Land cover, forestry and forest ecosystem services: methods for the production of new national maps

Abstract

Land cover, land use and their changes are important to understand the evolution of the territory which is crucial for sustainable resources management, environmental protection and studying climate change impact. In particular, forest and afforestation - the change from non forest to forest cover - monitoring is important because of the positive effects linked to forest, as the mitigation of climate change effects, soil protection, carbon sequestration, but also because forest change can be a symptom on the ongoing climate change, as in the case of movement to higher elevations or latitudes of the tree line. Remote sensed data can be a valuable tool to monitoring land cover, land use and their changes, allowing to study these phenomena at different spatial and temporal resolution. Given the importance of land cover and land use monitoring, the aims of this thesis are: (i) to develop a land cover and land cover change map of Italy using remotely sensed data, (ii) to develop and verify a new methodology to map afforestation occurred in the last 35 years using remotely sensed data, (iii) to construct a map of afforestation occurred between 1985 and 2019 in Italy, (iv) to assess the afforestation areas using statistically rigorous procedures, (v) to estimate the potential carbon sequestration in afforestation areas, (vi) to define the type of tree vegetation most affected by afforestation between 1985 and 2019. The land cover map of Italy classifies the national surface in eight land cover classes and four land cover change classes, with an Overall Accuracy of 83%, and of 86% for woody vegetation class. The effectiveness of remotely sensed data in afforestation mapping was assessed with an Overall Accuracy of 87% and the national afforestation map was constructed using two classes, afforestation and non afforestation, with an Overall Accuracy of 87%. The afforestation estimates illustrate that afforestation between 1985 and 2019 occurred approximately on 2.8 ± 0.2 million hectares, with different intensity along administrative regions and elevation classes. As regard the potential carbon sequestration, results illustrate that 202 ± 13 million t of potential carbon will be sequestrated when the trees in the afforestation areas mature. Finally, the integration between the national land cover map and the afforestation estimation dataset allowed to assess that broadleaves have been most affected by afforestation between 1985 and 2019, with 2.5±0.2 million hectares, the 89% of the total afforestation.

La copertura, l'uso del suolo e i loro cambiamenti sono importanti per comprendere l'evoluzione del territorio, fondamentale per la gestione sostenibile delle risorse, la protezione dell'ambiente e lo studio dell'impatto dei cambiamenti climatici. In particolare, il monitoraggio delle foreste e dell'espansione forestale - il passaggio da una copertura non forestale a una copertura forestale - è importante per gli effetti positivi legati alle foreste, come la mitigazione degli effetti del cambiamento climatico, la protezione del suolo, il sequestro di carbonio, ma anche perché il cambiamento delle foreste può essere un indicatore del cambiamento climatico in atto, come nel caso dello spostamento verso quote o latitudini più elevate della linea degli alberi. I dati telerilevati possono essere uno strumento prezioso per monitorare la copertura, l'uso del suolo e i cambiamenti, consentendo di studiare questi fenomeni a diverse risoluzioni spaziali e temporali. Data l'importanza del monitoraggio della copertura e dell'uso del suolo, gli obiettivi di questa tesi sono i seguenti: (i) sviluppare una mappa della copertura e del cambiamento di copertura del suolo in Italia utilizzando dati telerilevati, (ii) sviluppare e verificare un nuovo metodo per mappare l'espansione forestale avvenuta negli ultimi 35 anni utilizzando dati telerilevati, (iii) costruire una mappa dell' espansione forestale avvenuta tra il 1985 e il 2019 in Italia, (iv) valutare le aree di espansione forestale utilizzando procedure statisticamente rigorose, (v) stimare il sequestro di carbonio potenziale nelle aree di espansione forestale, (vi) definire il tipo di vegetazione arborea maggiormente interessata dall' espansione forestale tra il 1985 e il 2019. La carta di copertura del suolo dell'Italia classifica la superficie nazionale in otto classi di copertura del suolo e quattro classi di cambiamento di copertura del suolo, con un'accuratezza complessiva dell'83%, che raggiunge l'86% per la classe di vegetazione legnosa. L'efficacia dei dati telerilevati nella mappatura dell'espansione forestale è stata valutata con un'accuratezza complessiva dell'87% e la carta nazionale dell'espansione forestale è stata costruita utilizzando due classi, espansione forestale e non espansione forestale, con un'accuratezza complessiva dell'87%. Le stime di espansione forestale indicano che essa tra il 1985 e il 2019 si è verificata approssimativamente su 2,8 ± 0,2 milioni di ettari, con un'intensità diversa a seconda delle regioni amministrative e delle classi altimetriche. Per quanto riguarda il sequestro di carbonio potenziale, i risultati indicano che 202 ± 13 milioni di tonnellate di carbonio saranno sequestrate quando gli alberi nelle aree di espansione forestale avranno raggiunto la maturità. Infine, l'integrazione tra la carta nazionale della copertura del suolo e il dataset di stima dell'espansione forestale ha permesso di valutare che le latifoglie sono state maggiormente interessate dall'espansione forestale tra il 1985 e il 2019, con 2,5±0,2 milioni di ettari, l'89% dell'espansione forestale totale.