MODELLAZIONE E MAPPATURA DEI SERVIZI ECOSISTEMICI PER LA PIANIFICAZIONE E LA GESTIONE SOSTENIBILE DEL TERRITORIO

Ecosystems, on which humanity depends for food, clean water, materials, climate regulation and many other goods and services, are suffering from unprecedented pressures caused by human over-exploitation of resources and climate change. Providing a knowledge base on ecosystems and their services is thus a key requirement to underpin future economic development and human well-being. The concept of ecosystem services (ES) has emerged in recent years as a tool to support policy actions and planning strategies aimed at sustainable development and biodiversity conservation. The research activities described in this Thesis aimed at developing innovative, reproducible and standardized approaches to quantify and map ES to support sustainable land management and planning strategies in Friuli Venezia Giulia (FVG) Region. This work addressed three main questions: 1) “How do we quantify and map ES?”, 2) “Why do we need to assess ES?”, 3) “What can we use to map ecosystems and their services?”. In the first chapter, I provided the first regional-scale assessment of several ES in the FVG region using standardized approaches, including the so-called integrated modelling tools. This research has offered intuitive maps to inform regional decision-making and spatial analysis to evaluate the effectiveness of the Natura 2000 conservation policy in providing ES. Protected areas were found to maintain higher values of habitat provision and recreation, but lower levels of C storage and erosion control, with respect to non-protected sites. In the second chapter, I analysed several ES at the local level, combining biophysical and economic quantification approaches, to evaluate the implications of alternative management scenarios. Specifically, I addressed the issue of the future of regional forest plantations funded by the European Union in the last thirty years, whose subsidies are nearing expiring. The study revealed that it is fundamental to maintain, with proper management, at least part of the afforestation to preserve sequestered C and enhance the quality and value of harvestable wood. A recognised constraint in mapping ES is the lack of information on ecosystem biodiversity. In the third chapter, I explored novel methods to rapidly assess plant taxonomic diversity using remote sensing data according to the so-called “Spectral Variation Hypothesis” (SVH). Specifically, I tested the SVH in a large forest area in FVG employing Sentinel-2 data with different spectral diversity calculation frameworks. The study observed negative relationships between spectral and taxonomic diversity at α level, recognising that the presence of gaps within the canopy has a dominant role in driving spectral diversity. However, positive correlations between taxonomic and spectral diversity at the β level suggest that the link between the two might be stronger at the landscape rather than at the plot level. In conclusion, this research, by developing models, methods and assessments on ES, has provided informative tools to support regional planning. Deepening the topic on ecosystems multifunctionality for the provision of many ES is necessary to address sustainable policy actions. In this sense, recently developed modelling frameworks could allow the estimation of ES with an integrated multifunctional approach that considers different values and needs. At the same time, novel remote sensing-based methods could offer promising opportunities to rapidly estimate and monitor biodiversity, thus improving ES assessment and implementation in global change contexts.

Gli ecosistemi, da cui l’umanità dipende per il cibo, l'acqua potabile, i materiali, la regolazione climatica e molti altri beni e servizi, stanno subendo crescenti pressioni causate dallo sfruttamento delle risorse e dai cambiamenti climatici. Fornire una base di conoscenze sugli ecosistemi e sui loro servizi è quindi un requisito fondamentale per sostenere il futuro sviluppo economico e benessere umano. Il concetto dei servizi ecosistemici (SE) sta emergendo negli ultimi anni come strumento di supporto alle politiche e alle strategie di pianificazione finalizzate allo sviluppo sostenibile e alla conservazione della biodiversità. Le attività di ricerca descritte in questa tesi mirano a sviluppare approcci innovativi, riproducibili e standardizzati per quantificare e mappare i SE al fine di supportare strategie di gestione e pianificazione sostenibili nella Regione Friuli Venezia Giulia (FVG). Questo lavoro ha affrontato tre domande principali: 1) “Come possiamo quantificare e mappare i SE?”, 2) “Perché abbiamo bisogno di valutare i SE?”, 3) “Cosa possiamo usare per mappare gli ecosistemi e i loro servizi?”. Nel primo capitolo, viene fornita la prima valutazione a scala regionale di diversi SE in FVG attraverso approcci standardizzati, compresi i cosiddetti strumenti di modellazione integrata. Questa ricerca ha prodotto mappe intuitive per informare il processo decisionale regionale e analisi spaziali per valutare l'efficacia della politica di conservazione Natura 2000 nel fornire SE. La ricerca ha osservato che le aree protette mantengono valori più elevati di fornitura di habitat e di ricreazione, ma livelli più bassi di stoccaggio di C e di controllo dell'erosione, rispetto ai siti non protetti. Nel secondo capitolo, ho analizzato diversi SE a livello locale, combinando approcci di quantificazione biofisica ed economica, per valutare le implicazioni di scenari di gestione alternativi. In particolare, ho affrontato la questione del futuro delle piantagioni forestali regionali sovvenzionate dall'Unione Europea negli ultimi trent'anni i cui sussidi sono prossimi alla scadenza. Dallo studio è emerso che è fondamentale mantenere, con una corretta gestione, almeno una parte delle piantagioni per conservare il C sequestrato e potenziare la qualità e il valore economico del legno. Un limite riconosciuto alla mappatura dei SE è la mancanza di informazioni sulla biodiversità. Nel terzo capitolo, ho esplorato nuovi metodi per valutare rapidamente la diversità tassonomica delle piante utilizzando dati telerilevati secondo la cosiddetta "Ipotesi della Variabilità Spettrale". In particolare, ho testato l'ipotesi in un'ampia area forestale del FVG utilizzando dati Sentinel-2 con diversi approcci di calcolo di diversità spettrale. Lo studio ha osservato relazioni negative tra diversità spettrale e tassonomica a livello di α diversità, evidenziando che la presenza di discontinuità nelle chiome ha un ruolo dominante nel guidare la diversità spettrale. Tuttavia, le correlazioni positive tra diversità tassonomica e spettrale a livello β suggeriscono che la loro relazione possa essere più robusta a livello di paesaggio piuttosto che localmente. In conclusione, questa ricerca, sviluppando modelli, metodi e valutazioni di SE, ha fornito strumenti informativi a supporto della pianificazione regionale. Al fine di implementare politiche sostenibili è necessario approfondire i temi riguardanti la multifunzionalità degli ecosistemi per la fornitura di più SE. In questo senso, i recenti strumenti di modellazione potrebbero consentire la quantificazione di diversi SE con un approccio multifunzionale e integrato capace di considerare valori e obiettivi diversi. Allo stesso tempo, nuovi metodi basati sul telerilevamento potrebbero offrire promettenti opportunità per stimare e monitorare rapidamente la biodiversità, migliorando così la valutazione e l'uso dei SE in contesti di cambiamento globale.