Modelling the effects of nitrogen deposition and carbon dioxide enrichment on forest carbon balance

Atmospheric CO2 concentration ([CO2]) has increased over the last 250 years, mainly due to human activities. Of total anthropogenic emissions, almost 31% has been sequestered by the terrestrial biosphere. A considerable contribution to this sink comes from temperate and boreal forest ecosystems of the northern hemisphere, which contain a large amount of carbon (C) stored as biomass and soil organic matter. Several potential drivers for this forest C sequestration have been proposed, including increasing atmospheric [CO2], temperature, nitrogen (N) deposition and changes in management practices. However, it is not known which of these drivers are most important. The overall aim of this thesis project was to develop a simple ecosystem model which explicitly incorporates our best understanding of the mechanisms by which these drivers affect forest C storage, and to use this model to investigate the sensitivity of the forest ecosystem to these drivers. I firstly developed a version of the Generic Decomposition and Yield (G’DAY) model to explicitly investigate the mechanisms leading to forest C sequestration following N deposition. Specifically, I modified the G’DAY model to include advances in understanding of C allocation, canopy N uptake, and leaf trait relationships. I also incorporated a simple forest management practice subroutine. Secondly, I investigated the effect of CO2 fertilization on forest productivity with relation to the soil N availability feedback. I modified the model to allow it to simulate short-term responses of deciduous forests to environmental drivers, and applied it to data from a large-scale forest Free-Air CO2 Enrichment (FACE) experiment. Finally, I used the model to investigate the combined effects of recent observed changes in atmospheric [CO2], N deposition, and climate on a European forest stand. The model developed in my thesis project was an effective tool for analysis of effects of environmental drivers on forest ecosystem C storage. Key results from model simulations include: (i) N availability has a major role in forest ecosystem C sequestration; (ii) atmospheric N deposition is an important driver of N availability on short and long time-scales; (iii) rising temperature increases C storage by enhancing soil N availability and (iv) increasing [CO2] significantly affects forest growth and C storage only when N availability is not limiting.

Buone pratiche e Tecnologie Appropriate per la gestione delle risorse idriche ed il risparmio energetico in ambito urbano e rurale

Questa tesi di dottorato tratta il tema delle Tecnologie Appropriate e delle Buone Pratiche per la gestione delle risorse idriche ed il risparmio energetico nell’ambito dell’abitato urbano e rurale. Viene fatta una breve panoramica sulle principali teorie e metodologie che fino ad oggi hanno fatto da linee guida per la progettazione sostenibile e il corretto utilizzo delle risorse. Questa visione d'insieme servirà per esprimere delle valutazioni e trovare dei comuni dominatori per proporre una nuova metodologia d'approccio alla gestione delle risorse con particolare attenzione rivolta alla condizione presente e alla zona d’intervento. Site specific sustainability Approach (S3A). I casi studio: • Un progetto di approvvigionamento idrico e di desalinizzazione delle acque per un’oasi del Sahara marocchino. • Un progetto di ricerca della Columbia University e della NASA legato alla sostenibilità urbana di New York che analizza i benefici apportati dall'installazione di coperture verdi nell'area di Manhattan da un punto di vista della gestione delle risorse idriche, energetiche e delle componenti ambientali. • Un progetto di verde verticale e giardino pensile a Milano. • Un progetto di approvvigionamento idrico sostenibile e gestione del verde per la città di Porto Plata in Repubblica Domenicana. Approfondimenti e sperimentazioni. • E’ stato approfondito il tema della distillazione solare per la dissalazione e potabilizzazione delle acque in zone rurali desertiche ed isolate. • E’ stato progettato e realizzato un prototipo innovativo di distillatore tubolare con collettore solare parabolico. Il prototipo è stato testato nei laboratori della Columbia University di New York. • Sono state approfondite le Khettaras o Qanat, tunnel sotterranei per l’approvvigionamento idrico nelle zone aride. • Infine sono stati approfonditi i benefici apportati dalle coperture a verde (tetti verdi) e dal verde verticale nelle zone urbane dal punto di vista della gestione delle risorse idriche ed il risparmio energetico.