Innovative forest multiscale management and planning: modelling and mapping tools to monitor forest ecosystems functionality
Author(s)
Di Benedetto, Simone
Date Issued
April 20, 2018
Type
Doctoral Thesis
Abstract
This Ph.D. thesis focused on the definition, evolution and application of the forest management, assessing new available technologies and methods useful to make real and applicable the sustainable forest management (SFM). In detail, three case studies arguing on different levels of intervention in the forest management and planning are reported:
1. A review of the national and international policies: it gives alternative solutions to make SFM feasible;
2. A study useful to apply a methodology for mapping the accumulation of woody biomass in Mediterranean beech forests at regional scale;
3. A method to support the adaptive landscape planning in the Mediterranean region.
Forests can be considered as a set of ecosystems that create different products and services. The ability to obtain products and services through a sustainable approach is the essence of the modern forest management and planning. However, forest management requires to operate over broad area to fully understand forest ecosystem processes and for ensuring the maintenance of healthy ecosystems. This approach generates different challenges related to the costs and technologies required for the forests assessment and monitoring. Furthermore, the Mediterranean environments suffer the abandonment of silvicultural practices from decades and the land use and climate change has strongly altered the capacity of forest ecosystems to guarantee the future human well-being. For these reasons, new forest management approaches should be both sustainable and stimulating for the development of the timber industry and they should operate at different geographical scales. The development of the timber industry and SFM at national scale are directly influenced by the availability of suitable tools and incentives. The first part of this study focused on how climate adaptation policies are currently implemented at global and national scale. The work outlines that, with proper policies and new simulation tools and environmental impact analysis useful to make the carbon accounting approach more explicit and economically relevant, is a feasible solution to guarantee socio-economic development and the maintenance of ecological features. In order to face the challenges related to the cost and technologies required to assess and monitor large forest areas, this work propose a modelling strategy useful to obtain spatially explicit estimates of net carbon accumulation in Italian beech forests. The approach is based on the use of a biogeochemical model, BIOME-BGC, which is capable of simulating all main processes of ecosystems in quasi-equilibrium conditions. The modelling approach is proven to be capable of reproducing inter-annual variations of the net primary production, estimating the ground current annual increments. Finally, to support the landscape planning in the Mediterranean region, where forest ecosystem functionality and resilience should be improved, in this thesis is also reported a methodology to obtain spatially explicit estimates of the predominant forest functions. The approach uses remotely-sensed data acquired from digital open data platforms, elaborated with open software and combined by the K-means algorithm. The selected indicators measured the forest capacity to improve the following functions: (1) wood biomass productivity; (2) mediation of water flows; (3) climate regulation; (4) Suitability to host key species and habitats; (5) Trails accessibility. The results obtained can support the landscape planner to orient decisions, based on the main stands potentiality, toward sustainable routes. In conclusion, the proposed approaches and methodologies demonstrated to be suitable for implementing the SFM at different levels and geographical scales. As main strengths, the proposed approaches are simple, economical and can be easily reproduced in similar contexts.
Questa tesi di dottorato ha approfondito sulla definizione, evoluzione ed applicazione della gestione forestale, valutando nuovi metodi e nuove tecnologie disponibili utili per rendere reale ed applicabile la gestione forestale sostenibile. In dettaglio, vengono riportati tre casi di studio. Essi discutono i diversi livelli di intervento della gestione e della pianificazione forestale:
1. Una revisione delle politiche nazionali e internazionali: fornisce soluzioni alternative per rendere possibile la gestione forestale sostenibile;
2. Uno studio utile per l’applicazione di una metodologia per mappare l'incremento di massa legnosa nelle foreste mediterranee di faggio in scala regionale;
3. Un metodo per sostenere la pianificazione adattiva a scala di paesaggio nella regione mediterranea.
I popolamenti boschivi possono essere considerati come un insieme di ecosistemi che creano molteplici prodotti e servizi. La capacità di ottenere prodotti e servizi in modo sostenibile è l'essenza della gestione e pianificazione forestale moderna. Tuttavia, per comprendere pienamente i processi ecosistemici delle foreste e per garantire il mantenimento di ecosistemi sani, la gestione forestale richiede di operare su aree vaste. Questo approccio genera una serie di sfide legate al costo e alle tecnologie necessarie per la valutazione e il monitoraggio delle foreste. Inoltre, gli ambienti mediterranei soffrono dell'abbandono decennale delle pratiche selvicolturali, e il consumo di suolo e il cambiamento climatico hanno fortemente alterato la capacità degli ecosistemi forestali di garantire il futuro benessere umano. Per questi motivi, i nuovi approcci di gestione forestale dovrebbero essere sia sostenibili che stimolanti per lo sviluppo dell'industria del legname e dovrebbero operare a diverse scale geografiche. Lo sviluppo dell'industria del legno e della gestione forestale sostenibile a livello nazionale sono direttamente influenzati dalla disponibilità di strumenti e incentivi adeguati. La prima parte di questo elaborato focalizza su come le politiche di adattamento al cambiamento climatico siano attuate a livello globale e nazionale. Il lavoro riporta che, politiche adeguate e nuovi strumenti di simulazione e analisi dell'impatto ambientale utili per rendere l'approccio alla quantificazione del carbonio più esplicito ed economicamente rilevante, siano una soluzione fattibile per garantire lo sviluppo socio-economico e il mantenimento delle caratteristiche ecologiche. Per affrontare le sfide legate al costo e alle tecnologie necessarie per valutare e monitorare vaste aree forestali, questo lavoro propone una strategia di modellizzazione utile per ottenere la mappatura dell'accumulazione di carbonio nelle faggete italiane. L'approccio si basa sull'utilizzo di un modello biogeochemico, BIOME-BGC, che è in grado di simulare tutti i principali processi degli ecosistemi in condizioni di quasi-equilibrio. L'approccio di modellizzazione si è dimostrato in grado di riprodurre variazioni inter-annuali della produzione primaria netta, stimando l’incremento corrente. Infine, per sostenere la pianificazione a scala di paesaggio nella regione mediterranea, in cui la funzionalità e la resilienza dell'ecosistema forestale necessitano di essere migliorate, in questa tesi è riportata una metodologia per ottenere la mappatura delle funzioni forestali prevalenti. L'approccio utilizza dati telerilevati acquisiti da piattaforme digitali open, elaborati con open software e combinati dall'algoritmo K-means. Gli indicatori selezionati misurano la capacità delle foreste di sostenere le seguenti funzioni: (1) Produttività della biomassa legnosa; (2) Mitigazione dei flussi d'acqua; (3) Capacità di regolazione climatica;(4) Idoneità ad ospitare specie ed habitat prioritari; (5) Accessibilità alla rete sentieristica. I risultati ottenuti saranno di supporto al pianificatore forestale su scale di paesaggio per orientarne le decisioni verso traiettorie sostenibili, basandosi sulle potenzialità dell’area in esame. Concludendo, gli approcci e le metodologie proposte hanno dimostrato di essere funzionali per l'attuazione della gestione e pianificazione forestale sostenibile a diversi livelli e a diverse scale geografiche. Come punto di forza principale, gli approcci proposti sono semplici, economici e possono essere facilmente riprodotti in contesti analoghi.
Additional information
Dottorato di ricerca in Scienze, tecnologie e biotecnologie per la sostenibilità
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