A palynological approach for assessing long-term plant biodiversity changes under climate and human impacts in Italian high-naturalistic-value areas

PhD Thesis (2022-2025) by Cristina Ricucci, PhD Course in "Models and Methods for Material and Environmental Sciences" (http://www.m3es.unimore.it/site/home.html)

Tutor: Prof.ssa Assunta Florenzano,  Laboratorio di Palinologia e Paleobotanica, Dipartimento di Scienze della Vita, Università di  Modena e Reggio Emilia

This PhD project, funded by the PNRR-NBFC, aims to investigate plant biodiversity changes during the Holocene in Italian natural areas and assess the influence of climatic and anthropic factors in order to provide useful insights for the identification of future strategies for monitoring, conservation and valorization of Italian biodiversity.

Italy is in the heart of the Mediterranean basin, one of the most threatened global biodiversity hotspots, characterized by a high rate of endemism and significant human impact. The European Union’s ecological network, Natura 2000, serves as a key tool for conserving Europe’s natural heritage through regulated monitoring and management of habitats and species of community interest.

Biodiversity research traditionally focuses on the spatial distribution and abundance of species, often overlooking a crucial dimension: the temporal scale. A long-term perspective is essential for reconstructing the evolution of present-day landscapes, understanding the relationships between key influencing factors - such as climate and human activities – and their effect and responses on natural habitats.

In this perspective, three study sites within Italian natural and protected areas were selected in this project. Each site characterizes a diversified environmental context in southern, central and northern Italy, reflecting the ecological and environmental heterogeneity of the Italian peninsula.

·       Lago Lao (CN), Piedmont - Situated in the Regional Natural Park of the Ligurian Alps, this active raised sphagnum bog is classified as a priority habitat in the EU (7110*) but is not currently included in the Natura 2000 Network. The Southwestern Alps are among the richest centers of endemism in the Alps and one of the mountain systems most vulnerable to climate change. This area has also experienced a long history of human activities (e.g., transhumance, metal mining) since the late Neolithic period.  

·       Lago di Burano (GR), Tuscany - A brackish coastal lagoon in southern Tuscany, this site is recognized as a Nature Reserve, WWF Oasis, and a Wetland of International Value (Ramsar site). It is also part of the Natura 2000 Network (IT51A0033, IT51A0031), with habitats and species of community importance. Coastal wetlands are biodiversity-rich ecosystems, extremely sensitive to environmental changes and involving a long history of human settlements (e.g., Etruscan and Roman civilizations).

·       STAPE site “Stagno del Pesce” (PZ), Basilicata - Located in the Oriented “Bosco Rubbio” Natural Reserve, in the Pollino National Park (IT9210075, IT9210275), this site is within a beech-dominated forest, near a remnant stand of mixed beech-silver fir forest (Fagus sylvatica-Abies alba), a priority EU conservation habitat [9220*] at the lower limit of distribution of silver fir. This interdisciplinary study, integrating geomorphological, palynological, and palaeoclimatic analyses, will enhance our understanding of past plant biodiversity dynamics in these areas. The findings will help mitigate environmental treats and support the long-term conservation of these high-naturalistic value ecosystems.

Questo progetto di dottorato, finanziato dal PNRR-NBFC, mira a studiare i cambiamenti della biodiversità vegetale durante l'Olocene in aree naturali italiane ed indagare l’influenza di fattori climatici e antropici al fine di fornire utili spunti per l’identificazione di future strategie di monitoraggio, conservazione e valorizzazione della biodiversità italiana.

L'Italia si trova nel cuore del bacino del Mediterraneo, uno degli hotspot di biodiversità globale più minacciati a causa dell'alto tasso di endemismo e del significativo impatto umano. L'istituzione di una rete ecologica all'interno dell'Unione Europea (Rete Natura 2000) è uno strumento chiave per la conservazione del patrimonio naturale europeo, che si realizza attraverso pratiche regolamentate di monitoraggio e gestione di habitat e specie di interesse comunitario. Tradizionalmente le ricerche sulla biodiversità prevedono lo studio della distribuzione e abbondanza delle specie nello spazio, trascurando una dimensione cruciale: la scala temporale. Una prospettiva a lungo termine è essenziale per ricostruire l’evoluzione dei paesaggi attuali, comprendendo le relazioni tra i principali fattori di influenza - come il clima e le attività umane – il loro effetto e le risposte sugli habitat naturali.

In questa prospettiva, in questo progetto sono stati selezionati tre siti di studio corrispondenti ad aree naturali e protette italiane. Ogni sito caratterizza un contesto ambientale diversificato nell'Italia meridionale, centrale e settentrionale, riflettendo l'eterogeneità ecologica e ambientale della penisola italiana.

·       Lago Lao (CN), Piemonte - Situato nel Parco Naturale Regionale delle Alpi Liguri, questa torbiera alta attiva di sfagno è classificata come habitat prioritario in UE (7110*) ma non è attualmente inclusa nella Rete Natura 2000.  Le Alpi sudoccidentali sono tra i centri più ricchi di endemismi nelle Alpi e uno dei sistemi montuosi più vulnerabili ai cambiamenti climatici. Queste aree hanno anche sperimentato una lunga storia di attività umane (ad es., transumanza, estrazione di metalli) sin dal tardo Neolitico.

·       Lago di Burano (GR), Toscana – Si tratta di una laguna costiera salmastra situata nella Toscana meridionale, riconosciuto come Riserva Naturale, Oasi WWF, Zona Umida di Valore Internazionale (sito Ramsar) e parte della Rete Natura 2000 con habitat e specie di importanza comunitaria (IT51A0033, IT51A0031). Le zone umide costiere sono ambienti ricchi di biodiversità, estremamente sensibili ai cambiamenti ambientali e caratterizzati da una lunga storia di insediamenti umani (ad es., civiltà etrusca e romana).

·       STAPE “Stagno del Pesce” (PZ), Basilicata - Situato nella Riserva Naturale Orientata “Bosco Rubbio”, nel Parco Nazionale del Pollino (IT9210075, IT9210275), questo sito si trova all’interno di una foresta dominata dal faggio, in prossimità di un nucleo superstite di foresta mista faggio-abete bianco (Fagus sylvatica-Abies alba),un  habitat prioritario per la conservazione nell’UE [9220*] e al limite inferiore di distribuzione dell’abete bianco.

Questo studio interdisciplinare, che integra analisi geomorfologiche, palinologiche e paleoclimatiche, migliorerà la nostra comprensione delle dinamiche della biodiversità vegetale passata in queste aree. I risultati contribuiranno ad attenuare i danni ambientali e a sostenere la conservazione a lungo termine di questi ecosistemi ad elevato valore naturalistico.