Introduzione 

La perdita di biodiversità attualmente in atto in molti sistemi naturali, oltre a costituire un’erosione genetica, può rappresentare una seria minaccia per il funzionamento degli ecosistemi ([1]). In quest’ottica, le domande che si pongono agli scienziati, ai gestori ed ai politici sono: quanto è importante la biodiversità per garantire la funzionalità degli ecosistemi? Quali sono le conseguenze ecologiche del suo declino?

Grazie a studi sperimentali, vi sono oggi evidenze piuttosto chiare che la ricchezza di specie influenza positivamente alcuni aspetti funzionali delle comunità biologiche terrestri, sia per effetto della complementarietà di uso delle risorse naturali da parte delle varie specie, che per la stabilità da esse garantita contro eventi perturbatori esterni. Grazie ai loro multiformi tratti funzionali, infatti, le varie specie vegetali e animali che costituiscono una comunità sfruttano le risorse in modo differenziato e mostrano un diverso grado di sensibilità verso i vari fattori di disturbo, mantenendo la funzionalità del sistema anche in caso di eventi perturbanti ([5]). Vi è quindi una relazione fra diversità e stabilità ([8]), come suggerito da analisi ad ampio spettro sull’incidenza di attacchi parassitari ed infestazioni in foreste pure e miste ([4]).

La complementarietà di uso delle risorse è stata dimostrata sperimentalmente in sistemi artificiali relativamente semplici, quali comunità erbacee appositamente costituite. In queste condizioni l’aumento del numero di specie ha prodotto un aumento di produttività primaria della comunità ([3], [6]). Tuttavia, simili evidenze sperimentali sono assenti o più difficili per ecosistemi più complessi come le foreste ([9]), costituite in prevalenza da alberi, organismi a crescita lenta e con cicli vitali lunghi. Di conseguenza esperimenti manipolativi sono di difficile realizzazione. Fra gli ecosistemi terrestri, tuttavia, sono proprio le foreste che svolgono le più importanti funzioni ecosistemiche e offrono il maggior numero di servizi fondamentali per l’uomo, come la produzione di biomassa legnosa e non legnosa, l’assorbimento del carbonio, la produzione di ossigeno e la regolazione del clima in generale, l’azione difensiva contro l’erosione e la perdita di fertilità dei suoli, la depurazione delle acque, ed infine il sempre più importante ruolo sociale e ricreativo. Senza tutto questo, la vita ed il benessere di molte società umane sarebbero irreversibilmente compromessi. Da tali considerazioni è nata l’esigenza di una migliore comprensione delle relazioni fra biodiversità e funzionalità delle foreste, utilizzando un approccio integrato che metta insieme risultati sperimentali, osservazioni dirette e inventari forestali ([9]).

In Europa è stato lanciato nel 2010 un importante progetto cooperativo che si pone questo ambizioso obbiettivo: FunDivEUROPE (FUNctional significance of forest DIVersity in EUROPE - ⇒ http:/­/­www.fundiveurope.eu/­⇒ http:/­/­www.fundiveurope.eu/­). Promosso dall’Unione Europea nell’ambito del 7° Programma Quadro per la ricerca scientifica, e coordinato dal Prof. Michael Scherer-Lorenzen (Facoltà di Biologia, Cattedra di Geobotanica, dell’Università di Friburgo, Germania), FunDivEUROPE intende rispondere al bisogno di una nuova generazione di studi che porti la ricerca sulla biodiversità funzionale nel mondo più complesso delle foreste, ed esamini i processi ecosistemici che forniscono beni e servizi primari alla società. In questo breve lavoro vengono presentate a scopo informativo la struttura di base del progetto e le caratteristiche delle aree italiane incluse nella rete della piattaforma esplorativa. FunDivEUROPE coinvolge 24 istituzioni scientifiche di 15 paesi europei, fra cui l’Italia. La collaborazione e la condivisione sono fondamentali per analizzare un ampio spettro di funzionalità a vari livelli, dalla foglia all’albero alla comunità, dall’ambiente epigeo a quello ipogeo, dalle comunità microbiche a quelle di animali e piante superiori.

Obiettivi e struttura del progetto 

L’obbiettivo scientifico primario di FunDivEUROPE è quantificare gli effetti della biodiversità sulle funzioni ed i servizi nei principali tipi di foreste europee. Le implicazioni della diversità forestale sul grado di vulnerabilità degli ecosistemi verso i cambiamenti climatici sono valutate integrando i risultati ottenuti mediante osservazioni dirette in foresta con modelli teorici. In tal modo si potranno confrontare i comportamenti di boschi puri e misti in zone climatiche differenti.

Dal punto di vista operativo il progetto è organizzato in tre piattaforme di ricerca che combinano tre diversi approcci della ricerca scientifica: manipolativo-sperimentale, osservazionale-esplorativo e inventariale-modellistico. La piattaforma manipolativo-sperimentale è basata sulla costituzione ex-novo di foreste artificiali a diverso grado di mescolanza arborea, quella osservazionale-esplorativa è basata su una rete di aree campione in foreste naturali in 6 differenti regioni focali d’Europa (Italia, Spagna, Germania, Polonia, Finlandia, Romania - Fig. 1), mentre quella inventariale è basata sull’elaborazione di dati contenuti negli inventari forestali nazionali già esistenti. Nelle foreste delle piattaforme sperimentale ed esplorativa vengono svolte numerose indagini da parte dei diversi gruppi di ricerca, come di seguito illustrato.

Fig. 1 - Regioni focali e ubicazione delle aree della piattaforma esplorativa di FunDivEUROPE in relazione ai principali tipi di foreste europee secondo l’European Environment Agency ([2]).

 Enlarge/Shrink  Open in Viewer

Il disegno della piattaforma esplorativa 

L’osservazione dei processi funzionali di boschi naturali (o seminaturali) a diverso livello di ricchezza di specie forestali dominanti rappresenta la base della piattaforma esplorativa. La scala geografica è quella continentale, essendo rappresentati tutti i principali ecosistemi forestali europei, da quelli mediterranei a quelli boreali. La filosofia di base di questa piattaforma è “tutte le misure su tutte le aree”, al fine di ottenere una sufficiente evidenza statistica sugli effetti della diversità arborea nel funzionamento delle foreste. Le principali azioni di questa piattaforma sono articolate in 3 dei 7 WorkPackages complessivi del progetto (Tab. 1). Nel primo di questi (WP2) sono svolte misure di biodiversità forestale che forniscono le variabili predittrici per le analisi successive. Vengono quantificati parametri di ricchezza specifica, di diversità dei tratti funzionali delle specie, di diversità strutturale e di complessità spazio-temporale della comunità. Le azioni all’interno del WP3 mirano invece a stabilire la produttività ed altre funzioni del bosco, fra cui la produzione di legno, di radici, di foglie e di lettiera, l’accrescimento degli alberi, l’assorbimento della luce e processi di fotosintesi, il ciclo dei nutrienti e la regolazione dei flussi idrici. Infine nel WP4 sono svolte azioni per valutare i servizi di regolazione ecosistemica delle foreste, come ad esempio il sequestro del carbonio atmosferico, la regolazione del clima e la resistenza a fattori di stress come attacchi parassitari e sovraccarico di ungulati. L’elevato numero di aree campione pone ovviamente dei limiti al tipo e al numero di misure possibili, giustificando quindi l’uso di vari proxy per misurare e caratterizzare speditivamente la vasta gamma di proprietà, processi e funzioni dell’ecosistema. Approcci modellistici, a livello di area e di paesaggio, sono poi impiegati per estrapolare gli andamenti ed i meccanismi della relazione “diversità/funzione” a larga scala spaziale e temporale.

In ciascuna regione focale, è stato realizzato un sistema di aree campione (plots) in grado di rappresentare un gradiente di diversità arborea da boschi monospecifici a boschi composti da 2, 3, 4 e talora 5 specie. Queste specie sono state scelte, per ogni regione, fra quelle localmente più rappresentative in termini di frequenza, abbondanza ed importanza selvicolturale. Tali mescolanze sono localizzate all’interno di un ambito ecologico il più possibile omogeneo, per minimizzare gli effetti delle variabili stazionali locali sui processi funzionali del bosco. Per questo scopo sono state individuate aree simili per caratteristiche bioclimatiche e geopedologiche, dove la diversità arborea fosse imputabile alla gestione selvicolturale o a motivi casuali di dispersione degli alberi.

Sono considerate di importanza secondaria le caratteristiche strutturali del bosco, in termini di presenza/assenza di gestione, tipo di stratificazione, grado di copertura, età, stadio di sviluppo ed altre, per le quali il disegno sperimentale richiede solo la massima omogeneità possibile all’interno di ogni regione focale.

Per classificare un bosco come monocoltura oppure misto, è stata utilizzata l’area basimetrica come misura oggettiva dell’abbondanza-dominanza delle specie arboree. In Tab. 2 sono riportati i limiti entro i quali sono comprese le percentuali di area basimetrica delle specie nelle monoculture e nelle mescolanze.

La presenza di specie minori associate alle dominanti, se inferiore al 10% dell’area basimetrica totale del plot e con frequenza non troppo difforme fra i plot e i livelli di mescolanza, non ha costituito un problema per il disegno sperimentale, costituendo un “rumore di fondo” uniformemente distribuito sul campione. La vegetazione al di sotto di 1.3 m di altezza è stata invece considerata come “variabile risposta” della diversità arborea e quindi non rilevante.

La selezione dei plot è stata svolta simultaneamente nelle sei regioni focali, ed è iniziata con l’individuazione di un campione sovrannumerario di almeno un centinaio di siti in ogni regione per mezzo di ricerche di campo e su documenti già esistenti (carte, lavori pubblicati, foto aree, ecc.). Per ciascuno di essi si sono preliminarmente rilevate varie caratteristiche stazionali e strutturali del bosco. Da questo campione sono stati selezionati da 28 a 43 plots per ogni regione in seguito ad un’analisi del tipo di mescolanza, delle caratteristiche ecologiche, strutturali e logistiche (ad es., accessibilità), assistita anche da analisi statistiche multivariate per identificare i cosiddetti campioni outliers. All’interno di ciascuna regione focale, i plots selezionati sono distribuiti in un’area di circa 50 x 50 Km, e sono localizzati prevalentemente in foreste di proprietà pubblica. Hanno forma quadrata (30 x 30 m) e sono cinti da una buffer zone di almeno altri 20 m su ogni lato. Ciascuno di essi è suddiviso in 9 subplots di 10 x 10 m e delimitato ai vertici in modo semi-permanente. Al lavoro di individuazione dei plots è seguito quello di caratterizzazione, consistito nel posizionamento e nella misurazione diametrale degli alberi delle specie focali, maggiori di 7.5 cm a petto d’uomo. Con queste informazioni sono state realizzate mappe tematiche per ogni plot.

La rete di aree italiane nella piattaforma esplorativa 

La rete italiana delle aree campione rappresenta la categoria “foreste decidue termofile” (T3) secondo la classificazione dell’EEA ([2] - Fig. 1). Questa tipologia racchiude una vasta gamma di comunità forestali dominate da latifoglie di ambiente prevalentemente submediterraneo o supramediterraneo, spesso assortite in varie mescolanze plurispecifiche. Queste tipologie boschive sono ampiamente diffuse sulle colline della Toscana centro-meridionale, fra le provincie di Pisa, Siena e Grosseto, dove coprono circa il 50% del territorio e sono ben rappresentate all’interno di aree protette di proprietà pubblica (soprattutto demanio regionale). Trovandosi in una fascia di transizione fra la zona europea e quella mediterranea, i boschi di questa area presentano una notevole ricchezza di specie legnose, facilitando la ricerca delle mescolanze idonee ai fini del progetto. Le cinque specie focali scelte fra quelle maggiormente rappresentative delle foreste termofile decidue delle regioni peninsulari, ed allo stesso tempo spesso consociate assieme nei boschi collinari toscani sono il cerro (Quercus cerris L.), la rovere (Quercus petraea (Matt.) Liebl.) e il leccio (Quercus ilex L.). Quest’ultima specie è una sempreverde a carattere mediterraneo, ma con ampie ingressioni nella fascia supramediterranea all’interno di consorzi prevalentemente decidui. Ad esse si sono aggiunte il castagno (Castanea sativa Miller) e il carpino nero (Ostrya carpinifolia Scop.), frequenti in varie consociazioni con le tre specie precedenti. E’ stata invece esclusa la roverella (Quercus pubescens Willd) per il generale stato di degrado dei boschi dominati da questa specie, per la loro frequente collocazione in terreni di proprietà privata e per la difficoltà a reperire le mescolanze con le altre specie focali scelte. I plot selezionati e caratterizzati sono 36, di cui 34 rientrano in Siti di Importanza Comunitaria (SIC) della Rete Natura 2000: 10 nella Macchia di Berignone-Tatti (SIC IT 5170006), uno in quella vicina di Montenero (SIC IT5170005), 7 in quella dell’Alta Val di Merse (SIC IT5190006), 16 in Val di Farma (SIC IT51A0003) e 2 nella vicina area di Tocchi (Fig. 2). Le condizioni ambientali dei siti selezionati sono piuttosto simili in termini bioclimatici e geopedologici, ricadendo tutti in una fascia altitudinale fra 250 e 520 m, in uno stesso ambito termopluviometrico (piovosità media annua 800-900 mm; T media 12.5-13.5 °C) e su substrati quasi esclusivamente di natura silicea (arenarie di vario tipo e conglomerati fluvio-lacustri). Quasi tutti i plots si trovano su versanti con inclinazione da debole ad elevata, in esposizione Nord, e su suoli spesso con pietrosità elevata ma allo stesso tempo piuttosto evoluti (Cambisol) e talora con discreta profondità e fertilità. Questa relativa omogeneità consente la coesistenza delle specie focali scelte, che sono da moderatamente mesofile (carpino nero, castagno, rovere, cerro) a moderatamente termofile (leccio), e dal punto di vista edafico, da calcifughe (rovere e castagno) a sostanzialmente indifferenti (carpino nero, leccio, cerro).

Fig. 2 - Localizzazione delle quattro aree comprendenti i plots italiani della piattaforma esplorativa di FunDivEUROPE.

 Enlarge/Shrink  Open in Viewer

Complessivamente i plots italiani comprendono 10 monocolture (2 repliche per ogni specie focale); 9 plots con quasi tutte le combinazioni a due specie, 9 plots con gran parte delle combinazioni a tre specie; 7 plots a diverse combinazioni di 4 specie ed 1 plot con tutte le 5 specie (Tab. 3). Con questo disegno sperimentale, la frequenza delle specie focali nel campione totale è risultata bilanciata (Fig. 3), così come quella per singoli livelli di diversità (Fig. 4). La leggera prevalenza di leccio e cerro e la partecipazione lievemente inferiore di carpino nero e rovere riflettono le naturali proporzioni di distribuzione e frequenza di queste specie nelle aree di studio.

Fig. 3 - Frequenza percentuale delle cinque specie focali nei 36 plots italiani.

 Enlarge/Shrink  Open in Viewer

Fig. 4 - Frequenza (numero di presenze) delle cinque specie focali nei cinque livelli di diversità.

 Enlarge/Shrink  Open in Viewer

La presenza di un elevato numero di combinazioni possibile, piuttosto che più repliche delle medesime combinazioni, ha consentito di ottenere due importanti scopi: mantenere sufficientemente bilanciata la frequenza delle specie focali nel campione e massimizzare il segnale “diversità di specie” minimizzando invece quello “identità della specie”. Obbiettivo del progetto è infatti capire quanto la funzionalità e i servizi della foresta sono influenzati dal numero di specie arboree dominanti (“effetto diversità”), anziché da quali specie presenti (“effetto identità”).

I plots sono costituiti generalmente da cedui matricinati relativamente invecchiati (40-80 anni dalle ultime utilizzazioni), lasciati ad evoluzione naturale e di notevole sviluppo verticale (l’altezza del piano dominante può raggiungere i 25 m), con elevata copertura e densità. Notevoli per dimensioni sono alcune vecchie matricine di rovere, leccio e carpino nero. Il numero medio di alberi (ceppaie) delle specie focali mostra un’ampia variabilità (333-1533 piante ha^-1, media 747 ha^-1), così come i valori di area basimetrica (17.5-38.2 m² ha^-1; media 25.2 m² ha^-1). Tali valori aumentano se si aggiungono le specie non-focali, escluse da queste misurazioni ma quasi sempre ben rappresentate (soprattutto Fraxinus ornus L). La ripartizione percentuale delle aree basimetriche delle specie focali nei 5 livelli di diversità rientra ampiamente nei limiti stabiliti e sopra illustrati, confermando che si tratta di mescolanze relativamente bilanciate (Fig. 5).

Fig. 5 - Variazioni % di area basimetrica delle cinque specie focali nei cinque livelli di diversità.

 Enlarge/Shrink  Open in Viewer

Come esempio si mostra la mappa di un plot con mescolanza a quattro specie (Fig. 6), in cui sono visibili la distribuzione delle piante per ciascuna specie, le dimensioni diametrali ed il numero di polloni per ceppaia. Le mappe sono state elaborate partendo da dati rilevati in campo per mezzo di FieldMap, una tecnologia integrata di hardware/software che ha permesso di posizionare le singole piante in maniera rapida e precisa ([7], [10]). Il lavoro ha richiesto una prima fase di programmazione (tramite FieldMap Project Manager) ed una successiva di rilievo per mezzo di FieldMap (FM Data Collector), che sfrutta un sistema GIS per il posizionamento e la determinazione dei parametri dendrometrici degli alberi.

Fig. 6 - Mappa di un plot FunDivEUROPE rappresentativo di una mescolanza a quattro specie (cerro, leccio, rovere, carpino nero).

 Enlarge/Shrink  Open in Viewer

Dal punto di vista della struttura verticale, si tratta di boschi disetaneiformi con copertura multiplana, in cui è possibile riconoscere 5 strati: arboreo dominante, arboreo dominato, alto-arbustivo (3-8 m), basso arbustivo (1-3 m) ed erbaceo. Lo sviluppo dello strato arboreo dominato e di quello arbustivo è quasi sempre notevole in termini di numero di specie e di biomassa. Specie fortemente pollonifere quali Fraxinus ornus, Arbutus unedo L., Phillyrea latifolia L. e lo stesso leccio sono assai diffuse nel sottobosco, così come specie più mesofile come Sorbus torminalis L. (Crantz.) ed Ilex aquifolium L. Quest’ultimo risulta particolarmente abbondante nel bosco di Tatti ed in quello del Belagaio in Val di Farma. La quantità di legno morto a terra è generalmente elevata, a causa della morte dei polloni per invecchiamento o malattia, oppure per eventi meteorici avversi (neve, vento, frane, ecc.). Il castagno, ovunque in stato di abbandono, risulta spesso in cattive condizioni di salute a causa dei suoi principali agenti di danno fungini Cryphonectria parasitica (Murr.) e Phytophthora cambivora (Petri) e del più recente insetto galligeno alloctono Dryocomus kuriphilus (Yasumatsu). Altra importante causa di disturbo è data dal sovraccarico di ungulati (cinghiali, caprioli e daini), responsabili di pesanti danneggiamenti al suolo forestale, al sottobosco erbaceo e alla rinnovazione degli alberi, quasi sempre esigua.

Conclusioni 

FunDivEUROPE è un progetto molto ampio e complesso, che intende fornire evidenze sull’importanza ecologica e sociale delle foreste miste. Attualmente, al secondo dei quattro anni di durata complessiva del progetto, sono in pieno svolgimento i campionamenti e le misure da parte dei diversi gruppi di lavoro in tutte le aree focali d’Europa.

Grande importanza viene attribuita alla ricaduta dei risultati del progetto, non solo a livello scientifico, ma anche per l’opinione pubblica e per coloro che dovranno prendere decisioni tecniche e politiche in campo forestale. Scopo finale del progetto è infatti quello di contribuire alla realizzazione di un’interfaccia fra scienza e politica ambientale, fornendo agli amministratori gli strumenti tecnici e scientifici per massimizzare i servizi e i benefici delle foreste miste.

References