Ecological and forest restoration

A.A. 2022/2023
15
Crediti massimi
188
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

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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 o in coppia.
Forest ecology and restoration design
Programma
27/2 Le foreste del mondo
1/3 Servizi ecosistemici delle foreste. Minacce alle foreste: Deforestazione e degrado forestale.
8/3 Foreste come serbatoi di carbonio, mitigazione climatica nel settore forestale
13/3 Impatti del climate change ed eventi estremi sulle foreste. Ecologia dei disturbi, regimi di disturbo, resistenza e resilienza.
15/3 Cos'è la restoration? Come definire lo stato desiderato? EU Restoration Law
20/3 Ripristino delle foreste urbane e adattamento climatico
23/3 Funzionamento degli ecosistemi; ecologia di popolazioni e comunità; Interazioni tra organismi e specie; successioni; Analisi stazionale e fattori abiotici; il potenziale globale di riforestazione
27/3 USCITA Parco Nord
5/4 Scenari di cambiamento climatico; vulnerabilità globale delle foreste agli eventi climatici; ripristino in boschi colpiti da disturbo naturale
17/4 USCITA Campo dei Fiori
18/4 Ripristino della composizione specifica in seguito a invasioni biologiche; opzioni per il ripristino in boschi secondari
19/4 Ripristino in foreste tropicali deforestate e degradate; la contabilità del carbonio forestale
26/4 Ripristino in foreste boreali e montane per protezione idrogeologica e resilienza climatica; tipi forestali della Lombardia
10/5 Ripristino di boschi ripari e alluvionali; ripristino di foreste di pianura; river restoration
15/5 USCITA Parco Regionale del Ticino
16/5 Ripristino in aree aride, desertificate e mediterranee; Ripristino di altri ambienti seminaturali: pascoli, praterie, aree umide
17/5 Esercitazione - INVEST
22/5 Ripristino del regime di disturbo naturale
23/5 Contributo di animali nel ripristino forestale
24/5 Ripristino di siti inquinati: biorimedio e fitorimedio
29/5 Vivaistica
31/5 Crisi e ripristino della biodiversità; Livelli della biodiversità e loro misurazione; rinaturalizzazione; gestione dei rimboschimenti; Principi di Ecologia del paesaggio e reti ecologiche
7/6 Monitoraggio delle azioni di ripristino forestale
12/6 USCITA Val Malga
14/6 Legislazione e ripristino forestale; Supporti finanziari al ripristino ecologico; Progettare gli interventi di restoration; coinvolgimento dei portatori di interesse
Metodi didattici
Il modulo consiste in 2 CFU di lezioni frontali, 2 CFU di esercitazioni e 1 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.
- Stanturf J., Callaham M. (2020) Soils and Landscape Restoration, Elsevier.
- 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
Functional Ecology (3 CFU):
(i) concetti di ecologia funzionale, (ii) ecologia evolutiva delle piante e adattamento locale, (iii) caratteristiche e funzioni delle piante, (iv) risorse e condizioni per la crescita delle piante, (v) risposte delle piante nello spazio e nel tempo, (vi) biodiversità, produttività e facilitazione nelle piante, (vii) disturbi da fuoco ed erbivori, (viii) ecosystem engineering e funzioni dell'ecosistema, (ix) contributi della natura alle persone.

Remote sensing (3 CFU):

02/03/2023 Introduzione al corso, programma del corso, esperienza e background dei partecipanti, strumenti e software. Esercitazione: Primo sguardo alle immagini multispettrali in QGIS

09/03/2023 Storia del RS, Radiazione elettromagnetica, spettro EM, interazione con superficie terrestre e atmosfera

14/03/2023 Acquisizione RS, definizione di firma spettrale. Esercitazione: Esercizio in MS-Excel (analisi firme spettrali)

16/03/2023 Telerilevamento della vegetazione, firma spettrale della vegetazione, parametri biofisici. Esercitazione: QGIS+Remote_sensing_EnMAP_QGIS

17/03/2023 Panoramica sensori e piattaforme satellitari, acquisizione immagini multispettrale, immagine digitale, caratteristiche dati immagine, GIS. Esercitazione: Leggere le informazioni sui dati in QGIS (ricampionamento, profilo spettrale)

21/03/2023 Missioni satellitari, MODIS, Landsat, Sentinel, accesso ai dati. Esercitazione: Costruzione del progetto QGIS sulla Val Malga (dati di input, definizione del ROI)

22/03/2023 Indici di vegetazione, serie storiche di Vis, rilevamento di variazioni di VI. Esercitazione: Calcolo VIs in QGIS (NDVI, NBR, calcolatore raster), aggiunta al progetto Val Malga, mappatura

24/03/2023 Introduzione a GEE, interfaccia GEE, catalogo GEE, repository per codice condiviso, risorse GEE, raccolta di immagini, visualizzazione, strumenti interattivi. Esercitazione: Raccolta immagini GEE Sentinel-2, Landsat, MODIS per il progetto Val Malga

28/03/2023 Esportazione dati in GEE, calcolo VI in GEE

29/03/2023 RS serie temporali (definizione, estrazione informazioni), tecniche di analisi per serie storiche (pre-elaborazione, gap filling, classificazione, change detection, metriche fenologiche)

30/03/2023 Analisi delle serie storiche in GEE, serie storiche degli indici di vegetazione/NDVI, visualizzazione interattiva dei profili NDVI in GEE

31/03/2023 Classificazione immagini multispettrali, cartografia tematica, parametri biofisici, classificazione supervisionata/non supervisionata, random forest, raccolta di training data, classificazione fuzzy

13/04/2023 Case study-monitoraggio incendi: rilevamento del land cover change applicato ai pericoli naturali, rilevamento delle aree bruciate da serie temporali di dati satellitari multispettrali con algoritmo random forest. Esercitazione: GEE (selezione di serie temporali, calcolo di VI, addestramento, foresta casuale, da raster a vettore, esportazione)

14/04/2023 Strumenti di classificazione in QGIS (plugin dzetsaka). Esercitazione: Classificazione Val Malga QGIS

18/04/2023 Strumenti di classificazione in QGIS (plugin Classificazione semiautomatica). Esercitazione: Classificazione Val Malga QGIS

20/04/2023 Caso di studio per la mappatura del tipo di combustibile applicata al rischio incendio. Esercitazione: App sviluppata per la raccolta dei dati di training su classi forestali, classificazione

21/04/2023 Classificazione in GEE. Esercitazione: Classificazione Val Malga in GEE (classificazione non supervisionata, classificazione supervisionata, random forest)

27/04/2023 Validazione e valutazione di accuratezza dei prodotti RS (protocolli di validazione, dati di riferimento, campionamento, matrice di confusione, metriche di accuratezza), Validazione progetto Val Malga, validazione carta tematica. Esercitazione: Caricamento dei dati di riferimento di QGIS (shapefile), estrazione di ground control points per la classificazione, esportazione in MS Excel, matrice di confusione, metriche di accuratezza, mappe di accuratezza

28/04/2023 Sintesi del corso, osservazioni conclusive, risultati, domande e commenti.
Metodi didattici
Il modulo consiste in 2 CFU di lezioni frontali, 2 CFU di laboratori e 2 CFU di esercitazioni e 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 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.

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.

Per la parte di remote sensing:
- Wegmann M., Schwalb-Willmann J., Dech S. (2020) An introduction to spatial data analysis. Pelagic publishing
- Wegmann M., Leutner B., Dech S. (2016) Remote sensing and GIS for ecologists. Pelagic Publishing
Soil dynamics in ecosystem restoration
Programma
I suoli forestali e naturali in genere: accenni ai processi e ai fattori di formazione, loro servizi ecosistemici (stoccaggio di carbonio, mitigazione climatica, effetti su qualità delle acque, biodiversità, memorie paleoambientali)
Processi di degrado del suolo associati a deforestazione e degrado forestale, erosione, desertificazione, vulnerabilità nei confronti di climate change ed eventi estremi.
Attributi ecologici dei siti da ripristinare e identificazione dei suoli di riferimento per il loro ripristino
Ripristino dei suoli nei principali ambienti forestali soggetti a degrado, dai tropici alle zone boreali e di montagna
Ripristino dei suoli in zone aride, desertificate e mediterranee
Ripristino dei suoli in altri ambienti seminaturali, praterie, torbiere ed aree urbane
Monitoraggio delle azioni di ripristino dei suoli
Note di legislazione e bilancio economico del ripristino dei suoli
Metodi didattici
Il modulo consiste in 2 CFU di lezioni frontali, 1 CFU di esercitazioni e laboratori e 1 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
Esercitazioni: 32 ore
Laboratori: 32 ore
Lezioni: 16 ore

Soil dynamics in ecosystem restoration
AGR/14 - PEDOLOGIA
GEO/05 - GEOLOGIA APPLICATA
Esercitazioni: 16 ore
Laboratori: 16 ore
Lezioni: 16 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
Ricevimento:
su appuntamento
DISAA edificio 21050, primo piano