Earth observation for the implementation of Sustainable Development Goals: the role of the European Journal of Remote Sensing

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Forest ecotone survey by line intersect sampling

Given their ecological relevance, the survey of ecotones is of considerable interest in forest multiresource inventory. To this end, it is useful to set up survey procedures to provide efficient and reliable information about the length of such elements within the landscape mosaic. This note demonstrates a procedure based upon line intersect sampling on remotely sensed imagery. The estimate of ecotone length per unit area is obtained by visual interpretation of the changes from forest to other land use classes along each sampling line. The experimentation carried out in two test areas within forest landscapes of central Italy proves the operative soundness of the proposed procedure, which is more efficient than the classical approach by forest polygon delineation and perimeter mensuration in a GIS environment. Under the examined conditions, samples based on a moderately high number of lines characterized by relatively long length prove to be more efficient than those based on shorter survey units.L'articolo è disponibile sul sito dell'editore www.nrcresearchpress.co

Armonizzazione degli inventari forestali per il monitoraggio della biodiversità

Gli approcci selvicolturali orientati alla gestione sostenibile delle risorse forestali richiedono la disponibilità di informazioni di supporto qualitativamente e quantitativamente superiori rispetto a quelle richieste da un approccio più tradizionale finalizzato alla massimizzazione della produzione legnosa. Negli ultimi anni la selvicoltura si è evoluta proponendo nuovi approcci orientati alla ottimizzazione delle funzionalità biologiche del sistema bosco. Parallelamente vari processi internazionali a livello Europeo (Ministerial Conference on the Protection of Forests in Europe, Streamlining Biodiversity Indicators by 2010) e globale (Montreal Process, Protocollo di Kyoto) richiedono la quantificazione di numerosi indicatori attraverso i quali valutare il livello di sostenibilità della gestione forestale e il valore ecologico degli ecosistemi forestali. L’ampliata domanda di informazioni su aspetti ecologici e ambientali delle foreste richiede un adattamento dei protocolli di rilevamento inventariale che ne costituiscono la principale fonte informativa. Il presente contributo è basato sui primi risultati dell’azione COST E43 “Harmonisation of National forest inventories in Europe: techniques for common reporting” Working Group 3 che è impegnato nella valutazione della capacità di reporting armonizzato del livello di biodiversità degli ecosistemi forestali da parte degli inventari forestali nazionali. Dall’analisi dei metodi, delle definizioni e dei protocolli adottati da 27 Paesi è possibile dedurre l’attuale capacità degli inventari forestali per la derivazione di un gruppo di indicatori della biodiversità forestale organizzati in sette aree tematiche (core variables): tipologie forestali, legno morto, diversità compositiva e strutturale, età, naturalità, vegetazione non forestale, rinnovazione. Sulla base delle analisi realizzate nell’azione COST E43 viene qui presentato l’inquadramento metodologico delle procedure di armonizzazione e la loro possibile applicazione finalizzata alla derivazione di indicatori di biodiversità forestale

Estimating and mapping forest structure diversity using airborne laser scanning data

The topic of this doctoral thesis is the investigation of the most effective approaches and techniques that can be used to predict and map indicators of forest structural diversity, in a perspective of a more comprehensive assessment, management and monitoring of biodiversity in forest environments. The thesis is subdivided in two main sections, made up of five different but interdependent and organically connected studies, represented by as many published peer-reviewed original research articles, hereafter reported in Roman numerals as Studies I-V. The first section comprises the studies I-II-III. The contents of this section set the basis of methods and know-how that are subsequently used to estimate and map forest structure diversity in Studies IV and V. Several international cooperation projects has been stipulated in order to cope with the issue of the constantly loss of biodiversity at global scale, and because of the relevant influence that forest structure has on biodiversity, forest structure diversity needs to be to assessed and monitored on large areas. In Study I is demonstrated how this achievement can be efficiently tackled coupling ground data, such as those measured during forest inventory surveys, and remotely sensed data, in particular the ones derived from airborne laser scanning (ALS), which has proved to be a reliable source to characterize forest structure. The specific case of Study I presents how ALS data support the estimates of a common forest parameter, in such case forest above ground biomass (AGB), using field data gathered in a novel two-phase tessellation stratified sampling (TSS) design. In order to be used as a valid source of information for planning conservation strategies, along with the estimation, a detailed map showing the spatial patterns of structural diversity is of great usefulness. Study II presents an extensive meta-analysis carried out during the doctoral time frame where is demonstrated that the non-parametric k-NN is, among the others, the most used and effective technique to spatial predict and map forest attributes, alone or combined together to form synthetic indices. This technique can be further improved implementing an optimization step aimed to set the k-NN parameters in order to achieve the best prediction performance possible. Study III demonstrates that, if an optimization phase is carried out before running the k-NN procedure, the performance in the predictions improved sensibly. In the second and last section, the methods experimented in the first section are applied in two different research studies. Study IV describes the use of ALS data and ground data for the areal estimate of mean values of two forest structural diversity indices in a model-assisted framework. Along with the areal estimates, the study proposes the calculation of the confidence intervals of such estimates and the mapping of the investigated indices. Study V is framed as a methodological paper that takes a step further than Study IV, showing how, using the capability of an optimized k-NN techniques in predict simultaneously different parameters, is possible to map a more comprehensive structural diversity index (SDI) combining different forest structural diversity indices.Il tema trattato in questa tesi di dottorato è l'acquisizione e applicazione degli approcci e delle tecniche più efficaci che possono essere utilizzati per stimare e mappare indicatori di diversità strutturale delle foreste, nell’ottica di una più completa valutazione, gestione e monitoraggio della biodiversità in ambienti forestali. La tesi è suddivisa in due sezioni principali, costituite da cinque diversi ma interdipendenti e organicamente collegati studi, rappresentati da altrettanti articoli pubblicati su riviste soggette al processo di referaggio, di seguito riportati in numeri romani come Studi I-V. La prima sezione comprende tre studi, Studio I-II-III. I contenuti di questa sezione forniscono le basi conoscitive che verranno successivamente applicate per la stima e la mappatura della diversità strutturale in ambito forestale negli studi della seconda sezione (Studi IV e V). Diversi progetti di cooperazione internazionale sono stati stipulati al fine di far fronte al problema della costante perdita di biodiversità a livello mondiale, e data la rilevanza che la diversità strutturale delle foreste ha in termini di diversificazione degli habitat, un monitoraggio costante del suo status su grandi aree è di indubbia necessità. Lo Studio I dimostra come questo risultato può essere affrontato in modo efficiente integrando dati a terra, come quelli rilevati durante le indagini di tipo inventariale, e da dati rilevati, in particolare quelli derivanti da scansione laser aerea (ALS), i quali hanno dimostrato di essere uno strumento affidabile nel caratterizzare la struttura del bosco. Nel caso specifico dello Studio I viene mostrato come i dati ALS vengano utilizzati nella stima di un comune attributo forestale come la biomassa epigea, utilizzando dati a terra rilevati secondo un originale schema di campionamento stratificato a due fasi. Al fine di essere utilizzato come valida fonte di informazione per la pianificazione di strategie di conservazione, congiuntamente con la stima areale del parametro di interesse, una mappattura dettagliata che mostra come la diversità strutturale si distribuisce spazialmente è di grande utilità. Lo Studio II presenta una vasta meta-analisi e analisi bibliografica, effettuata durante il periodo il dottorato, in cui è mostrato come la tecnica parametrica della k-NN è, tra gli altri, quella più utilizzata ed efficace per la stima e spazializzazione di attributi forestali, sia come singolo attributo che come combinazione di essi, atti a formare indici sintetici. Questa tecnica può essere ulteriormente migliorata implementando una fase di ottimizzazione avente lo scopo di impostare i parametri del metodo k-NN per ottenere le migliori prestazioni possibili di stima. Lo Studio III scende nel dettaglio di questa fase, confermando che se l’ottimizzazione è effettuata prima di eseguire la procedura di k-NN, la performance nelle previsioni migliorata in maniera rilevante. Nella seconda e ultima sezione, i metodi sperimentati nella prima sezione sono applicati in due diversi studi. Lo Studio IV descrive l'uso dei dati ALS e di quelli a terra per la stima del valori medi degli indici di diversità strutturali sull’area di studio, in un contesto dove le stime derivanti dal modello fungono da supporto migliorando la precisione della stima rispetto ad una stima basata solo sull’utilizzo dei dati rilevati a terra. Lo studio propone inoltre il calcolo degli intervalli di confidenza di tali stime e la mappatura degli indici esaminati. Lo Studio V è strutturato come un approccio metodologico, portandosi un passo avanti rispetto allo Studio IV. Questo è la sintesi di tutto ciò che è stato acquisito e applicato finora, e propone la mappattura e la stima di un indice sintetico di diversità strutturale (SDI) ottenuto tramite la capacità di un’ottimizzata k-NN nello stimare attributi di interesse in maniera simultanea, sintetizzandoli in un unico e più comprensivo indice di diversità strutturale.Dottorato di ricerca in Scienze agro-forestali, delle tecnologie agro-industriali e del territorio rurale. I sistemi forestali (XXVIII ciclo

European forest types and forest Europe SFM indicators: tools for monitoring progress on forest biodiversity conservation

Since 2003 the MCPFE-Forest Europe process has adopted a set of Pan-European Indicators that has become a policy instrument to monitor, evaluate and report progress towards sustainable forest management (SFM). Two new experimental tools have been introduced in the framework of the «State of Forests and Sustainable Forest Management in Europe 2011»: (i) pilot reporting by 14 classes of European Forest Types (EFTs) for a selection of quantitative SFM indicators; (ii) key parameters for monitoring progress for all quantitative indicators. The main aim of this paper is to discuss whether reporting by EFTs of key forest biodiversity-related parameters can improve the way forest biodiversity conservation policy targets are addressed and evaluated in Europe. Accordingly, data on SFM indicators for a sample of European countries (ranging from 6 to 28, depending on indicators) have been processed and analyzed in a pilot study using a question-driven approach, so that information from monitoring could direct policy action. The main findings show that: – forest area has been significantly increasing (>0.2% per year) in the period 2000–2010; however, annual changes in forest cover by EFTs reveal a polyedric picture at country level, in terms of gain and loss of forest habitat dominated by native and introduced tree species; – old even aged forests (>140 yrs) are fairly consistent (>5%) only in a few countries and limited to specific EFTs; – in naturally species-poor EFTs (e.g. Boreal forest, Alpine coniferous forest, Broadleaved evergreen forest) single species stands cover from 15–100% of the total area, while in species rich EFTs (e.g. Mesophytic deciduous forest, Thermophilous deciduous forest) the maximum share of single species is in the order of 30%; – deadwood amount ranges from 9 to 26 m3 ha 1, a value which is however far below natural reference values found in European old growth forests (160 m3 ha 1). Findings from this test demonstrate that reporting of key forest biodiversity-related parameters by EFTs enables question-driven monitoring in many ways: (i) reporting by EFTs helps to interpret the variability in the values taken by the indicators explicitly considering ecological differences between EFTs; (ii) temporal trends in forest area can be interpreted in terms of expansion or loss of forest habitats dominated by native and introduced tree species; (iii) progress in implementing biodiversity friendly strategies (e.g. increasing share of old even aged forests, promotion of multispecies stands and accumulation of deadwood) can be quantitatively evaluated against baselines.L'articolo è disponibile sul sito dell'editore http://www.sciencedirect.co