Pasquale A. Marziliano

Top-down growth modelling: a prototype for poplar plantations in Italy

Hybrid poplar plantations are one of the most important sources of timber and wood fibres in Italy and represent a significant alternative as sustainable use of agricultural land. Effective management of such plantations requires adequate growth and yield models. In light of this, the paper presents the fundamentals of a top-down growth and yield model for hybrid poplar (I-214 clone) plantations in Italy. In the top-down approach, standing volume, basal area, or other characteristics are the primary quantities predicted and these quantities are disaggregated into size class, and, eventually, into individual tree information. The basic element of the proposed prototype is the stand basal area growth equation. Stand age, current stand basal area, and site index are considered as predictors. If the current DBH distribution is also known, a second function estimates the size-class distribution of overall stand growth, projecting the DBH distribution to the end of the considered growth period. Individual competition indices do not contribute to the explanation of the growth variation at the tree level. Prototype predictions prove to be quite accurate: they are based on readily available forest inventory data, thus extracting knowledge from the wealth of accumulated long-term observations usually carried out in forestry.

Estimating belowground biomass and root/shoot ratio of Phillyrea latifolia L. in the Mediterranean forest landscapes

Key messageThis study developed and tested models to predict the belowground biomass and root/shoot ratio using aboveground field measures. The predictive power of such indirect measurement is useful for a rapid and reliable assessment of the biomass of the Mediterranean species.ContextForest biomass estimation has been simplified by the availability of indirect methodologies for automatic measuring. However, most of the information on forest root systems is largely unexplored due to the difficulty in estimating belowground biomass (BGB) at large scale. A plausible approach to investigating forest BGB is to establish a relationship between a number of dendrometric parameters related to the aboveground vegetation (AGB) (e.g., tree diameter and height) and the belowground component of the total biomass.AimsThis work presents findings for indirect measurements of BGB in the typical Mediterranean landscapes focusing on sclerophyllous vegetation, specifically Phillyrea latifolia L. The purpose of the present study is twofold: (a) to develop a model explaining the BGB distribution of P. latifolia based on field data for dendrometric parameters, and (b) to understand how the ratio between BGB and AGB varies according to stem diameter as a proxy of plant growth.MethodsA total of 50 P. latifolia plants were randomly selected in the study areas and considered for excavation. Individual plants were analyzed to determine AGB and BGB development. A number of models were developed and tested to predict the BGB and root/shoot ratio using aboveground field measures. Allometric equations were employed to predict the AGB and BGB and relative partitioning in the Phillyrea community.ResultsModels for P. latifolia AGB and BGB estimation that include crown diameter and stem height measures augment the models’ predictive power. When used alone, the predictive power of the root collar diameter appears to be overestimated, while its effect is stronger for a subset of observations with larger crown diameter and stem height. The root/shoot ratio values of plant species typically related to the Mediterranean context seem to be largely superior to the ratio values of trees and forests.ConclusionsThe model is ideally suited to incorporate indirectly measured tree height for a rapid and reliable assessment of the biomass of single Mediterranean species. Further research might include replication of the same studies in different geographic areas of the Mediterranean and in-depth analyses of AGB.

Strutture delle faggete vetuste del Cilento e del Pollino

In Italia vi sono diversi boschi nei quali l’assenza di impatti significativi legati alle attivita umane per un periodo di tempo sufficientemente lungo, ha consentito alle dinamiche naturali di esprimersi, dando luogo a cenosi strutturalmente complesse e ricche di biodiversita. Per tali caratteristiche, questi popolamenti forestali possono essere considerati boschi vetusti. L’analisi della struttura, della componente viva e di quella morta, consente di individuare e definire lo stadio evolutivo del bosco e il grado di complessita del sistema. Il presente lavoro ha lo scopo di definire, attraverso l’esame della struttura della biomassa viva e morta, lo stadio evolutivo di alcune faggete vetuste nell’Appennino Meridionale (Campania e Basilicata), in relazione al disturbo antropico subito nel passato (forme colturali) e, successivamente, per cause naturali (abbandono colturale da lungo tempo). Per ciascun caso di studio sono stati analizzati i profili strutturali con i relativi parametri biometrici ricavati dall’analisi di plot di 5000 m2 di superficie. Per l’analisi della struttura orizzontale sono stati utilizzati gli indici del gruppo NBSI (NBSI-Neighbourhood Based Structural Indices), e quello di Latham per la descrizione della struttura verticale. Per la stima della necromassa sono stati considerati gli alberi morti in piedi (standing dead trees e snag), quelli morti a terra (dead downed trees) e i frammenti legnosi (lying wood pieces) e le ceppaie (stumps). L’eta delle piante e stata determinata contando il numero di anelli presenti su carotine prelevate a 1,30 m da terra. I risultati ottenuti hanno messo in evidenza la presenza di alberi di 300-350 anni di eta, l’indice di Latham un profilo verticale piuttosto articolato, tipico di strutture assai complesse. La necromassa e risultata piuttosto elevata, variando da 50 a 90 m3ha-1. L’analisi della struttura orizzontale ha evidenziato come la morte per senescenza di grossi alberi o per eventi perturbativi molto forti, ha determinato l’apertura di gaps, nei quali si e affermata la rinnovazione naturale, generando cosi uno stadio multicoorte. Le caratteristiche strutturali dei popolamenti e i caratteri della necromassa sono risultati tipici delle fasi piu mature della dinamica forestale e consentono di considerare le faggete prese in considerazione vetuste per eta,struttura e biomassa.

Stand structure analysis in pure and mixed beech and silver fir woods in Mediterranean environment

La storia recente dei boschi demaniali sull’Appennino Meridionale e stata caratterizzata da interventi di forte intensita seguiti da periodi piuttosto lunghi di abbandono, mentre in quelli di proprieta privata, spesso, sono state adottate forme di trattamento empiriche legate a usi e tradizioni locali, sostanzialmente riconducibili al taglio a scelta.Queste forme di gestione hanno portato all’affermazione di strutture sostanzialmente differenti,riconducibili a quelle semplificate dei popolamenti monoplani, oppure a quellecomplesse dei soprassuoli disetanei. In questo studio vengono esposte le caratteristiche strutturali di alcuni sistemi forestali fra quelli piu significativi dell’Appennino calabrese, con particolare riferimento ai boschi puri e misti di faggio e abete. Sono state prese in esame quattro tipologie strutturali: 1) faggeta monoplana; 2) faggeta pluristratificata; 3) fustaia mista faggio-abete pluristratificata; 4) abetina pluristratificata.Per la caratterizzazione dell’eterogeneita strutturale, oltre alla tradizionale descrizionedegli attributi selvicolturali e dendrometrici, sono stati utilizzati anche alcuni indici sintetici fra quelli piu largamente applicati in questo genere di analisi (sistema di indici NBSI, indice di Morisita e di Latham). Lo studio ha confermato come l’applicazione di forme di trattamento riconducibili a quelle della selvicoltura classica portano alla formazione di strutture semplificate, mentre il taglio a scelta consente la perpetuazione di strutture pluristratificate. Inoltre, gli indici di struttura sintetici presi in considerazione possonodare un contributo positivo per una piu efficace differenziazione della distribuzione spaziale orizzontale e verticale delle piante all’interno di un popolamento.

The role of silvicultural systems and forest types in preventing soil erosion processes in mountain forests: a methodological approach using cesium-137 measurements

PurposeForests play a key role in providing protection against soil erosion. Particularly, the role of vertical forest structure in increasing rainfall interception capacity is crucial for mitigating raindrop impact and reducing splash and rill erosion. For this reason, studies on the relationships between forest structures, the past management, and the observed rates of soil loss are needed. In the last few decades, importance was given to the use of cesium-137 (137Cs) as radioactive tracer to estimate soil erosion rates. The 137Cs technique is linked to the global fallout of bomb-derived radiocesium which occurred during a period extending from the mid 1950s to the late 1970s.Materials and methodsThe 137Cs technique, providing long-term retrospective estimates, could be related to forest treatments applied during the last decades in different sites, also considering the tree species composition. This approach could be useful to compare the effect of different canopy cover and biomass on soil erosion rates related to different tree species. In the work proposed here, a study area dominated by pine and beech high forests located in the Aspromonte Mountains (Calabria, Italy) was selected. The measurements, related to forest structural traits, focusing on canopy cover and biomass, and also on management approaches and forest types, are compared with rates of soil erosion provided by 137Cs.Results and discussionThe overall results suggest that the minimum values of soil loss are documented in areas with higher canopy cover and biomass evidencing the protective effect provided by forests against soil erosion. Also, techniques based on the use of tracers like 137Cs proved to be helpful to select the best forest management options useful to optimize the protective role of forests, with the aim to reduce erosion processes in a long-term perspective.ConclusionsThe experiment indicates that care must be taken when new silviculture treatments are planned. These findings are in agreement with what documented by other authors in similar environments but need further studies to confirm the effectiveness of using 137Cs in different forest ecosystems.

Forest structure of a maple old-growth stand: a case study on the Apennines mountains (Southern Italy)

In Europe, very small forest areas can be considered to be old-growth, and they are mainly located in Eastern Europe. The typical structures of old growth forests infrequently occur in Mediterranean mountainous environments, since they have been affected by human activities for centuries. This study focused on a remote and almost pure Italian maple stand located in southern Italy, which has not been managed for long time due to its inaccessibility. The effects of natural evolution on the forest stand were evaluated through the analysis of the spatial and chronological structure and the regeneration patterns, then estimating the amounts and quality of deadwood occurrence. Across the whole stand, all the trees with DBH (diameter at breast height) larger than 50 cm (LLT, large living trees) were measured (DBH and height) and age was also determined through a dendrochronological approach. The diameters observed ranged between 50 and 145 cm with ages of 120 to 250 years. The Latham index calculated for trees within the sample plot highlighted a multilayered canopy with a dominant layer of large living trees (age > 120 years). The size-class distribution of stems had a reverse-J shape, and basal area was 52 m2 ha-1. Deadwood was exclusively constituted by standing dead trees and CWD and its volume was on average 31 m3 ha-1.Pure Italian maple forests are generally rare in Europe, and it was unexpected to find a forest stand characterized by a so complex structure with old growth attributes. The study of complex forest stand, even if small, could give precious information on the forest evolution, clarifying also diverse auto-ecological traits of tree species that usually are not common in our forests.

EFFETTI DELLA DENSITÀ D'IMPIANTO IN POPOLAMENTI DI DOUGLASIA

Nella realizzazione di impianti di arboricoltura da legno la scelta del sesto d’impianto costituisce un elemento di grande importanza. Esso ha implicazioni importanti sulla gestione del soprassuolo dal punto di vista ecologico, colturale ed economico e ne condiziona la dinamica evolutiva. Differenti densita d’impianto hanno effetti diversi sull’accrescimento delle singole piante e del soprassuolo nel suo complesso. Questo studio, condotto in piantagioni di douglasia in Calabria, si e posto l’obiettivo di valutare gli effetti della densita di impianto sui principali parametri di interesse dendro-auxometrico del soprassuolo. Le densita d’impianto poste a confronto variano da 2500 a 833 piante a ettaro. I risultati conseguiti a 40 anni dalla piantagione, evidenziano come la scelta delle distanze d’impianto negli impianti di arboricoltura da legno assume una grande importanza poiche condiziona il modulo colturale da adottare nella gestione.

Optimizing the sample size to estimate growth in I-214 poplar plantations at definitive tree density for bioenergetic production

In Europe, over the last decades, the arboriculture for woody biomass production has significantly expanded, often using poplar plantations. In order to maximize production, the flexibility of the cultivation algorithms becomes necessary. For this reason, it is necessary to apply monitoring tools for the evaluation and estimate of the wood productions, without significantly affect the production costs. In particular, for the estimate of the productions, the choice of the sample size is of particular importance. The aim of this study was to verify a simplified sampling approaches in poplar plantations characterized by constant tree density. The research was conducted in a poplar plantation on the Tuscan hills (Italy). The surveys were carried out each year for 13 years, from 4 to 16 years old. Through different statistical techniques, the change in the social position of each tree over time was evaluated. The results showed that the social position of each tree has been characterized by the first years after the plantation. Consequently, the estimate of the productions can be carried out by analysing the diameter increment of 10% of the trees, included in the diameter classes around the medium-sized tree at the time of the survey. This study provided a valid method for forest managers characterized by a simplified approach useful to estimate the growth and yield of hybrid poplars. This method will permit reliable biomass estimates, but also a reduction of the costs in the sampling activities in the field.

IL CONCETTO DI PAPERWOOD IDEOTYPE NELLA PRODUZIONE DELLA CARTA: RISULTATI DA UNA RICERCA AVVIATA IN FINLANDIA

La Finlandia e la nazione europea con la maggiore percentuale di copertura forestale. Per decenni la sua industria forestale e stato il settore trainante dell’economia nazionale. Le industrie che producono pulp & paper necessitano di un costante e stabile rifornimento di legno a prezzi competitivi. In Finlandia si ritiene che e possibile ottenere individui con migliori performance e in grado di ottimizzare le produzioni richieste anche con un intenso lavoro di verifica delle prestazioni produttive migliori tra diverse varieta presenti all’interno delle specie forestali impiegate. Queste sono rappresentate essenzialmente da Picea abies (L.) Karsten Betula sp. e Pinus sylvestris L. Questo processo di ricerca orientato verso la produzione di assortimenti per la carta e derivati prevede l’introduzione del concetto di «tree-ideotype» (albero dalle prestazioni ideali). Nello specifico la ricerca, che viene in parte presentata con questo lavoro, persegue l’ottenimento di risultati che puntano ad un massiccio incremento produttivo, in tempi relativamente brevi. Oggi, la specie dove convergono i massimi sforzi della ricerca, e la Picea abies f. pendula con chioma molto stretta. E stato evidenziato che con questa specie e possibile realizzare impianti a densita molto elevate (anche >20000 p.te/ha). Nell’ambito delle produzioni forestali indirizzate verso assortimenti per pulp & paper, il presente studio illustra alcuni risultati conseguiti nella Finlandia meridionale nel corso di un progetto che mira allo sviluppo di un «tree-ideotype» (Picea abies f. pendula) in grado di produrre grandi quantita di fibre uniformi per unita di superficie, di crescere senza tagli intercalari e a densita di impianto estremamente elevate. In particolare vengono riportati i risultati relativi ad impianti di Picea abies e di Picea abies f. pendula piantati a differenti densita al fine della valutazione delle loro produzioni. L’obiettivo e stato quello di confrontare le caratteristiche prestazionali delle due entita, in termini di massa totale