Gestione forestale climaticamente intelligente e per la salvaguardia della biodiversità in foreste mediterranee protette di faggio

The European beech (Fagus sylvatica L.) is a foundation species in Europe. It is highly valued for its ecological, economic, and cultural roles, but it is particularly vulnerable to climate change, especially in the southern edge of its distribution range in the Mediterranean region. Numerous studies have been conducted to address the challenges posed to forest management by climate change and by the need for biodiversity conservation. These studies have focused on forestry practices aimed at improving climate mitigation and adaptation and the sustainable provision of ecosystem services (as the three climate-smart forestry objectives) or on forestry practices aimed at the maintenance/enhancement of their biodiversity. Although climate-smart forestry and biodiversity-oriented management are frequently treated separately, the synergies and trade-offs between these objectives remain insufficiently explored. The aim of this dissertation is therefore to evaluate the effects of different forest management practices in a protected Mediterranean beech forest in relation to the objectives of Climate-Smart Forestry and biodiversity conservation, within the context of climate change. To do this, the dissertation has been structured in three parts. The first part is a systematic review identifying the drivers that most influence climate-smart forestry and biodiversity conservation objectives, with the purpose of identifying management strategies likely to achieve both objectives. Simulation models are powerful tools for evaluating the long-term effects of alternative management scenarios under changing climatic conditions. We selected LANDIS-II, a Forest Landscape Simulation Model, as it was appropriate for our objectives. The second part of this dissertation addresses the parametrization and calibration of LANDIS-II with a specific analysis about the model sensitivity analysis to different input data resolution on biomass projections. As an illustrative case study, a beech forest located in the Gargano National Park (Province of Foggia, Apulia Region, Southern Italy) was selected owing to its importance for biodiversity conservation. The study area in comprised in the Special Area of Conservation (SAC) IT9110004 “Foresta Umbra.” This site includes the Natura 2000 Habitat type 9210* (Apennine beech forests with Taxus and Ilex). In the third part of this dissertation, the impact of alternative forest management strategies (even-aged, uneven-aged and no intervention) on forest biodiversity (using tree species diversity and landscape patterns as a proxy) and carbon stocks, under two climate change scenarios (SSP 126 and 370) was evaluated. These simulations have enabled the evaluation of the synergies and trade-offs of different management measures in relation to the objectives of two approaches: climate-smart and biodiversity-oriented management. The results enhance our understanding of how management, biodiversity, and climate change may interact in Mediterranean beech forests, offering valuable insights for designing strategies that balance conservation and climate-smart goals. Moreover, the specific model calibration, one of the most time-consuming steps in implementing a forest landscape simulation model, for a Mediterranean beech forests is a valuable result in itself. This will allow the transferability of the approach to other similar forest landscapes as well as the replicability in the same one for further test variations on the (e.g. spatial) implementation of management measures or the effects of disturbances, such as wind, fire and insect outbreaks.

Il faggio (Fagus sylvatica L.) è una specie fondamentale in Europa. È molto apprezzato per il suo ruolo ecologico, economico e culturale, ma è particolarmente vulnerabile ai cambiamenti climatici, soprattutto nella parte meridionale del suo areale di distribuzione nella regione mediterranea. Sono stati condotti numerosi studi per affrontare le sfide poste alla gestione forestale dai cambiamenti climatici e dalla necessità di conservare la biodiversità. Questi studi si sono concentrati sulle pratiche forestali volte a migliorare la mitigazione e l'adattamento ai cambiamenti climatici e la fornitura sostenibile di servizi ecosistemici (i tre obiettivi della Climate-Smart Forestry) o sulle pratiche forestali volte al mantenimento/miglioramento della biodiversità. Sebbene la Climate-Smart Forestry e la gestione orientata alla biodiversità siano spesso trattate separatamente, le sinergie e i compromessi tra questi obiettivi rimangono insufficientemente esplorati. L’obbiettivo di questa tesi è quindi quello di valutare gli effetti di diverse gestioni forestali di una faggeta mediterranea protetta in relazione gli obbiettivi della Climate-Smart Forestry e di conservazione della biodiversità, nel contesto del cambiamento climatico. Per fare questo, il lavoro di tesi è stato strutturato in tre parti. La prima parte è una revisione sistematica che identifica i fattori che influenzano maggiormente gli obiettivi della Climate-Smart Forestry e la conservazione della biodiversità, con lo scopo di identificare delle strategie gestionali che possano soddisfare entrambi gli obbiettivi. I modelli di simulazione sono strumenti potenti per valutare gli effetti a lungo termine di scenari gestionali alternativi in condizioni climatiche mutevoli. Abbiamo selezionato LANDIS-II, un modello di simulazione del paesaggio forestale, in quanto appropriato per i nostri obiettivi. La seconda parte di questa tesi affronta la parametrizzazione e la calibrazione di LANDIS-II con un'analisi specifica sulla sensibilità del modello a diverse risoluzioni dei dati di input sulle proiezioni della biomassa. Come caso di studio illustrativo è stata selezionata una faggeta nel Parco Nazionale del Gargano (Provincia di Foggia), data la sua importanza per la conservazione della biodiversità. L’area di studio ricade in una Zona Speciale di Conservazione (ZSC) IT9110004 “Foresta Umbra”. Questo sito comprende l’Habitat 9210* della rete Natura 2000 (faggete appenniniche con Taxus e Ilex). Nella terza parte di questa tesi è stato valutato l'impatto delle strategie di gestione forestale alternative (coetanea, disetanea e non gestione) sulla biodiversità forestale (utilizzando come proxy la diversità delle specie arboree ed i pattern paesaggistici) e sulle riserve di carbonio, in due scenari di cambiamento climatico (SSP 126 and 370). Queste simulazioni hanno permesso di valutare le sinergie e i compromessi delle diverse misure di gestione in relazione agli obiettivi di due approcci: la gestione climaticamente intelligente e quella orientata alla biodiversità. I risultati migliorano la nostra comprensione di come la gestione, la biodiversità e il cambiamento climatico potrebbero interagire nelle faggete mediterranee, offrendo utili informazioni per la progettazione di strategie che bilancino gli obiettivi di conservazione e quelli Climate-Smart. Inoltre, la specifica calibrazione del modello, una delle fasi più dispendiose in termini di tempo nell'implementazione di un modello di simulazione del paesaggio forestale, per le faggete mediterranee è di per sé un risultato utile. Ciò consentirà la trasferibilità dell'approccio ad altri paesaggi forestali simili, nonché la replicabilità nello stesso paesaggio per ulteriori variazioni di prova sull'implementazione (ad esempio spaziale) delle misure di gestione o sugli effetti di disturbo quali vento, incendi e infestazioni di insetti.