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Title: Valutazione dell'attendibiltà del database WorldClim e applicazione al caso della quercia da sughero (Quercus suber L.) italiana
Other Titles: Evaluation of WorldClim database. Reliability and it's application to cork oak (Quercus suber L.) distribution in Italy
Authors: Cavagnuolo, Lucia
Keywords: Database;WorldClim;Quercus suber L.;Cork oak;AGR/05
Issue Date: 7-Jul-2015
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato di ricerca. 26. ciclo
Abstract: 
La sughera (Quercus suber L.) è stata dichiarata recentemente una specie strategica a causa delle peculiari caratteristiche tecniche del suo prodotto principale (sughero), irriproducibili dall’industria: basso peso specifico, elasticità e flessibilità, resistenza alla compressione, capacità di isolamento termico, impermeabilità, resistenza all’attrito.
Sebbene ampiamente trasformate dall’uomo, le formazioni di sughera sono strettamente associate alle condizioni climatiche di alcune aree mediterranee. Nel corso dei secoli l’evoluzione delle forma-zioni di sughera ha seguito i cambiamenti legati alle modificazioni delle attività agro-silvo-pastorali. La gestione del sottobosco di montados (in Portogallo) e dehesas (in Spagna) rappresenta un buon modello di sostenibilità, dove la produzione di sughero e l’allevamento animale possono essere sviluppati simultaneamente.
La distribuzione della Q. suber corrisponde ad aree dove predomina un clima “mediterraneo-oceanico”, con una distribuzione attuale discontinua che si estende dalle coste atlantiche del nord Africa e della penisola iberica fino alle regioni del sud-est d’Italia, includendo anche le principali isole del mediterraneo occidentale così come le zone costiere del Maghreb (Algeria and Tunisia), della Provenza (Francia) e della Catalogna (Spagna). Il suo estremo orientale è costituito da alcuni popolamenti fortemente disgiunti, in Puglia.
La quercia da sughero, per la stessa natura della specie, consente l’estrazione periodica di biomassa pregiata senza l’abbattimento della pianta assicurando, quindi, nel tempo la continuità della copertura arborea. Il significato di questo equilibrio è stato recentemente sottolineato dagli studiosi europei di scienze botaniche e forestali le cui indagini consentono di dare nuove valenze alla subericoltura anche e soprattutto in campo ecologico. La sughera, difatti, sta rivelando un’importanza sempre maggiore nel garantire la stabilità ecologica delle formazioni forestali mediterranee sopportando intensi stress idrici, insediandosi e propagandosi su terreni difficili, a volte addirittura avvelenati, o in via di desertificazione e manifestando particolare resistenza al passaggio del fuoco grazie al ritidoma coibente. Quest’ultimo aspetto è di estremo interesse alla luce dei dati annualmente forniti dal C.F.S. sugli incendi boschivi in Italia che nel 2014 sono stati ben 3460 con una perdita di superficie pari a di 15.193 ettari di superficie boscata. D’altra parte, il pascolo arborato a sughera ha consentito per millenni la coesistenza tra diverse attività di sostentamento dell’uomo basate su un’economia agro-silvo-pastorale e nel contempo ha assicurato la conservazione del suolo.
Purtroppo, in questi ultimi anni si osserva una riduzione drastica della superficie destinata a sughereta in tutto l’areale di distribuzione della specie a causa degli incendi, di pratiche selvicolturali sbagliate, del sovrapascolo, di attacchi parassitari, dell’invecchiamento naturale, della sostituzione delle sugherete con colture agrarie e dei rimboschimenti con specie esotiche a rapido accrescimento che
determinano in moltissimi casi la completa scomparsa di popolamenti, soprattutto marginali, con la conseguente perdita di biodiversità che risulta ancora più grave in quanto non conosciuta. A fronte di tale riduzione della superficie produttiva, si osserva un aumento costante della domanda di sughero a livello mondiale. Il nostro Paese, che è il maggior trasformatore di materia grezza e che detiene il primato per la qualità del sughero, comincia a trovarsi in una situazione di difficoltà di approvvigionamento in quanto i Paesi del Nord Africa, soprattutto la Tunisia, ma anche Algeria e Marocco, si stanno attrezzando per una prima lavorazione interna del sughero non consentendo più l’esportazione di materiale grezzo
Questa ricerca, pertanto, si inserisce nel contesto di un più vasto progetto per lo sviluppo di una moderna sughericoltura, le cui direttrici più generali delineate vanno verso il miglioramento funzionale e strutturale delle sugherete degradate esistenti, cercando di assicurare la capacità di rinnovazione naturale delle stesse, la rinaturalizzazione di precedenti rimboschimenti effettuati con specie esotiche in ambiente di pertinenza del bosco di sughera, e la realizzazione di nuovi impianti in ambienti ecoclimatici ad elevata potenzialità per la sughera.
Lo studio ha cercato di approfondire le conoscenze sulla distribuzione della Q.suber attraverso l'esame delle correlazioni fra clima e vegetazione, ricavando i dati dei principali fattori climatici, temperatura e precipitazione, dalle stazioni meteorologiche di 6 regioni dell’Italia centro meridionale comprese nell’areale della Q. suber, Basilicata, Calabria, Campania, Lazio, Puglia e Sicilia, partendo dal presupposto che il clima è certamente il fattore che più determina i lineamenti del paesaggio vegetale di una data regione.
Per elaborare mappe delle variabili climatiche e bioclimatiche basate sulla tecnologia GIS, sono stati utilizzati dati di precipitazione di 791 stazioni e di temperatura da 368 stazioni di rilevamento meteorologico.
Le variabili climatiche raccolte sono state la media della precipitazione annuale e della temperature dei mesi giugno, luglio e agosto e la media delle temperature massime e minime rispettivamente dei mesi più caldi e più freddi dell’anno.
Sono stati inoltre analizzati tre indici bioclimatici: Emberger (1930) che classifica il clima mediterraneo sulla base del quoziente pluviometrico (Q) e Mitrakos (1980) che propose due indici per quantificare lo stress subito dalle piante, uno causato dall’aridità estiva e l’altro dal freddo invernale. In questo studio abbiamo utilizzato il calcolo dell’indice di stress da aridità estiva (SDS), ottenuto come valore medio del mese più arido tra giugno, luglio e agosto e l’indice di stress da freddo invernale (WCS) calcolato per i mesi di dicembre, gennaio e febbraio.
Il sistema di interpolazione scelto per stimare l’andamento di temperatura e precipitazioni è stato il kriging ordinario, un metodo di regressione usato nell'ambito dell'analisi spaziale (geostatistica) che
permette di interpolare una grandezza nello spazio, minimizzando l’errore quadratico medio. Il kriging ha permesso di confrontare i risultati ottenuti dall’analisi delle serie di dati della rete meteorologica delle regioni italiane con quelli elaborati attraverso la rete del portale Worldclim – World Climate Data (Hijmans, R.J., S.E. Cameron, J.L. Parra, P.G. Jones and A. Jarvis, 2005) per cercare di capire quale dei due metodi fosse maggiormente attendibile nello studio della distribuzione della sughera.
Riportando su di un grafico i valori degli scarti ottenuti dalla differenza tra i dati elaborati della rete meteorologica delle regioni italiane e quelli della rete Worldclim in funzione del numero di celle corrispondenti, si sono evidenziate delle importanti differenze.
Dal confronto tra le due metodologie è emerso che i fattori che maggiormente influiscono sui risultati del calcolo delle variabili bioclimatiche sono: il numero e la distribuzione delle stazioni meteo osservate, l’ampiezza delle serie di dati prese in considerazione e l’altimetria.
Nel primo caso si è visto che le regioni in cui il numero di stazioni non è sufficiente per rappresentare la variabilità geomorfologica del territorio, non hanno dato risultati attendibili in particolare per le variabili bioclimatiche il cui calcolo è correlato alla temperatura e quindi maggiormente legato all’altimetria, come SDS di Mitrakos e Q di Emberger. Mentre il calcolo del WCS di Mitrakos ha dato risultati più attendibili perché in questo caso il numero di dati esaminati per le serie delle regioni italiane è maggiore e la dipendenza della variabile in esame dal dato pluviometrico, fa si che la spazializzazione elaborata con il kriging risenta in maniera minore dell’effetto dell’assenza del dato altimetrico.
In conclusione possiamo affermare che la scelta di una metodologia rispetto all’altra dipende molto da quali siano i parametri di partenza che abbiamo a disposizione: laddove la rete delle stazioni meteo è distribuita in maniera omogenea sul territorio e la serie di dati utilizzabili sufficientemente ampia, la spazializzazione dei dati risulta attendibile e maggiormente rappresentativa del territorio italiano la cui morfologia è molto complessa.

Quercus suber L. (Cork Oak) has been recently declared a strategic species due to the particular and technical characteristics of its principle product (cork): industrially unproducible, low specific weight, flexibility and elasticity, resistant to compression, thermal insulation capacity, water resistant, resistant to attrition/friction.
Although it has been widely transformed by humankind, the occurrence of cork oak is strictly associated to climatic conditions in some Mediterranean areas. Over the centuries, the evolution of the species range has followed changes linked to the modification of the agro-forestry and pastoral activities. The management of the undergrowth of montados (in Portugal) and dehesas (in Spain) is a good model of sustainability, where cork production and animal breeding may be simultaneously developed.
Naturally restricted to the western Mediterranean regions, the cork oak is an emblematic Mediterranean sclerophyllous tree, occurring in three out of ten biodiversity hotspots detected in the Mediterranean Basin. The range of Q. suber corresponds to areas where an “oceanic Mediterranean climate” rules, with a modern discontinuous distribution extending from the Atlantic coasts of North Africa and Iberian Peninsula to the south eastern regions of Italy, including the main west-Mediterranean islands as well as the coastal belts of Maghreb (Algeria and Tunisia), Provence (France) and Catalonia (Spain). The easternmost stands of the species belong to small enclaves scattered along the coast of Apulia (southeastern Italy).
By its own nature, cork oak allows a periodic extraction of its bark, a fine (high quality) biomass, without felling the tree, therefore ensuring, over time, the continuity of tree cover. The significance of this balance has recently been emphasised by European scholars of the botanic science and forestry whose research allows us to give new meanings to subericolture especially in the ecological field.
In fact, the cork oak is proving increasingly important in ensuring the ecological stability of Mediterranean forest formations, enduring intense water stress, settling and spreading in difficult and sometimes even poisoned terrain or in the process of desertification and manifesting particular resistance to fire, thanks to its rhytidome (bark insulation).
This latter is of great interest based on the annual data provided by the CFS on forest fires in Italy. During the year 2014 there have been 3460 fires and the loss of 15,193 hectares of woodland has been registered. On the other hand, pasture planted with cork oak trees has allowed, for thousands of years, the coexistence of different human livelihoods based on agro-forestry-pastoral economy and at the same time ensured the conservation of the soil.
Unfortunately, in recent years we have observed a drastic reduction of areas destined to cork plantations throughout the distribution area of the species due to fires, wrong silvicultural practices (forestry practices), overgrazing, parasite attacks and natural aging. Also the replacement of cork trees with crops and reforestation with fast-growing exotic species has determined in many cases the complete loss of forest stands, especially marginal and consequently the loss of biodiversity, which is even more serious because unknown.
Even though the production area has reduced, there has been a steady and demanding increase for cork worldwide. Our country, which is the largest processor of raw material and the record holder for its quality, is beginning to have supply difficulties, as North African countries like Algeria, Morocco and mainly Tunisia, are no longer allowing the exportation of the raw material as they have started to process cork internally.
This research, therefore, falls within the context of a larger project for the development of a modern cork production (subericolture), whose delineated general guidelines go towards improving the functional and structural integrity of existing degraded cork oak, trying to ensure the capacity of its natural regeneration, the re-naturalization of the previous reforestation created with exotic species in environments pertaining to cork forests and the construction of new plants in environments ecoclimatici highly potential for cork oaks.
Studies have sought to deepen knowledge about the distribution of Q. suber (cork oak) by examining correlations between climate and vegetation, obtaining data of the main climatic factors, temperature and precipitation, from meteorological stations of 6 central and southern Italian regions included in the distribution area (areal) Q. suber, Basilicata, Calabria, Campania, Lazio, Puglia and Sicily. Assuming that the climate is without doubt the factor that mostly determines the features of the landscape of a certain region.
Precipitation (rainfall) data from 791 stations and temperature data from 368 stations were used to produce GIS based maps of climatic and bioclimatic variables.
The climatic variables were mean June, July, August, yearly precipitation and mean maximum and minimum temperature respectively of the warmest and coldest month. Three bioclimatic indexes were analyzed, Emberger (1930) that classified the Mediterranean climate on the basis of a pluviothermic quotient (Q) and Mitrakos (1980) who proposed two monthly stress indexes: in one, the stress is caused by drought and in the other it is caused by cold. These indexes may be used to quantify the intensity of the two types of stress on plant species. In this study, we used a summer drought stress (SDS) index, the average value calculated for the driest months, June, July and August and a winter cold stress (WCS) index calculated for the months of December, January and February.
The chosen interpolation system, to estimate the development of temperature and precipitation, was the ordinary kriging, a regression method used in the spatial analysis (geostatistics) that allows interpolating a magnitude in space, minimizing the mean square error. This method allowed us to compare the results obtained from the analysis of the data of the meteorological network of the Italian regions with those developed by the WorldClim network - World Climate Data to try to figure out which of the two methods was more reliable in the study of the distribution of the cork oak.
Creating a graph using the values obtained from the differences among the data of the Italian regions and those of the WorldClim networks, using the corresponding number of cells, important differences have been highlighted.
The comparison between the two methods showed that the factors that mostly affect the results of the calculation of bioclimatic variables are the number and distribution of weather stations observed, the amplitude of the data series considered and elevation.
In the first case, it shows that in the regions with a small number of stations used to represent the geomorphology variability of the territory reliable results have not been achieved, particularly because of the bioclimatic variables where the calculation is correlated to the temperature and therefore mostly linked to the altimetry, as WCS of Mitrakos and Q of Emberger. Whereas the calculation of the SDS of Mitrakos gave more reliable results because in this case the number of the data examined for the series of Italian regions is greater and the dependence of the variable in examination from precipitation levels, means that the spatialization processing with the kriging method affects to a lesser extent the effect of the absence of the altitude data.
In conclusion, the reliability of the spatialization of Italian territory data, which has a very complex morphology, depends on how evenly the network weather stations are distributed and on a widely sufficient amount of available data.
Description: 
Dottorato di ricerca in Scienze e tecnologie per la gestione forestale e ambientale
URI: http://hdl.handle.net/2067/2875
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