Massaciuccoli Lake Basin: risk hotspots of forest and grassland habitat degradation and biodiversity loss
Authors/Creators
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1.
National Research Council
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2.
University of Pisa
Description
This cartographic shows the spatial representation of the ecosystem risk hotspots of forest and grassland habitat degradation and biodiversity loss in the wetland of the Massaciuccoli Lake basin (Tuscany, Italy), together with the main environmental and anthropogenic stressors contributing to the risk.
The risk hotspots are derived from the Multi K-means applied on Variational Autoencoder (MKMonVAE) index, a spatial analysis methodology designed to capture complex, non-linear relationships among environmental, ecological, and anthropogenic variables. The MKMonVAE method combines the deep learning capabilities of the Variational Autoencoder (VAE)—which extracts latent ecological structures from multivariate datasets—with the Multi K-means clustering algorithm, which identifies spatial clusters of similar ecological conditions and degradation risk.
This map visually highlights the areas of higher vulnerability, where multiple pressures converge and the likelihood of ecosystem degradation is greater. The underlying environmental and socio-ecological stressors considered in the analysis include:
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Land imperviousness density change
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Tree cover density and change
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Grassland extent and change
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Land use and cover (Natura 2000 classes: 1120 Industrial, commercial and military units; 1310 Mineral extraction, dump and construction sites; 8120 Highly modified watercourses and canals)
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Plant phenology index (total productivity)
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Temperature (average absolute change)
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Potential evapotranspiration (relative change)
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Precipitation (cumulative relative change)
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Number of species (cumulative)
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Land use and cover change
The map was produced within a QGIS project adopting the WGS84 (EPSG:4326) coordinate reference system and represents a derivative cartographic output of a broader comparative framework that included three methodologies (Overlap, Multi K-means, and MKMonVAE). This version focuses exclusively on the MKMonVAE model, which demonstrated a strong capacity to synthesize spatial variability and reveal ecological vulnerability patterns.
All source datasets, methodological details, and the comparative analysis framework are available in the related dataset published on Zenodo (see Related Works section).
Abstract (Italian)
Questa cartografia mostra la rappresentazione spaziale degli hotspot di rischio ecosistemico di degradazione degli habitat forestali e prativi e di perdita di biodiversità nell’area umida del bacino del Lago di Massaciuccoli (Toscana, Italia), insieme ai principali fattori di stress ambientali e antropici che contribuiscono al rischio.
Gli hotspot di rischio derivano dall’indice Multi K-means applicato a Variational Autoencoder (MKMonVAE), una metodologia di analisi spaziale progettata per cogliere relazioni complesse e non lineari tra variabili ambientali, ecologiche e socio-economiche. Il metodo combina le capacità di apprendimento profondo del Variational Autoencoder (VAE) — in grado di estrarre strutture ecologiche latenti da dataset multivariati — con l’algoritmo di Multi K-means clustering, che individua cluster spaziali di condizioni ecologiche simili e aree di rischio di degrado.
La mappa evidenzia le zone di maggiore vulnerabilità, dove convergono più pressioni ambientali e antropiche e aumenta la probabilità di degrado degli ecosistemi. Gli stressor ambientali e socio-ecologici considerati includono:
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Variazione della densità di copertura artificiale del suolo
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Densità e variazione della copertura arborea
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Estensione e variazione delle praterie
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Uso e copertura del suolo (classi Natura 2000: 1120 Aree industriali e commerciali, 1310 Cave e discariche, 8120 Corsi d’acqua e canali fortemente modificati)
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Indice di fenologia vegetale (produttività totale)
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Temperatura (variazione media assoluta)
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Evapotraspirazione potenziale (variazione relativa)
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Precipitazioni (variazione cumulativa relativa)
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Numero cumulativo di specie
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Variazione d’uso e copertura del suolo
La mappa è stata prodotta in QGIS utilizzando il sistema di riferimento WGS84 (EPSG:4326) e costituisce un output cartografico derivato dal più ampio framework comparativo che include tre metodologie (Overlap, Multi K-means e MKMonVAE). Questa versione si concentra esclusivamente sul modello MKMonVAE, che ha mostrato un’elevata capacità di sintetizzare la variabilità spaziale e di evidenziare i pattern di vulnerabilità ecologica.
Tutti i dataset di origine, le informazioni metodologiche e il framework comparativo completo sono disponibili nel dataset correlato pubblicato su Zenodo (vedi sezione Related Works).
Files
Wetland_Massaciuccoli_MKMonVAE_Ecosystem_Risk_Hotspot_A0.jpg
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