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Lo studio della Lo studio della struttura spaziale struttura spaziale (pattern) e del (pattern) e del dominio dominio spaziale spaziale (scala) dei fenomeni costituisce un argomento centrale (scala) dei fenomeni costituisce un argomento centrale in ecologia e unifica le sue discipline, dalla biologia delle in ecologia e unifica le sue discipline, dalla biologia delle popolazioni all'ecologia ecosistemica, dalla ecologia di base a popolazioni all'ecologia ecosistemica, dalla ecologia di base a quella applicata. quella applicata. SCALA ED ECOLOGIA: Non esiste una unica scala naturale alla quale un fenomeno Non esiste una unica scala naturale alla quale un fenomeno ecologico può essere studiato ma i sistemi ecologici di solito ecologico può essere studiato ma i sistemi ecologici di solito mostrano una variabilità caratteristica in una gamma di scale mostrano una variabilità caratteristica in una gamma di scale spaziali, temporali e di livelli di organizzazione spaziali, temporali e di livelli di organizzazione Scala: dal latino Scala: dal latino scala scala , collegato con , collegato con scandere scandere (scandire, misurare i versi) (scandire, misurare i versi)

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Lo studio della Lo studio della struttura spazialestruttura spaziale (pattern) e del (pattern) e del dominio dominio spazialespaziale (scala) dei fenomeni costituisce un argomento centrale (scala) dei fenomeni costituisce un argomento centrale in ecologia e unifica le sue discipline, dalla biologia delle in ecologia e unifica le sue discipline, dalla biologia delle popolazioni all'ecologia ecosistemica, dalla ecologia di base a popolazioni all'ecologia ecosistemica, dalla ecologia di base a quella applicata. quella applicata.

SCALA ED ECOLOGIA:

Non esiste una unica scala naturale alla quale un fenomeno Non esiste una unica scala naturale alla quale un fenomeno ecologico può essere studiato ma i sistemi ecologici di solito ecologico può essere studiato ma i sistemi ecologici di solito mostrano una variabilità caratteristica in una gamma di scale mostrano una variabilità caratteristica in una gamma di scale spaziali, temporali e di livelli di organizzazionespaziali, temporali e di livelli di organizzazione

Scala: dal latino Scala: dal latino scalascala, collegato con , collegato con scanderescandere (scandire, misurare i versi)(scandire, misurare i versi)

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Il concetto di paesaggio e la scalaIl concetto di paesaggio e la scalaAree vaste

Forman & Godron (1986): i paesaggi sono sistemi di sistemi ambientali che esistono alla scala di chilometri e comprendono elementi riconoscibili, riconducibili a tipi di ecosistemi e insediamenti umani e/o altri elementi antropogeni.

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Allen & Allen & HoekstraHoekstra (1992): dato che l’eterogeneità spaziale è (1992): dato che l’eterogeneità spaziale è presente ad ogni scala, l’ecologia del paesaggio costituisce un presente ad ogni scala, l’ecologia del paesaggio costituisce un approccio “spaziale” allo studio di qualsiasi problema ecologicoapproccio “spaziale” allo studio di qualsiasi problema ecologico

La scala corretta dipende da ciò che si sta studiando

Aree di piccole dimensioniAree vaste

Elementi del paesaggio (macchie, corridoi)

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Componenti della scala spaziale: I) GRANA

La minima risoluzione dei dati. La grana dipende dalla scala e rappresenta l’unità minima campionata. Nei dati raster, corrisponde alla dimensione delle celle; nei dati misurati in campagna alla dimensione dei plot; nelle immagini da satellite, alla dimensione del pixel; in un GIS vettoriale, all'unità minima cartografabile

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In un GIS (Geographic Information System) vengono memorizzati,e manipolati differenti tipi di dati che sono disposti in un sistema di coordinate comuni

Sovrapposizione di diversi temi all'interno di un GIS(overlay)

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Un paesaggio può essere rappresentato all’interno di un GIS in due formati principali:

1) reticolato di celle (Raster) 2) vettori e nodi che costituiscono poligoni (vettoriale)

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L'ampiezza o estensione generalmente viene definita come i confini o dimensione dell'area di studio.

Componenti della scala spaziale: II) ESTENSIONE

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Componenti della scala spaziale: grana

Effetti dell’incremento della grana in una carta raster. Degradata con un filtro di majority assignment

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Componenti della scala spaziale: estensione

Effetti dell’incremento della estensione in una carta raster.

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La grana e l'ampiezza sono correlate. In genere i lavori a granaLa grana e l'ampiezza sono correlate. In genere i lavori a granafine si effettuano in aree ridotte. fine si effettuano in aree ridotte.

Il contenuto d'informazione è sempre correlato con la grana Il contenuto d'informazione è sempre correlato con la grana (negli studi a grana fine si tende a misurare più variabili).(negli studi a grana fine si tende a misurare più variabili).

La natura in realtà possiede una La natura in realtà possiede una grana fine ed una ampiezza grana fine ed una ampiezza molto estesamolto estesa, però per realizzare un campionamento di solito è , però per realizzare un campionamento di solito è necessario sacrificare la grana fine per poter coprire aree necessario sacrificare la grana fine per poter coprire aree estese o invece definire una ampiezza ristretta per i casi dove estese o invece definire una ampiezza ristretta per i casi dove si desiderano dati a grana fine.si desiderano dati a grana fine.

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Mentre la scala definisce la misura spaziale di uno studio, i livelli di organizzazione dipendono dai criteri scelti per la definizione dei sistemi. Ad esempio uno studio sulle popolazionio uno a livello di ecosistema si può svolgere a grande o piccolascala.

Alcuni termini da chiarire

"Scala" e "livello di organizzazione"

Le espressioni "Scala ecologica" e "scala cartografica" hanno un significato opposto. In cartografia la scala rappresenta un rapporto tra la distanza rappresentata sulla carta e quella reale, e quindi una scala grande cartografica possiede una grana fine e copre un'area relativamente piccola. Il termine "scala", in ecologia, possiede un significato intuitivo che assomiglia a quello di "ampiezza", quindi l'espressione "scala grande" di solito viene interpretata come "aree vaste e poco dettaglio" con una conseguente grana grossolana.

"Scala ecologica" e "scala cartografica"

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Si è molto discusso sul fatto che un fenomeno ecologico tenda Si è molto discusso sul fatto che un fenomeno ecologico tenda a manifestarsi a scale spazioa manifestarsi a scale spazio--temporali ristrette ben precise e temporali ristrette ben precise e caratteristiche, cioè che si svolge in un determinato caratteristiche, cioè che si svolge in un determinato dominio dominio spaziospazio--temporaletemporale. Secondo queste teorie, ogni fenomeno . Secondo queste teorie, ogni fenomeno presenta una scala alla quale si manifesta chiaramente ed un presenta una scala alla quale si manifesta chiaramente ed un cambio di scala conduce ad una perdita di chiarezza su alcuni cambio di scala conduce ad una perdita di chiarezza su alcuni fenomeni, ed un guadagno in nitidezza su altri.fenomeni, ed un guadagno in nitidezza su altri.

Esistenza di una scala caratteristica

Ad esempio se la estensione o scala ecologica in un sistema Ad esempio se la estensione o scala ecologica in un sistema viene aumentata:viene aumentata:

⇒⇒ i fenomeni percepibili a scale fini o tendono a i fenomeni percepibili a scale fini o tendono a presentare tendenze medie o diventano costanti;presentare tendenze medie o diventano costanti;⇒⇒ se si incrementa l’ampiezza di uno studio, i parametri se si incrementa l’ampiezza di uno studio, i parametri che erano costanti alla scala precedente diventano che erano costanti alla scala precedente diventano variabili e dunque devono essere misurati;variabili e dunque devono essere misurati;⇒⇒ emergono delle interazioni nuove non evidenti in studi emergono delle interazioni nuove non evidenti in studi effettuati ad ampiezze minori.effettuati ad ampiezze minori.

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Tre variabili nello steso periodo una varia lentamente (es. clima), un’altra a velocità media (es. composizione della comunità), un’altra velocemente (es. fotoperiodo).

Una variabile a risoluzione temporale diversa

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Delcourt (1983) propose l’esistenza di una gerarchia spazio-temporale dei fenomeni ecologici. E’ possibile ad esempio individuare il dominio spazio temporale dei regimi di disturbo, delle risposte biotiche e della struttura della vegetazione e di conseguenza identificare:la dimensione dei campioni e la periodicità delle osservazioni più idonee.

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Qual è la scala giusta?Qual è la scala giusta?

Il fatto che non esista una sola scala alla Il fatto che non esista una sola scala alla quale descrivere un sistema non significa quale descrivere un sistema non significa che tutte le scale vadano bene o, al che tutte le scale vadano bene o, al contrario, che non ne esistano.contrario, che non ne esistano.

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Biosfera o Biosfera o TerraTerra

Ciclo del carbonio per la Terra.Ciclo del carbonio per la Terra.

ChilometriChilometriCiclo dell’azoto tra laghi, corsi d’acqua, suolo e Ciclo dell’azoto tra laghi, corsi d’acqua, suolo e organismi in un bacino idrografico.organismi in un bacino idrografico.

MetriMetriCiclo del fosforo tra suolo e piante (quali alberi e Ciclo del fosforo tra suolo e piante (quali alberi e arbusti) in una foresta.arbusti) in una foresta.

CentimetriCentimetriImmagazzinamento e movimento del carbonio Immagazzinamento e movimento del carbonio negli stomaci di una vacca.negli stomaci di una vacca.

MillimetriMillimetriImmagazzinamento e movimento del fosfato Immagazzinamento e movimento del fosfato come nutriente delle piante all’interfaccia fangocome nutriente delle piante all’interfaccia fango--acqua dei laghi.acqua dei laghi.

ScalaScala

Esempio di studio dell’ecosistema a scale diverse