antichi e a gestione estensiva, ospitano livelli considerevoli di biodiversità (Perrino, Veronico 2012, Marzano et al. 2013, Fanfarillo et al. 2018), motivo per cui ne è stato proposto l’inserimento tra gli habitat di interesse comunitario ai sensi della Direttiva 92/43/CEE (Biondi et al. 2007). La Sabina è tra le zone dell’Italia centrale maggiormente vocate all’olivicoltura, in particolare nella parte meridionale, dove sui rilievi carbonatici rivolti verso il Mar Tirreno si configurano condizioni morfo-climatiche ideali per la crescita dell’olivo. L’area coincide con la zona di produzione dell’olio extravergine di oliva DOP “Sabina” (Commissione Europea 1996); in considerazione di ciò, gli oliveti occupano una posizione importante tra le tipologie di uso del suolo. Pertanto, nel corso dei mesi di aprile e maggio 2017 e 2018 è stata effettuata una campagna di rilevamento sulla flora e sulla vegetazione, ad oggi poco conosciute, che colonizzano queste coltivazioni arboree nella Bassa Sabina (prov. Rieti, Lazio); sono stati eseguiti 62 rilievi su plot di area fissa pari a 16 m2, superficie consigliata per il rilevamento delle comunità erbacee europee (Chytrý, Optyková 2003). Le colture indagate sono tutte a gestione tradizionale/estensiva, falciate e/o pascolate e non sottoposte a lavorazione del terreno (Fig. 1). Complessivamente sono stati censiti 234 taxa di piante vascolari. La famiglia più rappresentata è risultata essere quella delle Fabaceae (36 taxa), seguita da Asteraceae (32) e Poaceae (31). Ben rappresentate sono anche le Brassicaceae, con 13 taxa; le altre famiglie hanno mostrato una consistenza inferiore. Sono state rinvenute tre specie rare nella regione Lazio secondo Anzalone et al. (2010): Glechoma hederacea L., Securigera cretica (L.) Lassen e Sisymbrium irio L.; tra le entità indicate dagli stessi autori come poco comuni nel territorio regionale, sono state censite Equisetum palustre Anemone coronaria L., Anthemis arvensis L. subsp. incrassata (Loisel.) Nyman, Ervum pubescens DC., Gladiolus byzantinus Mill., Ononis viscosa L. subsp. breviflora (DC.) Nyman, Trifolium squarrosum L. e Triticum neglectum (Req. ex Bertol.) Greuter. Alcuni di questi taxa poco diffusi sono stati rinvenuti per la prima volta in Sabina: ad essi si aggiungono l’alloctona casuale Brassica nigra (L.) W.D.J.Koch e il più comune Rhinanthus minor L., per un totale di nove entità di nuova segnalazione nell’area di studio. Di interesse è risultata la presenza di quattro specie di Orchidaceae, sia pur comuni in regione: Ophrys apifera Huds., Orchis italica Poir., Orchis purpurea Huds., e Serapias vomeracea (Burm.f.) Briq. Il contingente di specie alloctone (identificato secondo Galasso et al., 2018 e Bartolucci et al., 2018), si è rivelato estremamente ridotto, essendo costituito da appena 10 specie (2,3% del totale): sei archeofite (Arundo donax L. - l’unica invasiva - Avena fatua L., Avena sterilis L., Brassica nigra (L.) W.D.J.Koch, Galega officinalis L. e Medicago sativa L.) e quattro neofite (Crepis sancta (L.) Bornm. subsp. nemausensis (P.Fourn.) Babc., Erigeron canadensis L., Erigeron sumatrensis Retz., e Veronica persica Poir., le ultime tre invasive nel Lazio). I rilievi sono stati sottoposti ad un’analisi di classificazione, che ha consentito di individuare tre gruppi dalla composizione floristica discretamente differenziata, caratterizzati da livelli decrescenti di disturbo antropico e da crescenti maturità strutturale e mesofilia. In termini strutturali (Fig. 2a) i tre gruppi di rilievi mostrano una graduale diminuzione dell’incidenza di Terofite dal gruppo 1 al gruppo 3, con il conseguente incremento delle specie perenni, ove le Emicriptofite risultano essere le maggiormente rappresentate, seguite dalle Geofite. Gli spettri corologici (Fig. 2b) rivelano una generale predominanza delle specie a distribuzione Eurimediterranea, evidenziando poche differenze tra i tre aspetti; a questo fa eccezione il contingente Cosmopolita, che risulta essere di gran lunga maggiore nel gruppo 1 rispetto ai gruppi 2 e 3, coerentemente con il minore disturbo antropico a cui questi ultimi sono presumibilmente sottoposti. In conclusione l’indagine ha rivelato la presenza, all’interno dei contesti indagati, di una flora ricca e includente elementi di pregio naturalistico. Tali evidenze danno ulteriore conferma di come l’agricoltura estensiva sia di supporto alla diversità biologica, garantendo il mantenimento di habitat secondari indispensabili per la sopravvivenza di numerose specie vegetali e, di conseguenza, dei taxa animali ad esse legati

The plant communities of Tuscan rice fields

Vascular plants colonizing rice fields are highly specialized to grow in such a peculiar habitat, which is at a crossroad between wetlands and arable land. Italy is one of the main rice producers in the World, and most of its rice production is concentrated in northern regions. A few descriptive studies are available about the plant communities colonizing rice fields in the area. On the contrary, nothing is known about such communities in central Italy (Tuscany), where rice cultivation has a long tradition as well. With this study, we provide the first knowledge about the plant communities growing in the rice fields of southern Tuscany, where we carried out 40 square vegetation plots of 4 m2 size in early September 2021 and 2022. The surveyed plant communities were characterized by a high presence of alien species, such as Cyperus difformis, Heteranthera reniformis, and Lindernia dubia, and were classifiable in the class Oryzetea sativae Miyawaki 1960. However, based on preliminary floristic observations and on distributional data from literature, most of such alien species seemed unable to spread outside rice fields and their immediate channels, except for the invasive plant of European concern Hydrocotyle ranunculoides. Among native species, the most frequent were Alisma plantago-aquatica, Bolboschoenus maritimus, and Cyperus fuscus. An abundant presence of Characeae algae was often recorded. The channels surrounding rice fields host natural aquatic communities with Potamogeton spp., Utricularia spp., and Najas spp., classifiable in the class Potamogetonetea Klika in Klika et Novák 1941 and representing the Natura 2000 Habitat 3260 “Water courses of plain to montane levels with the Ranunculion fluitantis and Callitricho-Batrachion vegetation”

The weed vegetation of the bean “Fagiolo Cannellino di Atina” and the red pepper “Peperone di Pontecorvo” PDO crops (Latium, central Italy)

The weed vegetation of the bean “Fagiolo Cannellino di Atina” (Phaseolus vulgaris L.) and the red pepper “Peperone di Pontecorvo” (Capsicum annuum L.) PDO (Protected Designation of Origin) crops was surveyed by means of 16 relevés, sampled in four farms of southern Latium during July 2019. The relevés were subjected to multivariate analysis, which revealed that the two crops are weeded by vegetation types referable to two different subassociations of Panico-Polygonetum persicariae (Spergulo-Erodion, Eragrostietalia, Digitario-Eragrostietea). Namely, communities colonizing bean fields, which are more mesophilous and richer in Eurasian taxa, are ascribable to the subassociation sorghetosum halepensis. Communities colonizing red pepper fields, which are more thermophilous and richer in Mediterranean taxa, are ascribable to the subassociation cyperetosum rotundi. Floristic, structural, and chorological features of the communities are discussed in relation to environmental factors and agricultural management

Summer roadside vegetation dominated by Sorghum halepense in peninsular Italy: survey and classification

Sorghum halepense is a synanthropic tall grass distributed worldwide from tropical to temperate zones, and it is often considered an invasive alien. It is a perennial, rhizomatous plant that tends to form dense stands derived from vegetative and sexual propagation. Despite roadside plant communities dominated by Sorghum halepense are very common in southern Europe, their phytosociological aspects are scarcely studied. In this work, we present the results of a vegetation survey in peninsular Italy, carried out by means of the phytosociological method. In total, we carried out 73 releves in Liguria, Tuscany, Latium, Campania, Basilicata, and Apulia. We statistically compared our releves to those from the Balkans classified in the Cynodonto-Sorghetum halepensis, an association of agricultural annual weed vegetation of the class Stellarietea mediae s.l. used in the past as a reference for Italian S. halepense-dominated communities. Our results show that the Italian communities are different from the Cynodonto-Sorghetum halepensis communities, since the latter are rich in annual species, while the former are rich in perennial species. From the syntaxonomic point of view, the Italian communities are better classified in the class Artemisietea vulgaris. We describe the new (sub-)ruderal association Potentillo reptantis-Sorghetum halepensis, including a meso-hygrophilous variant with Urtica dioica and an agricultural variant with Elymus repens. We have evidence that the Potentillo-Sorghetum occurs in Italy, Kosovo and Slovenia, but its distribution is possibly wider due to conspicuous presence of cosmopolitan species characterizing the association. Our work provides a baseline for the knowledge of an alien-dominated plant community that can invade habitats with high conservation value

Dose-Dependent and Species-Specific Effects of Wood Distillate Addition on the Germination Performance of Threatened Arable Plants

Wood distillate (WD) is a bio-based product applied to crop plants for its known action in terms of growth promotion and yield enhancement, but studies are lacking on its effects on the germination of arable plants. To test such effects, we applied WD at six different concentrations on the diaspores of three threatened arable plants: Bromus secalinus, Centaurea cyanus, and Legousia speculum-veneris. For all the studied species, the effect of WD was dose-dependent and species-specific. In B. secalinus, the germination percentage (GP) decreased at 0.125% WD but then remained stable at higher concentrations up to 1%. At 2% WD, almost no germination was observed. Mean germination time (MGT) was not influenced up to 1% WD but significantly increased at 2% WD. The germination rate index (GRI) and germination energy (GE) remained unaffected up to 1% WD but decreased at 2% WD. In C. cyanus, WD had no effects on GP and GE at any concentration. MGT showed no difference with the control up to 1% WD, but significantly increased at 2% WD. GRI increased only at low concentrations (0.125% and 0.25%). The germination performance of L. speculum-veneris was unaffected up to 0.25% WD for all the tested parameters. From 0.5% WD, a reduction in GP, GRI, and GE and an increase in MGT were observed. At 2% WD, germination was totally blocked. Our results suggest that using WD at low concentrations (<0.5%), those commonly used in arable crops, does not affect the germination of the three investigated plant species

La flora commensale delle colture D.O.P. "Peperone di Pontecorvo" e "Fagiolo cannellino di Atina" (Lazio meridionale)

Il “Peperone di Pontecorvo” (Capsicum annuum L. ‘Cornetto di Pontecorvo’) e il “Fagiolo cannellino di Atina” (Phaseolus vulgaris L. ‘Cannellino di Atina’) (Fig. 1) sono due colture annuali a ciclo estivo-autunnale della Provincia di Frosinone (Lazio), che hanno ottenuto il marchio D.O.P. nel 2010. I disciplinari di produzione prevedono la semina primaverile (peperone) o estiva (fagiolo), l’irrigazione e, infine, la raccolta estiva o autunnale. Per quanto riguarda le concimazioni e il diserbo chimico, questi sono consentiti per il peperone, mentre vengono vietati per il fagiolo. Le aree di produzione sono localizzate rispettivamente nella bassa Valle del Liri (a circa 50 m s.l.m.) e nella media Valle di Comino (a circa 400 m s.l.m.) e sono entrambe estremamente ridotte (poche centinaia di km2), fatto che conferisce alle due colture un intimo legame con il territorio. I substrati sono di natura alluvionale ed il fitoclima è Temperato Submediterraneo, a contatto con la fascia a fitoclima Mediterraneo nel caso di Pontecorvo (Pesaresi et al. 2017). Data l’utilità dello studio della flora commensale delle colture, sia dal punto di vista naturalistico-ambientale sia agronomico, e la totale mancanza di informazioni su questa per il “Peperone di Pontecorvo” e il “Fagiolo cannellino di Atina”, nel mese di luglio 2019 è stata effettuata un’indagine floristica in quattro aziende campione, due produttrici di peperoni e due di fagioli (Commissione Europea 2019). Il rilevamento è stato svolto tramite plot di area fissa di dimensioni 1 × 16 m, effettuando un rilievo al centro di ogni appezzamento coltivato (Chytrý, Otýpková 2003, Güler et al. 2016). Ad ogni agricoltore è stato, inoltre, chiesto di compilare un questionario riguardante le principali pratiche agronomiche effettuate. In totale sono stati censiti 52 taxa di piante vascolari, 35 nei campi di peperone e 27 nei campi di fagiolo, riferibili a 43 generi e 21 famiglie; le famiglie più rappresentate sono Asteraceae, Poaceae, Euphorbiaceae, Polygonaceae e Brassicaceae ed il genere più rappresentato è Euphorbia. I taxa più frequenti sono Amaranthus retroflexus L., Convolvulus arvensis L., Portulaca oleracea L., Sorghum halepense (L.) Pers., Cyperus rotundus L., Sonchus oleraceus L., Digitaria sanguinalis (L.) Scop., Xanthium italicum Moretti e Chenopodium album L. subsp. album. Tra i molti taxa ampiamente diffusi, ne sono stati rinvenuti alcuni poco comuni in regione (Anzalone et al. 2010): Chrozophora tinctoria (L.) A.Juss., Euphorbia chamaesyce L., Lotus hispidus DC. e Visnaga daucoides Gaertn. L’analisi strutturale (Fig. 2a) ha evidenziato la presenza di una flora prevalentemente terofitica (67% di taxa annuali nelle colture di fagiolo, 82% in quelle di peperone), e subordinatamente geofitica ed emicriptofitica. La maggior incidenza di terofite nella flora commensale dei peperoni è riconducibile ad un contesto fitoclimatico caratterizzato da una maggiore aridità, comunque presente nonostante le irrigazioni. Tra le geofite, rilevante è il ruolo rivestito dalle rizomatose Cyperus rotundus L., nelle colture di peperone, e Sorghum halepense (L.) Pers., in quelle di fagiolo; entrambe queste specie sono infestanti di notevole rilevanza in agricoltura (Holm et al. 1977). In termini corologici (Fig. 2b), la flora totale è caratterizzata da una notevole incidenza di neofite (maggiormente rappresentate nella flora commensale dei peperoni) e cosmopolite (più presenti in quella dei fagioli). Tra le neofite, tutte invasive e quasi tutte di provenienza americana, vi sono Amaranthus hybridus L. subsp. hybridus, A. retroflexus L., Artemisia verlotiorum Lamotte, Datura stramonium L., Erigeron canadensis L., E. sumatrensis Retz., Euphorbia maculata L., E. prostrata Aiton e Veronica persica Poir. Tra i taxa ad ampia distribuzione sono presenti Chenopodium album L. subsp. album, Cynodon dactylon (L.) Pers., Cyperus rotundus L., Digitaria sanguinalis (L.) Scop., Echinochloa crusgalli (L.) P.Beauv. subsp. crusgalli, Euphorbia helioscopia L., Persicaria maculosa Gray, Portulaca oleracea L. e Rumex crispus L. Le archeofite sono invece esclusive delle colture di fagiolo e sono rappresentate da Abutilon theophrasti Medik. e Sorghum halepense (L.) Pers. Seguono per importanza i taxa eurimediterranei, più rappresentati nelle colture di peperoni. L’applicazione degli indici di Ellenberg (Pignatti 2005, Domina et al. 2018) ha evidenziato come la flora commensale dei peperoni sia leggermente più termofila ed eliofila, coerentemente con il fitoclima, e leggermente più nitrofila, come conseguenza delle concimazioni chimiche. In generale, l’indagine ha confermato la spiccata omogeneità della flora commensale delle colture a ciclo estivo nel Lazio, evidenziando notevoli affinità tra i contingenti floristici indagati e quelli, recentemente studiati, delle colture di mais (Abbate et al. 2013, Fanfarillo et al. 2019)

Effects of Wood Distillate on Seedling Emergence and First-Stage Growth in Five Threatened Arable Plants

Wood distillate (WD) is an environmentally safe bio-based product stimulating plant growth and yield and allowed in Italy in organic farming. To the best of our knowledge, there are no studies on the effects of WD on spontaneous plants growing among crops, including their functional traits such as biomass. To test such effects, we carried out a lab experiment on artificially reconstructed arable plant communities composed of five species of conservation interest, which are specialist winter cereal crops: Bromus secalinus L., Centaurea cyanus L., Lathyrus aphaca L., Legousia speculum-veneris (L.) Chaix, and Scandix pecten-veneris L. After sowing 45 pots under controlled conditions, we applied WD at three concentrations (0%, 0.2%, and 0.5%) six times over 7 weeks. The number of emerged plants in each pot was counted every two weeks. Finally, we harvested all plants and measured the fresh and dry above-ground weight of each species in each pot. The resulting data were analyzed by Permutational Analysis of Variance. The application of 0.2% and 0.5% WD modified the community composition after two weeks, but such differences later disappeared. Both 0.2% and 0.5% WD had a positive effect on the dry weight of S. pecten-veneris and a negative effect on that of L. speculum-veneris. Moreover, 0.2% and 0.5% WD increased seedling emergence in L. aphaca, and 0.5% WD increased seedling emergence in S. pecten-veneris. Both 0.2% and 0.5% WD enhanced seedling emergence in the entire community. We suggest that the use of WD at low concentrations in winter cereals may be a sustainable agricultural practice that benefits crops without harming the associated plant diversity