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2. MATERIALI E METODI
2. 1 L’area di studio
L'area di studio è la regione apuana sensu stricto (Vaira et al., 2004), vale a dire la “porzione
di territorio avente come confini la linea pedemontana ad Ovest, il corso dei fiumi Magra e Aulella a Nord, quello del Serchio a Est e a Sud”.
2. 2 Specie oggetto di studio
Ė studiata la distribuzione nella regione apuana di 38 unità tassonomiche di rango specifico e subspecifico (Tabella 1), inquadrate in due gruppi biogeografici principali. Il primo gruppo è rappresentato da 24 specie e sottospecie endemiche apuane, cioè con areale centrato sulle Alpi Apuane ed eventualmente esteso ad aree geografiche limitrofe. Nel secondo gruppo sono comprese 14 specie e sottospecie la cui presenza nelle Alpi Apuane è interpretata in termini di relittualità, considerando le stazioni in cui vivono come zone di accantonamento a seguito di cambiamenti climatici. Questo gruppo comprende elementi di diverso significato biogeografico, con areali principali nella penisola italiana e balcanica, in Europa occidentale, nelle Alpi, sui rilievi mediterranei o nella disgiunzione artico-alpina, raggruppati nelle categorie dei relitti atlantici, subatlantici e microtermici.
La nomenclatura segue quella proposta in Conti et al. (2005, 2007) e successivi aggiornamenti pubblicati sull'Informatore Botanico Italiano (Notulae alla checklist della flora vascolare italiana).
L'elenco non include Aquilegia apuana (Marchetti) E. Nardi, entità rivalutata a rango specifico da Nardi (2014) sulla base di Aquilegia viscosa subsp. apuana Marchetti descritta dall'autore per una sola stazione sul pendio sinistro delle Turrite di Gallicano (Marchetti, 2012), in quanto la pubblicazione è uscita quando la maggior parte delle elaborazioni cartografiche erano terminate.
16 Tabella 1. Le unità tassonomiche oggetto di studio. Bio = gruppo biogeografico: E = endemiti; RS = relitti subatlantici; RA = relitti atlantici; RM = relitti microtermici. La tabella è ordinata in base al gruppo biogeografico (E-RS-RA-RM) e in base al nome scientifico.
Unità Tassonomica Bio Riferimenti bibliografici Aquilegia bertolonii Schott (Ranunculaceae) E Ansaldi e Bedini, 2013 Asperula apuana (Fiori) Arrigoni (Rubiaceae) E Ferrarini, 1992 Astrantia pauciflora Bertol. susp. pauciflora (Apiaceae) E Ferrarini, 1992 Athamantha cortiana Ferrarini (Apiaceae) E Ferrarini, 1992
Biscutella apuana Raffaelli (Brassicaceae) E Raffaelli e Fiesoli, 1993 Buphthalmum salicifolium L.subsp. flexile (Bertol.) Garbari
(Asteraceae)
E Ferrarini, 1992
Carex macrostachys Bertol. (Cyperaceae) E Ferrarini, 1992 Carum appuanum (Viv.) Grande subsp. appuanum (Apiaceae) E Ferrarini, 1992 Centaurea arachnoidea Viv. subsp. arachnoidea (Asteraceae) E Conti et al., 2011 Centaurea montis-borlae Soldano (Asteraceae) E Vaira et al., 2011 Cerastium apuanum Parl. (Caryophyllaceae) E Ferrarini, 1992 Festuca apuanica Markgr.-Dann (Poaceae) E Foggi e Rossi, 1996 Globularia incanescens Viv. (Globulariaceae) E Ferrarini, 1992 Leontodon anomalus Ball (Asteraceae) E Ferrarini, 1992 Moltkia suffruticosa (L.) Brand.
subsp. bigazziana Peruzzi & Soldano (Boraginaceae)
E Peruzzi e Soldano, 2010
Pinguicula apuana Casper & Ansaldi (Lentibulariaceae) E Casper e Ansaldi, 2009 Pinguicula mariae Casper (Lentibulariaceae) E Casper e Ansaldi, 2009 Polygala carueliana (Brunat ex A.W.Ben.) Caruel (Polygalaceae) E Ferrarini, 1992
Rhamnus glaucophylla Sommier (Rhamnaceae) E Ferrarini, 1992 Salix crataegifolia Bertol. (Salicaceae) E Ferrarini, 1992 Santolina leucantha Bertol. (Asteraceae) E Ferrarini, 1992 Silene lanuginosa Bertol. (Caryophyllaceae) E Ferrarini, 1992 Silene pichiana Ferrarini & Cecchi (Caryophyllaceae) E Ferrarini, 1992
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Veronica aphilla L. subsp. longistyla (Ball) Arcang. (Plantaginaceae) E Ferrarini, 1992 Abies alba Mill. (Pinaceae) RS Ansaldi et al., 1988 Euphorbia hyberna L . subsp. insularis (Boiss.) Briq. (Euphorbiaceae) RA Alvarez, 1974
Hymenophyllum tunbrigense (L.) Sowerby (Hymenophyllaceae) RA Ferrarini e Marchetti, 1983 Vandenboschia speciosa (Wild.) G. Kunkel (Hymenophyllaceae) RA Ferrarini, 1977
Artemisia nitida Bertol. (Asteraceae) RM Ferrarini, 1992 Daphne alpina L. subsp. alpina (Thymelaeaceae) RM Bedini et al., 2007 Dryas octopetala L. subsp. octopetala (Rosaceae) RM Ferrarini, 1992 Geranium argenteum L. RM Ansaldi et al., 2008 Horminum pyrenaicum L. (Lamiaceae) RM Bedini et al., 2007 Hornungia alpina (L. ) O.Appel. subsp. alpina (Brassicaceae) RM Ferrarini, 1992 Rhododendron ferrugineum L. (Ericaceae) RM Ansaldi et al., 2003 Saxifraga aizoides L. (Saxifragaceae) RM Ferrarini, 1992 Valeriana saxatilis L. (Caprifoliaceae) RM Ferrarini, 1987 Woodsia alpina (Bolton) Gray (Woodsiaceae) RM Ferrarini, 1992
2. 3 La raccolta dei dati
I dati di distribuzione nella regione apuana dei taxa oggetto di studio sono stati reperiti in fonti già esistenti, vale a dire: articoli pubblicati, campioni d'erbario, manoscritti inediti conservati presso il Dipartimento di Biologia dell’Università di Pisa o forniti direttamente dagli autori e i portali web Anarchive (www.anarchive.it) e Wikiplantbase #Toscana (http://www.biologia.unipi.it/ortobotanico/FloraToscana/flotos_start.html
(Appendice B).
La ricerca dei dati di erbario è stata condotta tramite la raccolta e successiva digitalizzazione delle informazioni contenute nei cartellini che accompagnano i campioni.
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Sono stati consultati i 3 erbari universitari toscani, vale a dire:
■ Herbarium Horti Pisani (PI)
■ Herbarium Universitatis Senensis (SIENA) ■ Herbarium Universitatis Florentinae (FI)
Sono stati consultati anche gli erbari di Aulla e Carrara di E. Ferrarini (Maccioni et al., 2008).
Per i campioni conservati in FI e SIENA è stata effettuata la scannerizzazione del cartellino. Si è ottenuta così una collezione di immagini digitali di tutti i cartellini necessari allo studio, da cui sono state poi tratte le informazioni.
In Figura 8 è mostrato, a titolo di esempio, un foglio d’erbario conservato in FI ed il relativo ingrandimento del cartellino.
Figura 8. Campione conservato in FI di Valeriana saxatilis L. con relativo cartellino.
Per quanto riguarda l’ Herbarium Horti Pisani (PI) è stata fatta una ricerca diretta nelle collezioni denominate Erbario Generale, Erbario Arcangeli, Erbario Caruel, Erbario Pellegrini, Erbario Cittadella.
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2. 4 Realizzazione di tabelle in foglio elettronico
I dati ricavati dalle diverse fonti sono stati inseriti su foglio elettronico in software Microsoft Office Excel 2007 (Figura 9).
Figura 9. Esempio di tabella in ambiente Excel.
2. 5 Realizzazione degli
shapefiles
(*.shp) e costruzione del
progetto in GIS
Con i dati inseriti nelle tabelle Excel (*.xlsx) è stato realizzato un file geografico di tipo vettoriale (ESRI shapefile puntuale), con software geografico GIS (Geographic Information
System) ArcWiew 3.2 (ESRI, 1999).
Ogni luogo (stazione) in cui è stata rinvenuta la pianta è rappresentato da un punto (elemento dello shapefile puntuale). La collocazione geografica delle stazioni è stata attribuita tramite assegnazione delle coordinate estrapolate dal toponimo della località di rinvenimento, verificate sul portale del Sistema Informativo Regionale dell’Ambiente della Toscana (SIRA: http://sira.arpat.toscana.it/sira/Toponomastica/COMUNI.htm ) Il sistema di riferimento usato è il Gauss-Boaga Monte Mario.
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In Figura 10 è mostrato uno shapefile esemplificativo, proiettato sulla cartografia di base. Ogni punto rappresenta una località di rinvenimento (in cui possono cadere anche più segnalazioni) con i relativi attributi, cioè le informazioni contenute nelle tabelle associate ai vari elementi geografici; in giallo è evidenziata una segnalazione del Monte Sagro:
Figura 10. Rappresentazione geografica di shapefile. Nel riquadro, la tabella con gli attributi associati ad ogni punto.
I file geografici vettoriali (shapefiles puntuali) di tutti i taxa oggetto di studio sono stati caricati tutti insieme in un un unico progetto su software geografico GIS ArcView 3.2 (ESRI, 1999).
In considerazione del diverso grado di precisione della localizzazione delle stazioni, i punti sono stati inseriti in un reticolo di dimensione adeguata ali livello di precisione dei dati disponibili. Il reticolo scelto è la griglia proposta da Gargano (2011), per i seguenti motivi:
■ è una griglia fissa, quindi offre maggiori garanzie di riproducibilità e confrontabilità dei dati di una griglia mobile;
■ la dimensione delle celle, 2x2 km, permette di considerare l'imprecisione dei dati di partenza;
21 ■ è definita per tutto il territorio nazionale, quindi consente confronti con analoghi
studi condotti in altri territori italiani;
■ è riconosciuta dalla Società Botanica Italiana nelle varie iniziative legate alla redazione della Lista Rossa della Flora Italiana (Rossi et al., 2013);
■ è liberamente disponibile nel formato shapefile.
Lo shapefile della griglia è stato ottenuto direttamente dall'autore.
La griglia è stata tagliata sulla regione apuana mediante operazione di clip. Sono state quindi utilizzate le 233 celle della griglia che intersecano l'area di studio (Figura 11); il relativo shapefile è stato inserito nel progetto cartografico comprendente i punti di distribuzione.
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2. 6 Presenza/assenza nelle celle e n° di segnalazioni
Per ogni specie oggetto di studio si è creato uno shapefile vettoriale poligonale contenente le celle della griglia in cui cadono i punti di rinvenimento della specie, ottenendo così un pattern con celle di presenza/assenza.
Si è poi calcolato per ogni specie il numero di celle occupate (n) e la loro percentuale relativa sul totale della griglia n * 100 / 233.
Si è successivamente associato a ciascuna cella il numero di segnalazioni che vi ricadono attraverso le funzioni di Geoprocessing (Spatial Join; Dissolve, nell’ordine) del software e con una funzione di Join tra tabelle.
Alla fine del processo di elaborazione è stato isolato un nuovo file in cui alle celle della griglia è associato il numero di segnalazioni per cella.
Tematizzando questi nuovi files in base a tale attributo, è stata creata, per ogni specie oggetto di studio, una nuova distribuzione in cui i quadrati della griglia sono colorati in base al numero di segnalazioni per cella. Per ogni specie si è calcolato:
■ il totale delle segnalazioni ST;
■ il loro numero minimo e massimo
■ la media delle segnalazioni per cella e la relativa deviazione standard
Successive operazioni geografiche tra i vari layers (strati informativi determinati dalla contemporanea presenza degli shapefiles in uno stesso progetto) hanno permesso di ottenere nuovi files:
■ Presenza/Assenza della distribuzione generale (38
taxa
)La distribuzione mostra le celle della griglia occupate dall’unione di tutte i 38 taxa oggetto di studio, di cui sono stati forniti, analogamente alle singole specie, i dati del numero di celle occupate con relativa percentuale.
23 ■ Presenza/Assenza dei
taxa
endemici e relitti.Le due distribuzioni mostrano rispettivamente le celle della griglia occupate dalle sole specie endemiche (n = 24) e delle sole specie relitte (n =14) in cui è mostrata anche la loro intersezione. Sono stati forniti i dati del numero di celle occupate con relativa percentuale sul totale della griglia.
■ Numero di specie per cella (biodiversità specifica).
In ogni singola cella può verificarsi la presenza di più di una specie. Si è attribuito quindi, ad ogni cella della griglia, il numero di specie presenti in essa, tematizzandole in base a questo dato e mostrando così un pattern di biodiversità specifica complessiva. Il dato è stato fornito anche separatamente per i taxa endemici e relitti. Le classi di colorazione sono 7 per la distribuzione generale, 15 per i taxa endemici, 7 per quelli relitti.
■ Numero di segnalazioni/cella dell’unione dei 38 taxa.
La distribuzione mostra le celle della griglia occupate dall’unione di tutte le 38 specie, tematizzate in base al numero di segnalazioni presenti in ciascuna cella. Le classi di colorazione sono 20 per la distribuzione generale.
Le informazioni di presenza/assenza (numero di celle occupate e relativa percentuale sul totale) e del numero di segnalazioni (ST, Δ = (ST – CO), min, Max, M ± sd] elaborate per ogni taxa sono state raccolte in una tabella su foglio elettronico Microsoft Office Excel 2007, da cui sono stati fatti grafici attraverso le apposite funzioni del software.
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2. 7 Altitudine, pendenza e distribuzione delle specie
Per analizzare la distribuzione delle specie in rapporto all’altitudine ed alla pendenza, si è reso necessario associare alla griglia, in veste di attributo, i dati dell’altitudine media e della pendenza media del territorio racchiuso da ogni cella.
Per far questo si è partiti dal layer di tipo raster (file geografico che esprime in modo capillare il valore di una grandezza, non formato da elementi geometrici) rappresentante il DTM (Digital Terrain Model) che esprime la quota sul livello del mare (s.l.m.) e la pendenza media della superficie terrestre, con una risoluzione di 50 m.
Attraverso le funzioni dell’estensione 3D Analyst del software GIS ArcView 3.2 si sono calcolati i valori medi del raster per ogni elemento geografico (poligoni – celle) dello shapefile della griglia, approssimati poi all’intero, i valori altitudinali e quelli di pendenza sono stati collocati in nuove colonne della tabella degli attributi della griglia.
Attraverso il Geoprocessing ed una operazione di Join tra tabelle, altitudine e pendenza sono state associate alla distribuzione di ciascuna specie; si sono così creati nuovi shapefile con i valori di questi fattori ecologici e per ciascuna specie si sono calcolati i relativi valori massimi, minimi e medi con deviazione standard.
Altitudine e pendenza sono state associate anche alla distribuzione delle segnalazioni per ciascun taxon, ottenendo i valori di altitudine e pendenza della cella col più alto numero di segnalazioni, con quello più basso o con il valore medio e relativa deviazione standard. Ho quindi calcolato, per ciascun taxon, il numero di segnalazioni ricadenti in una di
quattro classi di altitudine o pendenza (altitudine: A = 0- 400 m; B = 401 – 800 m; C = 801 – 1200 m; D = 1201 – 1600 m; pendenza: A = 0-10°; B = 11-20°; C = 21-30°; D = 31-40°). Questi dati sono resi graficamente mediante istogrammi.
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Unendo i dati di presenza/assenza e del numero di segnalazioni (ottenuti in precedenza con le funzioni di GeoProcessing Wizard di Arcview 3.2) ai dati altitudinali e di pendenza riferiti alle celle della griglia si sono effettuate operazioni geografiche tra i vari
layers (strati informativi determinati dalla contemporanea presenza degli shapefiles in uno
stesso progetto) che hanno permesso di ottenere nuovi shapefiles, in particolare:
■ Altitudine e pendenza della distribuzione generale (38
taxa
)Le due distribuzioni (sia altitudine che pendenza) mostrano le celle della griglia occupate da tutte le 38 specie, tematizzate con le medesime classi cromatiche già usate per le singole specie. Per queste distribuzioni generali, sono stati forniti, allo stesso modo che per quelle relative ai singoli taxa, i dati della cella più bassa e più piatta (min.) e di quella più alta e più ripida (Max.), l’altitudine e la pendenza media (M) e le relative Deviazioni Standard (Sd).
■ Altitudine e pendenza di endemiche e relitte
Le due distribuzioni mostrano le celle della griglia occupate dalle sole specie endemiche (N = 24) e delle sole specie relitte (N =14) Della loro intersezione sono stati forniti i dati della cella più bassa e più piatta (min.) e di quella più alta e più ripida (Max.), l’altitudine e la pendenza media (M) e le relative Deviazioni Standard (Sd).
■ Altitudine, pendenza e biodiversità specifica
Si è tematizzato in base ad altitudine e pendenza (con le rispettive classificazioni cromatiche) anche i files delle distribuzioni contenenti il dato del numero di biodiversità specifica (D. generale; E; R) ottenendo così distribuzioni che visualizzano sia i dati di numerosità specifica che quelli dei fattori territoriali. Della cella con il massimo numero di specie (Max) è stato riportato il dato dell’altitudine e della pendenza media del territorio da essa racchiuso.
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2. 8 Uso del suolo e distribuzione delle specie
Per condurre questo tipo di analisi si è partiti da uno shapefile vettoriale poligonale rappresentante la copertura del suolo così come rilevata dal progetto europeo Corine
Landcover nell’aggiornamento del 2006 (
http://www.sinanet.isprambiente.it/it/sia-ispra/download-mais/corine-land-cover) Esso è stato caricato nel software
intersecandolo con la griglia standard nazionale. (Figura 12)
Figura 12. La copertura del suolo (CLC, 2006) con la griglia; i punti rappresentano le stazioni delle 38 unità tassonomiche indagate.
Attraverso un’operazione di Intersect, si è intersecato il file del landcover con il file della griglia, creando un nuovo shapefile avente le aree di landcover tagliate sul perimetro delle celle della griglia, necessario per poter creare le nuove distribuzioni dell’uso del suolo sia per le singole specie che per la distribuzione generale e dei gruppi (E; R).
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Per ogni taxa oggetto di studio, attraverso un’operazione di Clip (terza scelta nella finestra di dialogo del Geoprocessing), è stato tagliato il file dell’Intersect sulla sagoma di ogni singola distribuzione di presenza/assenza.
Si sono creati nuovi shapefiles vettoriali poligonali mostranti nelle celle occupate dalla specie, il landcover da esse racchiuso.
Sfruttando le informazioni contenute nei files del numero di segnalazioni, in queste distribuzioni è mostrato anche (con le cifre al centro) il numero di segnalazioni per cella (Figura 13).
Figura 13. Realizzazione del file di landcover di Aquilegia bertolonii Schott (tabella degli attributi e rappresentazione geografica)
Per la cella (o per le celle) con il massimo numero di segnalazioni (Max) è fornito il codice dei poligoni di landcover da essa (o da esse) racchiusi.
Nella relativa tabella degli attributi (Figura 46). riferita ad Aquilegia bertolonii Schott, sono selezionati i poligoni di landcover ricadenti nella cella del suo massimo.
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Le distribuzioni dell’uso del suolo relative ad ogni taxa oggetto di studio sono state successivamente tematizzate mostrando i singoli poligoni di landcover in base al loro rischio di impatto antropico (Figura 14).
Si sono ritenute ad impatto antropico alto le categorie di landcover numero 1, nella sua totalità e 2, tranne per i codici sotto citati, mostrando i relativi poligoni colorati in rosso.
Si sono ritenute ad impatto antropico medio le categorie di landcover numero 2.3.1 = Prati stabili
2.4.2 = Sistemi colturali e particellari complessi
2.4.3 = Aree prevalentemente occupate da colture agrarie con presenza di spazi naturali (formazioni vegetali naturali, boschi, lande, cespuglietti,bacini d’acqua, rocce nude ecc.) importanti.
2.4.4 = Aree agroforestali;
mostrando i relativi poligoni colorati in arancione.
Si sono ritenute ad impatto antropico basso le categorie di landcover numero 3, 4, 5 nella loro totalità, mostrando i relativi poligoni colorati in verde.
Di ogni distribuzione è stato quindi fornito il numero di celle con solo poligoni a basso rischio e quello delle restanti con rischio medio e/o alto.
Figura 14.
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Unendo i dati di presenza/assenza e del numero di segnalazioni ai dati dell’uso del suolo (landcover) riferiti alle celle della griglia si sono effettuate operazioni geografiche tra i vari che hanno permesso di ottenere nuovi shapefiles, in particolare:
■ Uso del suolo nella distribuzione di biodiversità generale, delle endemiche e delle relitte
Con procedimenti analoghi a quanto visto per singoli taxa (Intersect, Clip) si è realizzata la distribuzione mostrante la copertura del suolo nelle celle di
occupazione con i relativi dati di biodiversità di tutte le specie oggetto di studio, delle sole specie endemiche e delle sole specie relitte, fornendo i dati delle
categorie di landcover dei poligoni presenti nella cella avente la massima biodiversità specifica (Max).
Partendo dai dati di landcover e di n° di specie, si sono elaborati i dati di biodiversità media delle celle intersecanti i poligoni di ogni singola categoria di landcover, mostrando le distribuzioni per la categoria 1.3.1 (Aree estrattive) e di quelle risultanti avere i massimi valori di biodiversità media, ritenute significative.
2. 9 Biodiversità e rischio di perdita di
habitat
Con la classificazione e relativa tematizzazione del landcover già descritta per l’analisi sui singoli taxa, si è rappresentata la distribuzione generale di biodiversità specifica, fornendo una sorta di “carta del rischio”.
Sono state successivamente realizzate le mappe che individuano le celle intersecanti i soli poligoni a bassa, media ed alta perdita di habitat, con i relativi dati di biodiversità specifica,.
Con questa analisi si sono individuate le celle della griglia standard intersecanti almeno un poligono di landcover ritenuto a rischio di impatto antropico alto e/o medio ed aventi una biodiversità specifica di almeno 15 specie/cella. Si sono individuate così le zone del territorio apuano (hot spots) che presentano sia elevata biodiversità relativamente ai taxa oggetto di studio che significativo rischio di impatto antropico.
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2. 10 Biodiversità ed aree protette apuane
Nell’ultima parte del presente lavoro si è analizzato il grado di tutela del territorio apuano, caricando nel progetto su software GIS le sagome delle aree protette (SIC, ZPS, SIN e Parco Regionale delle Alpi apuane) come shapefiles vettoriali poligonali (http://www502.regione.toscana.it/geoscopio/cartoteca.html) intersecandoli con le celle della distribuzione generale di biodiversità specifica.
Da queste analisi si è messo in evidenza in particolare le celle con elevati valori di biodiversità non completamente incluse nelle aree protette.
Per i Siti di Interesse Regionale (SIR) si è fornita la biodiversità media delle celle intersecanti le aree e quelle completamente incluse in esse (individuate con la funzione
Select by Theme); l’analisi è stata differenziata anche per tipologia in base alle direttive
europee.
Per il Parco Regionale delle Alpi Apuane si è fornita la biodiversità media delle celle intersecanti e e il numero di quelle completamente incluse nell’Area Parco, nonché quella delle celle intersecanti le Aree di Cava.
In ultima analisi, si è indagato anche il grado di tutela delle zone precedentemente individuate come “hot spots”, andando a verificare la posizione rispetto ai territori delle aree protette
2. 11
Analisi statistiche
Per le analisi statistiche sono stati condotti test di analisi della varianza parametrici (ANOVA) o non parametrici (Kruskal-Wallis) secondo se i dati seguivano una distribuzione normale o no. Nei casi di confronti multipli, sono stati eseguiti anche i test post-hoc, rispettivamente test HSD di Tukey e test di Wilcoxon (=test U di Mann-Whitney). Tutti i test sono stati condotti con il software R (http://www.r-project.org).
