Ecological and forest restoration

A.A. 2023/2024
15
Crediti massimi
194
Ore totali
SSD
AGR/05 AGR/14 BIO/03 GEO/05 ICAR/06
Lingua
Inglese
Obiettivi formativi
This course will introduce the key concepts, methods and processes for planning, carrying out, and monitoring effective ecological and forest restoration.
The lecturer will implement: (i) in-presence lecture sessions to stimulate the discussion with the students on the topics treated; (ii) field lessons to further develop the students' practical capacity; (iii) teaching labs to consolidate the learning; (iv) tests to verify the learning progresses.
Risultati apprendimento attesi
Knowledge and understanding.
o Understand the causes and consequences of forest ecosystem degradation and deforestation, and identify restoration goals.
o Describe and analyze forest climate and the physical, chemical, and biological properties of forest soils.
o Describe the different strategies of forest restoration via natural and artificial regeneration.
o Summarize the ecological characteristics of forest species and distinguish the dynamics of ecological succession.
o Recall forest restoration strategies, barriers and opportunities at an international, European and national level.
o Understand the different stages of forest restoration programs, from seed collection and nurseries to tree planting or proforestation.
Applying knowledge and understanding.
o Analyze the vulnerability of forest ecosystems to climate change and assess their resistance and resilience.
o Monitor the severity of disturbance, degradation and deforestation using remote sensing techniques.
o Plan an intervention to restore forest vegetation following deforestation, degradation or natural disturbances.
o Assess and monitor the outcomes of forest restoration in terms of carbon sink and biodiversity.
Corso singolo

Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.

Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Secondo semestre

Prerequisiti
Conoscenze di base di ecologia vegetale.
inglese livello B2.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
I risultati di apprendimento saranno verificati con successo superando un esame finale con punteggio da 18 a 30. Il 40% del punteggio (0-12) sarà attribuito a un progetto di ripristino ecologico e forestale realizzato individualmente secondo le modalità e i criteri che saranno pubblicati sul sito MS Teams dell'insegnamento. Il 20% del punteggio sarà attribuito all'esposizione orale (con slide) del progetto (0-6 punti) e il 40% (0-12 punti) a esercitazioni in itinere da svolgere individualmente.
Forest ecology and restoration design
Programma
28/2 Foreste del mondo. Servizi ecosistemici forestali. Minacce alle foreste: deforestazione e degrado forestale. ESERCITAZIONE 1

6/3 Impatti dei cambiamenti climatici e degli eventi estremi sulle foreste. Scenari di cambiamento climatico. Ecologia dei disturbi, regimi di disturbo, resistenza e resilienza. Cos'è il ripristino? Come definire lo stato desiderato? Legge EU sul ripristino ecologico.

13/3 Componenti abiotici del ripristino forestale; analisi del sito e fattori abiotici; Luce, temperatura, acqua e sostanze nutritive; Indicatori di Ellenberg. ESERCITAZIONE 2

20/3 Funzionamento degli ecosistemi; ecologia della popolazione e della comunità; interazioni tra organismi e specie; successioni; il potenziale di riforestazione globale. ESERCITAZIONE 3

22/3 Dibattito sul potenziale di riforestazione globale. Ripristino delle foreste urbane e adattamento climatico. Bonifica di siti inquinati (webinar Massimo Fagnano, Università di Napoli).

3/4 USCITA Parco nord milano: ripristino delle foreste urbane

11/4 Foreste montane: gestione e ripristino per la resilienza climatica. Rimboschimento montano; Ripristino della protezione idrogeologica; Ripristino delle foreste colpite da disturbi naturali; Ripristino del regime di disturbo naturale degli incendi

3/5 USCITA Campo dei Fiori: ripristino post-disturbo.

7-8/5 USCITA Val Malga: Dendrometria. Raccolta dati di progetto.

15/5 Le foreste come pozzi di carbonio, mitigazione del cambiamento climatico nel settore forestale. Contabilità del carbonio forestale. Esercizio sulla quantificazione dei servizi ecosistemici forestali con INVEST. ESERCITAZIONE 4

22/5 Vivaistica forestale(seminario Barbara Mariotti, Università di Firenze)

29/5 Ripristino dei boschi ripariali, planiziali e alluvionali; ripristino dei corsi d'acqua; RIpristino a seguito di invasioni biologiche; Ruolo degli animali nel ripristino delle foreste (webinar Jorge Castro, Università di Granada)

5/6 Valutazione dei servizi ecosistemici forestali (seminario Mauro Masiero, Università di Padova)

7/6 USCITA Parco del Ticino: ripristino dei boschi ripariali e delle brughiere. Gestione delle specie arboree invasive.

12/6 Crisi e ripristino della biodiversità; Livelli di biodiversità e loro misurazione; rinaturalizzazione; gestione delle piantagioni forestali; Principi di ecologia del paesaggio e reti ecologiche. ESERCITAZIONE 5.
Metodi didattici
Il modulo consiste in 2 CFU di lezioni frontali, 1 CFU di esercitazioni e 2 CFU di uscite in campo.

Il docente utilizzerà:
a) lezioni frontali e dialogate con l'obiettivo di fornire agli studenti i concetti teorici dell'insegnamento e favorire il pensiero critico attraverso la discussione;
b) laboratori didattici per consolidare conoscenze apprese durante le lezioni frontali e sviluppare competenze di ecologia applicata che saranno utili nella pratica professionale;
c) esercizi e quiz in itinere, con l'obiettivo di consolidare e verificare l'acquisizione delle conoscenze;
d) uscite in campo per apprendere come misurare, descrivere e analizzare i popolamenti forestali.

La frequenza è fortemente consigliata.
Materiale di riferimento
Slide e appunti del corso; materiale di studio fornito dai docenti sui canali MS Teams.

Testi consigliati:
- Stanturf J., Lamb D., Madsen P. (2012) Forest Landscape Restoration, Springer.
- Lamb D. (2014) Large-scale Forest Restoration, Routledge.
- Mansourian S., Parrotta J. (2018) Forest Landscape Restoration. Integrated Approaches to Support Effective Implementation, Routledge.
- Van Andel J., Aronson J. (2012) Restoration Ecology: The New Frontier, Second edition, Wiley
- Howell E.A., Harrington J.A., Glass B.S. (2011) Introduction to Restoration Ecology, Island Press
- Rieger J., Stanley J., Traynor R. (2014) Project Planning and Management for Ecological Restoration. Island Press
- Holl K.D. (2020) Primer of ecological restoration. Island Press
Remote sensing and functional ecology
Programma
Modulo di telerilevamento
Presentazione: monitoraggio delle risorse naturali, applicazioni di telerilevamento, vantaggi e svantaggi del telerilevamento, contenuti e risorse del corso, software
Introduzione: storia del telerilevamento, piattaforme/sensori, orbite satellitari, missioni, dati geospaziali/immagini digitali, raster/vettori, accesso e disponibilità dei dati, browser Copernicus, Earth Explorer, nozioni di base GEE (editor di codice, script, documenti, risorse, archivi, cataloghi)
Principi di base: spettro elettromagnetico (EM) e radiazione, leggi e quantità fisiche, interazione biosfera/radiazione EM, dalle misurazioni alle proprietà superficiali (riflettanza), proprietà spettrali, nozioni di base GEE (editor di codici, script, documenti, risorse, repository, cataloghi )
Caratteristiche dei dati: larghezza dello swath del satellite, larghezza di banda del sensore, livelli di elaborazione, risoluzioni delle immagini, correzione geometrica, GEE: raccolte di immagini e caratteristiche, metadati, filtraggio, visualizzazione, importazione/esportazione
Visualizzazione ed elaborazione delle immagini: accesso alle immagini, visualizzazione RGB in veri e falsi colori, di indici di vegetazione, mosaici mosaic e composite GEE da raccolte di immagini, ritaglio, mascheramento, calcoli algebrici su banda e indici
Progetto Val Malga (GEE): dati, immagini, caratteristiche
telerilevamento della vegetazione: firma spettrale, proprietà ottiche delle foglie, componenti piante/chioma, LAI, suolo, fenologia, indici di vegetazione
Vettori e tabelle GEE, conversioni raster/vettoriali, statistiche zonali
Principi e tecniche di classificazione: interpretazione delle immagini, classificazione tematica, classificazione supervisionata e non supervisionata, classificazione basata su oggetti, GEE: Earth Engine Objects, calcolo su raccolte di immagini, funzioni, riduttori
Tecniche di Change Detection: algoritmi e applicazioni, flusso di lavoro di Change Detection, implementazione in GEE di algoritmi di classificazione e Change Detection
Algoritmi di machine learning: definizione, algoritmi di distanza minima, support vector machines, Random Forest, K-means, implementazione di algoritmi ML in GEE
Validazione e valutazione dell'accuratezza: protocolli, dati di riferimento, matrice di confusione e metriche di accuratezza, tecniche di regressione, implementazione in GEE
Analisi di serie temporali: definizione di una serie temporale, serie temporali di indici di vegetazione/NDVI, analisi di trend, interpolazione, visualizzazione di serie temporali, tecniche di compositing, analisi di serie temporali in GEE

Modulo di Ecologia Funzionale
Visite e esercitazioni sul campo:
(1) Orti botanici di Milano e dell'hinterland milanese - Botanica generale per l'identificazione degli alberi
(2) Il bosco di querce di Seveso e Meda - Recupero ambientale del primo disastro chimico/industriale su larga scala al mondo
(3) Progetto di recupero del sottobosco, Cislago - Visita ad un progetto per il controllo del Prunus serotina invasivo e il recupero dello strato erbaceo del sottobosco
(4) Progetto di lotta alla Quercia Rossa e Centro Flora Autoctona del Parco del Monte Barro - Visita al progetto in corso per il controllo della specie naturalizzata Quercus rubra, con visita al principale centro di conservazione vegetale della Regione Lombardia, dotato di banca del germoplasma e laboratorio di propagazione delle piante.
(5) Il futuro dei boschi di abete rosso distrutti dalla tempesta "Vaia" (Val Malga, Sonico - BS) - Visita ad un bosco distrutto dalla tempesta "Vaia". Analisi della vegetazione attuale e degli scenari futuri.
(6) Bioingegneria del suolo per la stabilizzazione e il ripristino dei pendii montani
(Alpe Mola, Edolo - BS) - Visita ad un'area montana interessata da frane e opere di bioingegneria per la stabilizzazione e il ripristino del suolo.
Metodi didattici
l modulo consiste in 2 CFU di lezioni frontali, 2 CFU di laboratori e 2 CFU di esercitazioni e uscite in campo.

I docenti utilizzeranno:
a) lezioni frontali e dialogate con l'obiettivo di fornire agli studenti i concetti teorici dell'insegnamento e favorire il pensiero critico attraverso la discussione;
b) esercitazioni in aula e laboratorio, con l'obiettivo di consolidare e verificare l'acquisizione delle conoscenze e familiarizzare con gli strumenti di analisi informatici;
c) esercitazioni e uscite in campo per apprendere come misurare, descrivere e analizzare i tratti ecologici funzionali.

Le lezioni di remote sensing saranno integrate con esercitazioni in Google Earth Engine (accesso ai dati, visualizzazione dei dati, classificazione delle immagini, valutazione dell'accuratezza).

La frequenza è fortemente consigliata.
Materiale di riferimento
Slide e appunti del corso; ulteriore materiale di studio sarà fornito dai docenti sui canali MS Teams dell'insegnamento.

Testi di riferimento:
- Schulze D., et al. (2019) Plant Ecology. Springer
- Wegmann M., Leutner B., Dech S. (2016) Remote sensing and GIS for ecologists. Pelagic Publishing
Soil dynamics in ecosystem restoration
Programma
Suoli forestali e naturali in generale: servizi ecosistemici basati sul suolo
(stock di carbonio, mitigazione del clima, controllo della qualità delle acque
superficiali e sotterranee, supporto alla biodiversità, proxy paleoambientali)
Processi e fattori di formazione del suolo e diversità dei suoli nei diversi
habitat
Processi di degrado del suolo associati a deforestazione e degrado forestale,
erosione, desertificazione, vulnerabilità ai cambiamenti climatici e agli eventi
estremi.
Proprietà ecologiche dei siti di recupero e identificazione dei suoli di
riferimento da utilizzare per il recupero.
Recupero dei suoli nei principali habitat forestali e naturali soggetti a degrado,
dai tropici agli ecosistemi boreali e montani.
Cenni di legislazione ed economia del recupero del suolo
Attività sul campo: caratterizzazione del suolo, descrizione e campionamento
Metodi didattici
l modulo consiste in 3 CFU di lezioni frontali, 0.5 CFU di esercitazioni e laboratori e 0.5 CFU di uscite in campo.

Il docente utilizzerà:
a) lezioni frontali e dialogate con l'obiettivo di fornire agli studenti i concetti teorici dell'insegnamento e favorire il pensiero critico attraverso la discussione;
b) esercitazioni e quiz in aula e laboratorio, con l'obiettivo di consolidare e verificare l'acquisizione delle conoscenze;
c) uscite in campo per apprendere come misurare, descrivere e analizzare i suoli.

La frequenza è fortemente consigliata.
Materiale di riferimento
Slide e appunti del corso; ulteriore materiale di studio sarà fornito dai docenti sui canali MS Teams dell'insegnamento.
Moduli o unità didattiche
Forest ecology and restoration design
AGR/05 - ASSESTAMENTO FORESTALE E SELVICOLTURA - CFU: 5
Attivita' di campo: 24 ore
Esercitazioni: 16 ore
Lezioni: 20 ore

Remote sensing and functional ecology
BIO/03 - BOTANICA AMBIENTALE E APPLICATA
ICAR/06 - TOPOGRAFIA E CARTOGRAFIA
Attivita' di campo: 48 ore
Esercitazioni in aula informatica: 32 ore
Lezioni: 8 ore

Soil dynamics in ecosystem restoration
AGR/14 - PEDOLOGIA
GEO/05 - GEOLOGIA APPLICATA
Attivita' di campo: 24 ore
Laboratori: 4 ore
Lezioni: 18 ore

Docente/i
Ricevimento:
su appuntamento
Nel proprio ufficio, ubicato in Via Celoria 2, settore di Idraulica
Ricevimento:
Su appuntamento
Centro di Ricerca Coordinata Ge.S.Di.Mont. - Via Morino 8, 25048 Edolo (BS),
Ricevimento:
Edifico 7, Biodifesa, Piano 2, Studio 2039
Ricevimento:
su appuntamento
DISAA edificio 5, primo piano