Effetto della riduzione della densità del popolamento sulla resilienza alla siccità degli ecosistemi forestal

Alessandra Bottero, David I. Forrester, Ulrich Kohnle, Maxime Cailleret, Arthur Gessler, Anthony W. D'Amato, Brian J. Palik, John B. Bradford, Shawn Fraver, Miranda T. Curzon, Andreas Rigling

Parole chiave: cambiamento climatico; densità del popolamento; gestione forestale.

I cambiamenti ambientali rappresentano una sfida per i gestori forestali e per la formulazione di efficaci strategie di gestione volte a promuovere la resilienza degli ecosistemi forestali. In seguito al cambiamento climatico, la frequenza e l'intensità della siccità sono previste in aumento in molte regioni dell'emisfero settentrionale, con grandi rischi per le dinamiche, la produttività ed i servizi ecosistemici di interi ecosistemi forestali.

Trattamenti selvicolturali che riducono la densità dei popolamenti forestali, mantenendo un’elevata diversità strutturale, risultano efficaci per la mitigazione dello stress causato dalla siccità sulla crescita degli alberi, potenzialmente salvaguardando la fornitura dei prodotti forestali e dei servizi ecosistemici. Tuttavia, al fine di definire strategie di gestione forestale più efficaci per mitigare l'impatto di futuri estremi climatici, occorre valutare in che misura diversi trattamenti gestionali siano in grado di conferire resilienza nei diversi ecosistemi forestali. Qui abbiamo esaminato come diversi livelli di densità dei popolamenti forestali influenzino la resilienza di singoli alberi e di interi popolamenti nel tempo e in relazione ad eventi di siccità estremi. Per quantificare l'impatto di diversi trattamenti selvicolturali (inclusi tagli successivi, tagli saltuari e taglio raso) sulla resistenza alla siccità di interi popolamenti, abbiamo utilizzato dati provenienti da inventari forestali e dati di accrescimento annuali ottenuti dal campionamento di più di 6700 alberi, in diversi esperimenti a lungo termine che coprono un ampio gradiente climatico e di composizione specifica negli Stati Uniti e in Europa centrale. I siti di studio sono rappresentativi delle foreste temperate nordamericane (a dominanza di conifere, latifoglie, e misti di conifere e latifoglie) e delle foreste miste di abete bianco e abete rosso in Europa centrale. In ogni sito, a partire dagli anni '50 - '70, le aree di controllo non gestite e le diverse parcelle trattate, caratterizzate da diversi livelli di densità del popolamento, sono state misurate periodicamente. L'impatto dei diversi trattamenti selvicolturali (espressi in termini di densità di popolamento) sulla risposta alla siccità è stato quantificato a livello di singolo albero e di popolamento, ed è stato espresso come indici di resistenza, resilienza e ripresa. Queste tre "componenti di resilienza" sono ampiamente utilizzate per valutare la capacità dei singoli individui, così come di interi popolamenti, di evitare riduzioni della crescita durante la siccità (resistenza), di recuperare i livelli di crescita e la funzionalità antecedenti alla siccità (resilienza) e di riprendersi in seguito alla siccità (ripresa).

IV Congresso Nazionale di Selvicoltura - Torino, 5-9 Novembre 2018

Il bosco: bene indispensabile per un presente vivibile e un futuro possibile 45 I nostri risultati mostrano come la crescita degli alberi e dei popolamenti forestali rifletta le variazioni della densità dei soprassuoli forestali nel tempo (in seguito agli interventi di gestione), con tassi medi di crescita più elevati nei soprassuoli gestiti a bassa densità. La crescita dei popolamenti è diminuita durante la siccità, soprattutto nei periodi di siccità estremi. Tuttavia, gli alberi che crescono in popolamenti meno densi sono stati caratterizzati, in media, da una maggiore resistenza alla siccità, mostrando una minore vulnerabilità agli eventi di siccità analizzati.

In presenza di imminenti cambiamenti climatici, la gestione degli ecosistemi forestali che mantiene basse densità dei popolamenti rappresenta una strategia di gestione promettente per migliorare la resilienza alla siccità in diverse condizioni climatiche e foreste. Tuttavia, i trattamenti gestionali possono anche alterare l'espressione dei tratti funzionali di interi popolamenti forestali. Pertanto, l’attuazione di strategie di gestione volte a promuovere la resilienza degli ecosistemi forestali deve anche tener conto dei potenziali compromessi tra i diversi obiettivi gestionali quali la tolleranza alla siccità e la conservazione della biodiversità.

Effects of forest density reduction on drought resilience in forest ecosystems Keywords: climate change adaptation; drought impacts; stand density.

Global environmental change poses exceptional challenges to forest managers, landowners, and policymakers, who are increasingly searching for adaptive management strategies aim to foster resilience in forest ecosystems. Under climate change scenarios, droughts are predicted to increase in frequency and intensity in many regions of the Northern Hemisphere, leading to unprecedented risks for forest health and productivity, as well as for ecosystem services.

Manipulating tree population density by maintaining stands at low density levels and high structural diversity is advocated as a possible mechanism for moderating drought-induced stress and growth reductions, such that the provision of forest products and ecosystem services continues. However, in order to develop efficient adaptive management strategies, we must evaluate the extent to which forest management practices impart resilience and affect the structure and function of diverse forest ecosystems.

Here, we examined how different stand density levels influenced the resilience of tree- and stand- growth over time, and during and after extreme drought events. We used datasets from long-term historic inventory data, and tree-ring data sampled from more than 6700 trees, to quantify how different silvicultural systems (including single-tree selection, shelterwood, and clearcutting), impact drought resilience of entire tree populations in several long-term experiments covering a broad climatic and compositional gradient across the United States and in Central Europe. The research sites are representative of North American temperate forests (conifer- and hardwood-dominated, and mixed conifer-hardwood), and fir-spruce mixed forests in Central Europe. At each site, unharvested control, and diverse treatment plots covering a range of densities, have been repeatedly measured since the 1950- 1970s. The impact of the different silvicultural systems (expressed in terms of stand density) on growth response to drought was quantified at tree- and stand-level, and expressed as indices of resistance, resilience and recovery. These three ‘resilience components’ are widely used to evaluate the capacity of single individuals, as well as entire stands, to avoid growth reduction during drought (resistance), regain pre- drought level of growth and function (resilience), and recover after drought (recovery).

Our results show that tree and stand growth patterns reflected the changes in stand density over time (i.e., following the harvesting interventions), with higher average growth rates in stands managed at low density. Forest growth declined during drought, especially during periods of severe drought. However, trees growing in less dense stands were characterized, on average, by higher drought resistance and recovery, showing lower vulnerability to the analyzed drought events.

Under impending changes in climate, managing forest ecosystems at low tree population density represents a promising adaptive strategy for enhancing drought resilience in different climates and forests. However, silvicultural systems can also alter the expression of traits in forest communities.

IV Congresso Nazionale di Selvicoltura - Torino, 5-9 Novembre 2018

Il bosco: bene indispensabile per un presente vivibile e un futuro possibile 46 Therefore, the implementation of efficient adaptive management strategies must also take into account potential trade-offs between different objectives, such as drought stress tolerance and measures of biodiversity.

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