Il Frontiers Planet Prize, assegnato dal 2022 dalla Frontiers Research Foundation di Kamila e Henry Makram, premia ricerche in grado di garantire all’umanità di non superare i cosiddetti confini (o limiti) come previsto dal Professor. Johan Rockstrom dello Stockholm Resilience Center. Tra questi cambiamento climatico, perdita di biodiversità, ciclo di azoto e fosforo, inquinamento da sostanze chimiche, modifica del sistema agrario, utilizzo delle acque dolci, acidificazione degli oceani, riduzione degli strati di ozono, inquinamento atmosferico da aerosol.

Quale l’iter del premio?

I lavori sono inviati dal rappresentante del gruppo di ricerca all’università, organo nazionale di nomina, che invia le tre migliori candidature all’accademia nazionale delle scienze del paese, organo rappresentativo nazionale, al quale spetta il compito di selezionare i tre lavori maggiormente rappresentativi di fronte ad una giuria di 100 membri presieduta dal Prof. Johan Rockstrom. I candidati sono valutati in base a applicabilità dei risultati, numero dei confini planetari presenti, contributo alla loro comprensione, novità scientifica. Ai tre destinatari del premio verrà elargita la somma di 1 milione di euro ciascuno per portare avanti la ricerca.

Il premio ha un respiro internazionale, a dimostrarlo contributi arrivati da Argentina, Arabia Saudita, Austria, Australia, Canada, Cina, Germania, Giappone, Israele, Italia, Malesia, Messico, Nuova Zelanda, Paesi Bassi, Regno Unito, Svezia, Stati Uniti, Thailandia.

Per l’Italia selezionata la ricerca del Professor Giovanni Forzieri del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale dell’Università di Studi di Firenze, autore dell’articolo “Ecosystem heterogeneity is key to limiting the increasing climate-driven risks to European forests” pubblicato sulla rivista One Earth. Alla ricerca hanno contribuito anche Deepakrishna Somasundaram del Dipartimento di ingegneria civile e ambientale dell’Università di Firenze, Luc Feyen, Alessandro Cescatti del Joint Research Center della Commissione Europea, Jonathan Spinoni del Dipartimento di ingegneria gestionale, economia e ingegneria industriale del Politecnico di Milano, Hervè Jactel dell’INRAE.

Con il Professor Forzieri siamo entrati più in dettaglio nella ricerca

Quanto è durata l’attività di ricerca?

Lo studio si è sviluppato con una serie di collaborazioni negli ultimi 2/3 anni, tra le quali il Joint Research Center della Commissione Europea e l’INRAE, oltre ad altre collaborazioni che ho coordinato. Non siamo andati in foresta a prendere misure ma abbiamo utilizzato una serie di osservazioni campionate in foresta, grazie ad un approccio modellistico basato sul machine learning, che ci ha permesso di superare i limiti presenti in letteratura, attraverso dati campionati a terra in aree soggette a disturbi oltre a dati satellitari, sulla base di dati armonizzati in database, frutto del lavoro di 30 istituti europei.

Per quale motivo ha deciso di occuparsi nello specifico del settore forestale?

Studiare le foreste è di fondamentale importanza basti come nella sola Europa coprano 2 milioni di Km 2 , il 35% della superficie terrestre e svolgano un ruolo importante fondamentale per la mitigazione dei cambiamenti climatici, garantendo la stabilità del sistema terra e assorbendo circa il 29% delle emissioni antropogeniche.

La loro importanza è legata alla fornitura una serie di servizi ecosistemici, oltre al sequestro di carbonio in atmosfera, tra cui la produzione di legname, la protezione dei suoli, e tutta un serie di servizi per il benessere umano. Capacità di fornire servizi ecosistemici, in particolare la mitigazione del cambiamento climatico, che può essere messa a rischio dal fatto che si tratta di ecosistemi sottoposti a disturbi antropogenici e naturali, quali incendi, tempeste di vento, danni da insetto.

Studi precedenti si sono concentrati sulla quantificazione di questi disturbi con alcune limitazioni tra cui il dover lavorare con dati aggregati a scala di paese, senza riuscire a catturare pienamente le dinamiche spaziali e temporali di questi processi che presentano scale spazio temporali molto più fini o utilizzano dati satellitari.

Nonostante i progressi del settore, presentano limiti nel distinguere disturbi di tipo climatico da altri di tipo antropico, come la deforestazione. In ultimo ci sono anche strumenti più avanzati e sofisticati, definiti fisicamente basati, modelli meccanicistici, che attraverso equazioni numeriche riescono ad entrare nel merito delle dinamiche forestali

Utilizzando la foresta casuale attraverso un approccio di Machine Learning abbiamo provato a superare questi limiti presenti in letteratura per quantificare i disturbi di origine climatica sulle foreste europee negli ultimi quaranta anni e stimare i potenziali benefici derivanti da un aumento dell’eterogeneità forestale, in più studi proposta come una strategia di adattamento per aumentare la resistenza delle foreste ai disturbi naturali.

Nel nostro studio ci siamo concentrati su due obiettivi, la stima dei disturbi di origine climatica sulle foreste europee negli ultimi 40 anni e la valutazione dei benefici derivanti dall’aumento di eterogeneità forestale. Da ciò consegue, che in risposta all’aumento delle temperature si è avuto un aumento dei danni di natura climatica, soprattutto per incendi, tempeste di vento, insetti, a carico delle foreste. In particolare a partire dal 2000 è stata superata una soglia di temperatura, che ha causato un aumento esponenziale dei danni causati da insetti.

Se le strategie di adattamento inserite in un piano di gestione forestale fossero basate sull’ eterogeneità forestale, diversificando le specie arboree o puntando su alberi di dimensioni o strutture diverse, si potrebbe riuscire a ridurre di circa il 18% i danni verificatisi in assenza di strategie di adattamento siffatte.

Sono state testate foreste e specie in particolare?

Ci siamo riferiti alle foreste europee includendo non solo le aree protette ma anche quelle gestite. Infatti dalla fine della seconda guerra mondiale c’è stato un forte investimento da parte del settore forestale europeo nella riforestazione, prediligendo mono colture arboree e promuovendo un tipo di foresta molto omogenea per composizione e struttura.

Per questo, se da una parte sono stati favoriti determinati servizi ecosistemici, come la produzione di legname e il sequestro di carbonio, dall’altra ha reso le foreste più vulnerabili a disturbi climatici, basti pensare ad una foresta caratterizzata da piante della stessa specie in prossimità di radure quando è colpita ad una tempesta di vento si crea un effetto domino, che la rende esposta a questi disturbi.

Non abbiamo caratterizzato il nostro studio per singole tipologie, ci siamo concentrati sull’intero mix di foreste che caratterizzano l’ambiente europeo, sarebbe interessante esplorare questi aspetti a scala di singola specie arborea, ma per farlo manca un database osservazionale.

Quali sono stati i principali disturbi sui quali vi siete concentrati?

Abbiamo posto l’attenzione sui principali disturbi ai quali sono soggetto le foreste europee, vale a dire incendi, tempeste di vento e attacchi di insetti, in particolare quest’ultimi negli ultimi 40 anni hanno contribuito al 79% del totale, seguiti dal 20% da danni da vento e per l’1% da incendi. Dopo il 2000 si è registrato il superamento di una soglia critica di temperatura e questo ha portato le specie arboree forestali ad abbassare le proprie difese di fronte a danni da insetti, in particolare coleotteri scolitidi risultando molto più vulnerabili a questo tipo di pericoli.

Le perdite di biomassa sono state quantificate?

L’aumento delle perdite di biomassa, causato dai disturbi dei quali abbiamo parlato sembra sia dovuta ad una saturazione dell’effetto di carbon sink osservato a partire dal 2000. Sebbene le foreste abbiano continuato ad assorbire CO 2 riuscendo a mitigare i cambiamenti climatici, sembra che a partire dal 2000 questa capacità di assorbimento stia diminuendo. Quindi a causa dei disturbi le foreste riducono la costanza di assorbimento della CO 2 , per questo l’effetto di saturazione o rallentamento della capacità di assorbimento è associato ad un aumento della perdita di biomassa.

Quali potrebbero essere in concreto le ricadute della ricerca?

Fornire supporto alle politiche europee nel settore forestale, come Green Deal, strutturato per garantire il raggiungimento della neutralità climatica entro il 2050 che si basa su ecosistemi in grado di assorbire CO 2 in maniera stabile. Si è visto come la capacità di assorbimento della CO 2 non sia costante nel tempo ma sia compromessa da disturbi, e siano la causa di importanti perdite di biomassa. È quindi necessario incorporare questi aspetti nelle politiche europee per descrivere al meglio quale può essere il potenziale di mitigazione climatica delle foreste.

Le dinamiche forestali analizzate sono ancora scarsamente presenti nei modelli fisicamente basati, utilizzati nelle politiche climatiche al 2100. I processi sono solo parzialmente descritti e i risultati possono supportare la comunità scientifica anche per validare i loro modelli rispetto ai nostri risultati, affinando quelli attuali per le previsioni climatiche in modo da catturare in maniera più completa le dinamiche del disturbo forestale.

Quali saranno i prossimi passi?

Ci stiamo occupando di quale possa essere la strategia ottimale per ogni area del continente, se da una parte l’eterogeneità forestale rappresenta una valida strategia per gran parte del territorio, si è notato come in alcune zone può non essere la scelta ottimale. Andremo quindi a considerare come le condizioni ambientali possano influenzare la scelta per rendere le foreste più resilienti ai cambiamenti climatici. Le esplorazioni condotte si sono concentrate su un periodo storico di 40 anni e per questo è necessario operare su scenari di cambiamento climatico, infatti una scelta che potrebbe essere ottimale allo stato attuale potrebbe non esserlo tra un certo numero di anni.