METRICHE DEL PAESAGGIO ED EVOLUZIONE DEGLI USI DEL SUOLO IN UN AREA MONTANA DELLA CALABRIA

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1 Convegno di Medio Termine dell Associazione Italiana di Ingegneria Agraria Belgirate, settembre 2011 memoria n. METRICHE DEL PAESAGGIO ED EVOLUZIONE DEGLI USI DEL SUOLO IN UN AREA MONTANA DELLA CALABRIA Salvatore Di Fazio 1, Giuseppe Modica 1, Paolo Zoccali 1 (1) Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agroforestali ed ambientali (DiSTAfA), Università Mediterranea degli Studi di Reggio Calabria. Località Feo di Vito Reggio Calabria salvatore.difazio@unirc.it; giuseppe.modica@unirc.it; paolo.zoccali@unirc.it SOMMARIO Al fine di migliorare la sostenibilità della pianificazione territoriale è di notevole importanza la comprensione delle dinamiche del paesaggio, in particolare di quelle legate alle relazioni tra i sistemi urbano e rurale. il presente lavoro ha avuto come principale obiettivo l analisi e l interpretazione delle dinamiche del paesaggio forestale verificatesi nel periodo nel comune di Serra San Bruno (VV). Peculiarità della ricerca è l elevato livello di dettaglio geografico utilizzato (unità di mappatura minima pari a 0,2 ha). I dati sono stati ottenuti attraverso la digitalizzazione di fotografie aeree storiche e di ortofoto digitali creando così delle mappe di uso del suolo organizzate secondo la legenda Corine Land Cover. Il periodo esaminato è stato suddiviso in quattro intervalli di tempo, che sono stati specificamente analizzati per rilevare i cambiamenti di usi del suolo (LULCc, Land Use/Land Cover changes). L'utilizzo di operazioni di overlay mapping e di un set di metriche del paesaggio appositamente definito hanno permesso una precisa identificazione dei LULCc verificatesi nei periodi esaminati in termini sia spaziali sia temporali. Parole chiave: Serra San Bruno, Evoluzione degli usi del suolo, Pianificazione territoriale sostenibile, Metriche del paesaggio. 1 INTRODUZIONE La maggior parte dei cambiamenti di copertura e uso del suolo (LULCc, Land Use/Land Cover changes) hanno origine a livello locale ma, a seconda della loro velocità, estensione e intensità, possono avere ripercussioni più o meno rilevanti a livello globale (Foley et al., 2005). Oggi, questi cambiamenti sono considerati veri e propri indicatori ambientali (Lindquist et al., 2008) e sono, quindi, oggetto di molte ricerche. Anche se influenzati da fattori biofisici (condizioni del suolo, topografia, ecc), il risultato dei cambiamenti di LULC è principalmente dovuto all attività umana (Foley et al., 2005). La progressiva e continua crescita della popolazione mondiale è stata percepita come un fenomeno allarmante sin dagli anni 60 del secolo scorso, associato ad uno sfruttamento sempre più intensivo delle risorse, con una crescente domanda di spazi abitativi e un corrispondente aumento delle attività industriali. I LULCc influenzano notevolmente la struttura degli ecosistemi e il loro funzionamento (DeFries

2 S. Di Fazio, G. Modica, P. Zoccali el al., 2004; Vitousek et al., 1997), pertanto la loro analisi è uno dei principali argomenti di ricerca per l ecologia del paesaggio (Wu & Hobbs, 2002). L'area del bacino del Mediterraneo è uno dei punti più significativi per quanto attiene ai cambiamenti dell uso del suolo (Myers et al., 2002); i terreni agricoli, i boschi di querce sempreverdi e gli habitat di macchia mediterranea, qui estesamente diffusi, sono il risultato di disturbi antropici esplicatesi nel corso dei secoli o addirittura millenni (Blondel, 2006). Tuttavia, negli ultimi decenni, i cambiamenti più significativi si sono verificati a seguito di una serie di fenomeni diffusi e spesso collegati: l'espansione urbana, l'intensificazione dell'agricoltura nelle aree più idonee e l abbandono delle aree agricole marginali, l aumento della frequenza e dell intensità degli incendi boschivi estivi e la rapida espansione delle attività turistiche, soprattutto lungo le coste (Antrop, 2004; Burke & Thornes, 2004; Kosmas et al., 2000). A causa di questa continua pressione antropica e delle caratteristiche fisiche delle zone interessate, sono necessarie ulteriori ricerche per monitorare e analizzare, in termini quantitativi e qualitativi, i cambiamenti di LULC (Antrop, 1993; Scarascia-Mugnozza et al., 2000). 2 MATERIALI E METODI La ricerca è stata condotta nel territorio del Comune di Serra San Bruno (VV), un area dal rilevante patrimonio naturalistico e culturale (Di Fazio et al., 2009), ricadente nel comprensorio delle Serre Vibonesi in Calabria (Fig. 1). Di particolare interesse è il patrimonio forestale a dominanza di faggio e abete bianco, per secoli gestito dai monaci della Certosa di Serra S. Bruno, che negli anni ha giustificato l istituzione di diverse aree naturali protette (Di Fazio et al., 2010). Figura 1. Localizzazione ed inquadramento geografico dell area di indagine. Per i dettagli relativi al materiale cartografico di base, alle verifiche di accuratezza geometrica e tematica, all implementazione del geodatabase e alla legenda utilizzata si

3 Metriche del paesaggio ed evoluzione degli usi del suolo in un area montana della Calabria rimanda a Di Fazio et al. (2011). La mappatura dei LULCc è stata condotta direttamente su dati vettoriali, attraverso la cosiddetta procedura di post-classification comparison technique, per i quattro intervalli temporali definiti: , , e È stato così possibile quantificare e mappare i cambiamenti intervenuti nel periodo esaminato per ciascuna classe di uso del suolo definita. 2.1 Metriche del paesaggio Le metriche del paesaggio (o indici del paesaggio) rappresentano oggi un fattore chiave nella ricerca nel campo dell ecologia del paesaggio (Uuemaa et al., 2009) e della pianificazione territoriale. Possono essere definiti come una misura aggregata e quantitativa del paesaggio ad una specifica scala e risoluzione (Herold et al., 2003). Nel calcolo delle metriche del paesaggio l unità spaziale minima è la patch, definita come un area relativamente omogenea distinguibile dall intorno (Forman, 1995); il modello di paesaggio di riferimento generalmente utilizzato è il cosiddetto Patch-Corridor, Matrix (Forman & Godron 1986). Sono ormai molto numerose le esperienze nella letteratura internazionale sull uso delle metriche del paesaggio in vari ambienti e alle varie scale spaziali e temporali di applicazione (Leitão et al., 2006; Cushman, et al, 2007); a ciò non è però corrisposta una generale concordanza né sul più opportuno set di metriche che meglio contribuisca ad interpretare un dato paesaggio e la sua evoluzione nel tempo né su un possibile insieme di componenti strutturali che ne possa guidare la scelta (Cushman, et al, 2007). Figura 2. Mappatura degl usi del suolo per gli anni 1955, 1983, 1994 e 2006 nel territorio di Serra S. Bruno.

4 S. Di Fazio, G. Modica, P. Zoccali Figura 3. Composizione del paesaggio secondo le classi di uso del suolo definite e per i quattro anni investigati. Dati in [ha], in [%] e in numero di patches NP. Metriche utilizzate C L Algoritmo Descrizione Number of Numero di patches per ogni classe di x x n Patches (NP) i uso del suolo. Patch x x n ( ) ( 100) Densità delle patches (per unità i Density (PD) A territoriali di 100 ettari). Edge Density (ED) Percentage of Like Adjacencies (PLADJ) Interspersion and Juxtaposition Index (IJI) Shannon's Diversity Index (SHDI) Simpson's Diversity Index (SIDI) m x x eik k = 1 ( ) A x x g ii ( 100) m g ik k = 1 x x m eik ln eik 1 m m k = eik eik k = 1 k = 1 ( 100) ln( m 1) x ( P i ln P i ) x m i= 1 1 m 2 P i i= 1 Densità, ad ettaro, del perimetro delle patches. Misura del livello di aggregazione tra i diversi tipi di patch. Misura, in percentuale, del grado di dispersione dei diversi tipi di patch. Misura del grado di diversità del mosaico ambientale. Rappresenta la possibilità che due pixel scelti a caso possano ricadere in due differenti tipi di patch. Tabella 1. Elenco delle metriche calcolate a livello di classe (C) e livello di paesaggio (L).

5 Metriche del paesaggio ed evoluzione degli usi del suolo in un area montana della Calabria Nel presente studio, il set di metriche impiegato è stato definito sulla base della disamina della letteratura di settore, selezionando quelle che meglio definivano il paesaggio dell area di studio e cercando di ridurre, al contempo, la ridondanza dei dati risultanti; sono stati analizzati i livelli di classe di paesaggio e dell intero mosaico ambientale (Tab. 1). Il computo delle metriche è stato implementato in FRAGSTATS 3.3 (McGarigal & Marks 1995) sulla base di mappe di uso del suolo convertite in formato raster con una risoluzione geometrica pari a 10 m x 10 m. 3 RISULTATI E DISCUSSIONI Nel 1955, l'area di studio presenta una struttura territoriale omogenea, con due classi di uso del suolo decisamente prevalenti: Agric (41,19%) e Mix-For (47,51%). Il tessuto urbano è quasi completamente di tipo continuo (Urb-Cont) e coincide con l attuale centro storico (0,89%). Nel 2006, la situazione è notevolmente diversa. Le aree agricole e forestali nel complesso occupano il 94,32% dell'area di studio, anche se distribuite in modo diverso rispetto al primo periodo esaminato: le aree agricole infatti sono passate dal 41,19% del 1955 al 20,98% nel 2006; le aree forestali dal 54,25% del 1955 al 73,34% della superficie totale nel 2006 (Fig. 3). Il tessuto urbano si è esteso, creando una cintura discontinua (Urb-Disc) tra le zone rurali e lo spazio urbano. Complessivamente, nel 2006, le aree urbane sia di natura continua sia discontinua occupano il 3,48%. Dall analisi dei risultati ottenuti dal calcolo delle metriche a livello di paesaggio (Tab. 2), emerge che nell area di studio si è verificato un significativo aumento del numero di patches. Queste, infatti, dalle 76 del 1955 diventano 179 nel 2006; di consenguenza, la loro densità (PD) aumenta passando da 1.88 nel 1955 a 4.43 nel Un altro dato rilevante è l aumento dell ED che da del 1955 passa a del 2006, raddoppiando quasi il suo valore. Il PLANDJ mostra valori elevati in entrambi gli anni investigati. Analizzando i risultati delle metriche a livello di classe (Fig. 4) è interessante notare come l aumento del numero delle patches riguardi in particolare alcune classi di uso del suolo; infatti, nel caso della classe Urb-Disc dalle 2 del 1955 si passa alle 14 del 2006 mentre la classe Agric ha un numero di patches che nel 2006 è quasi triplicato rispetto al 1955 e pari a 50, a dimostrazione dell evidente frammentazione che nel periodo analizzato l ha interessata (Fig. 4). Un altro dato interessante è quello che emerge dai risultati ottenuti dal computo della metrica IJI: le classi Urb-Cont e Urb-Disc triplicano i loro valori passando dal 21.87% nel 1955 al 65.44% nel 2006 la prima, e dal 16.68% nel 1955 al 57.58% nel 2006 la seconda. Stessa dinamica si registra per la classe Blv-For il cui valore di IJI passa dal 31.63% del 1955 al 58.08% del Nella classe Agric si riscontra, invece, un trend decrescente. Infatti, nel 1955 si ha un valore pari al 75.35% (il più elevato tra tutti quelli ottenuti) mentre al 2006 esso è pari al 56.01%. Per quanto riguarda l ED, sono tre le classi che mostrano risultati rilevanti: Urb-Disc, Agric e Blv-For. La prima mostra valori che vanno da 0.73 del 1955 a 6.09 del 2006, la seconda registra un aumento che va da nel 1955 a nel 2006, la terza infine va da del 1955 a nel Per quanto riguarda il PLANDJ, l unica classe che mostra variazioni rilevanti nel tempo è quella Agric che dall 83.59% del 1955 diventa pari al 92.38% nel 2006.

6 S. Di Fazio, G. Modica, P. Zoccali Figura 4. Dinamiche dei cambiamenti di uso del suolo nel periodo Le frecce orientate secondo la tendenza osservata, sono state diversificate in base all intensità di cambiamento; i numeri posti sopra indicano le variazioni di superficie intervenute (dati in ettari). Figura 5. Dinamiche dei cambiamenti di uso del suolo a carico delle aree agricole nel periodo Nei riquadri a lato, sono evidenziati i fenomeni di espansione urbana.

7 Metriche del paesaggio ed evoluzione degli usi del suolo in un area montana della Calabria Anni NP PD ED PLADJ IJI SHDI SIDI Tabella 2. Valori delle metriche calcolate a livello di paesaggio per i quattro periodi indagati. Figura 4. Grafici riportanti i risultati ottenuti per quattro delle più significative metriche impiegate a livello di classe del paesaggio per i quattro periodi indagati. 4 DISCUSSIONI CONCLUSIVE I risultati della presente ricerca potranno rappresentare una significativa base per l analisi delle dinamiche del cambiamento con particolare riferimento al conflitto urbano/rurale. La loro interpretazione, posta in relazione alle cause ipotizzate, potrà fondare la definizione di strategie di pianificazione e gestione territoriale sostenibile a medio e lungo termine. Ciò, sia con riferimento ad una scala locale di dettaglio, come quella analizzata, sia nell ambito di piani e programmi a media scala. L osservazione e l'analisi temporale dei cambiamenti di uso del suolo, condotta rivolgendo l attenzione anche a periodi intermedi rispetto a quello principale analizzato, è una procedura che permette di identificare le tendenze in corso e di comprendere meglio l'evoluzione del territorio. Inoltre, l analisi della dinamica dei cambiamenti degli usi del suolo intervenuti in un dato territorio consente la verifica temporale dei fattori positivi e negativi che hanno inciso sulla sua struttura. In tal modo è possibile

8 S. Di Fazio, G. Modica, P. Zoccali individuare e quindi favorire quelle azioni che hanno avuto un esito positivo sulla struttura del paesaggio analizzato (rimboschimenti, ricomposizione fondiaria, ecc.) ovvero contrastare quelle i cui effetti negativi incidono sulla sua struttura e funzionalità (assenza di strumenti urbanistici, abbandono delle aree rurali, ecc.). A supporto delle analisi implementate, l uso delle metriche si è rivelato molto utile per l analisi del paesaggio. È però importante un accurata selezione delle stesse al fine di evitare ridondanza dei dati come pure definire il livello di accuratezza tematica e geometrica che meglio descrive la struttura e le dinamiche del paesaggio passate e in atto. In tal senso, una direzione di ricerca del presente lavoro è proprio legata alla comprensione degli effetti dell accuratezza geometrica su un preciso set di metriche a differenti scale di dettaglio tematico. BIBLIOGRAFIA Antrop, M. Conservation of biological and cultural diversity in threatened Mediterranean landscapes. Landscape and Urban Plan., 24, Antrop, M. Landscape change and the urbanization process in Europe. Landscape and Urban Plan. 67, no. 1-4 (March) Blondel, J. The design of Mediterranean landscapes: a millennial story of humans and ecological systems during the historic period. Hum. Ecol. 34, Burke, S.M., Thornes, J.B. A thematic review of EU Mediterranean desertification research in Frameworks III and IV: Preface. Adv. Envir. Monit. Model Cushman, S., Mcgarigal, K., and Neel, M. Parsimony in landscape metrics: Strength, universality, and consistency. Ecological Indicators, 8(5), DeFries, R.S., Foley, J.A., &Asner, G. P. Land-use choices: balancing human needs and ecosystem function. Frontiers in Ecology and the Environment, 2(5), Di Fazio S, Laudari L, Modica G., Heritage interpretation and landscape character in the forestry district of Serra San Bruno (Calabria, Italy), XVII World Congress of the International Commission of Agricultural and Biosystems Engineering (CIGR) on "Sustainable Biosystems through Engineering", Québec City, June 13-17, 2010 Canada, Di Fazio S, Laudari L, Modica G., Heritage itineraries and tourism valorisation of the forestry landscape in the Serra san Bruno district (Calabria, Italy), XXXIII CIOSTA CIGR V Conference on "Technology and management to ensure sustainable agriculture, agro-systems, forestry and safety", Reggio Calabria June 2009, Vol. 3, 2009, pp Di Fazio S, Modica G., Zoccali P., Evolution Trends of Land Use/Land Cover in a Mediterranean Forest Landscape in Italy In: B. Murgante et al. (Eds.): ICCSA 2011, Part I, LNCS 6782, pp , Springer-Verlag Berlin Heidelberg Foley, J.A., Defries, R., Asner, G.P., Barford, C., Bonan, G., Carpenter, S.R., et al. Global consequences of land use. Science (New York, N.Y.), 309(5734), Forman, R. Land mosaics, the Ecology of Landscapes and Regions. Cambridge University Press, Cambridge, p Forman, R.T., Godron, M. Landscape Ecology. New York: John Wiley & Sons Forman, R.T.T., Land Mosaics: The Ecology of Landscapes and Regions. Cambridge University Press, Cambridge, UK. Hargis, C., Bissonette, J., David, J. The behaviour of landscape metrics commonly used in the study of habitat fragmentation. Landscape Ecol. 13, Herold M., N. C.Goldstein, and K. C. Clarke, The spatiotemporal form of urban growth: measurement, analysis and modeling. Remote Sensing of Environment, 86: Kosmas, C., Danalatos, N.G., Gerontidis, S. The effect of land parameters on vegetation performance and degree of erosion under Mediterranean conditions. Catena 40:

9 Metriche del paesaggio ed evoluzione degli usi del suolo in un area montana della Calabria Lindquist, E.J., Hansen, M.C., Roy, D.P., Justice, C.O. The suitability of decadal image data sets for mapping tropical forest cover change in the Democratic Republic of Congo: implications for the global land survey. Int. J. Remote Sens. 29 (23 24), McGarigal, K., Cushman S. Comparative Evaluation of Experimental Approaches To the Study of Habitat Fragmentation Effects. Ecological Applications.12(2): McGarigal, K., Marks, B.J. FRAGSTATS: Spatial Analysis Program for Quantifying Landscape Structure. USDA Forest Service General Technical Report PNW-GTR Myers, N., Mittermeier, R.A., Mittermeier, C.G. Biodiversity hotspots for conservation priorities. Nature 403, Scarascia-Mugnozza, G., Oswald, H., Piussi, P., & Radoglou, K. Forest of the Mediterranean region: gaps in knowledge and research needs. Forest Ecol. Manag., 132, Uuemaa, E., M. Antrop, J., Roosaare, R. M., and Mander, Ü. Landscape Metrics and Indices: An Overview of Their Use in Landscape Research. Living Rev. Land. Res., 3, Vitousek, P., Mooney, H., Lubchenco, J., & Melillo, J. Human Domination of Earth's Ecosystems. Science, 277(5325), Vos, C., Chardon, P. Effect of habitat fragmentation and road density on the distribution pattern of the moor frog Rana arvalis. J. Appl. Ecol. 35 (1), Wu J., Hobbs R. Key issues and research priorities in landscape ecology: an idiosyncratic synthesis. Landscape Ecol. 17: