Introduzione 

Negli studi di ecologia forestale l’analisi dei fattori ambientali riveste un aspetto estremamente importante per comprendere la distribuzione spaziale delle diverse categorie forestali ([3]). I fattori climatici, quelli edafici, la morfologia del territorio e le alterazioni indotte dall’uomo sono i parametri che condizionano maggiormente lo stato e la distribuzione della vegetazione.

Le caratteristiche del clima, in una data area della superficie terrestre, sono rappresentate dalla radiazione solare, dalla temperatura dell’aria, dalla pressione atmosferica, dall’umidità dell’aria e dalle precipitazioni. Tali fattori condizionano la presenza delle diverse specie vegetali e di conseguenza la composizione delle diverse comunità vegetali presenti. Anche le caratteristiche del substrato geologico influiscono direttamente sulla presenza della vegetazione, in quanto determinano le condizioni favorevoli per l’insediamento delle comunità biologiche dando così inizio al processo di formazione del suolo (pedogenesi). Questo ultimo può essere visto come il risultato dell’interazione tra biosfera, atmosfera e litosfera cioè degli effetti del clima, della costituzione litologica, della morfologia e dell’attività biotica ([6]).

Un discorso a parte meritano le aree montane dove sono soprattutto le caratteristiche topografiche (esposizione, pendenza e altitudine) ad influenzare la vegetazione determinando variazioni in termini di radiazione solare, di precipitazioni e di temperatura.

Ultimo, ma non per importanza, è l’effetto dovuto all’uomo che nel corso della storia ha sempre tratto beneficio dalle risorse forestali, non sempre in modo razionale, passando dal disboscamento all’abbandono temporaneo o definitivo del bosco ([15], [13]).

Lo scopo di questo studio è, quindi, indagare ed esprimere quantitativamente le relazioni esistenti tra categorie forestali e alcuni dei fattori ambientali più importanti attraverso l’impiego di analisi geospaziali operate in ambiente GIS. In questo lavoro non viene considerato l’effetto operato dall’uomo ma vengono considerati i seguenti parametri ecologici: radiazione solare, temperatura, precipitazione e substrato geologico.

Area di studio 

L’area di studio (lat. 46°12’, long. 13°20’) è situata nella parte orientale del Friuli Venezia Giulia e ricade interamente all’interno del Comprensorio Montano delle Valli del Torre e del Natisone (Fig. 1) e presenta una superficie complessiva di 31.378 ha, di cui 19.635 ha (63%) rappresentati da bosco (Carta dei Tipi Forestali della Regione Friuli Venezia Giulia, anno 1998). Il territorio si estende dalla pianura all’arco prealpino giuliano ed è quindi caratterizzato da un’elevata eterogeneità sia degli ambienti naturali che di quelli antropici. La temperatura media annua è compresa tra 9 e 13°C e la piovositàè di circa 3000 mm anno^-1.

Dal punto di vista geolitologico, la parte superiore dell’area di studio è delimitata a nord dalla muraglia dei Monti Musi ed è caratterizzata dalla presenza di dolomia e calcari dolomitici con ampie zone di accumulo di detriti soprattutto al di sotto di zone ad elevata pendenza; la parte centrale è costituita prevalentemente da calcari, mentre la parte collinare posta a sud è costituita da rilievi di brecce a variabile grado di cementificazione che vanno degradando verso zone alluvionali; a sud-ovest sono presenti colline di origine morenica formatesi durante il wurmiano, mentre a sud est sono tipiche le formazioni calcaree fliscioidi. Le zone di deposito alluvionale sono localizzate lungo le aste fluviali dei torrenti Torre, Cornappo e Lagna.

Elevata piovosità, temperature relativamente miti ed escursioni termiche abbastanza limitate concorrono a determinare un regime climatico che favorisce lo sviluppo di una vegetazione ricca e diversificata. Il 63% della superficie totale del territorio è coperta da boschi (Fig. 1 e Tab. 1), che sono rappresentati in massima parte da acero-tiglieti ed acero-frassineti (30%), derivanti da processi di ricolonizzazione di coltivi e prati abbandonati nell’ultimo cinquantennio ([1]); rovereti e castagneti (23%); faggete (12%); orno-ostrieti ed ostro-querceti (11%); robinieti (7%) e formazioni secondarie recenti (7%).

Materiali e metodi 

Le elaborazioni geospaziali sono state condotte mediante GIS GRASS, free software open source (⇒ http:/­/­www.grass.itc.it) che mette a disposizione numerose e potenti funzioni di analisi di dati spaziali, in particolare attraverso moduli di algebra delle mappe e reporting ed è uno strumento particolarmente adatto in analisi di tipo ambientale ([11]).

Dalla Carta Tecnica Regionale in formato Numerico (CTRN) della regione Friuli Venezia Giulia (FVG) a scala 1:25000 sono stati estratti i punti di quota per derivare il modello digitale del terreno (DEM), da cui sono stati ricavati i dati di pendenza ed esposizione necessari per il successivo calcolo dell’irraggiamento potenziale annuo. Quest’ultimo è stato ottenuto utilizzando il modello r.sun ([9]) implementato in ambiente GIS GRASS. Tale modello consente di calcolare la radiazione solare giornaliera in condizioni di cielo sereno tenendo conto della posizione geografica (latitudine e longitudine), della posizione e dell’angolo d’incidenza del sole e dell’effetto ombra. Uno script ha poi permesso di calcolare l’energia globale incidente cumulata annua.

Utilizzando i dati delle stazioni termo-pluviometriche di rilievo presenti nell’area, sono state calcolate le mappe di piovosità e temperatura media annua mediante interpolazione di tipo universal kriging ([4]) con una risoluzione geometrica di 50 metri per l’intera area di studio.

Le carte dei Tipi Forestali in scala 1:25.000 (anno 1998) e dei substrati geolitologici in scala 1:50.000 (anno 2000) sono state convertite da formato vettoriale a formato raster con risoluzione 50 metri. Quindi, tutte le mappe utilizzate sono state omogeneizzate alla scala 1:50000 (risoluzione del pixel = 50 m). Nel presente lavoro, con il termine tipo forestale si intende una unità tipologica caratterizzata da un elevato grado di omogeneità sotto l’aspetto floristico, ecologico e selvicolturale. È individuabile dal punto di vista floristico dalla presenza delle specie indicatrici e viene denominata impiegando termini in uso nella pratica corrente, in particolare può contenere nella sua denominazione qualche caratteristica ecologica, geografica e talvolta anche floristica importante per la sua distinzione. L’espressione categorie forestali è stata invece utilizzata per indicare un insieme di tipi che hanno in comune la specie dominante (aspetto fisionomico) ed che corrispondono alle grandi unità di vegetazione usualmente impiegate in selvicoltura: faggete, abetine, ecc.

L’incrocio delle mappe ottenute ha consentito di ottenere una matrice di dati in cui, per ogni punto spaziale, sono presenti le informazioni relative alla categoria forestale ed ai parametri ambientali associati. La matrice ottenuta dall’incrocio delle mappe in formato raster è stata sottoposta alle seguenti analisi statistiche mediante il software SPSS v.11 ([14]) per studiare le preferenze ecologiche e le differenze tra categorie forestali: analisi della varianza (ANOVA), test robusti per l’uguaglianza delle medie (Walch e Brown-Forsythe), test post-hoc, test non parametrici (Kruskal-Wallis) e l’analisi delle componenti principali (PCA). Quest’ultima analisi, applicata alle variabili ecologiche nel loro insieme e per ogni singola categoria forestale presa in esame è stata utilizzata per stabilire quali variabili ecologiche siano più determinanti a spiegare la distribuzione dei popolamenti ([10]). Queste analisi non sono state applicate ai dati relativi alla geologia in quanto questi ultimi sono solo di tipo qualitativo. In questo caso, per analizzare le preferenze delle categorie forestali, è stata prodotta una tabella di contigenza.

La PCA ha permesso di classificare le categorie forestali in base alla loro distribuzione spaziale lungo i gradienti ecologici più importanti e di ottenere ulteriori informazioni riguardanti l’importanza relativa dei fattori ambientali per singola categoria. In Tab. 3 viene riportata la matrice di correlazione tra i parametri considerati. Nel caso in cui si prendano in considerazione le prime due componenti estratte è possibile spiegare più dell’80% della varianza totale (Tab. 4) ed è quindi possibile illustrare le differenze ecologiche delle categorie forestali in un piano bidimensionale.

Risultati 

Poiché alcune delle assunzioni a cui devono sottostare l’ANOVA ed i test robusti per l’uguaglianza delle medie erano violate (per es. omogeneità delle varianze), i risultati di tali test, anche se significativi, non sono stati presi in considerazione, mentre si è preferito impiegare i test non parametrici. In particolare, tra questi, il test di Kruskall-Wallis ha mostrato che le categorie sono significativamente differenti per i quattro parametri considerati (p < 0.001).

Test post hoc a confronti multipli che non ipotizzano varianze uguali (T2 di Tamhane, T3 di Dunnett, Games-Howell e C di Dunnett) hanno dato risultati analoghi e quindi di seguito saranno citati solo i risultati ottenuti dal T2 di Tamhane. Per quanto riguarda l’altitudine, tutte le categorie forestali sono diverse l’una dall’altra (in tutti casi p < 0.05). Considerando l’irraggiamento, i querco-carpineti e carpineti non si differenziano molto dagli aceri-frassineti (p=0.991), dai betuleti e corileti (p=0.975), dai robinieti (p=1.000) e dalle formazioni secondarie recenti (p=1.000); gli orno-ostrieti e ostrio-querceti hanno comportamento simile ai rimboschimenti (p=0.086), anche se al limite del livello di significatività; i betuleti e corileti sono simili anche ai robinieti (p=0.624) e alle formazioni secondarie recenti (p=0.995); i robinieti sono simili alle formazioni secondarie recenti (p=1.000). In relazione alla temperatura, le uniche categorie non significativamente diverse tra loro sono le faggete e le mughete. Riguardo la piovosità, i querco-carpineti e carpineti non hanno una differenza significativa con i betuleti e corileti (p=0.433) e con le formazioni secondarie recenti (p=0.067, al limite della soglia); mentre gli orno-ostrieti e ostrio-querceti sono simili alle formazioni secondarie recenti (p=1.000).

Per quanto riguarda i substrati geologici, i risultati per categoria forestale sono riportati in Tab. 2.

La PCA ha permesso di classificare le categorie forestali in base alla loro distribuzione spaziale lungo i gradienti ecologici più importanti e di ottenere ulteriori informazioni riguardanti l’importanza relativa dei fattori ambientali per singola categoria. In Tab. 3 viene riportata la matrice di correlazione tra i parametri considerati. Nel caso in cui si prendano in considerazione le prime due componenti estratte è possibile spiegare più dell’80% della varianza totale (Tab. 4) ed è quindi possibile illustrare le differenze ecologiche delle categorie forestali in un piano bidimensionale.

La PCA ha messo in evidenza come vi siano delle differenze nelle loro esigenze ecologiche e come i fattori altitudine e piovosità si collochino vicini tra loro nello spazio bidimensionale (Fig. 2). La distribuzione dei rovereti e castagneti è maggiormente influenzata dalla temperatura e dall’irraggiamento, mentre per le faggete e gli orno-ostrieti ed ostrio-querceti è il gradiente di piovosità il fattore più determinante, assieme all’irraggiamento. Infine, gli aceri-frassineti ed acero-tiglieti sono maggiormente influenzati dal regime climatico e dall’irraggiamento, mentre meno influente è il gradiente altitudinale.

Le due procedure utilizzate, test post hoc e analisi dei gradienti da una parte e la PCA dall’altra, sono utili per identificare le variabili responsabili per la presenza delle diverse categorie forestali. Ma mentre la prima metodologia è utile per l’analisi dei dati nella loro interezza, la PCA si è dimostrata un metodo efficace per identificare le complesse interazioni tra una singola categoria forestale e le variabili ambientali.

Gli acero-frassineti preferiscono ambienti più freschi e con elevata piovosità (Tab. 8). In tali situazioni, è sicuramente il frassino ad essere la specie maggiormente favorita in accordo con quanto riportato da Ellenberg ([5]) e Oberdorfer ([12]). Alcuni popolamenti sono stati anche individuati in ambienti con maggiore xericità e/o con maggiori temperature. In questo caso, alle due specie principali si associa il carpino nero dando origine all’acero-frassineto con ostrya (Tab. 7). Per quanto riguarda la fascia altitudinale (Tab. 5), queste formazioni appaiono essere prevalenti nel piano collinare e basso montano (400-1000 m) dove hanno dato origine a neoformazioni derivanti da processi di ricolonizzazione di coltivi o prati abbandonati nell’ultimo cinquantennio ([8]). Sono distribuite principalmente sui versanti mediamente soleggiati (Tab. 6), probabilmente perché qui erano localizzati i coltivi ed i pascoli, e su substrati con facies flyscioide (specialmente arenarie con intercalazioni di marne, conglomerati, calacareniti o bracceole calcaree) (Tab. 2).

Gli orno-ostrieti e gli ostrio-querceti sono in primo luogo localizzati nel piano collinare e basso montano (400-1000 m) dove si alternano per lo più agli acero-frassineti. In particolare, sono prevalenti negli ambienti caratterizzati da moderata termofilia (quindi su versanti esposti a sud) e su substrati in facies flyscioide, ma anche su rocce calcaree o dolomitiche stratificate generalmente omogenee e scarsamente degradabili.

Le faggete sono distribuite nel piano montano (800-1000 m) e sono localizzate prevalentemente in ambienti caratterizzati da un’elevata piovosità (maggiore a 2500 mm) ad eccezione della faggeta submontana dei suoli mesici silicatici (Tab. 8). Analogamente agli acero-frassineti prediligono gli ambienti freschi, ma rifuggono le aree in cui sono frequenti le gelate tardive. In termini di substrato, le faggete sono presenti su masse rocciose calcaree e dolomitiche stratificate generalmente omogenee e scarsamente degradabili, ma sono anche presenti su sedimenti ghiaiosi. Da osservazioni condotte in campo, infatti, emerge che spesso queste formazioni sono localizzate su affioramenti rocciosi di origine calcarea, in quanto queste aree probabilmente non sono state interessate dai dissodamenti che nei secoli passati sono stati effettuati per far posto alle colture agrarie o ai pascoli.

Per quanto riguarda le formazioni con superficie inferiore al 7%, mughete e saliceti sono prevalentemente presenti nel piano montano in ambienti freschi ed umidi: le prime preferiscono i versanti soleggiati e i substrati calcarei o dolomitici, i secondi sono presenti anche su arenarie con intercalazioni marnose o su calcareniti; le formazioni secondarie recenti sono presenti prevalentemente nella fascia collinare e bassa montana e presentano analogie con gli acero-frassineti; i robinieti sono presenti nel paesaggio basso collinare dove la loro diffusione è stata favorita dall’uomo per la produzione di paleria per i vigneti ([7]), in ambienti caratterizzati da elevate temperature e minore piovosità e presentano una spiccata eliofilia.

Discussione 

I castagneti e rovereti (Tab. 5) sono localizzati soprattutto nella fascia collinare (0-400 m), in ambienti con caratteristiche moderatamente xeriche e su substrati principalmente flyscioidi e secondariamente gessosi. Dall’analisi del gradiente di temperatura (Tab. 7) si può notare come queste formazioni si distribuiscano principalmente nelle zone più calde. Tuttavia, la loro distribuzione spaziale, soprattutto per quanto riguarda i castagneti, è stata profondamente influenzata dalle attività antropiche e dagli attacchi parassitari avvenuti a partire dagli anni cinquanta ([2]).

Gli acero-frassineti preferiscono ambienti più freschi e con elevata piovosità (Tab. 8). In tali situazioni, è sicuramente il frassino ad essere la specie maggiormente favorita in accordo con quanto riportato da Ellenberg ([5]) e Oberdorfer ([12]). Alcuni popolamenti sono stati anche individuati in ambienti con maggiore xericità e/o con maggiori temperature. In questo caso, alle due specie principali si associa il carpino nero dando origine all’acero-frassineto con ostrya (Tab. 7). Per quanto riguarda la fascia altitudinale (Tab. 5), queste formazioni appaiono essere prevalenti nel piano collinare e basso montano (400-1000 m) dove hanno dato origine a neoformazioni derivanti da processi di ricolonizzazione di coltivi o prati abbandonati nell’ultimo cinquantennio ([8]). Sono distribuite principalmente sui versanti mediamente soleggiati (Tab. 6), probabilmente perché qui erano localizzati i coltivi ed i pascoli, e su substrati con facies flyscioide (specialmente arenarie con intercalazioni di marne, conglomerati, calacareniti o bracceole calcaree - Tab. 2).

Gli orno-ostrieti e gli ostrio-querceti sono in primo luogo localizzati nel piano collinare e basso montano (400-1000 m) dove si alternano per lo più agli acero-frassineti. In particolare, sono prevalenti negli ambienti caratterizzati da moderata termofilia (quindi su versanti esposti a sud) e su substrati in facies flyscioide, ma anche su rocce calcaree o dolomitiche stratificate generalmente omogenee e scarsamente degradabili.

Le faggete sono distribuite nel piano montano (800-1000 m) e sono localizzate prevalentemente in ambienti caratterizzati da un’elevata piovosità (maggiore a 2500 mm) ad eccezione della faggeta submontana dei suoli mesici silicatici (Tab. 8). Analogamente agli acero-frassineti prediligono gli ambienti freschi, ma rifuggono le aree in cui sono frequenti le gelate tardive. In termini di substrato, le faggete sono presenti su masse rocciose calcaree e dolomitiche stratificate generalmente omogenee e scarsamente degradabili, ma sono anche presenti su sedimenti ghiaiosi. Da osservazioni condotte in campo, infatti, emerge che spesso queste formazioni sono localizzate su affioramenti rocciosi di origine calcarea, in quanto queste aree probabilmente non sono state interessate dai dissodamenti che nei secoli passati sono stati effettuati per far posto alle colture agrarie o ai pascoli.

Per quanto riguarda le formazioni con superficie inferiore al 7%, mughete e saliceti sono prevalentemente presenti nel piano montano in ambienti freschi ed umidi: le prime preferiscono i versanti soleggiati e i substrati calcarei o dolomitici, i secondi sono presenti anche su arenarie con intercalazioni marnose o su calcareniti; le formazioni secondarie recenti sono presenti prevalentemente nella fascia collinare e bassa montana e presentano analogie con gli acero-frassineti; i robinieti sono presenti nel paesaggio basso collinare dove la loro diffusione è stata favorita dall’uomo per la produzione di paleria per i vigneti ([7]), in ambienti caratterizzati da elevate temperature e minore piovosità e presentano una spiccata eliofilia.

Conclusioni 

L’analisi delle complicate interazioni esistenti tra la distribuzione delle categorie forestali e dei fattori ambientali è fondamentale per comprendere i diversi ecosistemi, soprattutto alla luce dei cambiamenti climatici attualmente in atto. I risultati consentono di definire le esigenze ecologiche di ciascuna categoria. In particolare è emerso che alcuni fattori ambientali, come per esempio l’irradiazione solare potenziale, sono di notevole utilità per caratterizzare e definire le categorie forestali nell’analisi indiretta di gradiente.

Lo studio condotto ha confermato la validità degli strumenti GIS in analisi di fattori ecologici a scala territoriale. All’approccio di tipo investigativo adottato nel presente studio potrà seguire un approccio di tipo modellistico, ossia la simulazione a livello territoriale della distribuzione della vegetazione in funzione dei fattori ambientali. Infatti, l’uso di variabili legate alla topografia come indicatori di specifiche richieste di habitat è estremamente promettente per lo sviluppo di modelli della vegetazione ([10]).

References