Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/2067/3008
Title: Managing Douglas fir stands in Italy: calibration and validation of Forest Vegetation Simulator (FVS) and analysis of climate sensitivity for future calibration of Climate-FVS
Other Titles: Gestione di popolamenti di Douglasia in Italia: calibrazione e validazione di Forest Vegetation Simulator (FVS) e analisi della sensitività climatica per la futura calibrazione di Climate-FVS
Authors: Castaldi, Cristiano
Keywords: Empirical forest models;Growth and yield;Calibration;Forest management;Douglas fir;Mediterranean area;Tree ring analysis;Dendroclimatology;Modelli di crescita empirici;Calibrazione;Gestione forestale;Douglasia;Analisi dendrocronologica;Dendroclimatologia;AGR/05
Issue Date: 16-Jun-2016
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato di ricerca. 28. ciclo
Abstract: 
In Italy, Douglas fir (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) has a high potential in terms of wood
production and drought tolerance. Testing exotic tree species in Italy dates back to the early years of
the last century with the valuable work done by Aldo Pavari. Distinctively, Douglas fir has provided
the most satisfactory results in terms of growth and yield. However, a growth reference for mature
stands is lacking. We calibrated and validated the Pacific Northwest variant of FVS to Douglas fir
plantations in Italy and ran the calibrated model to test management alternatives. We calibrated the
height-diameter, crown width, crown ratio, and diameter increment submodels of FVS using
multipliers fitted against tree measurements (n=704) and increment cores (180) from 20 plots across
th Apennine range. Validation was carried out on tree-level variables sampled in 1996 and 2015 in
two independent permanent plots (275 trees). Multiplier calibration improved the error of crown
submodels by 7-19%; self-calibration of the diameter growth submodel produced scale factors of
1.0 – 5.2 for each site. Validation of 20-years simulations was more satisfactory for tree diameter (-
6% to +1% mean percent error) than for height (-10% – +8%). Calibration reduced the error of
predicted basal area and yield after 50 years with respect to yield tables. Simulated response to
thinning diverged depending on site index and competition intensity. FVS is a viable option to
model the yield of Douglas fir plantations in Italy, reflecting current understanding of forest
ecosystem dynamics and how they respond to management interventions. First large-scale
experimental plantations of Douglas fir were established between 1922-1938, with the surviving
stands now exceeding conventional rotation ages (50-60 years). These stands offer a great
opportunity to carry out research on sensitivity of tree growth with respect to climate by this nonnative
tree species for the purpose of adaptive forest management in the Mediterranean area. To
this end, we have carried out dendroclimatic analyses in two 80-90 years old Douglas fir stands: the
northern most (Tuscany) and the southern most (Calabria) ones among the oldest plantations. We
sampled twenty dominant trees per stand and built a standardized mean ring-width chronology for
each site. We tested bootstrap correlations between site chronologies and minimum temperature,
maximum temperature, precipitation and standardized precipitation index (SPI) from the database
ClimateEU. We used the global correlation function across the entire lifetime of the stands, and the
moving correlation function to analyze periodic growth trends. The two sites share a positive
correlation between tree growth and winter-spring temperatures, and a negative correlation with
summer minima and maxima. Precipitation and SPI of the previous autumn are negatively
correlated with tree growth at both sites. Spring-summer precipitation and water balance have a
positive effect on growth in the northernmost site only, although the southernmost site displayed a
summer dry period. Differences in correlation strength and significant months are likely due to the
different latitude of the two sites, continentality (distance from the sea), and adaptive physiologic
activity (e.g., stopping cambial activity during the summer dry period). A shift and increase in
summer temperature and precipitation sensitivity in the later period of analysis may be indicative of
the effect of climate warming. Douglas fir in Southern Europe has thus been proved to be sensitive
to winter frost and spring water balance, but can tolerate summer drought, and has potential to be
planted extensively as a supplementary timber resource under mountain Mediterranean climate.

In Italia, la Douglasia (Pseudotsuga menziesii (MIRB.) Franco) ha un alto potenziale in termini di
produzione di legno e di tolleranza alla siccità. I primi test di specie arboree esotiche in Italia
risalgono ai primi anni del secolo scorso, con il prezioso lavoro svolto da Aldo Pavari. La Douglasia
ha fornito risultati più soddisfacenti in termini di crescita rispetto a quelli di produttività. Tuttavia,
esiste una carenza di riferimenti scientifici per la crescita di popolamenti maturi. Considerando che i
primi impianti sperimentali di Douglasia in Italia risalgono al periodo 1922-1938, oggi si pone il
problema di gestione di questi popolamenti che hanno un’età superiore al turno convenzionale (50-
60 anni). In questo lavoro è stata calibrata e validata la variante Pacifico nord-occidentale di FVS
“Forest Vegetation Simulator” (PN-FVS) per piantagioni di Douglasia in Italia e, in una seconda
fase, è stato utilizzato il modello calibrato per testare alternative di gestione. In particolare, sono
state calibrate le funzioni di altezza-diametro, larghezza di chioma, il rapporto di chioma e
incremento diametrico, utilizzando moltiplicatori appropriati per 704 alberi misurati e 180
incrementi di carotine legnose provenienti da 20 aree di saggio in tutta la catena appenninica.
I test di validazione sono stati eseguiti su variabili a livello di singolo albero campionati nel 1996 e
nel 2015 in due aree di saggio permanenti (275 alberi). I moltiplicatori di calibrazione hanno
migliorato l'errore delle funzioni di crescita della chioma del 7-19%; l’auto-calibrazione del
modello di incremento di diametro ha prodotto fattori di scala di 1,0-5,2 per ogni sito. Le
simulazioni di validazione nei 20 anni analizzati, sono state più soddisfacente per il diametro (-6% a
+ 1% di errore medio percentuale) rispetto alle altezze (-10% - + 8%). La calibrazione di PN-FVS
ha ridotto l'errore di predizione di area basimetrica, per il periodo 0-50 anni rispetto alle tavole
alsometriche di Cantiani del 1965. La risposta simulata al diradamento diverge a seconda del sito e
dell'intensità di competizione. FVS è una valida opzione per simulare il rendimento delle
piantagioni di Douglasia in Italia in base alle attuali comprensioni delle dinamiche degli ecosistemi
forestali e come risposta ad interventi di gestione.
Inoltre questi boschi hanno offerto una grande opportunità per svolgere attività di ricerca sulla
sensibilità di crescita degli alberi in relazione al clima ai fini della gestione forestale adattiva nel
bacino del Mediterraneo. A tal fine, sono state svolte analisi dendroclimatiche in due siti di 80-90
anni: la più settentrionale (Toscana) e la più meridionale (Calabria) tra le piantagioni più vecchie in
Italia. Sono stati campionati 20 alberi dominanti per sito e costruito una cronologia media
standardizzata per ciascun sito. Sono state effettuate correlazioni tra queste cronologie e le variabili
climatiche estratte dal database ClimateEU: temperatura minima, temperatura massima,
precipitazione e indice di precipitazione standardizzato (SPI). E’ stata applicata la funzione di
correlazione globale attraverso l'intero ciclo di vita degli alberi e la funzione di correlazione a
finestra mobile di 30 anni per analizzare le singole tendenze di crescita in periodi più brevi.
I due siti condividono una correlazione positiva tra la crescita degli alberi e le temperature
invernali-primaverili e una correlazione negativa con temperature minime e massime in estate. La
precipitazione e SPI dell'autunno precedente sono correlati negativamente con la crescita degli
alberi in entrambi i siti. Le precipitazioni in primavera-estate hanno un effetto positivo sulla crescita
soltanto nel sito più a nord (Acquerino) e il sito più meridionale evidenzia un periodo di siccità
estiva. Le differenze di correlazione tra le due aree sono probabilmente dovute a: diversa latitudine
dei due siti, continentalità (distanza dal mare) e attività fisiologica (ad esempio, interrompendo
l'attività cambiale durante il periodo di siccità estiva). L’aumento della temperatura estiva e una
maggiore sensibilità alle precipitazioni nell'ultimo periodo analizzato possono essere un indice degli
effetti del riscaldamento climatico. Nel Sud Europa la Douglasia ha manifestato una maggiore
sensibilità alle gelate invernali con una certa tolleranza alla siccità estiva, dimostrando di poter
essere impiegata come risorsa legnosa supplementare in un clima mediterraneo.
Description: 
Dottorato di ricerca in Ecologia forestale
URI: http://hdl.handle.net/2067/3008
Appears in Collections:Archivio delle tesi di dottorato di ricerca

Files in This Item:
File Description SizeFormat
ccastaldi_tesid.pdf1.71 MBAdobe PDFView/Open
Show full item record

Page view(s)

1
Last Week
0
Last month
1
checked on Nov 25, 2020

Download(s)

2
checked on Nov 25, 2020

Google ScholarTM

Check


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.