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Metodi per una stima del bilancio del carbonio delle foreste a scala operativa: il caso della Basilicata

In questa tesi viene messo a punto un metodo per quantificare il sequestro di carbonio delle foreste della Basilicata a scala ecologica, che usa un modello di processo semplificato, e include un approccio geostatistico per produrre mappe ad alta risoluzione delle variabili climatiche coin-volte nel processo di stima.
I dati climatici considerati per l’interpolazione sono le precipitazioni e le temperature medie, massime e minime mensili. I dati di input sono stati acquisiti da due diverse sorgenti per un pe-riodo che va dal 1976 al 2006. Di questi dati è stato ottenuto il valore medio, colmando, con una procedura di gap-filling i dati mancanti per ricostruire la serie storica completa. È stata trovata la nota relazione tra temperature e altitudine mentre non è stata osservata nessuna relazione tra precipitazioni e altitudine che, per questo, sono state interpolate usando la tecnica del kriging semplice. È stata rilevata un’anisotropia spaziale per tutti i mesi, fatta eccezione per luglio, dovuta alla presenza di un trend a scala regionale. Un confronto tra valori di precipitazione stimati e misurati per 8 differenti stazioni, ha evidenziato una buona relazione, con R2 che varia tra 0.85 a 0.99 e RMSE medio di 10 mm mese-1. Le temperature, prima del processo di interpolazione, sono state portate al livello del mare usando il lapse-rate e un modello digitale del terreno (DTM). Il risultato dell’interpolazione, con tecnica Regularized Spline with Tension, è stato poi portato alla quota originale con il procedimento inverso. È stato trovata una buona relazione nel confronto con i valori misurati da stazioni appartenenti ad un dataset indipendente (R2=0.99; RMSE me-dia=0.6°C). Un modello semplice è stato usato per ottenere superfici mensili di radiazione solare, usando le temperature minime e massime ottenute con l’interpolazione, e un DTM per estrapolare i parametri morfo-topografici. Il confronto tra dati misurati e stimati mostra una buona relazione, con un RMSE medio di 2.04 MJ m2giorno-1. Tutte le superfici climatiche sono in grado quindi di rappresentare la variabilità spaziale del clima a scala locale per l’intera area di studio.
La simulazione modellistica con il 3-PG proposto in una versione modificata in quanto viene implemento un modello per stimare la respirazione del suolo per calcolare la respirazione etero-trofica dell’ecosistema, è stata fatta usando le superfici climatiche mensili ottenute con l’interpolazione, insieme con una mappa digitale del suolo e dati telerilevati di LAI e fPAR del sensore MODIS. La NPP epigea è stata poi convertita in incremento corrente e confrontata con i dati di alcuni Piani di Assestamento Forestale. È stata trovata una buona relazione tra incremento stimato e misurato (R2=0.796; intercetta=1.239; pendenza=1.200; p<0.001; n=20). Le mappe fi-nali della produttività primaria netta totale ed epigea e della produttività ecosistemica netta sono risultate in grado di fornire una stima reale dei flussi di carbonio per le foreste della Basilicata. La produttività primaria netta media per le faggete, le quercete e i castagneti è rispettivamente pari a 433, 398 and 352 gC m-2anno-1. È stata inoltre condotta un’analisi di sensitività per comprendere il funzionamento del modello e identificare i dati di input che hanno bisogno di attenzione in vista di applicazioni future. Il modello è altamente sensitivo per la radiazione solare, fPAR, l’efficienza di uso della luce, la VPD e la temperatura, moderatamente sensibile al LAI, al contenuto idrico del suolo e alle precipitazioni mensili, e scarsamente sensibile ai giorni di gelo.
I risultati raggiunti suggeriscono che: (1) il metodo descritto fornisce uno strumento utile per stimare il sequestro di carbonio a scala regionale; (2) il modello può essere usato per studiare gli effetti delle variabili ambientali sulla produttività per ampi territori; (3) le variabili climatiche inter-polate sono importanti per stimare i flussi di carbonio su ampi territori; (4) l’approccio geostatistico ha un ruolo fondamentale per ottenere dei dati climatici di alta qualità in grado di fornire variabili guida dei modelli di processo semplificato; (5) la risoluzione spaziale dei dati telerilevati usati in questa tesi (1 km2) non è sufficiente per stimare la produzione di biomassa alla scala di gestione forestale della Basilicata.

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1.INTRODUZIONE 1. INTRODUZIONE 1.1. Premessa Lo scopo di questa tesi è quello di stimare la quantità di carbonio fissata dagli ecosistemi forestali a una scala che risulti utile dal punto di vista operativo. Perché è importante quantificare la biomassa forestale? Quale è il ruolo delle foreste nel ciclo del carbonio? Qual è la posizione dell‟Italia nei confronti della gestione forestale a seguito degli accordi internazionali? Quali sono gli strumenti a disposizione della ricerca forestale? Cosa pro- pone di nuovo questa tesi per risolvere il problema della stima del carbonio sequestrato dalle piante? In questo capitolo introduttivo tutte queste domande vengono trattate nei paragrafi che lo compongono, delineando l‟ambito nel quale si inserisce la tesi, e qual è l‟approccio proposto per risolvere il problema della stima degli scambi di carbonio su ampi territori. Il capitolo introduttivo è stato così predisposto: i. La Produttività Primaria Netta è la quantità di energia chimica o solare convertita in bio- massa. I maggiori produttori sono le piante verdi, che trasformano l‟energia solare, il bios- sido di carbonio e l‟acqua in glucosio e, in seguito, in tessuti vegetali. Per questo le foreste hanno un ruolo primario nel ciclo globale del carbonio, agendo come serbatoi se il bilancio è positivo, o come sorgenti quando è negativo. Contabilizzare l‟entità di tali flussi è decisi- vo per comprendere come le foreste interagiscono con l‟ambiente circostante e, delineare possibili linee di gestione (1.2). ii. Il protocollo di Kyoto impegna i paesi firmatari a ridurre le emissioni di gas serra, indicando le disposizioni da adottare per il contenimento delle emissioni di gas serra. Tra le possibili misure l‟Italia ha incluso la gestione forestale, che dovrebbe aiutare a ridurre del 10% le emissioni di CO (1.3). 2 iii. Esistono varie metodologie per determinare la produttività forestale. Le misure dirette comportano metodi distruttivi, che quantificano la quantità di biomassa epigea e radicale. Altri metodi meno invadenti registrano i flussi di CO tra vegetazione e atmosfera. Entrambi 2 non sono adatti per valutare i flussi di carbonio quando la scala di riferimento è più ampia, poiché necessitano di grandi investimenti di risorse umane ed economiche. I modelli fisio- logici hanno raggiunto una buona affidabilità e permettono di ottenere delle stime affidabili (1.4). iv. Il telerilevamento forestale (1.5) offre l‟opportunità di estendere la scala di applicazione dei 5

Tesi di Dottorato

Dipartimento: Scienze dei Sistemi Colturali, Forestali e Amb.

Autore: Francesco Fiorenzo Contatta »

Composta da 109 pagine.

 

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Disponibile in PDF, la consultazione è esclusivamente in formato digitale.