Definitions and Sampling Design

Abstract

The population studied by the INFC is made up of the Forest and Other wooded land as defined by the FAO Global Forest Resources Assessment (FRA). INFC estimates are produced for the 21 Italian administrative units (the regions), the macro-categories and inventory categories and the forest types that represent the divisions of the inventory domain. This chapter illustrates the classification system adopted for the INFC and provides descriptions of the different classes. The sampling design adopted and the construction of the national 1 km × 1 km grid, on which the identification of the sampling points is based, are also illustrated. Finally, the system of reference units or plots used to operate the classifications and carry out the measurements required by the survey protocol is presented.

2.1 Introduction

The object of study in a statistical survey consists of the set of units in which one or more common characteristics are to be studied, and it is indicated by the term population. The population can be divided into study domains, i.e., its different components for which it is required to produce separate estimates (OECD, 2007). The population and its possible divisions must be identified clearly and unambiguously from the start of the survey design. The term inventory domain refers to the main object of the INFC inventory survey, which is represented by the Forest and Other wooded land as defined by the FAO Global Forest Resources Assessment (FRA) report. The divisions of the inventory domain are represented by 21 administrative units into which the Italian territory is divided. These units consist of 15 regions with ordinary statutes, 4 regions with special statutes, and the two autonomous provinces, called regions for brevity. Further divisions for which separate estimates are produced are those relating to the inventory macro-categories and inventory categories and the forest types.

Once the population of interest and its divisions have been identified, the design of a statistical survey requires the definition of a sampling plan or sampling design, i.e., the procedure to select the units to be observed: the structure of the sample, the methods for selecting the population units, their probability of inclusion in the sample itself and the fraction or sampling rate, on which the sample size depends (Fabbris, 1989). The characteristics of the study population, called parameters, are described starting with the data collected in the sample through estimation techniques, i.e., the calculation of appropriate estimators, such as the sample mean and its variance. The set consisting of the sampling design and the estimators is called the sampling strategy (Cicchitelli et al., 1997).

This chapter describes the criteria adopted to define the inventory domain of the INFC and its divisions. The sampling design and the national grid underlying the localisation of observations and measurements on the territory are then described. These correspond with the points or plots of different shapes or sizes named in the complex sampling units, which are listed and described in the concluding part of the chapter. The estimators and the procedures used to calculate the inventory estimates are the subject of Chaps. 5 and 6.

2.2 Inventory Domain and Classification System

Starting with the second Italian forest inventory INFC2005, the areas characterised by a forest cover responding to the definitions of Forest and Other wooded land elaborated on the FAO Global FRA2000 survey (FAO, 1998, 2000) were adopted as inventory domain. These definitions were then further detailed and applied in all subsequent FRAs (FAO, 2010, 2012, 2018; FAO-ITTO, 2003), becoming a reference point for the harmonisation of forest statistics on an international scale. They are based on some objective characteristics, some of which can also be evaluated from aerial photos or other remote images, given sufficient resolution, and others that require observation on the ground for checking or for accurate evaluation. Among the former, the minimum size is determined in terms of extension and width of the areas with tree-shrub cover. Among the latter, the coverage of tree species, distinct from that of shrub species, the height of the mature subjects and the land use are the determinants.

In the INFC, the two classes of Forest and Other wooded land, which together identify the inventory domain of the INFC, are called inventory macro-categories. These are divided into more detailed classes called inventory categories, some of which are distinguished based on the height of the tree species and identified to facilitate the comparison between the estimates produced by the first Italian forest inventory IFNI85 and those of the second one INFC2005. In IFNI85, in fact, the threshold for the height of the trees at maturity is 2 m. Table 2.1 shows the definitions for the inventory macro-categories and inventory categories used in the third Italian forest inventory INFC2015. In the INFC2015 results, the inventory category of Temporarily unstocked areas, originally distinguished in the classification of vegetation by the surveyors, has been merged with that of Tall trees forest. In addition, the list of categories in Table 2.1 includes the residual category of Not accessible or not classified wooded areas, which refers to all situations not otherwise classifiable included by convention in the processing of data, in the Other wooded land macro-category. These are formations characterised by a cover of trees and shrubs greater than 10% verified by photointerpretation, but for which a more detailed classification of the vegetation is lacking, mainly due to their inaccessibility by the surveyors.

Table 2.1 Inventory macro-categories and inventory categories that identify the divisions of the inventory domain in INFC2015 / Macrocategorie e categorie inventariali che individuano le ripartizioni del dominio inventariale INFC2015

The INFC classification system includes two further levels in addition to those described above, the forest types and subtypes, respectively, which identify the inventory domains in greater detail. The formations of the inventory categories Tall trees forest, Short trees forest, Sparse forest and Scrubland are classified according to 17 forest types, Plantations according to 3 other forest types and Shrubs according to 3 further forest types (Table 2.2). The forest types are therefore divided into subtypes, for a total number of 68 for the woods, 7 for the Plantations and 16 for the Shrubs, which are distinguished based on the dominant species or according to ecological criteria. For example, the subtypes Subalpine Norway spruce forests and Mountain Norway spruce forests are distinguished on the basis of an ecological criterion, while those of the forest type of Mediterranean pines (Pinus pinaster forests, Pinus pinea forests and Pinus halepensis forests) differ in species.

Table 2.2 Forest types and subtypes and corresponding codes CORINE Biotopes and EUNIS / Categorie e sottocategorie forestali e corrispondenti codici secondo le classificazioni CORINE Biotopes ed EUNIS

The forest type is assigned according to the dominant species or group of species in terms of crown coverage, the latter assessed in a neighbourhood of the inventory point with an area of approximately 2000 m² (AdS25, cf. Chap. 4). The prevailing group of species is first determined as conifers, deciduous broadleaved or evergreen broadleaved, and then the forest type based on the prevailing species of the group, again in terms of crown coverage. In INFC2015, in the absence of a classification in the field of the forest type, the inventory point was assigned to the not classified class. The classification system with the related forest types and subtypes (Pignatti, 2003) was defined during the planning of the second Italian forest inventory and also remained unchanged in the third.

2.3 Sampling Design

The design of the Italian NFI includes three sampling phases, with samples extracted according to a stratified sampling (Fattorini et al., 2006; Gasparini & Di Cosmo, 2016; Gasparini & Tabacchi, 2011). The first phase (or phase 1) consists of the preliminary classification of land use and land cover through the photointerpretation of orthophotos (cf. Chap. 3) at over 301,000 points, one for each mesh of the 1 km × 1 km grid in which the national territory has been divided (cf. Sect. 2.4). This sampling scheme is called tessellated sampling (Särndal et al., 1992). The points are positioned randomly within the meshes and therefore their distribution is of a non-aligned systematic type (Gallego, 1995). The purpose of the first phase is to identify the sampling points of the strata of interest for the subsequent survey phase, represented by the classes of forest land use and cover (Forest formations, Sparse forest formations, Temporarily unstocked areas and Plantations; cf. Chap. 3) and from the class of points not classifiable from orthophotos. Furthermore, for INFC2015, additional strata of interest have been identified, as described below.

The second sampling phase (or phase 2) involves a subsample of the first phase points, over 30,000, selected according to a sampling stratified by region and class of land use and land cover. The points of the second phase sample are visited on the ground, to verify the preliminary classification by photointerpretation, confirming it or not, and to assign the inventory category and the forest type. During the second phase surveys, the qualitative characteristics of forests are also evaluated and classified (cf. Chap. 4), in order to produce estimates of the distribution of the wooded area according to the different characteristics (composition by species groups, degree of coverage, silvicultural system, stage of development, management methods, presence of constraints and protected areas, characteristics of forest stations, road conditions, etc.). These will be presented in Chaps. 7, 8, 9, 10 and 11 of this volume.

The third phase strata are identified by the forest type assigned in the second phase together with the land use and cover class, and the region. For each Forest stratum, a subsample of second phase points is extracted to carry out measurements envisaged for the third sampling phase (phase 3) relating to the quantitative characteristics of forests (cf. Chap. 4). The measurements performed on approximately 7000 points produce the estimates of the totals and densities, or values per unit area, of the quantitative variables presented in Chaps. 7, 9 and 12 of this volume. These include growing stock, biomass, annual volume increment, deadwood biomass, etc., which are important for assessing the state of Italian forests and their role as a carbon pool and biodiversity reservoir.

The sampling design described above, outlined for the second Italian NFI, was also applied for INFC2015 with some adaptations. In fact, with the operational planning, the indications from the beginning of the operational structure responsible for the coordination and implementation of the INFC were incorporated. They constituted organizing the surveys in a single campaign, including as many points already detected in the previous survey as possible in order to reduce the time that the survey was on the ground and to facilitate its organization, while maintaining an unchanged quantity, quality, and level of detail of the produced estimates.

The sample for the new ground survey was then constituted by including: (i) the points of the third phase INFC2005 not affected by significant changes in land use and cover, (ii) the points of the second phase sample INFC2005 affected by significant changes and (iii) an additional sample, stratified by region, for strata consisting of new points in wooded areas and plantations and new non-classifiable points. The significant changes were highlighted by comparing two photointerpretations of INFC2005 and INFC2015 and are related to the points transited from strata of inventory interest to the stratum “other land uses” or vice versa. The outcome of the comparison is shown in Fig.2.1 for the set of 301,271 points on the national territory according to the opinion of the photo interpreters, out of a total of 301,328 points identified by the national grid (cf. Sect. 2.4).

Fig. 2.1

Comparison between the results of the photointerpretation of land cover and use in the last two Italian national forest inventories: number of photoplots / Confronto tra i risultati della fotointerpretazione dell'uso e copertura del suolo dei due inventari forestali italiani più recenti: numero di fotopunti

The actual change from forest use and cover to other land uses was verified on a subsample of 2338 second phase points. Of these, almost half belonged to other land uses in the second phase of INFC2005, and therefore it was not necessary to carry out a further verification in the field. The remaining 1303 points were instead detected on the ground during the INFC2015 campaign or classified through a photointerpretation that included more recent images, if they were inaccessible to the surveyors. Points in the second phase sample not affected by significant changes in land use and cover represent the greatest part. For them the third phase stratum attributed during the INFC2005 surveys was considered valid and the new surveys concerned 6597 points of the third phase subsample. Finally, the extracted subsample from the new points transited in strata of inventory interest consisted of 874 points. The sampling rate for these strata is lower than that adopted for the other ones, due to the limits mentioned above. However, it was considered suitable for evaluating the actual change in land use and cover and ensured a balanced subsample compared to the overall sample of points selected for the field survey.

Overall, the INFC2015 second phase sample consisted of 30,877 points of which 8774 were classified for the qualitative characteristics during the new survey campaign or, if inaccessible, evaluated remotely or through recent orthophotos, in order to verify the land use and cover and the forest type. Of these, 6993 points were measured to estimate the quantitative characteristics and represent the third phase sample of INFC2015. The composition of the sample selected for the INFC2015 field campaign is represented in Fig. 2.2; the largest group is that of the sample units already recorded both in phase 2 and in phase 3 INFC2005, which represents more than three-quarters of the total.

Fig. 2.2

Distribution of the sample selected for the INFC2015 field campaign in relation to the previous field surveys of INFC2005 / Distribuzione del campione selezionato per la campagna di rilievo INFC2015 in relazione ai precedenti rilievi in campo INFC2005

The number of sample units in the three phases and the resulting sampling rates by region and at a national level are shown in Table 2.3 together with the area represented by each sample point or plot. At the national level, the sampling rate of phase 2 and phase 3 is equal to 0.26 and 0.30, respectively, and the area represented by each sample unit is 3.9 km² for phase 2 units and 13.0 km² for phase 3. In the second phase, the sampling rate at regional level varies little, from 0.23 for Lombardia to 0.28 for Trentino, and the area represented by each sample unit varies from 3.7 km² in Toscana to 4.6 km² in Lombardia. In the third phase, the regional sampling rate varies from 0.23 for Toscana to 0.44 for Valle d'Aosta and Molise, while the area represented by a sample unit varies from 8.7 km² in Valle d'Aosta to 15.8 km² in Toscana.

Table 2.3 Number of INFC2015 sample units selected and surveyed and their representativity, by sampling phase and region / Numero di unità campionarie INFC2015 estratte e rilevate e relativa rappresentatività, per fase di campionamento e regione

2.4 National Grid

The grid used to subdivide the national territory into portions of equal area and identify the points of the INFC sample was built during the design of the second Italian inventory INFC2005. It contains quadrangular meshes, 1 km × 1 km, geometrically coupled to meridians and parallels. Such meshes, although square in plane projection only near the meridian of origin, comply everywhere with the requirement of identical area (1 km²) of each mesh (Fig. 2.3).

Fig. 2.3

Pieces of an ellipsoidal grid in three different zones of Italy: a North-Western zone, b along the meridian of origin, c South-Eastern zone. The different shape of the meshes can be observed, each having the same area / Porzioni di grigliato ellissoidico in tre zone diverse del territorio nazionale: a zona nord-occidentale, b centrale lungo il meridiano d’origine, c sud-orientale. Si osserva la diversa forma delle maglie, tutte aventi medesima superficie

The WGS84 datum (DMA, 1991) was adopted for the generation of the grid nodes, due to its perfect congruence with the GNSS systems that would have been used later for finding and positioning the points in the field. After establishing a pair of geographical coordinates, $\rm{\varphi }_0 ,\rm{\lambda }_0$, at the South-West corner of the quadrangle which contains the whole national territory, further nodes of the grid have been generated moving 1000 m eastwards along the same parallel. Once the South-East node of the quadrangle is reached, the procedure starts again from the initial node, this time moving 1000 m North along the meridian and repeating the previous step. The procedure was repeated until the quadrangle containing the national territory was completed, ending in the last North-East node (detailed algorithms available in Floris & Scrinzi, 2011).

Intersecting the grid with the border of the national territory, the actual inventory grid was identified and consisted of 306,831 quadrilateral meshes, with side 1000 m on the ellipsoid surface. By converting the geographical coordinates of the grid nodes into plane coordinates in the UTM-WGS84 reference system and recalculating the surface of each mesh with the Gauss formula for a closed polygon, deviations of less than one square metre were consistently obtained with respect to the nominal value of 1 km².

To randomly select a sample point for each grid mesh, a pair of angular positive values $\rm{ \delta \varphi ,\delta \lambda }$ has been added to the coordinates of the South-West node of each mesh in which a portion of the national territory is included (Fig. 2.4). The pair of angular values were randomly generated within the limits of 1000 m from the node itself. The sample points have again been intersected with the official national administrative borders, obtaining the final sample of 301,328 points.

Fig. 2.4

A piece of inventory grid in plane projection, with a mesh detail, a sample point (red dot) and $\rm{\delta \varphi ,\delta \lambda }$ from the SW node / Porzione di grigliato in proiezione piana, con dettaglio di una maglia, il relativo punto di campionamento (punto rosso) e $\rm{\delta \varphi ,\delta \lambda }$ dal nodo Sud-Ovest

The plane coordinates of the sample points have also been transformed into the reference systems UTM-ED50 and Gauss-Boaga-Roma40 (aka Italy-Monte Mario) (Cima et al., 2003) in such a way as to make the points identifiable on any kind of map or mapping tool used during the inventory surveys. As described in Chap. 3, the reference system Gauss-Boaga-Roma40 was adopted in the WebGIS platform Geoinfo and used for photointerpretation (cf. Chap. 3).

2.5 Reference Units for the Survey

In this text, the term sampling unit indicates the different reference units (i.e., points and plots) used to collect information on the numerous attributes detected by the INFC in different ways and at different phases of the survey. These comply with the expected accuracy goals and are in relation to the available financial and time resources.

In the first phase for the photointerpretation of land use and land cover, the sampling unit is the sample point with an analysis window consisting of nine contiguous squares, of 50 m side, arranged according to a 3 × 3 scheme, for a total area of 22,500 m² (Gasparini et al., 2014). The central square of the analysis window is centred on the sample point. The analysis window is functional to the assessment of the dimensional thresholds necessary for the correct application of the definition of Forest and Other wooded land adopted (cf. Sect. 2.2 and Chap. 3).

In the ground survey, besides the check of the classification of land use and land cover, many qualitative characteristics are assessed, including those related to a more detailed classification of the vegetation (Gasparini et al., 2016). The administrative and regulatory attributes, height and distance from the closest road are measured with reference to point C. Coverage of tree and shrub crowns is attributed by observing, both on the ground and in orthophotos, the central quadrant (50 × 50 m) of the analysis window used in the photointerpretation, called photoplot 2500 (FP2500). A circular area centred on point C, inscribed in the same central quadrant and with a radius of 25 m, known as the ground reference area (AdS25, area approximately 2000 m²) is the sampling unit for evaluating accessibility, descriptive characteristics of the vegetation, site characteristics, and the health status of the stand. In AdS25, further observations on qualitative characteristics related to management and silvicultural practices are also conducted (Fig. 2.5).

Fig. 2.5

Sampling units in INFC2015 and related attributes to be classified and measured, in brackets / Le unità di riferimento per i rilievi INFC2015 con indicazione degli attributi da rilevare per ciascuna di esse, tra parentesi

The third phase of INFC is mainly addressed to collect the quantitative data necessary for estimating dendrometric parameters (cf. Chap. 4). In INFC2015, the third phase measurements were carried out simultaneously with the classification of the qualitative characteristics in all points visited (cf. Sect. 2.3). Measurements are performed on circular sample plots, useful in maximising the area/perimeter ratio and reducing the number of edge elements (de Vries, 1986). Moreover, they can be easily instituted in the field by measuring the distance from the plot centre. Two concentric plots centred on point C, with a radius of 4 m and 13 m respectively (AdS4, area 50.27 m² and AdS13, area 530.93 m²), are used to select the standing trees of different size to be measured. AdS4 is used for measuring trees with DBH between 4.5 and 9.4 cm, and AdS13 is used for trees with DBH equal or larger than 9.5 cm. Tree heights, incremental cores, deadwood lying on the ground and stumps are measured and collected in AdS13. In addition, two circular sub-areas with a radius of 2 m (AdS2, area 12.57 m²), located 10 m eastwards and westwards from point C are dedicated to tree regeneration and shrub surveys.

Appendices

Appendix (Italian Version)

Riassunto La popolazione oggetto di studio dell’INFC è costituita dal Bosco e dalle Altre terre boscate così come definiti per il Global Forest Resources Assessment – FRA della FAO. Le statistiche INFC vengono prodotte per le 21 unità amministrative e territoriali italiane (regioni), le macrocategorie e categorie inventariali e le categorie forestali, che rappresentano ripartizioni del dominio inventariale. Il capitolo illustra il sistema di classificazione adottato per l’INFC e fornisce le descrizioni delle diverse classi. Vengono inoltre illustrati il disegno di campionamento adottato e la modalità di costruzione del reticolo nazionale 1 km × 1 km su cui si basa l’individuazione dei punti di campionamento. Infine, viene presentato il sistema di unità di riferimento (punti o aree di saggio) utilizzato per operare le classificazioni ed eseguire le misure previste dal protocollo di rilievo.

Introduzione

L’oggetto di studio di un’indagine statistica, costituito dall’insieme delle unità elementari di cui si intendono osservare uno o più caratteri ad esse comuni, viene indicato con il termine popolazione. La popolazione di interesse può essere suddivisa in domini di studio, ossia le sue diverse componenti per le quali è richiesto di produrre statistiche separate (OECD, 2007). La popolazione e le eventuali ripartizioni debbono essere individuate in modo chiaro e inequivocabile fin dall’avvio della progettazione dell’indagine. Con il termine dominio inventariale si intende qui l’oggetto di indagine dell’inventario forestale nazionale italiano INFC, rappresentato dal Bosco e dalle Altre terre boscate così come definiti per il rapporto sulle risorse forestali mondiali (Global Forest Resources Assessment—FRA) della FAO. Le ripartizioni del dominio inventariale sono rappresentate dalle 21 unità amministrative in cui è suddiviso il territorio italiano, 15 Regioni a statuto ordinario, 4 Regioni a statuto speciale, e due Province autonome, chiamate regioni per brevità; altre ripartizioni per le quali vengono prodotte statistiche separate sono quelle relative alle macrocategorie e categorie inventariali e alle categorie forestali.

Una volta individuata la popolazione di interesse e le sue ripartizioni, la progettazione di una indagine statistica richiede di definire la procedura di selezione delle unità da osservare attraverso un piano o disegno di campionamento. Questo riguarda la struttura del campione, le modalità per selezionare le unità della popolazione, la loro probabilità di inclusione nel campione stesso e la frazione o tasso di campionamento, da cui dipende la numerosità del campione (Fabbris, 1989). Le caratteristiche della popolazione di studio, dette parametri, vengono descritte a partire dai dati raccolti nel campione attraverso le tecniche di stima, ossia il calcolo di opportuni stimatori, quali ad esempio la media e la relativa varianza campio-naria. L’insieme costituito dal piano di campionamento e dagli stimatori viene detto strategia campionaria (Cicchitelli et al., 1997).

Il capitolo descrive i criteri adottati per definire il dominio inventariale dell’INFC e le sue ripartizioni. Vengono quindi descritti il piano di campionamento e il reticolo nazionale alla base della localizzazione sul territorio di osservazioni e misure. Le stesse vengono condotte in corrispondenza di punti o di aree di forma o dimensione diversa denominate nel complesso unità di campionamento, che vengono elencate e descritte nella parte conclusiva del capitolo. Gli stimatori e le procedure utilizzate per il calcolo delle stime inventariali sono invece oggetto dei Chaps. 5 e 6.

Dominio inventariale e sistema di classificazione

A partire dal secondo inventario forestale nazionale italiano INFC2005, il dominio inventariale corrisponde all’insieme delle aree caratterizzate da una copertura forestale rispondente alle definizioni di Foresta e di Altre terre boscate elaborate per l’indagine FAO Global FRA2000 (FAO, 1998, 2000). Tali definizioni sono state in seguito ulteriormente dettagliate e applicate in tutti i successivi FRA (FAO, 2010, 2012, 2018; FAO-ITTO, 2003), divenendo un punto di riferimento per l’armonizzazione delle statistiche forestali a scala internazionale. Esse si basano su alcune caratteristiche oggettive, alcune delle quali valutabili anche su foto aeree o altre immagini da remoto, purché a risoluzione sufficiente, e altre che richiedono l’osservazione al suolo per una conferma o per la corretta valutazione. Tra le prime, la dimensione minima in termini di estensione e larghezza delle aree con copertura arboreo-arbustiva. Tra le seconde, la copertura delle specie arboree, distinta da quella delle specie arbustive, l’altezza dei soggetti a maturità e l’uso del suolo.

Nell’INFC le due classi Bosco e Altre terre boscate, che insieme individuano il dominio inventariale, vengono denominate macrocategorie inventariali. Queste sono ripartite in classi di maggiore dettaglio chiamate categorie inventariali, alcune delle quali distinte per lo sviluppo in altezza dei soggetti di specie arboree, allo scopo di facilitare il confronto tra le stime del primo inventario forestale italiano IFNI85 e quelle del secondo inventario INFC2005. In IFNI85, infatti, la soglia per l’altezza delle piante a maturità è di 2 m. La Table 2.1 riporta le definizioni per le macrocategorie e le categorie inventariali utilizzate nel terzo inventario italiano INFC2015. Ai fini della trattazione dei risultati INFC2015 la categoria inventariale delle Aree temporaneamente prive di soprassuolo, originariamente distinta in sede di classificazione della vegetazione da parte dei rilevatori, è stata accorpata a quella dei Boschi alti. Inoltre, l’elenco delle categorie in Table 2.1 include la categoria residuale delle Aree boscate inaccessibili o non classificate, che si riferisce a tutte le situazioni non altrimenti classificabili incluse per convenzione, in sede di elaborazione dei dati, nelle Altre terre boscate. Si tratta di formazioni caratterizzate da una copertura arboreo-arbustiva superiore al 10% verificata da fotointerpretazione, ma per le quali manca una classificazione di maggiore dettaglio della vegetazione, principalmente a causa della loro totale inaccessibilità per i rilievi.

Il sistema di classificazione INFC prevede ulteriori due livelli oltre a quelli sopra descritti, rispettivamente delle categorie e sottocategorie forestali, che individuano i domini inventariali di maggiore dettaglio. Le formazioni delle categorie inventariali dei Boschi alti, dei Boschi bassi, dei Boschi radi e delle Boscaglie vengono classificate secondo 17 categorie forestali, gli Impianti di arboricoltura da legno secondo 3 categorie forestali e gli Arbusteti secondo ulteriori 3 categorie (Table 2.2). Le categorie forestali si articolano quindi in sottocategorie, in numero totale di 68 per i boschi, 7 per gli Impianti e 16 per gli Arbusteti, distinte sulla base della specie dominante o secondo criteri ecologici. Ad esempio, le sottocategorie Peccete subalpine e Peccete montane per i Boschi di abete rosso sono distinte sulla base di un criterio ecologico, mentre quelle della categoria delle Pinete mediterranee si differenziano per la specie (pino marittimo, pino domestico o d’Aleppo).

La categoria forestale viene assegnata in funzione della specie o del gruppo di specie dominanti in termini di copertura, quest’ultima valutata in un intorno del punto inventariale di superficie di circa 2000 m² (AdS25, cfr. Chap. 4). Dapprima viene determinato il gruppo di specie prevalente, se conifere, latifoglie decidue o latifoglie sempreverdi, e successivamente la categoria forestale in base alla o alle specie prevalente/i del gruppo, sempre in termini di copertura delle chiome. In INFC2015, in mancanza di una classificazione in campo della categoria forestale, il punto inventariale è stato assegnato alla classe non classificato. Il sistema di classificazione e le relative categorie e sottocategorie forestali (Pignatti, 2003) è stato definito in occasione della progettazione del secondo inventario italiano ed è stato mantenuto invariato anche nel terzo.

Disegno di campionamento

Il disegno dell’INFC comprende tre fasi di campionamento, con campioni estratti secondo un campionamento stratificato (Fattorini et al., 2006; Gasparini & Di Cosmo, 2016; Gasparini & Tabacchi, 2011). La prima fase (o fase 1) consiste nella classificazione preliminare dell’uso e copertura del suolo attraverso la fotointerpretazione di ortofoto (cfr. Chap. 3) in corrispondenza di oltre 301,000 punti (punti di campio-namento o punti inventariali), individuati in numero di uno per ciascuna maglia del reticolo 1 km × 1 km con cui è stata suddivisa la superficie nazionale (cfr. Sect. 2.4). Tale schema di campionamento viene definito tessellated sampling (Särndal et al., 1992). I punti sono posizionati entro le maglie con modalità casuale e perciò la loro distribuzione risulta di tipo sistematico non allineato (Gallego, 1995). Lo scopo della prima fase è quello di individuare i punti appartenenti agli strati di interesse per la fase di rilievo successiva, rappresentati dalle classi di uso e copertura forestale (Formazioni forestali, Formazioni forestali rade, Aree temporaneamente prive di soprassuolo e Impianti di arboricoltura da legno; cfr. Chap. 3) e dalla classe dei Punti non classificabili da ortofoto. Per l’INFC2015, inoltre, sono stati individuati ulteriori strati di interesse, come descritto nel seguito. La seconda fase di campionamento (o fase 2) interessa un sotto-campione dei punti di prima fase, oltre 30,000, selezionati secondo un campionamento stratificato per regione e classe di uso e copertura del suolo. I punti del campione di seconda fase vengono visitati al suolo, allo scopo di verificare la classificazione preliminare da fotointerpretazione, confermandola o meno, e assegnare la categoria inventariale e la categoria forestale. Durante i rilievi di seconda fase vengono inoltre valutati e classificati i caratteri qualitativi delle formazioni forestali (cfr. Chap. 4), allo scopo di produrre le stime della ripartizione della superficie forestale secondo le diverse caratteristiche (composizione per gruppi di specie, grado di copertura, tipo colturale, stadio di sviluppo, modalità di gestione, presenza di vincoli ed aree protette, caratteristiche delle stazioni forestali, condizioni della viabilità, ecc.) presentate in Chaps. 7, 8, 9, 10 e 11 del presente volume. La categoria forestale assegnata in seconda fase insieme all’uso e copertura del suolo e alla regione di appartenenza individuano gli strati di campionamento della terza fase (o fase 3). Per ciascuno degli strati appartenenti al Bosco viene estratto un sotto-campione dei punti di seconda fase su cui eseguire i rilievi di maggiore dettaglio, relativi ai caratteri quantitativi (cfr. Chap. 4). Le misure eseguite in terza fase su circa 7000 punti consentono di produrre le stime dei totali e delle densità, o valori per unità di superficie, delle variabili quantitative (volume, fitomassa, incremento annuo di volume, necromassa, ecc.) presentate in Chaps. 7, 9 e 12 del presente testo, importanti per valutare lo stato del patrimonio forestale italiano e il suo ruolo quale serbatoio di carbonio e riserva di biodiversità.

Il disegno di campionamento sopra descritto, delineato in occasione della progettazione di INFC2005, è stato applicato con alcuni adattamenti anche per INFC2015. Con la progettazione operativa, infatti, furono recepite le indicazioni provenienti sin dall’inizio dalla struttura operativa responsabile del coordinamento e della rea-lizzaziobe dell’INFC di organizzare i rilievi in un’unica campagna, includendo il maggior numero possibile di punti già rilevati nella precedente indagine, allo scopo di ridurre i tempi del rilievo al suolo e facilitarne l’organizzazione, pur mantenendo invariati la quantità, qualità e il livello di dettaglio delle statistiche prodotte.

Il campione di punti per i nuovi rilievi al suolo è stato quindi costituito includendo: (i) tutti i punti della terza fase INFC2005 non interessati da cambiamenti significativi dell’uso e copertura del suolo, (ii) i punti del campione di seconda fase INFC2005 interessati da cambiamenti significativi e (iii) un ulteriore campione, stra- tificato per regione, per gli strati costituiti da nuovi punti in aree boscate e impianti di arboricoltura da legno e da nuovi punti non classificabili. I cambiamenti significativi sono stati evidenziati dal confronto tra la fotointerpretazione di INFC2005 e quella di INFC2015 e sono relativi ai punti transitati da strati di interesse inventariale allo strato “altri usi del suolo” o viceversa. L’esito del confronto tra i risultati delle due sessioni di fotointerpretazione è riportato in Fig. 2.1 per l’insieme dei 301,271 punti ricadenti sul territorio nazionale secondo il giudizio dei fotointerpreti, sul totale di 301,328 punti individuati dal reticolo nazionale (cfr. Sect. 2.4). L’effettivo cambiamento da uso e copertura forestale ad altri usi del suolo è stato verificato su un sotto-campione di punti di seconda fase costituito da 2338 punti. Di questi, quasi la metà era risultata appartenere ad altri usi del suolo già nella seconda fase INFC2005 e pertanto non è stato necessario procedere ad una ulteriore verifica in campo. I rimanenti 1303 punti sono stati invece rilevati al suolo nel corso della campagna INFC2015 oppure classificati attraverso una ulteriore fotointerpretazione, su immagini più recenti, qualora inaccessibili per i rilevatori. I punti del campione di seconda fase non interessati da cambiamenti significativi dell’uso e copertura rappresentano la parte numericamente più consistente. Per essi è stato considerato valido lo strato di terza fase attribuito nel corso dei rilievi INFC2005 e i nuovi rilievi hanno riguardato 6597 punti del sotto-campione di terza fase. Il sotto-campione estratto per i nuovi punti transitati in strati di interesse inventariale, infine, è costituito da 874 punti. Il tasso di campionamento per questi strati è inferiore a quello adottato per gli altri strati, a causa dei limiti sopra ricordati, ma è stato ritenuto idoneo per valutare l’effettivo cambiamento dell’uso e copertura del suolo e allo stesso tempo assicurare una ripartizione equilibrata del campione complessivo di punti interessato dai rilievi.

Complessivamente, il campione di seconda fase INFC2015 è costituito da 30,877 punti di cui 8774 sono stati classificati per i caratteri qualitativi durante la campagna di rilievo o, se inaccessibili, valutati a distanza o mediante ortofoto recenti, allo scopo di verificare l’uso e copertura del suolo e la categoria forestale. Di questi, 6993 punti sono stati oggetto di misure per la stima dei caratteri quantitativi e costituiscono il campione di terza fase INFC2015. La composizione del campione selezionato per la campagna di rilievo INFC2015 è illustrata in Fig. 2.2; il gruppo più numeroso è quello delle unità campionarie già rilevate sia in fase 2 sia in fase 3 INFC2005, che rappresenta oltre i tre quarti del totale.

La numerosità delle unità campionarie nelle tre fasi e i tassi di campionamento risultanti per regione e a livello nazionale sono riportati in Table 2.3 unitamente alla superficie rappresentata da ciascun punto o area di saggio inventariale. A livello nazionale, il tasso di campionamento di fase 2 e di fase 3 è rispettivamente pari a 0.26 e 0.30 e la superficie rappresentata da ciascuna unità di campionamento è di 3.9 km² per la fase 2 e 13.0 km² per la fase 3. Nella seconda fase, il tasso di campionamento a livello regionale varia di poco, da 0.23 per la Lombardia a 0.28 per il Trentino, e la superficie rappresentata da ciascuna unità di campionamento varia da 3.7 km² in Toscana a 4.6 km² in Lombardia. Nella terza fase il tasso di campionamento regionale varia da 0.23 per la Toscana a 0.44 per Valle d’Aosta e Molise, mentre la superficie rappresentata da una unità di campionamento varia da 8.7 km² in Valle d’Aosta a 15.8 km² in Toscana.

Il reticolo nazionale

Il reticolo impiegato per suddividere il territorio nazionale in porzioni di uguale superficie e individuare quindi i punti del campione INFC è stato generato in occasione della progettazione del secondo inventario forestale italiano INFC2005. Si tratta di un reticolo a maglie quadrangolari, di dimensione 1 km × 1 km, geometricamente agganciate a meridiani e paralleli; tali maglie, pur avendo forma quadrata in proiezione piana solo in prossimità del meridiano di origine, hanno ovunque una superficie identica, pari a 1 km² (Fig. 2.3).

Per la generazione dei nodi del reticolo è stato adottato il datum WGS84 (DMA, 1991), per la sua perfetta congruenza con i sistemi GNSS che sarebbero stati impiegati in seguito per l’identificazione e il posizionamento dei punti in campo. Stabilite delle coordinate geografiche di origine (emanazione) in detto sistema, ${\upvarphi }_{0}, {\uplambda}_{0}$, nello spigolo Sud-Ovest del quadrilatero che contiene tutto il territorio nazionale, ulteriori nodi del reticolo sono stati generati muovendosi verso Est lungo lo stesso parallelo con passo di 1000 m. Giunti nel nodo a Sud-Est del quadrilatero, la procedura riparte dal nodo iniziale di emanazione, spostandosi questa volta di 1000 m a Nord lungo il meridiano e ripetendo il passo precedente. La procedura è stata reiterata fino alla completa copertura del quadrilatero di contenimento del territorio nazionale, terminando nel nodo a Nord-Est (dettagli degli algoritmi disponibili in Floris & Scrinzi, 2011). Intersecando il reticolo così ottenuto con la superficie del territorio nazionale, è stato individuato il reticolo inventariale vero e proprio, costituito da 306,831 maglie quadrangolari di lato 1000 m sulla superficie ellissoidica. Convertendo le coordinate geografiche dei nodi del reticolo in coordinate piane nel sistema di riferimento UTM-WGS84 e ricalcolando la superficie di ciascuna maglia con la formula di Gauss per una poligonale chiusa, si sono ottenuti sempre scostamenti inferiori al metro quadro, nel confronto con il valore atteso di 1 km².

Al fine di determinare le coordinate dei punti di campionamento, in numero di uno per maglia del reticolo, al nodo Sud-Ovest di ciascuna maglia in cui fosse compresa una porzione del territorio nazionale è stata associata una coppia di valori angolari positivi $\rm{\delta \varphi }$ e $\rm{\delta \lambda }$ generati casualmente entro i limiti di 1000 m dal nodo stesso (Fig. 2.4). I punti di campionamento sono stati nuovamente intersecati con i limiti amministrativi nazionali ufficiali, ottenendo il campione definitivo di 301,328 punti. Le coordinate piane dei punti di campionamento sono state trasformate anche nei sistemi di riferimento UTM-ED50 e Gauss-Boaga-Roma40 (Cima et al., 2003), in modo da rendere i punti individuabili su qualsiasi supporto cartografico, cartaceo o digitale, in uso durante i rilievi inventariali. In particolare, il sistema di riferimento Gauss-Boaga-Roma40 è quello adottato nella piattaforma GeoInfo, utilizzata per la fotointerpretazione (cfr. Chap. 3).

Le unità di riferimento per i rilievi

Con il termine unità di campionamento vengono indicate, in questo testo, le diverse unità di riferimento (punti e aree) dove acquisire le informazioni sui numerosi attributi rilevati dall’INFC, con diverse modalità di rilievo e in fasi diverse dell’indagine, rispettando i previsti obiettivi di accuratezza e in relazione alle risorse, materiali e di tempo, a disposizione.

Il riferimento della fotointerpretazione di prima fase, finalizzata alla classificazione di uso e copertura del suolo, è il punto di campionamento con relativo intorno di analisi costituito da nove quadrati contigui, ciascuno avente 50 m di lato, disposti secondo uno schema 3 × 3, per un’area totale di 22,500 m² (Gasparini et al., 2014). Il quadrato centrale dello schema è centrato sul punto di campionamento. L’intorno di analisi è funzionale alla valutazione dei requisiti dimensionali necessari per la corretta applicazione delle definizioni di Bosco e di Altre terre boscate adottate (cfr. Sect. 2.2 e Chap. 3).

In campo, oltre alla verifica della classificazione di uso e copertura del suolo, vengono rilevati molti caratteri di tipo qualitativo, tra cui quelli necessari alla classificazione di maggior dettaglio del tipo di vegetazione (Gasparini et al., 2016). Gli attributi di tipo amministrativo e normativo, la quota e la distanza dalla viabilità vengono rilevati con riferimento al punto C. Il grado di copertura delle chiome di alberi e arbusti viene attribuito osservando, sia sul terreno che su ortofoto, il qua-drante centrale (50 × 50 m) dell’intorno di analisi utilizzato in fotointerpretazione di fase 1, chiamato photoplot 2500 (FP2500). Un’area circolare avente per centro il punto C, inscritta nel medesimo quadrante centrale e con raggio pari a 25 m, denominata AdS25 e con superficie di circa 2000 m², è invece l’unità di campionamento per il rilievo dell’accessibilità, dei caratteri descrittivi della vegetazione, delle caratte- ristiche stazionali e dello stato di salute del soprassuolo. In AdS25 vengono acquisite anche le osservazioni sui caratteri qualitativi inerenti alla gestione e alla selvicoltura (Fig. 2.5).

La terza fase INFC è deputata principalmente all’acquisizione di dati quantitativi necessari alla stima delle grandezze dendrometriche. In INFC2015 la terza fase di rilievi è stata eseguita contestualmente alla classificazione ex novo dei caratteri quali-tativi in tutti i punti visitati (cfr. Sect. 2.3). I rilievi dendrometrici vengono eseguiti su aree di saggio di forma circolare utili per massimizzare il rapporto area/perimetro e ridurre il numero di elementi limite (de Vries, 1986), che possono essere facilmente materializzate in campo attraverso la semplice verifica della distanza dal punto centrale. Vengono istituite due aree concentriche aventi come centro il punto C, con raggio rispettivamente di 4 m (AdS4, superficie pari a 50.27 m²) e 13 m (AdS13, superficie pari a 530.93 m²). AdS4 viene utilizzata per le misure sui soggetti aventi d_1.30 compreso tra 4.5 e 9.4 cm, AdS13 per le misure sui soggetti con d_1.30 maggiore o uguale a 9.5 cm. In AdS13 vengono eseguiti anche i rilievi delle altezze degli alberi, il prelievo delle carote incrementali, le misure sul legno morto a terra e sulle ceppaie. Vengono inoltre istituite due sotto-aree circolari aventi raggio di 2 m (AdS2, superficie pari a 12.57 m²), con centro a 10 m dal punto C in direzione Est e Ovest, dedicate ai rilievi della rinnovazione e delle specie arbustive.