European black pine recolonization at high altitude in the central Apennines (Italy). Spatial and Temporal Patterns

Most of the studies on treeline dynamics in Italy have been conducted in the Alps. Only a few ones concern the Apennines where stronger is the synergic influence of natural and anthropic disturbance. In the Apennines the current treeline is mainly formed by beech forests located between 1500 and 1900 m a.s.l. In the central Apennines some studies have proved that these forests feature a spatio-temporal stationarity, whereas shrubs community are more dynamic, as well as treeline ecotones with conifer species such as Pinus mugo, Pinus laricio, Pinus leucodermis, especially on the southern Apennines. Similarly, in several limestone slopes of central Apennines a natural encroachment of Pinus nigra trees was observed above the current treeline, especially where pine stands were planted for soil erosion control. This process occurred at increasing elevation and was analysed at five treeline ecotones in the central Apennines. The study sites are located along a 170 km North-South gradient across Marche and Abruzzo regions in the Central Italy. The aims of this study were: i) to detect possible common patterns of structural attributes of black pine regeneration at the treeline ecotones; ii) to date the seedlings germination; iii) to assess the climate influence on the pine upward encroachment process also using intra-annual density fluctuations (IADFs) in tree-rings. We sampled over 900 encroached black pine trees above the current treeline to the mountain tops. All individuals were mapped and their basal stem diameter, total height, annual height increments and other structural attributes measured. One increment core was extracted from stem base of most samples for cambial age determination and detection of intra-annual density fluctuations (IADFs). We also extracted cores at DBH from pine plantations to assess climate-growth relationships. We used multivariate analyses (PCA) to explore the correlation structure of the main tree attributes, regression analyses to relate radial and height increment, and dendroclimatic analyses to assess the influence of climate on tree growth and IADF formation. Most black pine trees were located at high altitude and their structural attributes were similar at the five sites where the pine encroachment process started between 30 and 40 years ago, featuring similar germination peaks and growth patterns. Black pine is particularly sensitive to maximum temperatures, and IADF occurred in mid-late summer with highest frequency peaks between 2003 and 2004. The pine encroachment process, besides the differences of environmental features and land use histories of the five study sites, appears synchronic and spatially diffused. The consistent tree-growth dynamics and the species adaptation to a warming climate are signals envisaging a possible treeline upward shift.

In Italia gran parte degli studi sulle dinamiche della treeline è stata condotta in ambiente alpino. Pochi sono invece quelli sulle cenosi appenniniche, dove la sinergia tra disturbi naturali e antropici è decisamente più accentuata. Negli Appennini la treeline attuale è caratterizzata in grande prevalenza da cenosi di faggio, situate tra 1500 m e 1900 m di quota. Alcuni studi hanno evidenziato una notevole stazionarietà spazio-temporale di tali cenosi forestali nel settore centrale ed un maggiore dinamismo di formazioni arbustive. Nell’Appennino centro-meridionale le cenosi naturaliformi con Pinus mugo, Pinus laricio, Pinus leucodermis appaiono più dinamiche. Tale fenomeno trova analogie nelle zone calcaree dell’Appennino centrale con la diffusione spontanea di individui di Pinus nigra sopra l’attuale limite superiore del bosco, spesso ma non solo a partire da rimboschimenti di protezione. La ricolonizzazione di pino nero in ecotoni di treeline è stata analizzata in 5 siti dell’Appennino centrale lungo un gradiente Nord-Sud di circa 170 km compreso fra Marche e Abruzzo. Obiettivi dello studio erano: i) individuare possibili pattern comuni nell’assetto fisionomico - strutturale e nei dinamismi di diffusione del pino nero; ii) datare accuratamente l’insediamento degli individui arborei; iii) determinare l’influenza dei principali fattori climatici nel processo di ricolonizzazione. Globalmente sono stati censiti oltre 900 individui arborei di pino nero, tutti localizzati al di sopra della treeline attuale fino alla massima altitudine possibile. E’ stata rilevata la loro posizione mediante GPS, determinato l'habitat di crescita e misurati il diametro del fusto, l’altezza totale, gli accrescimenti longitudinali ed altri caratteri fisionomici e strutturali. Da ogni fusto è stata anche prelevata una carota basale per la determinazione dell’età cambiale, accrescimento radiale e individuazione di fluttuazioni intra-annuali di densità (IADF). Carote legnose sono state estratte anche da 20 individui arborei adulti, per ogni sito, al limite esterno dei rimboschimenti di pino nero presenti, per verificare la sensitività climatica del pino nero. Con l’analisi univariata (regressione) e multivariata (PCA) e con l'analisi dendroecologica sono state esplorate le correlazioni fra i diversi attributi strutturali degli alberi, una possibile influenza delle variabili ambientali, e le analogie o differenze tra i diversi siti, le relazioni fra incrementi radiali e longitudinali e l’influenza di temperature e precipitazioni mensili sull’accrescimento e la formazione delle IADF. Gran parte dei pini sono ubicati ad altitudini elevate e i loro caratteri fisionomico-strutturali sono molto simili nei cinque siti, dove il processo ricolonizzativo è iniziato circa 30-40 anni fa con picchi di frequenza e dinamismi di accrescimento sincroni. Il pino nero è particolarmente sensibile alle temperature massime estive periodo in cui si formano preferenzialmente anche le IADF il cui acme di frequenza è nel 2003 e 2004. La diffusione del pino nero, sebbene vi siano differenze nei caratteri ambientali e nell’uso del suolo pregresso dei cinque siti, appare sincronica e spazialmente dispersa. Simili dinamismi di accrescimento e adattamento della specie al riscaldamento climatico sono segnali che potrebbero preludere ad un futuro innalzamento del limite superiore del bosco.