Spatio-temporal dynamics at treeline ecotones

This research is aimed to apply a multi-scale approach to the analysis of the spatial-temporal dynamics of forest tree species at anthropogenic treeline ecotones in Southern Europe, within the context of land-use and climate changes. Firstly, we explored the position and species composition of the treelines in the Apennines. We searched how climate, topography and human impact affected land cover changes, elevation of treelines and dominant tree species composition at multiple spatial scales. Secondly, we investigated the recent dynamics of human-shaped treelines, which are a common feature in mountain landscapes across Europe and particularly in secularly managed Mediterranean high-elevation areas. We explored this process in four anthropogenic treeline ecotone sites in the Central Apennines (Italy) populated by European black pine (Pinus nigra Arn.). The following step was to assess the occurrence of similar dynamic processes in other human-shaped treelines hosting native pine species. We compared the recolonization process of four different pine species (Pinus heldreichii, Pinus peuce, Pinus sylvestris and Pinus uncinata) at nine anthropogenic treeline ecotones. The last chapter of the thesis is a new technology application for the detection of tree heights and of treeline position and dynamics at landscape scale. Airborne laser scanning-based (ALS) and traditional field-based survey methods for tree heights estimation in forest stand are assessed by using one hundred felled trees as reference dataset.

Con questa tesi di dottorato si è applicato un approccio multi-scala per l'analisi delle dinamiche spazio-temporali di specie arboree negli ecotoni di treeline di origine antropica nell'Europa meridionale, nel contesto dei cambiamenti di uso del suolo e climatici in atto. In primo luogo, abbiamo analizzato la posizione e la composizione specifica delle treeline negli Appennini, cercando di definire su più scale spaziali in che modo il cambiamento climatico, la topografia e l'impatto dell'uomo avessero influito ed influissero sui cambiamenti della copertura del suolo, sulla quota della treeline e sulla composizione delle specie arboree dominanti. In secondo luogo, abbiamo studiato le recenti dinamiche di innalzamento della treeline antropogena, che sono una caratteristica comune nei paesaggi montani in tutta Europa e in particolare nelle aree ad alta quota del bacino mediterraneo. Abbiamo analizzato questo processo in quattro siti negli Appennini centrali (Italia), i quali hanno in comune la presenza di popolamenti di pino nero europeo (Pinus nigra Arn.). Il passo successivo è stato quello di valutare il verificarsi di dinamismi simili in altre treeline che ospitano diverse specie di pino autoctono. Abbiamo confrontato il processo di ricolonizzazione di quattro diverse specie (Pinus heldreichii, Pinus peuce, Pinus sylvestris e Pinus uncinata) in nove ecotoni di treeline antropogene. L'ultimo capitolo della tesi è un approfondimento su una nuova applicazione di telerilevamento (Laser scanner ALS), che permette la definizione di altezza e posizione delle singole piante; questa tecnologia risulterebbe applicabile anche in ambienti di limite del bosco, riducendo costi e tempo di rilievo, affiancata alle tecniche tradizionali di campo.