Forest Health

Abstract

Forests mainly consist of long-lived trees or shrub species and are exposed to natural or human disturbances of different severities. They are essential components of the natural development of forest ecosystems, since by triggering natural selection and ecological succession processes, they can achieve the best status in terms of species composition and structure. Nevertheless, extreme events can cause serious economic or naturalistic losses and, in some cases, endanger specific forest ecosystems. Disturbance events that damage forests vary and include pests and diseases, fires, pollution, climate changes, overexploitation or inadequate silvicultural practices, excessive grazing and browsing, to name just a few. Health monitoring of forests is a necessary condition to provide useful information for the conservation of forest resources, as well as to support forest management practices aimed at increasing the resilience of forests and their adaptation capacity. Through ground surveys, the Italian national forest inventory INFC has classified the health condition of Italian forests and produced the estimates presented in the chapter. These concern the distribution of the Forest area by pathologies and damage presence, severity and cause. Estimates of the Forest area affected by defoliation, divided by defoliation class and localization of defoliation, are also presented.

10.1 Introduction

Different disturbances of nature (biotic or abiotic) and intensity are an integral part of forest ecosystem dynamics (Seidl et al., 2017). The alteration of forest structure, composition and function allows young and old forests (trees) to turn over and create heterogeneity, promoting biodiversity and ecosystem renewal or reorganisation (Thom et al., 2017; White & Pickett, 1985). Nevertheless, beyond a certain limit, disturbances can cause serious ecological or economic damages, causing the interruption of some forest functions (protection, landscape, timber and wood production, etc.). A forest management policy, aimed at the prevention and mitigation of natural disturbances, is usually considered essential (Motta, 2018).

The main disturbances that can damage the health of forests, causing their degradation or limiting their functionality, can derive both from natural biotic or abiotic factors (pests, grazing and browsing, fires, windstorms, floods, severe snow, etc.) and from profound changes in the territory and the environment caused by human activities, due for example to pollution or to the excessive exploitation of the forest in terms of wood and timber utilisation or for recreational use.

Because of climate change, which triggers more and more extreme climate events (strong rainstorms, floods, windstorms, heatwaves, etc.), forest vulnerability is increasing. Today, the frequency of extreme climate events is three times higher than 50 years ago (FAO, 2021). This creates a reduction in plant defence mechanisms (Forzieri et al., 2021). Climate change can also be responsible for the spread of pathogenic species in environments where they were not present, causing worrisome epidemics of animal and plant parasites.

Forest health monitoring is a prerequisite for adequately defining forest management practices aimed at improving forest resilience and adaptation capacity. In the Italian national forest inventory, the health of forest stands is detected through the direct observation in the field of the presence of damage or pathologies on the trees included in a plot (AdS25, cf. Chap. 4) to estimate the areas of the Forest involved (Gasparini et al., 2013). Any signals are considered, both as an alteration resulting from the action of a damaging agent (e.g., lesions, necrosis, defoliation) and in the form of signs of the presence of a damage factor (nests of larva, insects, fungi, etc.). The survey refers to the presence of pathologies or damages occurring in the survey's year or previously, but whose effects are still observable.

According to INFC, pathologies and damages are considered “visible” when they affect at least 30% of the crown coverage of the analysed stand, with reference to the subjects (trees and shrubs) with DBH ≥ 4.5 cm. For these cases, in addition to the presence, the severity of the pathology or damage, the origin (which can be biotic or abiotic) and, if defoliation is present, its degree and localization on the affected trees are also assessed.

In this chapter, the estimate of the Forest area by pathology and damaging diffusion, severity and cause are presented. Estimates of Forest area affected by defoliation are also presented, by degree and localisation of defoliation. Area estimates of damage presence and diffusion for the inventory categories of Forest and the forest categories of the Tall trees forest, the latter at the national level, are also available at inventarioforestale.org/statistiche_INFC.

10.2 Diffusion and Severity of Damages

The third Italian national forest inventory INFC2015 classifies the presence of pathologies and damages according to classes of their degree of diffusion, measured as percentage of crown coverage affected: absence of damages, damages on less than 30% of the crown coverage, damages on 30–59% of the crown coverage and damages on at least 60% of the crown coverage.

Table 10.1 at the end of this chapter provides estimates on Forest area by degree of damage diffusion. Estimates show that almost 80% of the Forest area is not affected by pathologies or damage and 15.6% of the area is affected by minor damage on less than 30% of the crown coverage. Overall, the Forest area without damage or pathologies or with minor damage is equal to 94.9% of the total. The Forest area with visible (affected crown coverage 30–59%) and very visible (at least 60% crown coverage affected) damages is equal to 3.3% and 1.0% of the total, respectively.

Table 10.1 Forest area by degree of damage diffusion / Estensione del Bosco ripartito per grado di diffusione di patologie e danni

Estimates at the regional level differ partially from national ones.¹ Umbria is the region least affected by damages and pathologies (99.2% of the Forest area not affected or with minor damages), followed by Molise (99.1%), Valle d'Aosta (98.6%), Basilicata (98.4%), Trentino (98.3%) and Abruzzo (98.1%). The regions most affected by visible or very visible damage are Piemonte (8.7 and 1.9% of the area, respectively), Emilia-Romagna (8.0 and 1.3%), Liguria (6.7 and 1.8%), Calabria (2.7 and 4.2%) and Sardegna (5.3 and 1.1%) (Fig. 10.1).

Fig. 10.1

Percentage of the Forest area by degree of diffusion of damages or pathologies / Ripartizione percentuale del Bosco per grado di diffusione di patologie o danni

Damage severity was assessed by estimating the proportion of the damaged aboveground components (foliage, branches and stem) compared to the normal conditions that trees should present in that context (Table 10.2). Only permanent and lasting damage and not temporary damage (just on foliage, for example) were taken into account. The severity of the damage, as mentioned above, was assessed only in forests with visible or very visible damages (at least 30% of the crown coverage affected).

Table 10.2 Classes of damage severity / Classi di intensità di patologie e danni

At the end of this chapter, estimates of Forest area by damage severity are given in Table 10.3. Excluding the not classified or not assessed area, the most frequent class is that of medium damage (52.8% of the assessed Forest area), followed by the class of severe damage (34.4%). At the regional level, in Molise and Basilicata the entire Forest area assessed for the severity of the damage is affected by severe damage. In Umbria and Valle d'Aosta, on the other hand, the entire assessed area is affected by medium severity damages (Fig. 10.2).

Table 10.3 Forest area by damage severity; it is assessed when more than 30% of the crown coverage is affected by damages or pathologies / Estensione del Bosco ripartito per intensità di patologie o danni; viene valutata quando questi interessano più del 30% della copertura delle chiome

Fig. 10.2

Percentage of the assessed Forest area by classes of damage severity / Ripartizione percentuale della superficie del Bosco valutato per classi di intensità di patologie o danni

10.3 Damaging Causes

The causes of damages and pathologies are identified by observing traces or evident signs (cf. Table 10.4). If the cause is not clearly recognisable or there is a concomitant action of several factors, none of which prevails, the class ‘unknown or complex causes’ is assigned. If, among many, there is a prevalent or triggering cause, then this one is indicated.

Table 10.4 Damaging causes and related signs of recognition / Cause di danni o patologie e segni per la loro individuazione

Table 10.5 gives the estimates of Forest area by damaging cause. At the national level, the main disturbances are pests and diseases caused by insects, fungi, bacteria, mycoplasma, viruses (33.8% of the assessed Forest area), followed by extreme climate events (26.5%) and forest fires on crowns (20.7%) (Fig. 10.3).

Table 10.5 Forest area by damaging causes; it is assessed when more than 30% of the crown coverage is affected by damages or pathologies / Estensione del Bosco ripartito per causa di danni o patologie; viene valutata quando questi interessano più del 30% della copertura delle chiome

Fig. 10.3

Percentage of the assessed Forest area by damaging causes at the national level / Ripartizione percentuale della superficie del Bosco valutato per causa di patologie o danni, a livello nazionale

The effect of the different causes of damage is variable at the regional level. Nevertheless, the main disturbances belong to the three most relevant causes at the national level.

10.4 Defoliation and Its Localization

If pathologies or damage effects are manifested as defoliation, then its degree and localization are observed on some representative sample trees (up to three), according to the INFC field protocol.

The degree of defoliation is defined as the level of transparency of the crown, compared to the normal conditions that trees should present in that context, for that species and in that period. It is classified according to four classes: defoliation absent or ≤10%, defoliation equal to 11–25%, 26–60% of greater than 60%. The evaluation of the localization concerns, instead, the indication of the areas of the crown affected by the defoliation (Table 10.6). It is assessed if the degree of defoliation is greater than 10%.

Table 10.6 Classes of localization of defoliation / Classi di localizzazione della defogliazione

Tables 10.7 and 10.8 show the estimates of Forest area by degree and localization of defoliation, respectively. Forest area affected by defoliation ≤10% is equal to 34.3% of the assessed area, while the upper classes of defoliation respectively affect 24.4%, 24.6% and 16.8% of the assessed area (Fig. 10.4).

Table 10.7 Forest area by degree of defoliation; it is assessed when more than 30% of the crown coverage is affected by damages or pathologies / Estensione del Bosco ripartito per grado di defogliazione; viene valutato quando patologie o danni interessano più del 30% della copertura delle chiome

Table 10.8 Forest area by classes of localization of defoliation; it is assessed when more than 30% of the crown coverage is affected by damages or pathologies and more than 10% of the foliage is missing / Estensione del Bosco ripartito per localizzazione della defogliazione; viene valutata quando patologie o danni interessano più del 30% della copertura delle chiome e quando risulta mancante più del 10% del fogliame

Fig. 10.4

Percentage of the assessed Forest area by degree of defoliation / Ripartizione percentuale della superficie del Bosco valutato per il grado di defogliazione

The Forest area characterized by a homogeneous distribution of defoliation over the entire canopy is equal to 66.7% of the assessed area, while 19.8% of the assessed Forest area is characterized by defoliation on the apical portion of the canopy (Fig. 10.5).

Fig. 10.5

Percentage of the assessed Forest area by localization of defoliation at the national level / Ripartizione percentuale della superficie del Bosco valutato per la localizzazione della defogliazione, a livello nazionale

Appendices

Appendix (Italian Version)

Riassunto Le foreste sono prevalentemente costituite da specie arboree o arbustive caratterizzate da un lungo ciclo vitale, durante il quale possono subire gli effetti di fattori di disturbo di origine naturale o antropica di diversa intensità. Tali fattori sono fondamentali per l’evoluzione stessa delle foreste poiché, innescando processi di selezione naturale tra specie e individui, ne favoriscono la migliore composizione e struttura. Fattori di disturbo particolarmente intensi, tuttavia, possono causare perdita di valore naturalistico o economico e, in alcuni casi, avere conseguenze gravi e mettere a rischio la sopravvivenza di interi ecosistemi forestali.

L’elenco delle possibili cause di danno alle foreste è ampio e vario: parassiti, incendi, inquinamento, cambiamenti climatici, sovra-sfruttamento o pratiche di utilizzazione inadeguate, eccessivo pascolamento o impatto degli ungulati selvatici sono alcuni esempi.

Il monitoraggio dello stato di salute delle foreste rappresenta una condizione necessaria per fornire informazioni utili per la conservazione delle risorse forestali, come pure per supportare pratiche di gestione forestale finalizzate ad aumentare la resilienza delle foreste e la loro capacità di adattamento alle avversità. Attraverso i rilievi al suolo, l’inventario forestale nazionale italiano (INFC) ha classificato lo stato di salute delle foreste italiane e prodotto le stime presentate nel capitolo. Queste riguardano la ripartizione della superficie del Bosco per presenza e diffusione di patologie o danni al soprassuolo, del loro grado di intensità e della causa. Vengono inoltre presentate le stime della superficie del Bosco interessata da defogliazione, ripartita per grado di trasparenza e localizzazione sulla chioma degli alberi interessati.

Introduzione

I disturbi di diversa natura (biotica o abiotica) e intensità rappresentano una parte integrante della dinamica degli ecosistemi forestali (Seidl et al., 2017). Modificando la struttura, la composizione e la funzione, i disturbi favoriscono l’alternarsi nel tempo e nello spazio di fasi giovanili, mature e stramature e creano eterogeneità favorendo la diversità biologica e il rinnovamento o la riorganizzazione dell’ecosistema (Thom et al., 2017; White & Pickett, 1985). Oltre un certo limite, tuttavia, i disturbi possono provocare ingenti danni sia di natura ecologica sia economica, che incidono sulle funzioni del bosco (protettiva, paesaggistica, produttiva ecc.). Nella maggior parte dei casi si ritiene quindi necessario approntare una politica di gestione forestale indirizzata prevalentemente alla prevenzione ed alla mitigazione dei disturbi naturali (Motta, 2018).

Le principali minacce che possono alterare lo stato di salute delle foreste, provocandone la degradazione o limitando la loro funzionalità, sono riferibili sia a cause naturali di natura biotica o abiotica (parassiti vegetali o animali, presenza di selvaggina, incendi, alluvioni, neve abbondante, ecc.) sia a profondi cambiamenti del territorio e dell’ambiente ad opera dell’uomo, dovuti per esempio all’inquinamento o all’eccessivo sfruttamento del bosco in termini di utilizzazioni forestali o per uso ricreativo.

A causa dei cambiamenti climatici, che innescano sempre più spesso eventi meteorologici estremi (piogge intense, alluvioni, tempeste di vento, ondate di calore ecc.), la vulnerabilità delle foreste è in aumento. Gli eventi meteorologici estremi avvengono oggi con una frequenza tre volte superiore rispetto a cinquant’anni fa (FAO, 2021); questi, nel tempo, compromettono i meccanismi di difesa delle piante (Forzieri et al., 2021). I cambiamenti climatici, inoltre, possono innescare la diffusione di specie patogene in ambienti in cui non erano prima presenti, causando epidemie di parassiti animali e vegetali.

Monitorare lo stato di salute delle foreste rappresenta una condizione necessaria per definire pratiche di gestione forestale adeguate, volte a migliorare la resilienza e la capacità di adattamento alle avversità degli ecosistemi forestali. Nell’inventario forestale nazionale italiano, lo stato di salute dei soprassuoli forestali viene rilevato tramite l’osservazione diretta in campo della presenza di danni o patologie sui soggetti inclusi in un’area di saggio (AdS25, cfr. Chap. 4), al fine di stimare le superfici di Bosco interessate (Gasparini et al., 2013). Vengono considerate eventuali alterazioni conseguenti all’azione di un agente di danno (ad es. ferite, necrosi, defogliazione) o i segni della presenza di un fattore di danno o malattia (nidi di larve, insetti, corpi fruttiferi fungini, ecc.). L’osservazione si riferisce alla presenza di danni derivati da avversità verificatesi nell’anno del rilievo o precedentemente, ma i cui effetti sul soprassuolo siano ancora visibili.

Secondo INFC vengono considerati “evidenti” le patologie e i danni che riguardano almeno il 30% della copertura delle chiome all’interno dell’AdS25 (cfr. Chap. 4), con riferimento ai soggetti (alberi e arbusti) sopra la soglia di cavallettamento (d_1.30 ≥ 4.5 cm). Per questi casi, oltre alla presenza, viene valutata anche l’intensità della patologia o del danno, l’origine (che può essere di natura biotica o abiotica) e, se presente defogliazione, il suo grado e la localizzazione sui soggetti interessati.

Alla fine del capitolo vengono presentate le stime della superficie del Bosco ripartita per grado di diffusione di patologie o danni, intensità e causa. Vengono inoltre presentate le stime del Bosco interessato da defogliazione, per grado e loca-lizzazione. All’indirizzo inventarioforestale.org/statistiche_INFC sono disponibili, inoltre, le stime di superficie relative alla ripartizione delle categorie inventariali del Bosco e delle categorie forestali dei Boschi alti, queste ultime a livello nazionale, per il grado di diffusione di patologie o danni.

Diffusione e intensità di patologie o danni

Il terzo inventario forestale italiano INFC2015 classifica la presenza di patologie o danni secondo classi del loro grado di diffusione, misurato in base alla percentuale di chiome interessate: assenza di danni e patologie, danni o patologie che interessano meno del 30%, oppure il 30–59% o almeno il 60% della copertura.

La Table 10.1 in fondo al capitolo riporta le stime della superficie del Bosco ripartita per il grado di diffusione di patologie o danni. Dalle stime emerge che quasi l’80% della superficie del Bosco non è interessato da danni e che il 15.6% della superficie è interessato da danni lievi, diffusi su meno del 30% della copertura. Complessivamente la superficie del Bosco senza danni o patologie o con danni lievi è pari al 94.9% del totale. L’aliquota di superficie con danni evidenti (copertura interessata pari a 30–59%) o molto evidenti (almeno il 60% della copertura interessata) è pari rispettivamente a 3.3 e 1.0%.

Le stime a livello regionale mostrano alcune variazioni rispetto alla media nazionale²; l’Umbria risulta la regione meno interessata da danni o patologie (99.2% della superficie del Bosco non interessata da patologie e danni o con danni lievi), seguita da Molise (99.1%), Valle d’Aosta (98.6%), Basilicata (98.4%), Trentino (98.3%) e Abruzzo (98.1%). Le regioni maggiormente interessate da danni evidenti o molto evidenti risultano essere il Piemonte (8.7 e 1.9% della superficie interessata), l’Emilia-Romagna (8.0 e 1.3%), la Liguria (6.7 e 1.8%), la Calabria (2.7 e 4.2%) e la Sardegna (5.3 e 1.1%) (Fig. 10.1).

L’intensità del danno viene valutata stimando la proporzione delle parti epigee danneggiate (chioma, rami e fusto) rispetto alle condizioni di normalità per gli individui, nel contesto osservato (Table 10.2). Vengono presi in considerazione solo i danni duraturi e non quelli temporanei come, ad esempio, i danni all’apparato fogliare. L’intensità di patologie o danni, come detto in precedenza, viene valutata solo in caso di danni evidenti o molto evidenti (almeno il 30% della copertura interessata).

Le stime di superficie del Bosco per classi di intensità del danno sono riportate nella Table 10.3 in fondo al capitolo. Non considerando la classe “non classificato”, corrispondente alla superficie non valutata per il grado di intensità del danno, la classe più frequente per il Bosco risulta quella di danno medio (52.8% della superficie del Bosco valutata), mentre la classe di danno intenso interessa il 34.4%. A livello regionale, in Molise e in Basilicata la totalità della superficie del Bosco valutata per l’intensità del danno risulta interessata da danni gravi. In Umbria e in Valle d’Aosta, invece, la totalità della superficie valutata è interessata da danni di media intensità (Fig. 10.2).

Cause di patologie o danni

La causa della patologia o del danno viene individuata tramite l’osservazione di tracce o segni evidenti secondo le descrizioni riportate nella Table 10.4. Qualora la causa non sia chiaramente riconoscibile, oppure in presenza dell’azione concomitante di più fattori, nessuno dei quali prevalente, viene assegnata la classe “cause ignote o complesse”. In presenza di cause di danno o patologie diverse, si assegna la causa prevalente.

La Table 10.5 riporta le stime della superficie del Bosco per causa di danni o patologie. A livello nazionale le avversità più comuni sono rappresentate dagli attacchi parassitari, che interessano il 33.8% della superficie valutata, ossia della superficie con danni diffusi su almeno il 30% della copertura delle chiome; le cause di danno che seguono, in ordine di importanza per superficie interessata, sono gli eventi meteorici intensi (26.5%) e gli incendi del soprassuolo (20.7%) (Fig. 10.3).

A livello regionale l’incidenza delle diverse cause di danno o patologie è variabile, ma generalmente le principali cause di avversità appartengono ad una delle tre classi con maggiore rilevanza a livello nazionale.

Grado di defogliazione e sua localizzazione

Se gli effetti della patologia o del danno si manifestano come defogliazione, il protocollo di rilievo INFC prevede di rilevarne il grado e la localizzazione su alcuni soggetti arborei campione rappresentativi (fino a tre).

Il grado di defogliazione esprime l’aliquota di foglie mancanti e viene valutato osservando il livello di trasparenza delle chiome rispetto allo stato di fogliazione normale per quella specie, in quel contesto e in quel periodo. Il grado di defogliazione viene classificato secondo quattro classi: defogliazione assente o ≤ 10%, defoglia- zione pari a 11–25%, 26–60% e maggiore di 60%. La localizzazione riguarda, invece, l’indicazione delle zone della chioma interessate dalla defogliazione e viene valutata quando il grado di defogliazione supera il 10% (Table 10.6).

Tables 10.7 e 10.8 riportano le stime della superficie del Bosco rispettivamente per grado e localizzazione della defogliazione. La superficie del Bosco con un grado di defogliazione inferiore o uguale a 10% risulta pari al 34.3% della superficie valutata, mentre le classi superiori di defogliazione interessano rispettivamente il 24.4%, il 24.6% e il 16.8% della superficie valutata (Fig. 10.4).

Relativamente alla localizzazione della defogliazione, il 66.7% della superficie del Bosco con defogliazione superiore a 10% è caratterizzato da una distribuzione omogenea su tutta la chioma, mentre il 19.8% è caratterizzato da defogliazione nella porzione apicale della chioma (Fig. 10.5).