Ecologia del paesaggio e Dinamica della vegetazione

Ecologia del paesaggio

L’ecologia è la scienza che studia la distribuzione e l’abbondanza degli organismi (e quindi la biodiversità, soprattutto quella tassonomica ed ecosistemica) e le interazioni (chimiche, fisiche e biologiche con l’ambiente) che le determinano. Racchiude un insieme di discipline, tra le quali l’ecologia del paesaggio.

Il paesaggio è uno dei livelli più alti di organizzazione gerarchica dei viventi, inteso come una porzione eterogenea di territorio caratterizzato da un mosaico di ecosistemi interagenti (caratterizzati da una relativa omogeneità spaziale, dipende dalla scala), con una struttura ben definita e in una determinata zona climatica e geomorfologica con un determinato regime di disturbi.

L’ecologia del paesaggio studia le cause e le conseguenze ecologiche dei “pattern” (modelli di distribuzione e configurazione spaziale) del mosaico ambientale (cambiamenti della quantità e della disposizione spaziale). C’è quindi una relazione tra struttura spaziale e processi ecologici, e questa relazione è causa e conseguenza dell’eterogeneità spaziale e temporale del mosaico ambientale. Studiando il rapporto struttura-funzione, si pone l’obiettivo di identificare modelli strutturali e funzionali.

I modelli servono per formalizzare le conoscenze e per generare ipotesi che possono essere verificate empiricamente. Possono indicare e prevedere quali sono le conseguenze di cambiamenti del pattern spaziale del paesaggio. Si possono utilizzare per simulare esperimenti su un ampio ambito (range) di condizioni (ex climi). La maggior parte di questi modelli sono spazialmente espliciti, ovvero rappresentano le posizioni spaziali delle grandezze modellizzate.

È importante considerare il contesto del paesaggio insieme alle caratteristiche del sito locale quando si tentano di spiegare i processi ecologici locali. Questo perché ciò che avviene in piccole aree locali può essere influenzato dal paesaggio circostante.

La struttura/pattern è la organizzazione e disposizione spaziale tridimensionale degli elementi del paesaggio, quindi influisce sulla sua funzionalità ecologica. Essa è il risultato di processi biotici (dinamica delle successioni, interazioni tra specie e insediamenti umani), abiotici (clima, geomorfologia, idrografia, pedologia) e regimi di disturbo (la dinamica spaziale e temporale delle perturbazioni in un lungo intervallo di tempo).

Elementi del paesaggio

Questi elementi sono:

• Patch (tessera): area non lineare relativamente omogenea che differisce dalle aree circostanti.
• Matrice: elemento del paesaggio più esteso e più connesso del mosaico.
• Corridoio: elemento lineare di collegamento fra patch (gli animali lo preferiscono per muoversi rispetto agli spazi aperti) e diverso dalla matrice.

Questi elementi interagiscono tra loro, quindi hanno delle funzioni ecologiche (movimenti di organismi, materiali ed energia). Elementi e funzioni del paesaggio cambiano nel tempo e nello spazio (dinamismo spaziale e temporale).

Patch

• Dimensione: maggiore dimensione, maggiore eterogeneità e variabilità ambientale (> differenze microclimatiche e nella disponibilità idrica e di nutrienti, differenze del micro/macro-rilievo, interazioni biologiche), maggiori opportunità per gli organismi con esigenze diverse di trovare habitat adatti e quindi maggior numero di specie.

I margini (edges) e le parti interne (core) dei patch possono avere differenti condizioni ambientali che favoriscono alcune specie e non altre. Il rapporto perimetro/area è maggiore nei patch più piccoli, per questo essi hanno una percentuale maggiore di habitat di margine, mentre i patch più grandi una percentuale maggiore di habitat interno. La divisione di un patch grande in due più piccoli produce una porzione aggiuntiva di habitat di margine, dove si ha un aumento delle dimensioni delle popolazioni e un lieve incremento del numero di specie. Nel core invece una diminuzione.

Quando il patch è molto piccolo, tutto l’habitat interno va perduto. Un patch grande in genere presenta popolazioni più numerose e quindi in presenza di fluttuazioni temporali, la probabilità di estinzione è minore rispetto a quelle di un patch piccolo.

• Numero: la scomparsa di un patch/frammentazione (divisione in tessere via via più piccole, comporta riduzione e ripartizione) può causare la perdita/isolamento di habitat riducendo le dimensioni delle popolazioni e il numero di specie (diversità).
• Forma: a parità di estensione, patch a forma tondeggiante o quadrata hanno maggior tendenza a persistere rispetto a patch a forma lineare. Una forma allungata permette l’intercettazione di un gradiente ambientale maggiore e quindi la presenza di un numero maggiore di habitat e dunque specie. Le disposizioni lineari e triangolari di patch offrono meno opportunità di scambi rispetto a quelle quadrate o pentagonali.
• Distribuzione: patch isolati hanno meno probabilità di essere ricolonizzati naturalmente e quindi maggiori probabilità di estinzione.
• Connessione/connettività: da questa dipende il processo di ricolonizzazione, che avviene più velocemente tra patch connesse tra di loro. Popolazioni in patch isolate si estinguono prima. La connessione dipende dall’abbondanza e disposizione dell’habitat idoneo e dalla capacità di movimento/dispersione delle specie.

Perturbazione e scala di osservazione

Perturbazione = evento che disgrega la struttura di un ecosistema/comunità/popolazione e che modifica disponibilità di risorse/ambiente fisico. Regime di una perturbazione è la sua dinamica spazio-temporale in un lungo intervallo di tempo. È un importante agente di formazione di pattern (e risponde anche ad esso) e può anche essere necessario per il mantenimento delle funzioni degli ecosistemi.

L’equilibrio di un paesaggio dipende dalle sue dimensioni, dal periodo di recupero/durata vita del biota ma soprattutto dalle dimensioni e frequenza delle perturbazioni. Se la perturbazione è più piccola del paesaggio, e se il suo tempo di recupero è minore del tempo di ritorno della perturbazione, allora il mosaico apparirà ad uno stato stazionario (quindi la percentuale di paesaggio nei vari stadi successionali rimane costante). Se le perturbazioni sono grandi, e infrequenti, rispetto alle dimensioni del paesaggio il mosaico non sarà allo stato stazionario.

Importanza della scala di osservazione (spaziale, temporale e dei livelli di organizzazione). I processi osservabili e le variabili misurabili dipendono dalla scala, e cambiano al suo variare (cambia la scala, cambia il numero, dimensione e forma dei patch). Essa è composta dalla grana (rappresentazione raster o vettoriale), che è la risoluzione spaziale, e dall’estensione (ampiezza dell’area di studio). La soluzione di un problema è influenzata dalla scala, infatti non si possono confrontare dati raccolti a scale diverse. La patch variano a seconda del nostro oggetto di studio e vengono delineate in base a dati e censimenti pubblicati, telerilevamento e fotografie aeree.

Fotointerpretazione e classificazione dell’immagine

GIS = Sistemi di Informazione Geografici, caratterizzati da un’organizzazione dei dati in layer logici connessi ad una componente descrittiva (database). Sono una combinazione di hardware, software, risorse umane e procedure che hanno lo scopo di acquisire, gestire e analizzare dati spazialmente referenziati.

Si basano su due concetti fondamentali: l’oggetto (entità) = elemento/fenomeno reale presente sulla superficie terrestre, e la georeferenziazione = processo tramite il quale ad ogni oggetto vengono attribuite coordinate spaziali reali secondo determinati sistemi di riferimento e proiezione. Ad ogni oggetto vengono associati due tipi di informazione (compongono l’oggetto): la geometria = punto, linea e poligono per riprodurne la forma, e gli attributi (database) = info descrittive degli oggetti.

I dati vengono organizzati suddividendo gli elementi in strati sovrapposti (layer o livelli o tematismi). Gli oggetti appartenenti a diversi strati possono essere confrontati e sovrapposti poiché georeferenziati e quindi riferiti ad un unico sistema di coordinate. Gli oggetti vengono archiviati sottoforma di due macromodelli (dati geografici): raster e vettoriale.

Nella grafica raster un paesaggio viene suddiviso in un reticolato fisso di celle quadrate/esagonali di uguali dimensioni. La cella (pixel) è l’unità fondamentale di discretizzazione del territorio. Tali celle formano una griglia di tot righe e colonne. Ad ogni pixel è associato un valore in forma numerica che può rappresentare una caratteristica fisica o un fenomeno. I dati raster possono provenire da diverse fonti: cartografie cartacee, foto aeree, immagini satellitari etc.

Nella grafica vettoriale i dati vengono memorizzati attraverso coppie di coordinate (x,y) che formano figure geometriche come punti, linee e poligoni. Ognuna di queste forme rappresenta un oggetto reale (entità vettoriale) associato ad info non geometriche che ne specificano le caratteristiche.

Specie, comunità, flora e vegetazione

Specie = gruppo di individui potenzialmente interfecondi e riproduttivamente isolato da altri gruppi (criterio biologico). Gruppo di individui morfologicamente simili, distinguibili per caratteri morfologici, fisiologici e biochimici (criterio morfologico).

Comunità (biocenosi = zoocenosi + fitocenosi) = insieme di popolazioni di diverse specie che occupano un habitat comune e interagiscono tra loro.

Flora = insieme/elenco delle entità vegetali (specie) che vivono in un determinato territorio. Censimento floristico (+ forme biologiche e corologiche) è il primo passo nello studio della vegetazione. Lo studio floristico è ambito corologico, che si occupa della distribuzione di specie in rapporto alle cause che la determinano. Valutazione del patrimonio in specie.

Vegetazione = insieme di comunità vegetali coerenti con il sito nel quale crescono e con la disposizione spaziale che assumono spontaneamente. La sua composizione e struttura dipende da caratteristiche ambientali, interazione tra specie e uomo.

Azonale: tipo di vegetazione che si sviluppa su particolari condizioni edafiche, indipendentemente dall’influenza del macroclima.