Modellizzazione di Regimi di Incendio in Sistemi Socio-Ecologici attraverso analisi geospaziali

Fires in the Anthropocene are a complex process driven by a multitude of interacting factors. Understanding how these factors affect fire and its features, such as frequency, seasonality, and severity – collectively referred to the concept of fire regime - is essential to develop landscape strategies aimed at reducing hazards and restoring the ecological role of fire. In this thesis, we investigated large scale fire behaviour within Social-Ecological Systems, a framework that extends the concept of ecosystems by integrating human and ecological factors. Specifically, we focused on clarifying the relationships between complex land-use dynamics and land governance models, and fire regimes, while accounting for climate, landscape, and social variables. Additionally, we aimed to assess the impacts of fires driven by such processes on key dimensions of interest, such as forest vegetation. Our methodology primarily relied on geospatial analysis and statistical regression modelling, using both traditional and machine learning approaches, to produce quantifiable and spatially explicit results. Our three case studies were selected to represent contrasting contexts and varying geographical scales. In the first research chapter, we analysed the effects of devegetation (i.e., native vegetation loss due to anthropogenic land conversion) on fire occurrence, size distribution, and seasonality across five states in the Brazilian Cerrado. Additionally, we quantified the loss of native vegetation caused by fires linked to devegetation and identified land tenure types that effectively limit these impacts. Our findings indicate that approximately 12% of all the burned area in the case study is attributable to the devegetation process, which is responsible for burning one fourth of the native vegetation surface in the study area, with altered seasonality and size. Protected Areas and Indigenous Lands emerged as highly effective tools in limiting these impacts. In the second chapter, we evaluated the effects of land abandonment on fire occurrence within the forest landscapes of Italy's Piedmont region. We also assessed the potential of protection and rewilding policies to mitigate fire-related impacts. Our results show that land abandonment increases fire occurrence, regardless of forest category or landscape features, especially within protected areas. In the third chapter, we examined fire occurrence and impacts distribution across Italy. Our results showed that, net of various climatic, landscape, and socio-economic drivers, fire impacts are significantly prevented and mitigated in areas that implement active governance through sustainable agropastoral and forest management systems, protected areas, and biodiversity conservation and rural development strategies. Overall, this thesis shows that fire regimes are heavily influenced by complex processes shaping Social-Ecological Systems, providing quantitative insights. It also identifies the most suitable strategies for addressing altered fire regimes and their associated impacts, according to specific context.

Gli incendi nell’Antropocene sono un processo complesso determinato da molteplici fattori. Comprendere come questi fattori influenzino gli incendi e le loro caratteristiche, come frequenza, stagionalità e severità – riferite nel loro insieme al concetto di regime degli incendi – è essenziale per sviluppare strategie paesaggistiche mirate a ridurre i rischi e a ripristinare il ruolo ecologico del fuoco. In questa tesi, abbiamo analizzato il comportamento degli incendi su larga scala all’interno dei Sistemi Socio-Ecologici, un framework che estende il concetto di ecosistema integrando fattori umani ed ecologici. In particolare, ci siamo concentrati sul chiarire le relazioni tra le dinamiche complesse di uso del suolo ed i modelli di governance territoriale ed i regimi degli incendi, tenendo conto di variabili climatiche, paesaggistiche e sociali. Inoltre, abbiamo mirato a valutare gli impatti degli incendi generati da tali processi su dimensioni di interesse, come la vegetazione forestale. La nostra metodologia si è basata principalmente su analisi geospaziali e modelli di regressione statistica, utilizzando approcci tradizionali e di machine learning, per produrre risultati quantificabili e spazialmente espliciti. I tre casi di studio selezionati rappresentano contesti contrastanti e diverse scale geografiche. Nel primo capitolo della tesi, abbiamo analizzato gli effetti della devegetazione (ossia la perdita di vegetazione naturale dovuta alla conversione antropica di uso del suolo) sull’occorrenza degli incendi, la distribuzione delle dimensioni e la stagionalità, in cinque stati del Cerrado brasiliano. Inoltre, abbiamo quantificato la perdita di vegetazione naturale causata dagli incendi legati alla devegetazione e identificato i tipi di gestione del territorio che limitano efficacemente questi impatti. I nostri risultati indicano che circa il 12% di tutta l’area bruciata nel caso studio è attribuibile al processo di devegetazione, responsabile della degradazione di un quarto della superficie di vegetazione naturale nell’area di studio, con alterazioni di stagionalità e delle dimensioni. Le Aree Protette e le Terre Indigene si sono dimostrate strumenti altamente efficaci nel limitare questi impatti. Nel secondo capitolo, abbiamo valutato gli effetti dell’abbandono del territorio sull’occorrenza degli incendi nei paesaggi forestali della regione Piemonte, in Italia. Abbiamo inoltre analizzato il potenziale delle politiche di protezione e rewilding nel mitigare gli impatti legati agli incendi. I nostri risultati mostrano che l’abbandono del territorio aumenta l’occorrenza degli incendi, indipendentemente dalla categoria forestale o dalle caratteristiche del paesaggio, soprattutto all’interno delle aree protette. Nel terzo capitolo, abbiamo esaminato l’occorrenza degli incendi e la distribuzione degli impatti in tutta Italia. I nostri risultati hanno mostrato che, al netto di vari fattori climatici, paesaggistici e socioeconomici, gli impatti degli incendi vengono significativamente prevenuti e mitigati nelle aree che implementano una governance attiva attraverso sistemi di gestione agro-pastorale e forestale, aree protette, e strategie di conservazione della biodiversità e per lo sviluppo rurale. Nel complesso, la tesi dimostra che i regimi degli incendi sono fortemente influenzati da processi complessi che modellano i Sistemi Socio-Ecologici, fornendo approfondimenti quantitativi. Identifica inoltre le strategie più appropriate per affrontare i regimi alterati degli incendi e impatti associati, in base al contesto specifico.