Land use change to perennial energy crops in Northern Italy: Effects on soil organic carbon sequestration and distribution, soil enzyme activities and microbial communities.

Studies on soil organic carbon (SOC) sequestration in perennial energy crops are available for North-Central Europe, while there is insufficient information for Southern Europe. This research was conducted in the Po Valley, a Mediterranean-temperate zone characterised by low SOC levels, due to intensive management. The aim was to assess the factors influencing SOC sequestration and its distribution through depth and within soil fractions, after a 9-year old conversion from two annual systems to Miscanthus (Miscanthus × giganteus) and giant reed (Arundo donax). The 13C natural abundance was used to evaluate the amount of SOC in annual and perennial species, and determine the percentage of carbon derived from perennial crops. SOC was significantly higher under perennial species, especially in the topsoil (0-0.15 m). After 9 years, the amount of C derived from Miscanthus was 18.7 Mg ha-1, mostly stored at 0-0.15 m, whereas the amount of C derived from giant reed was 34.7 Mg ha-1, evenly distributed through layers. Physical soil fractionation was combined with 13C abundance analysis. C derived from perennial crops was mainly found in macroaggregates. Under giant reed, more newly derived-carbon was stored in microaggregates and mineral fraction than under Miscanthus. A molecular approach based on denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) allowed to evaluate changes on microbial community, after the introduction of perennial crops. Functional aspects were investigated by determining relevant soil enzymes (β-glucosidase, urease, alkaline phosphatase). Perennial crops positively stimulated these enzymes, especially in the topsoil. DGGE profiles revealed that community richness was higher in perennial crops; Shannon index of diversity was influenced only by depth. In conclusion, Miscanthus and giant reed represent a sustainable choice for the recovery of soils exhausted by intensive management, also in Mediterranean conditions and this is relevant mainly because this geographical area is notoriously characterised by a rapid turnover of SOC.

LCA-GIS Integrated approach for a Sustainable Land Use Under Energy Crops

In genere, negli studi di vocazionalità delle colture, vengono presi in considerazione solo variabili ambientali pedo-climatiche. La coltivazione di una coltura comporta anche un impatto ambientale derivante dalle pratiche agronomiche ed il territorio può essere più o meno sensibile a questi impatti in base alla sua vulnerabilità. In questo studio si vuole sviluppare una metodologia per relazionare spazialmente l’impatto delle colture con le caratteristiche sito specifiche del territorio in modo da considerare anche questo aspetto nell’allocazione negli studi di vocazionalità. LCA è stato utilizzato per quantificare diversi impatti di alcune colture erbacee alimentari e da energia, relazionati a mappe di vulnerabilità costruite con l’utilizzo di GIS, attraverso il calcolo di coefficienti di rischio di allocazione per ogni combinazione coltura-area vulnerabile. Le colture energetiche sono state considerate come un uso alternativo del suolo per diminuire l’impatto ambientale. Il caso studio ha mostrato che l’allocazione delle colture può essere diversa in base al tipo e al numero di impatti considerati. Il risultato sono delle mappe in cui sono riportate le distribuzioni ottimali delle colture al fine di minimizzare gli impatti, rispetto a mais e grano, due colture alimentari importanti nell’area di studio. Le colture con l’impatto più alto dovrebbero essere coltivate nelle aree a vulnerabilità bassa, e viceversa. Se il rischio ambientale è la priorità, mais, colza, grano, girasole, e sorgo da fibra dovrebbero essere coltivate solo nelle aree a vulnerabilità bassa o moderata, mentre, le colture energetiche erbacee perenni, come il panico, potrebbero essere coltivate anche nelle aree a vulnerabilità alta, rappresentando cosi una opportunità per aumentare la sostenibilità di uso del suolo rurale. Lo strumento LCA-GIS inoltre, integrato con mappe di uso attuale del suolo, può aiutare a valutarne il suo grado di sostenibilità ambientale.

Land use management in mountainous areas: combining ground-based and EO (Earth Observation) data to investigate the shallow landsliding susceptibility in the Duron valley (Trento, Italy).

Throughout the alpine domain, shallow landslides represent a serious geologic hazard, often causing severe damages to infrastructures, private properties, natural resources and in the most catastrophic events, threatening human lives. Landslides are a major factor of landscape evolution in mountainous and hilly regions and represent a critical issue for mountainous land management, since they cause loss of pastoral lands. In several alpine contexts, shallow landsliding distribution is strictly connected to the presence and condition of vegetation on the slopes. With the aid of high-resolution satellite images, it's possible to divide automatically the mountainous territory in land cover classes, which contribute with different magnitude to the stability of the slopes. The aim of this research is to combine EO (Earth Observation) land cover maps with ground-based measurements of the land cover properties. In order to achieve this goal, a new procedure has been developed to automatically detect grass mantle degradation patterns from satellite images. Moreover, innovative surveying techniques and instruments are tested to measure in situ the shear strength of grass mantle and the geomechanical and geotechnical properties of these alpine soils. Shallow landsliding distribution is assessed with the aid of physically based models, which use the EO-based map to distribute the resistance parameters across the landscape.

Quality assessment of a landslide inventory map and its application to land‐use planning. A case study in the Northern Apennines (Emilia‐Romagna region, Italy)

Landslide hazard and risk are growing as a consequence of climate change and demographic pressure. Land‐use planning represents a powerful tool to manage this socio‐economic problem and build sustainable and landslide resilient communities. Landslide inventory maps are a cornerstone of land‐use planning and, consequently, their quality assessment represents a burning issue. This work aimed to define the quality parameters of a landslide inventory and assess its spatial and temporal accuracy with regard to its possible applications to land‐use planning. In this sense, I proceeded according to a two‐steps approach. An overall assessment of the accuracy of data geographic positioning was performed on four case study sites located in the Italian Northern Apennines. The quantification of the overall spatial and temporal accuracy, instead, focused on the Dorgola Valley (Province of Reggio Emilia). The assessment of spatial accuracy involved a comparison between remotely sensed and field survey data, as well as an innovative fuzzylike analysis of a multi‐temporal landslide inventory map. Conversely, long‐ and short‐term landslide temporal persistence was appraised over a period of 60 years with the aid of 18 remotely sensed image sets. These results were eventually compared with the current Territorial Plan for Provincial Coordination (PTCP) of the Province of Reggio Emilia. The outcome of this work suggested that geomorphologically detected and mapped landslides are a significant approximation of a more complex reality. In order to convey to the end‐users this intrinsic uncertainty, a new form of cartographic representation is needed. In this sense, a fuzzy raster landslide map may be an option. With regard to land‐use planning, landslide inventory maps, if appropriately updated, confirmed to be essential decision‐support tools. This research, however, proved that their spatial and temporal uncertainty discourages any direct use as zoning maps, especially when zoning itself is associated to statutory or advisory regulations.

Effetti della Salinizzazione sugli Invertebrati del suolo

Lo scopo di questa tesi è quello di valutare l'effetto della salinizzazione dei suoli sugli invertebrati edafici. Nell'ambito di questo obiettivo generale sono state effettuate due distinte attività di ricerca: una indagine sul campo e una serie di esperimenti di laboratorio. Lo studio sul campo è stato condotto nella Pineta di San Vitale (Ravenna, Italia). L'obiettivo specifico è stato quello di valutare la qualità biologica dei suoli attraverso l'analisi del popolamento dei microartropodi edafici, in relazione alla diversità del suolo e in particolare alla salinizzazione. La qualità biologica dei suoli è stata valutata mediante l'indice QBS-ar. La Pineta è stata campionata nella zona Est, più colpita da intrusione salina e nella zona Ovest dove questo fenomeno è meno evidente. I campionamenti sono stati effettuati in primavera ed estate. I risultati confermano che le caratteristiche chimico-fisiche si modificano in base al gradiente sommità dunali-depressioni interdunali. Per quanto riguarda il popolamento dei microartropodi alcune caratteristiche sono comuni alla maggior parte delle stazioni con lo stesso pedotipo. Non è stato evidenziato alcuno stress sui popolamenti attribuibule alla salinizzazione. Nel complesso, i valori di QBS-ar sono piuttosto elevati. Gli esperimenti di laboratorio sono stati finalizzata alla valutazione degli effetti combinati della salinità del suolo e della contaminazione da pesticidi (chlorpyrifos) sul lombrico Eisenia andrei. Nel complesso, i risultati indicano che effetti avversi sui lombrichi sono possibili a livelli di salinizzazione dei suoli ancora compatibili a concentrazioni di chlorpyrifos che sono piuttosto alte in confronto con i tipici risultati di campo, ma ancora compatibili con l'uso consigliato.

Il cambiamento della ruralità nell'Unione Europea. Tipologie, evoluzione e risposte alle politiche

Obiettivo del lavoro è migliorare la lettura della ruralità europea. A fronte delle profonde trasformazioni avvenute, oggi non è più possibile analizzare i territori rurali adottando un mero approccio dicotomico che semplicemente li distingua dalle città. Al contrario, il lavoro integra l’analisi degli aspetti socio-economici con quella degli elementi territoriali, esaltando le principali dimensioni che caratterizzano le tante tipologie di ruralità oggi presenti in Europa. Muovendo dal dibattito sulla classificazione delle aree rurali, si propone dapprima un indicatore sintetico di ruralità che, adottando la logica fuzzy, considera congiuntamente aspetti demografici (densità), settoriali (rilevanza dell’attività agricola), territoriali e geografici (accessibilità e uso del suolo). Tale tecnica permette di ricostruire un continuum di gradi di ruralità, distinguendo così, all’interno dell’Unione Europea (circa 1.300 osservazioni), le aree più centrali da quelle progressivamente più rurali e periferiche. Successivamente, attraverso un’analisi cluster vengono individuate tipologie di aree omogenee in termini di struttura economica, paesaggio, diversificazione dell’attività agricola. Tali cluster risentono anche della distribuzione geografica delle aree stesse: vengono infatti distinti gruppi di regioni centrali da gruppi di regioni più periferiche. Tale analisi evidenzia soprattutto come il binomio ruralità-arretratezza risulti ormai superato: alcune aree rurali, infatti, hanno tratto vantaggio dalle trasformazioni che hanno interessato l’Unione Europea negli ultimi decenni (diffusione dell’ICT o sviluppo della manifattura). L’ultima parte del lavoro offre strumenti di analisi a supporto dell’azione politica comunitaria, analizzando la diversa capacità delle regioni europee di rispondere alle sfide lanciate dalla Strategia Europa 2020. Un’analisi in componenti principali sintetizza le principali dimensioni di tale performance regionale: i risultati sono poi riletti alla luce delle caratteristiche strutturali dei territori europei. Infine, una più diretta analisi spaziale dei dati permette di evidenziare come la geografia influenzi ancora profondamente la capacità dei territori di rispondere alle nuove sfide del decennio.

Valutazione della sostenibilità ambientale tramite metodologia LCA di sistemi per lo sfruttamento di fonti alternative di energia e materiali

La dissertazione ha riguardato l’analisi di sostenibilità di un sistema agronomico per la produzione di olio vegetale a fini energetici in terreni resi marginali dall’infestazione di nematodi. Il processo indagato ha previsto il sovescio di una coltura con proprietà biofumiganti (brassicacea) coltivata in precessione alla specie oleosa (soia e tabacco) al fine di contrastare il proliferare dell’infestazione nel terreno. Tale sistema agronomico è stato confrontato attraverso una analisi di ciclo di vita (LCA) ad uno scenario di coltivazione della stessa specie oleosa senza precessione di brassica ma con l’utilizzo di 1-3-dicloropropene come sistema di lotta ai nematodi. Allo scopo di completare l’analisi LCA con una valutazione dell’impatto sull’uso del suolo (Land use Impact) generato dai due scenari a confronto, sono stati costruiti due modelli nel software per il calcolo del Soil Conditioning Index (SCI), un indicatore quali-quantitativo della qualità del terreno definito dal Dipartimento per l’Agricoltura degli Stati Uniti d’America (USDA).

Effect of different management intensities on natural and human-induced carbon fluxes in a golf course in northern Italy

Turfgrasses are ubiquitous in urban landscape and their role on carbon (C) cycle is increasing important also due to the considerable footprint related to their management practices. It is crucial to understand the mechanisms driving the C assimilation potential of these terrestrial ecosystems Several approaches have been proposed to assess C dynamics: micro-meteorological methods, small-chamber enclosure system (SC), chrono-sequence approach and various models. Natural and human-induced variables influence turfgrasses C fluxes. Species composition, environmental conditions, site characteristics, former land use and agronomic management are the most important factors considered in literature driving C sequestration potential. At the same time different approaches seem to influence C budget estimates. In order to study the effect of different management intensities on turfgrass, we estimated net ecosystem exchange (NEE) through a SC approach in a hole of a golf course in the province of Verona (Italy) for one year. The SC approach presented several advantages but also limits related to the measurement frequency, timing and duration overtime, and to the methodological errors connected to the measuring system. Daily CO2 fluxes changed according to the intensity of maintenance, likely due to different inputs and disturbances affecting biogeochemical cycles, combined also to the different leaf area index (LAI). The annual cumulative NEE decreased with the increase of the intensity of management. NEE was related to the seasonality of turfgrass, following temperatures and physiological activity. Generally on the growing season CO2 fluxes towards atmosphere exceeded C sequestered. The cumulative NEE showed a system near to a steady state for C dynamics. In the final part greenhouse gases (GHGs) emissions due to fossil fuel consumption for turfgrass upkeep were estimated, pinpointing that turfgrass may result a considerable C source. The C potential of trees and shrubs needs to be considered to obtain a complete budget.