Scienze biologiche

Le fonti dati rilevanti per il monitoraggio dell’avifauna delle lagune friulane, previsto dal progetto ANSER (Programma INTERREG IIIA Transfrontaliero Adriatico), sono alimentate da tre diverse metodologie di censimento, una metodologia di cattura/marcatura e una metodologia di tracciamento radio telemetrico. L’ampio spettro di informazioni a riguardo è confluito in un sistema informativo ambientale che 1) traduce tutti i dati in Ecological Metadata Language (EML) seguendo un unico modello sintattico orientato agli oggetti, 2) lo arricchisce semanticamente con una ontologia di dominio basata sulla Logica Descrittiva, 3) ne analizza le performance predittive, validando, attraverso un sistema inferenziale fuzzy, il modello teorico rispetto ai dati raccolti su campo. I risultati più importanti sono descrivibili così: 1) l’eliminazione completa di eterogeneità tra dataset ha permesso di atomizzare le tuple, reificando in un’unica super-classe di eventi nel tempo, i contatti tra operatore e animale in un determinato luogo; 2) l’ontologia OWL-DL ha determinato in maniera consistente l’appartenenza delle specie alle guild considerate e la relativa attrazione verso i diversi habitat disponibili; 3) il modello fuzzy ha rivelato che le informazioni sull’habitat e sulla profondità delle acque nel punto di monitoraggio, influiscono differentemente sulla predizione di abbondanza delle diverse guild esaminate.

L’obiettivo di questa tesi è valutare l’influenza di vari fattori biotici e abiotici che possono influenzare l’abbondanza degli uccelli acquatici nella laguna di Grado e Marano. La laguna di Grado e Marano è situata nel NE del mare Adriatico e ha un’estensione approssimativa di 160 km2. Il passo introduttivo nell’implementazione della struttura del progetto è stato individuare un sistema innovativo per la raccolta, la standardizzazione e l’archiviazione dei dati ornitologici. Immagini satellitari ASTER sono state utilizzate per classificare differenti tipi di habitat, incluse le praterie di fanerogame. Nel Sistema Informativo Geografico sono state incluse quattro variabili abiotiche (azoto e fosforo totale, salinità e tessitura del sedimento) e tre fattori biotici (comunità bentonica, praterie di fanerogame e l’abbondanza degli uccelli acquatici presenti (Mean values: December 2006, January and February 2007), raggruppati in unita funzionali o guilds). Una griglia UTM con celle di grandezza 1km x 1km (Operational Geographic Units, OGU), è stata sovrapposta all’intera laguna. Per definire le unità ecologiche sono state applicate la classificazione gerarchica e l’analisi delle componenti principali. Da ultimo è stata usata l’analisi di corrispondenza per esaminare la relazione tra uccelli acquatici raggruppati in guilds e le unità ecologiche. L’integrazione dei metodi standard di censimento con i database relazionali per archiviare e analizzare i dati ornitologici, con le tecniche di telerilevamento e di GIS e con i metodi di analisi multivariata, rappresenta un set di strumenti efficienti e potenti per il monitoraggio integrato della laguna. Il soddisfacente risultato ottenuto si potrebbe applicare per ottenere un miglioramento della struttura gestionale di numerose zone umide dell’Adriatico. The purpose of this thesis is to estimate the influence of several biotic and abiotic factors on the abundance of waterbirds in the Grado-Marano Lagoon. The Grado-Marano Lagoon is situated in the Northeast of the Adriatic Sea with an extension of approximately 160 km2. Design of an innovative system for ornithological data gathering, standardisation and storage has been an initial step in the whole project structure. Waterbirds census was carried out by periodically monitoring the bird population over a two-year period (July 2006- July 2008). The present research is making use of the integrated waterbirds census database December 2006 - February 2007 (Daylight Time Counts completed by Aerial Surveys). Terrestrial and aerial survey methods allowed us to describe bird density and habitat use. An Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) satellite images were utilized to classify different types of morphologies and habitat, including sea grass meadows. Four abiotic factors (total nitrogen, total phosphorous, salinity and sediment texture) and three biotic factors (benthic community, sea grass meadows and waterbird guild abundance) were integrated into a GIS. The flexibility of the procedure proposed in this PhD research depends on the concept of the Operational Geographic Unit (OGU) as a useful tool to integrate in a GIS georeferenced multisource data A regular UTM grid of square cells (OGU), 1km × 1km, was superimposed on the entire lagoon. Using the Hierarchical Cluster Analysis technique it was possible to delineate ecological units (clusters of OGUs) and Principal Component Analysis was used to reduce the dimensionality of the factors considered. Subsequently, Correspondence Analysis (CA) was used to examine the relationship between waterbird guild abundance and ecological units. The results obtained from this study show that sea grass meadows represent a fundamental trophic resource for aquatic birdlife in the lagoon. It is therefore indispensable to assess the distribution of phanerogam meadows and to identify the principal ecological parameters. In this context, GIS techniques allow us to integrate significant amounts of environmental data and multivariate analysis helps us to reduce the dimensionality of the data set. The integration of standard waterbirds census methods, relational databases for the ornithological data storing and analysis, remote sensing techniques, GIS technologies and multivariate statistical methods provides us with a set of powerful and efficient tool for lagoon integrated monitoring. It demonstrates the promising potentials in reforming the management frameworks of the numerous coastal wetlands in the Adriatic.

Analisi delle unità di paesaggio fitocenotico lungo il fiume Tagliamento.

I suoli globalmente contengono circa 2500 Pg di C in forma minerale ed organica (ca 1550 Pg) ed il flusso annuo da e verso l’atmosfera – che attualmente contiene circa 760 Pg C – coinvolge circa 120 Pg di C. Questi scambi di carbonio sono clima-dipendenti; l’effetto del cambiamento climatico sui depositi di carbonio del suolo è perciò di importanza critica, in quanto anche piccole variazioni di un deposito di tale entità possono determinare importanti conseguenze sulla concentrazione di anidride carbonica in atmosfera, innescando meccanismi retroattivi positivi. Per fare delle previsioni sui cambiamenti dei depositi di carbonio per effetto dei cambiamenti climatici o di altre variabili è neccesario ricorrere a dei modelli; in particolare, per le stime a scala nazionale e regionale si impiegano dei modelli che operano a livello di ecosistema e che vengono abbinati a dei SIT. Vista la forte sinergia con la mitigazione e adattamento ai cambiamenti climatici, la ricerca è stata volta a stimare il potenziale di sequestro e accumulo di sostanza organica nei terreni agricoli del Veneto, con un occhio di riguardo per la gestione sostenibile. In secondo luogo, a fornire uno strumento per la contabilizzazione del sequestro di carbonio nei sistemi agricoli. Si è individuato nel GEFSOC Modelling Sistem uno strumento idoneo per il perseguimento di questi obiettivi; il GEFSOC MS integra due modelli meccanicistici ampiamente sperimentati – Century e RothC – ed il metodo empirico dell’IPCC e li interfaccia con un SOTER-DB e con un GIS. L’uso e la gestione del suolo ed i loro cambiamenti sono variabili fondamentali nel determinare il contenuto di carbonio nei depositi del terreno; poiché manifestano i loro effetti anche secoli dopo che si sono verificati, è necessario ricostruire la loro storia almeno negli ultimi 100 anni. Nel corso della ricerca è stato ideato e sperimentato per la prima volta in questo settore un approccio spazialmente esplicito alle transizioni di uso e gestione del suolo, utilizzando materiale cartografico di varia natura e completando la raccolta dati con statistiche agrarie e fonti storiche. Le simulazioni sono state fatte contemplando due diversi scenari di cambiamento climatico (PCM-B1 e Had3A1FI) spinti fino al 2100. L’analisi dei risultati prodotti evidenzia che i terreni più ricchi in carbonio sono maggiormente soggetti a perdite, mentre quelli poveri, anche se in misura modesta, incrementano il loro contenuto; la tendenza, quindi, è di avvicinarsi ad una maggiore omogeneità. Per quel che riguarda gli usi del suolo, seminativi ed aree agricole eterogenee sono le categorie che hanno manifestato tassi di incremento superiori. I tassi di variazione, comunque, sono tendenzialmente in calo e, per lo scenario di cambiamento climatico meno marcato, ad un certo punto (2070 ca) si portano su valori negativi: questo fatto si ripercuote sui depositi del terreno, che complessivamente mostrano un incremento nel lungo periodo, ma via via più contenuto, fino a raggiungere un massimo e quindi cominciare ad emettere negli ultimi decenni della simulazione. I depositi dei terreni sottoposti allo scenario di cambiamento più marcato, invece, non hanno subito flessioni ed hanno garantito, anche se in misura calante, il sequestro lungo tutto il periodo della simulazione. Questo dato può essere di qualche interesse nello studio degli effetti della temperatura sul rapporto produzione di biomassa-accumulo/decomposizione. L’analisi delle mappe dei depositi e dei tassi di variazione annua ad ettaro prodotte con la sperimentazione, ed il confronto delle stesse con carte del contenuto del carbonio nei terreni di doversa origine e natura, rivelano l’utilità dell’approccio spazialmente esplicito nella definizione delle transizioni dell’uso e gestione del suolo; è possibile infatti riconoscere, dalla zonizzazione, i tematismi che possono avere avuto un peso preponderante nel determinare peculiari situazioni; questo consente di indagarle, verificare la validità delle assunzioni fatte in fase di progettazione, modificare eventualmente la parametrizzazione e reindirizzare le simulazioni. Ad una livello di risoluzione comparabile a quello degli strati informativi di partenza. Alla luce della sperimentazione effettuata, si ritiene che il GEFSOC Modelling System meriti grande considerazione per quanto attiene la contabilizzazione del carbonio nei sistemi agricoli – problematica inevasa fino ad oggi in Italia; quale strumento a supporto del processo decisionale; per le possibili sinergie nella pianificazione di campionamenti e sperimentazioni attinenti; per l’approfondimento della ricerca nell’ambito delle relazioni tra clima e suolo.

Il lavoro si articola in 3 capitoli ripartiti in una parte teorica dedicata alla sintassonomia delle praterie steppiche submediterranee del Carso e una parte applicativa finalizzata alla conservazione dell’habitat. 1. Analisi fitosociologica e revisione nomenclaturale delle praterie steppiche submediterranee (Scorzonero villosae-Chrysopogonetalia grylli Horvatić et Horvat in Horvatić 1963) del Carso Nord Adriatico. L’abbandono delle pratiche pastorali tradizionali ha reso le praterie steppiche fitocenosi ad elevata importanza e urgenza conservazionistica. Alla base di qualsiasi azione di tutela si pone la conoscenza delle specie e delle loro modalità organizzative nelle diverse condizioni ambientali e gestionali. Scopo della ricerca è fornire un quadro conoscitivo aggiornato dei syntaxa appartenenti all’ordine Scorzoneretalia villosae (= Chrysopogono-Scorzoneretalia villosae) secondo il metodo fitosociologico classico (Braun-Blanquet, 1924, 1964). Sono stati classificati 397 rilievi fitosociologici pubblicati e 25 rilievi inediti dal 1957 ad oggi, con l’individuazione di gruppi di specie differenziali di associazione e subassociazione mediante analisi ISA (Indicator Species Analysis). A livello formale, viene ripristinato il rango di associazione per Seseli gouanii-Artemisietm albae e Lactuco vimineae–Bothryocloetum ischaemum; per Centaureo cristatae–Chrysopogonetum gryllii cade la definizione di razza geografica e viene descritta una subassociazione inedita (stipetosum eriocaulis); viene individuato un aspetto inedito di transizione del Danthonio-Scorzonereetum verso Anthoxantho-Brometum, evidenziando il collegamento con i prati da sfalcio carsici. L’aumento dell’informazione data dalla numerosità dei rilievi elaborati ha reso possibile confermare la stabilità delle unità sintassonomiche a livello di associazione e dare una migliore definizione della loro variabilità ecologica. 2. Il potenziale informativo delle fitocenosi quale strumento di valutazione dello stato di conservazione dell’Habitat. Caso studio dei siti del progetto Biodinet. Scopo dello studio è testare un approccio metodologico di assessment basato sul potenziale informativo delle fitocenosi descritte dalla moderna fitosociologia, valutando nel tempo e su scala locale i cambiamenti strutturali e funzionali delle fitocenosi prato-pascolive. Lo stato di conservazione e il trend dei siti analizzati (stato reale) sono stati messi in relazione con l’associazione di riferimento (modello), rappresentato dal Danthonio-Scorzoneretum (Scorzonerion villosae) descritto nella prima parte. Per valutare la significatività della distanza tra stato attuale e modello sono stati applicati opportuni test statistici su variabili descrittive floristico-vegetazionali. I risultati evidenziano un cambiamento significativo dell’assetto funzionale-strutturale dei siti analizzati con alterazione del profilo corotipico, aumento delle terofite e diminuzione delle specie indicative rispetto all’associazione modello. Il metodo non risulta applicabile a livello sintassonomico di subassociazione, mentre l’applicazione a livello di associazione sembra dimostrare una certa validità nel fornire indicazioni gestionali utili al mantenimento o al recupero dell’habitat. Viene inoltre analizzata la relazione tra biodiversità e produttività foraggera. Lo studio ha evidenziato come la produttività sia correlata negativamente con la ricchezza floristica. In particolare, si è visto che la diversità tende ad essere maggiore nei pascoli, ovvero nelle condizioni a minor produttività. 3. Resilienza e recupero dell’habitat: analisi del pattern delle praterie steppiche termofile a diverso grado di incespugliamneto di un’area campione del Carso monfalconese. Scopo dello studio è analizzare il pattern delle specie di un pascolo abbandonato soggetto a riforestazione naturale in rapporto alla densità crescente di incespugliamento e alle condizioni geomorfologiche dell’area. Scopo ultimo è indicare un grado di incespugliamento per il quale risulta conveniente il recupero dell’habitat mediante decespugliamento. E’stato messo a punto un metodo di indagine basato sull’individuazione in ambiente GIS di quadrati random di campionamento a percentuale crescente di incespugliamento. I dati floristici dei quadrati campionati sono stati analizzati in relazione alle variabili geomorfologiche e floristico-vegetazionali. Allo scopo di testare l’influenza della zona e delle classi di incespugliamento sul pattern delle specie è stata applicata un’analisi della varianza a due vie. I risultati mostrano differenze significative nel pattern di distribuzione delle specie a dipendenza delle condizioni stazionali e indicano un limite di intervento fino all’80% di superficie interessata da cespugli. Questo dato va tuttavia interpretato in considerazione della limitata permanenza al suolo dei semi delle specie prative.

Sebbene il patrimonio forestale italiano sia rilevante per l'ambiente e l'economia, per l'equilibrio del territorio, per la conservazione della biodiversità e del paesaggio, ogni anno è minacciato da numerosi incendi boschivi anche devastanti. Le conseguenze per l'equilibrio naturale, in caso d'incendio, sono di grossa entità ed i tempi per il recupero dell'ecosistema si attestano su periodi piuttosto lunghi. Importante è anche ricordare che l'Assemblea generale dell'ONU ha dichiarato il 2011 Anno Internazionale delle Foreste, al fine di aumentare la consapevolezza sulla gestione sostenibile, la conservazione e lo sviluppo sostenibile di tutte le tipologie di foreste. Pertanto, vista l'entità e la frequenza con cui viene colpita l'area carsica dagli incendi boschivi, è stato sviluppato un lavoro per lo studio ed il monitoraggio degli incendi boschivi nell'area carsica appunto, impiegando software FOSS (Free and Open Source Software) come i GIS GRASS, QuantumGIS, gvSIG Desktop e Mobile, il pacchetto Sextante (integrato in gvSIG) ed il software statistico R Project. Un primo approccio è stato effettuato come studio in collaborazione con l’Ispettorato Ripartimentale Foreste di Trieste e Gorizia e con l'Ente Forestale Sloveno di Sežana (ZGS), su un sito test a cavallo del confine italo-sloveno colpito nell'estate 2003 da un rilevante incendio. Aree della stessa tipologia vegetale incendiate e non sono state monitorate mediante dati satellitari Landsat (2003-2009) allo scopo di confrontare il ripristino della copertura vegetale dell’area incendiata rispetto a quella rimasta inalterata. Attraverso gli indici di vegetazione NDVI e NDWI e dati meteorologici, si è evidenziato come nelle aree incendiate vi sia un trend complessivo di ripresa nell’arco di 6 anni. In secondo luogo, avendo appurato che effettivamente gli incendi boschivi vengono influenzati da numerosi fattori, tra cui le componenti ambientali, sono state approfondite le dinamiche che possono interagire con lo sviluppo degli incendi boschivi per tutta l'area carsica. Una tematica affrontata mediante una correlazione tra le serie storiche degli incendi e le componenti ambientali del territorio. Per il periodo 1995-2009, dati input come catasto incendi, dati meteorologici, parametri morfologici del terreno, Corine Land Cover e dati litologici, sono stati ricavati valori medi d'incidenza degli incendi boschivi suddivisi per categorie di parametri. Le corrispondenze tra fattori sono risultate da un' Analisi delle Componenti Principali (PCA) con R, che ha permesso di rappresentare un insieme di dati in un numero ridotto di dimensioni, evidenziando appunto delle relazioni effettive tra l'incidenza degli incendi e le caratteristiche del territorio. Un'ulteriore implementazione d'indagine ha riguardato la predisposizione del modello MultiGIS-R per la produzione di una mappa dell'incendiosità dell'area carsica. In questo contesto sono stati impiegati anche gli strumenti software FOSS che permettono l'interconnessione ed integrazione tra diversi programmi. Come elementi del sistema sono stati considerati innanzitutto i dati d'analisi del terreno (DTM 5 m, slope, aspect), le ortofoto della Regione FVG (visibile ed infrarosso), immagini satellitari Landsat, un'accurata Carta d'uso del suolo (gruppo botanico del Prof. Poldini), a cui si sono aggiunte delle elaborazioni come la carta dell'assolazione, la carta dei parametri morfometrici del terreno, aree d'individuamento delle pinete. Tali configurazioni di lavoro hanno evidenziato, oltre alle caratteristiche professionali, intuitive e versatili degli applicativi FOSS, un'efficacia nell'applicazione ad ambiti come la gestione ed il monitoraggio ambientale, elaborazione di mappe di rischio o la pianificazione territoriale, unitamente ai vantaggi apportati dalla disponibilità delle comunità di supporto (ambienti multidisciplinari e multipiattaforma) e dalla comunicazione diretta con gli sviluppatori software.