Windstorms impacts on protective forests: assessing vulnerability and defining intervention strategies

Natural disturbances are a primary driver of forest dynamics, thus shaping their composition and structure, and determining succession trajectories. Among these, windstorms represent one of the main large-scale disturbances that shapes the European landscape and influences European forest structure. Furthermore, because of climate change storms and windthrow are expected to increase in frequency and intensity. Therefore, research efforts in forestry have been focussing on the development of analytical and modelling tools to support forest management decisions in post-disturbance management and in increasing wind resistance in forest stands. Recent catastrophic wind damage to European forests has shown that wind damage risk applies also to montane forests. As a matter of fact, mountain forests provide multiple ecosystem services of great importance, such as protection against natural hazards, conservation of biodiversity, erosion mitigation, etc. After a stand-replacing event, the conservation or fast restoration of all these ecosystem services should be the target of post-disturbance management, but currently, traditional practices, mainly salvage logging, are often leading to their depletion. The study of the impact of salvage logging, i.e., the removal of almost all lying logs and damaged trees, on the protective function of mountain stands has been poorly addressed. Structural biological legacies (i.e., snags, logs, stumps) may provide protection for the natural regeneration as well as they may increase the general terrain roughness, providing a shielding effect against gravitative hazards like rockfall. The present thesis will investigate how biological legacies affect the multifunctionality of mountain forests and how they can maintain a certain efficiency in protection against natural hazards after a windthrown. In the thesis, some analysis related to the general susceptibility of Alpine forests to wind damage will be also presented, to understand which areas are more likely vulnerable to future wind damage. Mapping vulnerability to natural disturbances and natural hazards is an essential tool for forest planning and management. The available forest wind risk models have been tested and used mainly on production or planted forests in different countries, but never in the complexity of mountainous terrains. Part of this study is related to the introduction of a methodology for the validation of a new parametrization of a ForestGALES wind risk model for the alpine environment. The final aim of the project is to have a deeper knowledge of the dynamics of the recovering process and post-disturbance forest management so that it will be possible to delineate the best intervention practices that can enhance the resistance, resilience, and multifunctionality of future mountain forests.

I disturbi naturali sono fattori principali nell’ecologia forestale, questi modellano infatti la composizione e la struttura di una foresta determinandone le traiettorie successionali. Tra i disturbi naturali le tempeste di vento registrano il maggiore impatto sulle foreste europee. Inoltre, a causa dei cambiamenti climatici, si prevede che le tempeste aumentino di frequenza e intensità. Per questo motivo negli ultimi anni la ricerca in campo forestale si è concentrata sullo sviluppo di strumenti analitici e di modellistica per supportare le decisioni di gestione forestale nella fase post-disturbo e per aumentare la resistenza al vento nei popolamenti forestali. I recenti danni causati dal vento alle foreste europee hanno dimostrato che questo anche le foreste montane sono a rischio. Va sottolineato che le foreste di montagna forniscono molteplici servizi ecosistemici di grande importanza, come la protezione dai pericoli gravitativi naturali, la conservazione della biodiversità, la mitigazione dell'erosione, ecc. Dopo un evento di alta severità, la conservazione o il rapido ripristino di tutti questi servizi ecosistemici dovrebbe essere tra gli obiettivi primari della gestione post-disturbo. Alcune pratiche tradizionali, come il salvage logging ossia la rimozione di quasi tutti i tronchi a terra e degli alberi danneggiati dopo un disturbo, vanno a minare l’efficacia di questa importante funzione. Gli effetti del salvage logging sono infatti oggetto di dibattito; le biological legacies strutturali (ad esempio tronchi e ceppaie) possono fornire protezione per la rinnovazione naturale e aumentare al contempo la rugosità generale del terreno, fornendo un effetto di barriera e mitigazione contro i rischi gravitativi, ad esempio la caduta di massi. Questa tesi intende indagare come le biological legacies possano influenzare e mantenere la multifunzionalità delle foreste montane e come queste possano garantire una certa efficienza nella protezione contro i rischi naturali dopo un disturbo da vento. In questa tesi saranno presentate anche alcune analisi relative alla suscettibilità generale delle foreste alpine ai danni da vento, per capire quali aree sono più probabilmente vulnerabili a futuri danni da vento. La mappatura della vulnerabilità ai disturbi naturali e ai rischi naturali è uno strumento essenziale per la pianificazione e la gestione forestale futura. I modelli di rischio ai danni da vento in ambito forestale disponibili sono stati testati e utilizzati principalmente su foreste di produzione o piantagioni in diversi Paesi, ma mai nella complessità dei terreni montani. Parte di questo studio riguarderà l'introduzione di una metodologia per la validazione di una nuova parametrizzazione, dedicata all'ambiente alpino, per il modello di valutazione della vulnerabilità ai danni da vento ForestGALES. L'obiettivo finale di questo progetto di tesi è quello di approfondire la conoscenza delle dinamiche che seguono un evento di disturbo da vento e della relativa gestione forestale post-disturbo, in modo da poter delineare le migliori pratiche di intervento che possano migliorare la resistenza, la resilienza e la multifunzionalità delle future foreste montane.