Historical analysis and modeling of the forest carbon dynamics using the Carbon Budget Model: an example for the Trento Province (NE, Italy). The Carbon Budget Model (CBM-CFS3) developed by the Canadian Forest Service was applied to data collected by the last Italian National Forest Inventory (INFC) for the Trento Province (NE, Italy). CBM was modified and adapted to the different management types (
Il ruolo delle foreste nello stoccaggio e nell’assorbimento del carbonio (C) presente nell’atmosfera è stato confermato dai recenti negoziati di Durban sui cambiamenti climatici (
Per l’Italia, come per altri paesi industrializzati, i nuovi obblighi per il secondo periodo di impegno del Protocollo di Kyoto (post-2012), includono non solo la necessità di rendicontare le emissioni e le riduzioni di C relative alla gestione forestale, ma anche i cambiamenti dello
Queste analisi possono essere condotte su scala continentale (
Scopo del presente contributo è presentare i risultati dell’applicazione di un modello empirico di stima dello
Il
Il modello è stato recentemente adattato alla realtà forestale Europea ed applicato al territorio italiano (
La superficie afferente ai popolamenti disetanei (o comunque non definiti come coetanei) è stata concentrata in un’unica classe di età (si tratta chiaramente di un’età fittizia richiesta dalla struttura del modello).
Attraverso una funzione esponenziale, l’incremento corrente ed il volume stimati dall’INFC per i popolamenti disetanei sono stati utilizzati per costruire una serie di tavole di produzione, distinte per specie e regione.
Le stime di volume ad ettaro prodotte dall’INFC per i popolamenti coetanei, distinti per classi di età, specie e regione, sono state utilizzate per costruire una serie di tavole di produzione (dette tavole storiche) capaci di rappresentare il volume del soprassuolo all’inizio della simulazione, risultante delle passate pratiche selvicolturali e disturbi naturali.
L’incremento corrente di volume stimato da INFC per i popolamenti coetanei, distinti per classi di età, specie e regione, è stato utilizzato per costruire una seconda serie di tavole di produzione (tavole correnti) da cui il modello deriva l’incremento periodico in assenza di disturbi naturali o gestionali.
Nel corso della simulazione, tutti i valori di volume riportati dalle tavole di produzione vengono convertiti in tonnellate di sostanza secca (riferite alla biomassa arborea epigea) e infine in Mg C (con un fattore di moltiplicazione uguale a 0.5) attraverso una serie di equazioni specie-specifiche selezionate, attraverso i valori di fitomassa arborea stimati dall’inventario, a partire dalle equazioni raccolte da
Durante una fase di pre-simulazione, CBM applica alle diverse classi di età dei popolamenti coetanei, distinti per specie e forma di governo (ceduo e fustaia) i valori forniti dalle tavole storiche, stimando così il volume e lo
Nella successiva simulazione, CBM sostituisce alle tavole storiche le tavole correnti, stimando le variazioni di volume e biomassa arborea epigea al lordo dei disturbi naturali ed antropici. Questi ultimi vengono invece definiti come riduzione percentuale della biomassa arborea epigea, trasferita di volta in volta al di fuori della foresta (ovvero ai prodotti legnosi nel caso delle utilizzazioni) o ad altri pool forestali (lettiera, legno morto) nel caso di disturbi naturali. Una serie di matrici associate a ciascun disturbo consente di definire nel dettaglio gli effetti di ogni possibile pratica colturale (diradamenti, tagli successivi, tagli a scelta, ecc.) e disturbo naturale (
Per i popolamenti disetanei, virtualmente raggruppati in un’unica classe di età, viene applicata la stessa procedura descritta per i popolamenti coetanei, utilizzando però un unico set di tavole, basate sulla combinazione dei valori di volume ed incremento riportati dall’inventario, sia nella fase di pre-simulazione che durante la simulazione. L’ipotesi teorica di questo approccio alla modellizzazione di tali popolamenti è che, per mantenere una struttura disetaneiforme, essi debbano essere sottoposti a regolari trattamenti selvicolturali (
Riassumendo, per l’applicazione del modello sono state utilizzate le seguenti stime prodotte da INFC: (i) l’estensione complessiva delle diverse categorie forestali, tipi colturali e classi di età (per i popolamenti coetanei); (ii) il volume e l’incremento corrente di volume per unità di supeficie delle diverse categorie forestali, tipi colturali e classi di età (per i popolamenti coetanei) e (iii) la fitomassa arborea epigea totale, del fusto e dei rami grossi e delle ceppaie, distinta tra categorie forestali, per unità di superficie. Per una dettagliata descrizione del modello e delle assunzioni metodologiche relative al caso studio italiano si rimanda a
Il modello CBM è stato parametrizzato sulla base delle assunzioni generali descritte nel precedente paragrafo applicate alle stime prodotte dall’INFC per la provincia autonoma di Trento (
Tutte le categorie forestali sono state assunte come popolamenti puri, assegnati alla specie prevalente riportata dall’inventario. I cedui comprendono le categorie inventariali classificate come ceduo semplice, matricinato e composto; le categorie inventariali fustaia transitoria e fustaia coetanea sono state riunite nel gruppo fustaia coetanea; tutte le altre categorie inventariali riportate dall’INFC (fustaia disetanea e irregolare, non definita, ecc.) sono state assegnate al gruppo fustaia disetanea. In base a tale ripartizione, il 57% della superficie forestale provinciale presenta una struttura disetanea (o comunque non definita come coetanea), il 28% una struttura coetanea ed un governo a fustaia ed il rimanente 15% è governato a ceduo. Le categorie forestali prevalenti risultano essere l’abete rosso (37%), seguito da larice e cembro (17%) e faggio (17%).
In tale studio la superficie forestale è stata considerata costante, trascurando sia l’espansione che la riduzione di superficie boscata. In base alle informazioni disponibili in letteratura infatti, negli ultimi decenni questi fenomeni sono stati quantitativamente molto limitati nella provincia di Trento (
Le categorie così definite, ripartite per forma di governo e tipo strutturale, sono state ulteriormente distribuite tra 5 diverse unità climatiche (
Per ciascuna categoria, sono state definite, tenendo conto delle indicazioni riportate in letteratura (
La struttura iniziale del soprassuolo dei popolamenti coetanei è stata desunta dalla distribuzione in classi di età riportata dall’INFC per le diverse categorie forestali, riferibile all’anno 2005 (
È stata inoltre ricostruita la distribuzione in classi di età riferita al 1995, al fine di garantire un adeguato confronto tra le stime fornite dal modello ed i dati storici disponibili in letteratura e analizzare l’evoluzione storica dello
Poiché per abete rosso, larice e cembro, abete bianco, ed alcune altre specie le stime INFC non riportano alcuna area avente un’età inferiore ai 10 anni, per tali categorie non è stata prevista l’applicazione di tagli a raso durante la simulazione. Il diradamento di maggiore intensità applicato a tali soprassuoli in età adulta, con la rimozione del 20% della massa mercantile, può essere assimilato ad un taglio raso eseguito su piccoli gruppi, pratica corrente in molte fustaie coetanee.
Per i soprassuoli disetanei, date le particolari assunzioni metodologiche che prevedono l’utilizzo di una sola classe cronologica fittizia, non è necessario procedere ad alcuna riassegnazione della superficie per effettuare una simulazione a partire dal 1995.
Una volta definita la struttura iniziale del soprassuolo e le caratteristiche dei trattamenti selvicolturali afferenti a ciascuna categoria, CBM simula l’evoluzione del popolamento, tenendo conto dei fattori di disturbo esogeni definiti dall’utente. Questi possono essere legati a disturbi naturali o antropici. Nel presente studio è stato trascurato l’effetto di possibili disturbi naturali, quali incendi, schianti da vento o attacchi parassitari, che possono essere oggetto di specifiche analisi successive. Data la rilevante presenza di cedui invecchiati (il 57% della superficie a ceduo presenta un’età superiore a 40 anni) è stata invece considerata la conversione dei cedui verso l’alto fusto. Come noto (
Nel corso dell’analisi inoltre è stata simulata la progressiva conversione della superficie a ceduo non oggetto di taglio, quindi potenzialmente abbandonata e invecchiata, con la transizione dei popolamenti aventi via via un’età superiore ai 60 anni dal ceduo alla fustaia, attraverso la predisposizione di una apposita matrice di transizione (
I disturbi antropici sono invece legati all’esatta quantificazione della biomassa asportata dal soprassuolo attraverso le utilizzazioni boschive.
La principale fonte informativa sulle utilizzazioni boschive disponibile a livello nazionale è rappresentata dall’Istituto Italiano di Statistica (ISTAT). Come evidenziato da numerosi studi, tali statistiche risultano spesso sottostimate o inesatte (
I dati relativi al periodo 1995-2000, sono stati desunti dalle statistiche ISTAT, se disponibili, o estrapolati, mediante regressione lineare, dai dati relativi agli altri anni, in assenza di altre informazioni (1995 e 1996).
Le utilizzazioni risultanti, ripartite tra conifere e latifoglie e tra legname da opera e legna da ardere, al netto delle perdite di lavorazione in foresta (riportate a parte nelle statistiche ISTAT), sono riportate in
Per ciascuna di tali categorie, le utilizzazioni medie relative agli ultimi 5 anni (2006-2011) sono state assunte come valore costante relativo al successivo periodo 2012-2020.
Le utilizzazioni riportate in
Tenendo conto della ripartizione tra legna da ardere e legname da opera riportata in
dove
L’evoluzione dello
Le stime fornite dal modello possono essere confrontate sia con i dati riportati dall’Inventario Forestale del Carbonio della Provincia di Trento (di seguito indicato come IFTN) basati su rilievi effettuati prevalentemente tra 1999 e 2001 (
Per proporre un’analisi complessiva di tali dati, essi sono stati confrontati con i valori medi stimati dal modello per il periodo 2000-2005. I risultati, riportati in
Lo
Valori analoghi, relativi alla biomassa arborea epigea, sono stati riportati anche da
Per quanto riguarda gli altri
L’evoluzione della distribuzione in classi di età dei popolamenti coetanei viene riportata in
Complessivamente, tra 1995 e 2011, 11 765 ha di superficie (in media circa 660 ha all’anno) originariamente governata a ceduo hanno oltrepassato la soglia di 60 anni di età al di sopra della quale, in base alle assunzioni proposte e in assenza di precedenti utilizzazioni, tali formazioni sono state riclassificate come fustaie, simulando la conversione ad altofusto. Tale ipotesi risulta coerente con il fatto che, specie nel caso di faggete e cedui situati in territorio montano, popolamenti invecchiati presentano in genere una ridotta capacità pollonifera, che sconsiglia la ripresa del governo a ceduo oltre una certa età (
In
Tra il 1995 e il 2001 si evidenzia un progressivo aumento dello
Anche la lettiera, ove si hanno ancora valori positivi indicanti un progressivo accumulo di C atmosferico e il legno morto risentono delle variazioni annuali delle pratiche selvicolturali. In quest’ultimo caso tuttavia si ha una progressiva riduzione del C
Assumendo un tasso di utilizzazione medio costante nel periodo 2012-2020 (pari alle utilizzazioni medie del periodo 2006-2011), il modello prevede una leggera riduzione dell’accumulo di C, che passa complessivamente da 0.90 Mg C ha-1 anno-1 (336 Gg C complessivi) riferiti al periodo 2006-2011 a 0.84 Mg C ha-1 anno-1 (316 Gg C complessivi) nel 2020, con una riduzione media annua dello 0.7% (
Infatti, da un lato, nella Provincia di Trento, come sull’intero territorio nazionale, si osserva un tasso di utilizzazione mediamente inferiore all’incremento corrente. Nel medio-lungo periodo ciò può portare ad un progressivo invecchiamento del soprassuolo, con una conseguente riduzione degli incrementi, cui si aggiunge una possibile coetanizzazione dei popolamenti disetanei, non sempre soggetti ai trattamenti selvicolturali previsti. Ciò concorda con quanto emerso sia dall’applicazione di CBM a livello nazionale (
D’altro canto, come evidenziato da
Considerando la distinzione tra i prodotti legnosi destinati alla produzione di legna da ardere, e quindi ad un immediato rilascio in atmosfera del C in essi contenuto, e quelli destinati alla produzione di manufatti, è possibile stimare il C stoccato in quest’ultimo
La stessa
Ciò evidenzia le potenzialità delle utilizzazioni, soprattutto nelle formazioni a prevalenza di latifoglie e nei cedui. Infatti, un confronto tra le utilizzazioni medie applicate da CBM tra 2012 e 2020 (ovvero, in termini assestamentali, la ripresa) e l’incremento netto di biomassa relativo allo stesso periodo, suggerisce che, nel medio periodo, le utilizzazioni potrebbero aumentare considerevolmente, senza intaccare la provvigione, ovvero lo
Si tratta naturalmente di stime indicative, influenzate dalle assunzioni metodologiche proposte nel presente studio e che non tengono conto dei possibili fattori di disturbo naturale, né dell’effetto di eventuali cambiamenti climatici sui ritmi di crescita del soprassuolo (trascurabili nel breve periodo), né degli effetti stessi che un consistente aumento delle pratiche selvicolturali avrebbero sulla struttura, e quindi sulla crescita, del soprassuolo arboreo.
Ulteriori analisi, basate sull’applicazione di CBM, alle stime invenariali o assestamentali disponibili in Trentino (
Tali aspetti, sono da tempo oggetto di indagini condotte su singoli casi di studio (
Il lavoro offre un esempio delle possibilità di impiego del
I risultati, oltre ad evidenziare la coerenza delle stime fornite dal modello con i dati inventariali riportati in letteratura, offrono una stima delle capacità fissative attuali delle foreste trentine, pari a circa 350 Gg C anno-1 negli ultimi 10 anni, e delle potenzialità future delle stesse. Queste sono legate anche al ruolo della così detta C-ritenzione extra-boschiva, ovvero dello
Il modello proposto, consente di includere in successive analisi anche il ruolo di fattori di disturbo naturali, quali gli incendi, già considerati su scala nazionale, della riduzione o dell’incremento della superficie forestale, nonché di diversi possibili scenari gestionali che, in base alle informazioni disponibili, potranno essere analizzati su diverse scale temporali e spaziali, dall’ambito assestamentale, a quello regionale o nazionale.
Gli autori ringraziano l’anonimo revisore che ha fornito utili suggerimenti e commenti per la redazione del presente manoscritto.
Utilizzazioni applicate dal
Evoluzione storica (1995-2011) e proiezione (2012-2020) dello
La figura riporta lo
Evoluzione della distribuzione in classi di età dei popolamenti cedui e delle fustaie coetanee, stimata da CBM per il 1995, 2005, 2011 e 2020 e posta a confronto con la distribuzione originale riportata dall’INFC per il 2005. I dati riportati tengono conto delle assunzioni proposte per i popolamenti cedui, per cui: (i) i popolamenti aventi un’età superiore a 60 anni sono stati classificati come fustaie; e (ii) la superficie complessiva classificata a ceduo dal modello diminuisce nel corso della simulazione a causa della conversione in fustaie dei cedui invecchiati non soggetti ad utilizzazione.
Variazione annua totale (
Confronto tra: (i) il C
La tabella riporta le principali categorie forestali (con i rispettivi acronimi richiamati in seguito), la forma di governo (C: ceduo; H: fustaia), il tipo strutturale (E: coetaneo; U: disetaneo), la superficie in ha e la percentuale relativa assegnata a ciascun gruppo. I valori di superficie sono stati ricavati dalle stime INFC relative alla provincia autonoma di Trento, riferite al 2005 (
Categoria forestale | Acronimo | Governo | Struttura | Area | Pratiche selvicolturali (intervalli di età*) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
(ha) | % | 10 - 30 | 35 - 95 | > 100 | |||||
Boschi di abete bianco | AA | H | E | 7 563 | 2 | D1 | D2 | D3 | |
U | 8 326 | 2 | TS1 | ||||||
Faggete | FS | C | E | 27 059 | 7 | TR (20) | |||
H | E | 14 564 | 4 | D1 | D2 | D3 | TR (130) | ||
U | 20 804 | 6 | TS1 | ||||||
Boschi di larice e cembro | LD | H | E | 15 978 | 4.3 | D1 | D2 | D3 | |
U | 47 264 | 13 | TS1 | ||||||
Altri boschi caducifogli | OB | C | E | 2 886 | 1 | TR (15) | |||
H | E | 361 | <1 | D1 | D2 | D3 | TR (100) | ||
U | 11 967 | 3 | TS1 | ||||||
Ostrieti e carpineti | Oca | C | E | 21 407 | 5 | TR (20) | |||
H | E | 1 082 | <1 | D1 | D2 | D3 | TR (40) | ||
U | 18 495 | 5 | TS1 | ||||||
Boschi di abete rosso | PA | H | E | 51 860 | 14 | D1 | D2 | D3 | |
U | 85 695 | 23 | TS1 | ||||||
Pino nero, laricio e loricato | PN | H | E | 3 241 | 1 | D1 | D2 | D3 | |
U | 2 896 | 1 | TS2 | ||||||
Pino silvestre e montano | PS | H | E | 9 724 | 3 | D1 | D2 | D3 | |
U | 11 584 | 3 | TS2 | ||||||
Boschi a rovere, roverella e farnia | QR | C | E | 1 804 | 1 | TR (20) | |||
H | E | 361 | <1 | D1 | D2 | D3 | TR (110) | ||
U | 3 627 | 1 | TS1 | ||||||
Boschi igrofili, Castagneti e Leccete | RFCSQI | C | E | 1 443 | <1 | TR (20) | |||
H | E | 722 | <1 | D1 | D2 | D3 | TR (40) | ||
U | 2 177 | <1 | TS1 | ||||||
TOTALE Boschi alti | C | E | 54 599 | 15 | - | ||||
H | E | 105 456 | 28 | - | |||||
U | 212 836 | 57 | - | ||||||
- | - | 372 892 | 100 | - |
Ripartizione percentuale delle utilizzazioni riportate in
Utilizzazioni | Conifere | Latifoglie | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Fustaie | Fustaie | Cedui | ||||||
Coetanee | Disetanee | Coetanee | Disetanee | |||||
Raso | Dirad. | Salt./Grup | Raso | Dirad. | Salt./Grup | Raso | ||
Conifere | Opera | < 1% | ≅ 39% | 60% | - | - | - | - |
Ardere | - | 100% | - | - | - | - | - | |
Latifoglie | Opera | - | - | - | ≅ 5% | ≅ 65% | ≅ 30% | - |
Ardere | - | - | - | - | - | - | ≅ 5% |
Confronto tra l’incremento medio di biomassa stimato dal modello
Formazioni e forma di governo | Incremento netto biomassa 2012 - 2020(Mg ha-1 anno-1) | Utilizzazioni medie2012 - 2020(Mg ha-1 anno-1) | Rapporto di utilizzazione2012 - 2020 |
---|---|---|---|
Conifere | 2.03 | 0.93 | 0.46 |
Latifoglie - fustaie | 1.89 | 0.36 | 0.19 |
Latifoglie - cedui | 1.47 | 0.09 | 0.06 |