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Climate variability, especially in relation to the distribution and intensity of precipitation, and soil management practices have a strong influence on hydrological processes, such as infiltration and surface runoff formation, and on degradation processes, such as soil compaction and erosion. The monitoring carried out from 2000 to 2017 in a vineyard in Alto Monferrato showed greater surface runoff and soil erosion in the tilled inter-rows than in the grassed ones. Furthermore, the greater compaction of the soil due to the repeated transit of agricultural vehicles causes a considerable decrease in hydraulic conductivity, especially in the tilled inter-rows. From October 2016 to October 2017 a study was conducted to assess the factors that most influence compaction and hydraulic conductivity, depending on the management of the soil adopted (conventional tillage or grass cover) and the number of vehicles transits, through periodic measurements of resistance to penetration, bulk density, water content and hydraulic conductivity of the soil. In this particularly dry period, the resistance to penetration was found to be correlated to the water content and the number of tractor passages, while the hydraulic conductivity of the soil to the water content, the bulk density and the resistance to penetration of the soil.

Forests contribute to the sequestration of organic C and a key issue in C cycling in forest ecosystems can be linked to deadwood dynamics. Deadwood and litter act as important linkages between forest productivity and current community, and ecosystem processes. In forest ecosystems, coarse woody debris (CWD) influences the nutrient cycling, humus formation, carbon storage, fire frequency, water cycling and it represents also a habitat for many organisms. While a broad range of literature about CWD decay (above-ground) already exists, mechanisms describing the incorporation of the woody necromass into humus forms are rather poorly investigated. The objectives of this thesis are focused on providing a deeper understanding of deadwood decay processes in forest ecosystems located in the Mediterranean and Alpine montane areas. Moreover, this research project investigates the relationship between deadwood decay, altitude and exposure, exploring the decomposition timing in Apennine and Alpine forests, with the main aim to deeper understand the deadwood decay processes in these climatic contexts. In detail, the organic matter integration into the soil was investigated, focusing on the CWD decay and its incorporation in the soil organic matter (SOM) through the analysis of the wood biochemical compounds and soil chemical composition. A climosequence approach was used to investigate the decay processes, comparing along sites located on north- and south-facing slopes, at different elevations. An accurate sampling configuration and experimental procedure was set up: at each site of the climosequence, a field experiment using soil mesocosms (PVC tubes with deadwood inside) was tested. Data were collected in Apennine (Fagus sylvatica) and Alpine (Picea abies) forest types, in order to assess the variation of chemical and biochemical compounds in CWD during the decay progression. Lignin and cellulose amounts were quantified in 5 different decay stages of CWD in the Alpine sites (Picea abies and Larix decidua). Results showed that CWD decompose differently between Alps and Apennines, depending on the tree species, climate factors and soil composition. In detail, CWD of Fagus sylvatica decays very fast, while CWD decay progression of Picea abies is lower, as demonstrated by the analysis of lignin and cellulose in the different 5 decay stages. In conclusion, these results represent a contribution to the knowledge on CWD decay progression in Mediterranean and Subalpine forest ecosystems. However, further studies are needed to deeper explore the factors influencing the deadwood decay rates, in order to clarify the role of deadwood in contributing to the overall forest functioning at different scales. Le foreste contribuiscono al sequestro del C organico e le dinamiche di decomposizione della necromassa ricoprono un ruolo chiave nel ciclo del C negli ecosistemi forestali. Il legno morto e la lettiera agiscono come link importanti tra la produttività forestale, le comunità attuali ed i processi ecosistemici. Negli ecosistemi forestali, il coarse woody debris (CWD, necromassa grossolana) influenza il ciclo dei nutrienti, la formazione di humus, lo stoccaggio del carbonio, la frequenza degli incendi, il ciclo dell’acqua e rappresenta anche un habitat per molti organismi. Mentre esiste già un’ampia gamma di letteratura riguardante la decomposizione del CWD (sopra il suolo), i meccanismi che descrivono l’incorporazione della necromassa legnosa nelle forme di humus sono poco conosciuti. Gli obiettivi di questa tesi sono volti a fornire una conoscenza maggiore dei processi di decomposizione della necromassa negli ecosistemi forestali situati in aree montane Mediterranee ed Alpine. Inoltre, questo progetto di ricerca ha studiato le relazioni tra la decomposizione del legno morto, l’altitudine e l’esposizione, analizzando i tempi di decomposizione nelle foreste Appenniniche ed Alpine, con il principale scopo di capire maggiormente i processi di decomposizione della necromassa in questi contesti climatici. Nel dettaglio, è stata studiata l’integrazione della materia organica nel suolo, concentrando l’attenzione sulla decomposizione del CWD e sulla sua incorporazione nella materia organica del suolo (SOM), attraverso le analisi delle componenti biochimiche del legno e la composizione chimica del suolo. E’ stato utilizzato un approccio basato sulla climosequenza per studiare i processi di decomposizione, confrontando siti con diverse esposizioni, a diverse altitudini. E’ stato eseguito un campionamento accurato, basato su una procedura sperimentale: in ogni sito della climosequenza, sono stati usati i mesocosmi (tubi in PVC con/aventi all’interno legno morto) per realizzare un esperimento sul campo. I dati sono stati raccolti in diverse tipologie forestali Appenniniche (Fagus sylvatica) e Alpine (Picea abies), per valutare la variazione dei componenti chimici e biochimici del legno durante il progredire della decomposizione. Sono state inoltre misurate le quantità di lignina e cellulosa nei 5 diversi stadi di decomposizione del CWD nei siti Alpini (Picea abies e Larix decidua). I risultati mostrano che il CWD si decompone diversamente tra le Alpi e gli Appennini, a seconda della specie arborea, dei fattori climatici e della composizione del suolo. Nel dettaglio, il CWD del Fagus sylvatica si decompone molto velocemente, mentre la decomposizione del Picea abies è lenta, come dimostrato dalle analisi di lignina e cellulosa nei 5 stadi di decomposizione. In conclusione, questi risultati rappresentano un contributo alla conoscenza della progressione della decomposizione del CWD negli ecosistemi forestali Mediterranei e Subalpini. Comunque, necessitiamo di altri studi per conoscere più a fondo i fattori che influenzano i tassi di decomposizione della necromassa, e per spiegare il contributo che il legno morto fornisce alle funzioni delle foreste, a diverse scale. Dottorato di ricerca in Scienze, tecnologie e biotecnologie per la sostenibilità

Il volume è frutto di una ricerca che si inquadra in un filone di studi di progettazione architettonica e urbana che, partendo da una tradizione specificamente italiana – e tuttavia ricca di significative ricadute e ramificazioni internazionali – è attenta a descrivere e costruire relazioni interscalari tra architettura, città e paesaggio. In particolare, in costante dialettica sia con il pensiero espresso dalla cultura contemporanea, sia con le accidentate condizioni di costante trasformazione fisica del territorio, la teoria e le strumentazioni tecniche della ricerca progettuale sono in continuo affinamento per proporsi come modo della conoscenza e della descrizione della realtà e come strumento per il governo della forma fisica dello spazio antropizzato. Le relazioni tra gli elementi formali del territorio, non solo crescono esponenzialmente, ma sono descrivibili attraverso molteplici strutture formali autonome e compresenti, nello spazio e nel tempo, che riorganizzano dinamicamente gli stessi elementi secondo diverse scale, diverse velocità, diversi ordini di relazioni.

Il declino del contenuto di C organico nei suoli del bacino del Mediterraneo desta molta preoccupazione, oltre che per la perdita di fertilità dei suoli agrari, anche per i rischi correlati di aumento dei fenomeni erosivi e di desertificazione. Studiare il rapporto tra uso del suolo e contenuto attuale di carbonio organico riveste una grande importanza nell'individuazione delle migliori pratiche agronomiche per favorire il sequestro del C nel suolo. Ciò appare ancora più importante in relazione alle proposte di regolamenti che si stanno delineando e che considerano il mantenimento della sostanza organica fondamentale ai fini dell'applicazione della condizionalità, del greening e delle misure agro ambientali nella fase di programmazione 2014-2020. La qualità del suolo è l’elemento portante della fertilità e dello sviluppo agricolo sostenibile. Il concetto di sostenibilità è molto complesso e spesso la costruzione di indicatori può essere di valido aiuto per il raggiungimento dell'obiettivo. L'indicatore stock di carbonio è uno dei principali indici ambientali in grado di fornire informazioni sulla gestione sostenibile del territorio. L’obiettivo della tesi è quello di individuare in sistemi produttivi, le tecniche conservative più efficienti in termini di immagazzinamento del C nel suolo e, quindi, l’aumento del contenuto di sostanza organica. Il bilancio del C sarà studiato in termini di dinamica dei processi che ne controllano il ciclo (riserve, mineralizzazione, umificazione, ecc.) mediante apposite determinazioni di laboratorio, inoltre l'integrazione di supporto con l'utilizzo di modelli matematici di simulazione (Roth C), e di mappatura ( GIS), permetteranno di comparare i dati misurati relativi agli stock di carbonio, nei diversi anni, potendo così visionare le dinamiche e gli scenari nel tempo, per certificare i cambiamenti intervenuti nello stock di carbonio di una determinata unità di monitoraggio. Le attività sono state svolte presso i laboratori di Ricerca del CREA-RPS di Roma, e fanno capo ai progetti di ricerca in atto e pregressi sulla tematica del carbonio del suolo. The decline of the organic carbon content in soils of the Mediterranean area is of great concern, not only for the loss of fertility of agricultural land, including the risks of increased erosion and desertification. Study the relationship between land use and organic carbon content present is of great importance in the identification of best agronomic practices for sequestration of C in the soil. This is even more important in relation to the proposed regulations that are emerging and which consider the maintenance of organic matter for the application of cross-compliance, the greening and the agri-environmental measures in the 2014-2020 programming period. Soil quality is the basis of fertility and sustainable agricultural development. The concept of sustainability is very complex and often the construction of indicators can be instrumental in achieving the objective. The carbon stock indicator is one of the main environmental indicators that can provide information on sustainable land management. The objective of the thesis is to identify in production systems, the most efficient conservative techniques in terms of the C storage in the soil and, therefore, the increase in the content of organic matter. The balance of C will be studied in terms of the dynamic processes that control the cycle (reserves, mineralization, humification, etc.), by means of laboratory determinations, with the use of mathematical simulation models (Roth C), and mapping (GIS), to compare the measured data on carbon stocks, in different years, thus being able to show the dynamics and scenarios over time, to certify the changes in carbon stocks of a particular unit monitoring. The activities have been conducted at the research laboratories of the CREA-RPS in Rome, and refer to previous and on going research project on the issue of soil carbon. Dottorato di ricerca in Scienze e tecnologie per la gestione forestale e ambientale

The Sr/Ca ratios and Sr-isotope ratios of bulk samples and acetate extracts from a soil profile developed on Pliocene marine clays near Radicofani, in southern Tuscany, were determined. The uniform Sr/Ca ratios in the soil indicated a uniform distribution of the two elements throughout the profile. In contrast, the lower Sr/Ca ratios of acetate extracts from the upper horizons of the soil suggest preferential removal of Sr relative to Ca, perhaps by the plants. These latter seem to accumulate more Sr than Ca during their lifetime. The δ87Sr of acetate extracts suggests that bulk Sr is provided by the calcite of the Mesozoic-Cenozoic sedimentary formations of southern Tuscany. A minor source of Sr, although subordinate, is represented by clastic albite. A grass sample growing on the soil contained the Sr uptaken from both sources., Les rapports Sr/Ca et les isotopes du Sr ont été déterminés dans des échantillons de sol et les fractions extraites avec l’acétate d’ammonium, d’un profil développé sur les argiles marines du Pliocène près de Radicofani, dans la Toscane méridionale. Les rapports uniformes Sr/Ca du sol indiquent une distribution uniforme des deux éléments le long du profil. Par contre, les rapports plus faibles des fractions acétate mesurés dans les horizons supérieurs du sol suggèrent un retrait préférentiel éloignement du Sr, probablement par la végétation. Il semble que les herbes accumulent plus Sr que de Ca pendant leur vie. Les valeurs de δ87Sr des fractions acétate suggèrent que la plupart du Sr est fournie par la calcite dérivée des formations sédimentaires mésozoϊques et cénozoϊques de la région. Une source mineure de Sr est représentée par l’albite clastique. Un échantillon d‘herbe ayant poussé sur le sol contenait du Sr dérivé de ces deux minéraux., Sono stati determinati i rapporti Sr/Ca e i rapporti isotopici dello Sr in campioni di suolo e negli estratti d’acetato di un profilo sviluppato sulle argille marine plioceniche presso Radicofani, nella Toscana meridionale. I rapporti uniformi Sr/Ca del suolo indicano una distribuzione uniforme dei due elementi nel profilo. Al contrario, i rapporti più bassi misurati nelle frazioni d’acetato degli orizzonti superiori del suolo suggeriscono l’allontanamento preferenziale dello Sr, probabilmente ad opera della vegetazione. Sembra che le erbe accumulino più Sr di Ca durante la loro vita. I valori di δ87Sr degli estratti d’acetato suggeriscono che la maggior parte dello Sr deriva dalla calcite delle formazioni sedimentarie meso-cenozoiche della regione. Una sorgente minore è costituita dall’albite clastica. Un campione di erba che cresce sul suolo contiene Sr derivato da ambedue i minerali., EQA - International Journal of Environmental Quality; Vol 5 (2010); 7-14

The suburban area of Bologna city in southeast portion of Po Valley (Northern Italy) is characterized by high emission from industrial, urban, agriculture and traffic sources. The presence of an urban waste incinerator get inhabitants to require answers about impact of its emissions on the environmental quality related to human health. The concentrations of some pollutants (Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, V and Zn) were determined in topsoil, plants and mosses tissues sampled in sites selected according to different falling out conditions, due to the incinerator and other sources of atmospheric emissions that affect the monitoring area. No correlation was found between metal content and the distance of the incinerator plant. The pollution load index (PLI) calculated for soil and moss indicated a low environmental pollution, while highest values in sites downwind of incinerator and in craft area indicate a moderate pollution., La banlieue de ville de Bologne dans la partie sud-est de la vallée du Pô (Italie du Nord) est caractérisé par l'émission de haute industrielle, urbaine, agricole et des sources de trafic. La présence d'un incinérateur de déchets urbains obtenir habitants d'exiger des réponses quant à l'impact de ses émissions sur la qualité de l'environnement liés à la santé humaine. Les concentrations de certains polluants (Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, V et Zn) ont été déterminées dans la couche arable, les plantes et les tissus mousses échantillonnées dans des sites sélectionnés en fonction de différentes conditions qui tombent, en raison de l'incinérateur et d'autres sources d'émissions atmosphériques qui affectent la zone de surveillance. Aucune corrélation n'a été trouvée entre la teneur en métal et la distance de l'usine d'incinération. L'indice de charge de la pollution (PLI), calculé pour le sol et la mousse ont indiqué une faible pollution de l'environnement, tandis que plus des valeurs dans les sites sous le vent de l'incinérateur et dans la zone artisanale indiquent une pollution modérée., L'area suburbana di Bologna città, in parte sud-est della Pianura Padana (Italia settentrionale) è caratterizzata da alta emissione da industriale, urbano, l'agricoltura e fonti di traffico. La presenza di un inceneritore di rifiuti urbani per ottenere abitanti richiedono risposte circa l'impatto delle emissioni sulla qualità ambientale connesso alla salute umana. Le concentrazioni di alcuni inquinanti (Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, V e Zn) sono stati determinati in topsoil, piante e tessuti muschi campione in siti selezionati in base a diverse condizioni che cadono, per l'inceneritore e altri fonti di emissioni in atmosfera che interessano l'area di monitoraggio. Nessuna correlazione tra il contenuto di metallo e la distanza del dell'inceneritore. L'indice di carico inquinante (PLI), calcolato per il suolo e muschio hanno indicato un basso inquinamento ambientale, mentre i valori più alti nei siti sottovento di un inceneritore e nella zona artigianale indicano un inquinamento moderato., EQA - International Journal of Environmental Quality; Vol 7 (2011); 49-63

A survey on the concentration of some metals and metalloids in soils of Veneto conducted on 2393 samples, of which 1363 topsoil (0-40 cm) and 1030 subsoil (70-100 cm), allowed to define the background values for the metals considered.Particularly for some metals and in areas of volcanic substrata these values were above certain threshold concentrations of contamination defined by the Italian environmental legislation. Some results of persistent organic pollutants monitoring inthe soils are reported and available., Une surveillance sur la concentration de certains métaux et métalloïdes dans les sols de la Vénétie menées sur 2393 échantillons, dont la couche arable 1363 (0-40 cm) et 1030 sous-sol (70-100 cm) a permis de définir les valeurs de fond pour les métaux considérés. En particulier pour certains métaux et dans les zones de substrats volcaniques valeurs sont au-dessus des concentrations seuils de contamination définis certains par la législation italienne sur la protection de l'environnement. Certains résultats de la surveillance des polluants organiques persistants dans le sol est disponible et rapporté., Un monitoraggio della concentrazione di metalli e metalloidi in alcuni terreni del Veneto è stato condotto mediante l’analisi di 2393 campioni, 1363 superficiali (0-40 cm) e 1030 profondi (70-100 cm); i risultati sono stati utilizzati per definire i valori di fondo per i metalli considerati. In particolare per alcuni metalli e nei suoli formatisi su substrati vulcanici tali valori sono al di sopra delle concentrazioni soglia di contaminazione definite dal Testo Unico Ambientale. Analogo monitoraggio è in corso sulla concentrazione nei suoli dei microinquinanti organici., EQA - International Journal of Environmental Quality; Vol 9 (2012); 11-18

The present study concerns the environmental monitoring of a site that is close to the industrial area of Pederobba (Treviso province) which is characterized by the presence of a cement factory. Successively 43 soil samples were collected-including 26 surface samples and 17 deep ones. Each soil sample was analyzed and organic (PAHs, PCBs and PCDD/Fs) and inorganic (metals and metalloids) parameters were measured. Analytical results showed some values above contamination threshold levels in residential districts regarding PCDD/F, copper and cobalt., La présente étude concerne le monitorage de l'environnement effectué près de la zone industrielle de Pederobba dans la province de Trévise caractérisée notamment par la présence d'une cimenterie. Dans les phases successives ont été recueillis 43 échantillons de sol dont 26 en surface et 17 en profondeur sur lesquels ont été déterminés des paramètres organiques (HAP, PCB et PCDD/F) et inorganiques (métaux et métalloïdes). Les résultats d'analyse ont montré plusieurs dépassements des concentrations-seuils de contamination dans les terrains utilisés à des fins résidentielles pour les paramètres PCDD/F, cuivre et cobalt., Il presente studio riguarda un monitoraggio ambientale condotto in prossimità dell’area industriale di Pederobba in provincia di Treviso caratterizzato in particolare dalla presenza di un cementificio. In fasi successive sono stati raccolti 43 campioni di suolo di cui 26 in superficie e 17 profondi su cui sono stati determinati parametri organici (IPA, PCB e PCDD/F) ed inorganici (metalli e metalloidi). I risultati analitici hanno evidenziato alcuni superamenti delle concentrazioni soglia di contaminazione per i terreni ad uso residenziale per i parametri PCDD/F, Rame e Cobalto., EQA - International Journal of Environmental Quality; Vol 4 (2010); 45-52

Nanoparticles (NPs) types diffused into the environment are increasing, giving potential damages to terrestrial ecosystems. In this work we investigated the nanoparticles toxicity as pure metal and two oxides (Co, SnO2 and CeO2) on earthworm survival (Lumbricus rubellus). A concentration of 5000 mg kg-1 dry soil of each NP was compared to the chronic dose of 10 mg kg-1. The interaction between NPs and soil microbial biomass was also studied in 7 days length incubation. No mortality was observed at the end of the experiment, but high concentration of Co was found in the 5000 kg-1 dry soil treated. Despite low solubility of all NPs (solid-liquid partition coefficient > 2.8 log l kg-1) pure metal NPs were (Co) more soluble than the metal oxides nanoparticles (SnO2 and CeO2)., Les nanoparticules (NPs) sont libérés dans l’environnent dans des proportions sans cesse croissantes. Dans le présent document nous étudions la toxicité des nanoparticules sous la forme de métal pur (Co) et de deux oxydes métalliques d'étain et de cérium (SnO2 et CeO2) sur les vers de terre (Lumbricus rubellus). L'expérience implique la comparaison entre une dose chronique (10 mg kg-1) et que aiguë (5000 mg kg-1). Dans ce travail, nous avons pris en compte les interactions entre la biomasse microbienne du sol et les NPs. Pendant 7 jours d'incubation les vers de terre sont tous les survivants de différentes doses de NPs, bien que les doses élevées de Co-NPs ont été retrouvés dans les tissus des lombrics. Les nanoparticules de Co sont plus solubles que les autres oxydes testés dans cette expérience, même si le coefficient de partage solide-liquide a souligné une faible solubilité de nanoparticules dans le sol., Le nanoparticelle (NPs) vengono rilasciate nell’ambiente in proporzioni sempre maggiori determinando quindi potenziali danni agli ecosistemi terrestri. In questo lavoro viene investigata la tossicità delle nanoparticelle in forma di metallo puro e di due ossidi (Co, SnO2 e CeO2) sui lombrichi (Lumbricus rubellus). L’esperimento prevede il confronto tra una dose cronica e ed un’acuta, rispettivamente 10 e 5000 mg kg-1. Inoltre, sono state prese in considerazione le interazioni tra la biomassa microbica del suolo e le NPs in 7 giorni di incubazione. Nessuna mortalità è stata osservata alla fine dell'esperimento, ma alte concentrazioni di Co-NPs sono state trovate nei lombrichi. Dai risultati si evince che le nanoparticelle di Co sono più solubili rispetto agli altri ossidi testati, anche se il coefficiente di partizione solido-liquido sottolineava una bassa solubilità nel suolo di tutte le nanoparticelle., EQA - International Journal of Environmental Quality; Vol 8 (2012); 51-60

Short Rotation Woody Crops (SRWC) is a method of cultivation of selected material of fast growing species (poplar, willow, eucalyptus, black locust) to produce in short time large quantity of biomass for energy purposes (calorific or/and electric energy). In a SRWC very high plant density per hectare is used (from 5-10,000 to 15,000 plants per hectare), the rotation age is 2-3 years. It is estimated that a SRWC Eucalyptus requires an average of at least 100 kg of N year, thus the use of irrigation and fertilization to meet the demand of this type of crop is not feasible because is a very uneconomic crop. Irrigation can be used as a rescue intervention and inorganic fertilizer at planting and after the cuts. For this reason, the fertilization with manure, where available, may be an attractive option because allows to properly dispose of the sewage and to give to the plant nutrients necessary for growth. The European Union Directive 91/676/EEC, known as Nitrates Directive, has dictated basic agronomic principles regarding the use of animal manure source, zoo-technical and waste waters from small food companies. The use of nitrification inhibitors together with animal effluents may be beneficial for nutrient recycling, soil quality, plant productivity and greenhouse gas emission, and offers economic advantages to make it an alternative to conventional fertilizers. The aim of this research was to investigate the sustainability of organic fertilization combined with a nitrification inhibitor in relations to carbon dynamics. Were compared the effectiveness of the nitrification inhibitor 3,4 dimethyl pyrazole phosphate (DMPP), together with the addition of fresh organic matter (bovine effluent, BE) to the soil of a short rotation forestry. The results of microcosm experiments suggested that the combined use of DMPP and BE could be a good solution to limit the drastic effect of BE application on soil biological properties and microbial dynamics. The preliminary study of field application of DMPP and BE evidenced that this strategy of fertilization could be also a good solution to reduce the ammonia and carbon dioxide emissions and to improve the productivity in SRWC agro-ecosystems of Mediterranean environment and preserve the soil functions. Le culture da legno a ciclo breve (SRWC) sono un metodo di coltivazione di materiale selezionato a rapida crescita di specie (pioppo, salice, eucalipto, robinia) per produrre in breve tempo grande quantità di biomassa a fini energetici (calorifico e / o elettrici energia). Una densità di piantw molto alta per ettaro viene utilizzata (da 5-10.000 a 15.000 piante per ettaro) e l'età di rotazione è di 2-3 anni. È stimato che un Eucalyptus SRWC richiede un media di almeno 100 kg di N anni, quindi l'uso di irrigazione e fertilizzazione per soddisfare la domanda di questo tipo di coltura non è possibile perché è una coltura non redditizia. Per questo motivo, la concimazione con liquami zootecnici, può essere un'opzione interessante in quanto permette di smaltire correttamente i liquami e di dare alla pianta le sostanze nutritive necessarie per la crescita. La Direttiva europea 91/676/CEE, nota come Direttiva sui nitrati, ha dettato le basi agronomiche per quanto riguarda l'uso di concime animale fonte, zoo-tecniche e le acque reflue provenienti da piccole le aziende alimentari. L'uso di inibitori della nitrificazione insieme ad effluenti animali può essere utile per il riciclaggio dei nutrienti, la qualità del suolo, la produttività e le emissioni di gas serra, e offre vantaggi economici tali da renderli un'alternativa ai fertilizzanti convenzionali. Lo scopo di questa ricerca è stato quello di indagare la sostenibilità della concimazione organica combinata con un inibitore della nitrificazione in relazioni con le dinamiche di carbonio nel suolo. E’ stata confrontata l'efficacia dell’ inibitore della nitrificazione 3,4 dimetil pirazolofosfato (DMPP), insieme con l'aggiunta di un effluente bovino,( BE) al terreno di una SRWC. I risultati di esperimenti in microcosmi suggeriscono che l'uso combinato di DMPP e BE potrebbe essere un buon soluzione per limitare l'effetto drastico dell’applicazione di BE sulle proprietà biologiche del suolo. Lo studio preliminare del campo applicazione di DMPP e BE ha evidenziato che questo strategia di fertilizzazione potrebbe essere anche un buon soluzione per ridurre le emissioni di ammoniaca e anidride carbonica e per migliorare la produttività economica in agro-ecosistemi di ambiente mediterraneo e preservare le funzioni del suolo. Dottorato di ricerca in Ecologia forestale

International audience; Soil science research has probably underestimated the significance that short-term, episodic cycles of reduction and oxidation has had on phosphorus (P) reactivity. Here, the effects of eleven pulsed reduction-oxidation (including wet-dry) cycles on soil P dynamics are compared for 12 soils having contrasting properties and all overfertilised with respect to P. The laboratory based incubation conditions attempted to simulate transient waterlogging of the soil profile and involved repeated sampling and analysis of both the solution and solid phase P forms. An initial increase in P concentration in solution that occurred up to and including the fourth full cycle was followed by a sharp decline in concentration for all but one soil. Accompanying changes in the main extractable forms of P, which appeared to be cumulative, could be summarised as a general decline in the organic P fraction and an overall increase in amorphous associated inorganic forms of P. The fact that up to 60% of the total soil P was demonstrated to change its sensitivity for a particular extractant suggests that these operationally defined P forms are susceptible to transformation as a consequence of changing environmental conditions. There was also a suggestion that certain of the changes in P forms were irreversible. While the laboratory conditions imposed do represent extreme conditions the soils only experienced cyclic changes in their moisture regime. If timing and frequency of intense precipitation events are likely to increase, as predicted in many climate change scenarios, then these results suggest that the effects of episodic redox pulses may have implications for P cycling in agricultural soils.

La circolazione dei mezzi meccanici con pneumatici nei boschi e nelle superfici agrarie dove sono praticati i diversi sistemi di utilizzazioni forestali, compresa anche la S.R.F. (Short Rotation Forestry) provoca sul suolo un disturbo che produce un effetto negativo di riduzione del volume. Questa riduzione è la responsabile sia della diminuzione di fertilità del terreno che della difficoltà di penetrazione ed espansione degli apparati radicali, nonché dell’effetto di “Suola superficiale” che rende impermeabili gli strati superiori innescando i processi di ruscellamento responsabili del dissesto idrogeologico. Sono descritti cenni di legislazione italiana, europea e mondiale che stabiliscono i regolamenti, le norme e le leggi poste a contrasto delle non idonee applicazioni della salvaguardia e del rispetto nelle lavorazioni forestali. Ampia descrizione è dedicata alle caratteristiche tecnico-costruttive dei pneumatici e della loro azione durante le fasi di lavorazione, le quali, permettono di capire come il suolo reagisce alle azioni impattanti sui terreni disturbati da tali operazioni. Per la comprensione e la valutazione dell’impatto meccanico sono stati studiati cinque siti, quattro boschivi ed un su terreno agrario con attività di S.R.F.. I siti sono stati descritti con tutti quei dettagli tecnici fondamentali per individuare l’habitat delle specie forestali presenti, in particolare, la descrizione geologica, la morfologia, la pedologia, lo stato vegetazionale e le operazioni di rilievo. In questi siti sono stati confrontati i punti sia su terreno disturbato che indisturbato, per valutare l’entità dell’impatto meccanico e per alcuni di essi è stata praticata l’apertura di trincee diagnostiche. Nella ricerca si sono utilizzati sistemi di analisi chimico-fisiche che sono state svolte sia direttamente nelle operazione di rilievo, sia in laboratorio. I parametri studiati sono stati: l’umidità, la granulometria, la densità apparente, la densità reale (peso specifico), l’indice di stabilità degli aggregati, la porosità, la resistenza alla penetrazione (penetrometria) e la resistenza al taglio (scissometria). Dalle analisi dirette e di laboratorio, e dalla interpretazione dei dati è risultato che, l’impatto provocato sul suolo in differenti sistemi di utilizzazione con i mezzi meccanici, arreca un evidente disturbo ai suoli forestali che subiscono tale pratica. L’impatto dei suoli disturbati rispetto agli indisturbati si evidenzia in particolare nell’aumento della DA di circa il 13%, maggiormente marcato sui terreni franco-sabbiosi (fino al 20%) rispetto ai suoli più ricchi in argilla; una diminuizione della porosità del 11% con andamento percentuale pressoché uniforme; un aumento medio della resistenza penetrometrica del 50% pressoché uniforme su tutti i suoli delle stazioni forestali con esclusione del suolo agrario di Battipaglia (90%). Ciò significa che nei suoli agrari il transito con mezzi pesanti è più penalizzante rispetto ai precedenti suoli; per la resistenza scissometrica si sono riscontrati aumenti che vanno dal 18% nei terreni franco-sabbiosi al 38% dei terreni franco-argillosi, quindi valori che nei suoli forestali dipendono dalla tessitura mentre nel suolo agrario di Battipaglia, l’aumento di resistenza al taglio è molto elevato (99%) e anche questo denota notevolmente il forte impatto che si esplica su queste tipologia di suoli. The circulation of mechanical vehicles with the pneumatic tyres in the woods and in areas where different forest utilization (exploitation) systems are practiced, S.F.R. (Short Rotation Forestry) included, provokes trouble on the soil, which produces a negative effect of volume reduction. This reduction is responsible both for the decrease of fertility of the ground and causes difficulty in penetration and expansion of the root system as well as the effect of “Superficial soil”, which makes the upper layers impermeable and starts the rill process responsible for the hydrogeological instability. Indications Italian, European and World legislations attempt to fix regulations, rules and laws as opposed to inadequate applications for the preservation and respect for forestation process I addition a wide description of the technical and constructional characteristics of the tyres and of their action during the working phases is also presented thus it is possible to understand how the soil reacts to the impacting actions on ground disturbed by such operations. Five sites have been studied for the comprehension and evaluation of mechanic impact: four wooded lands and one agricultural parcel with S.R.F. activity. The sites have been described with all technical details which are fundamental to identify the habitat of the forest species, particularly the geological description, morphology, pedology, the state of vegetation and the relevant operations. In these sites spots have been compared, both on disturbed and undisturbed soil, to assess the extent of the mechanic impact and for some of them open cuttings have been effected. In the research, chemical-physical analysis has been used both directly in the survey in the laboratory. The parameters studied are: humidity, granulometry, bulk density, absolute density (weight density), stability index of separate aggregates, porosity, resistance to penetration (penetrometry) and shearing strength (scissometry). The direct analysis, (from those in the laboratory and from the interpretation of data) shows that the impact provoked on the soil in different systems of utilization (exploitation) brings an evident disturbance to forest soils undergoing such impact. The impact of disturbed soils with respect to the undisturbed ones is particularly evident in the increase of bulk density of about 13%, more marked on sandy-loam soils (up to 20%) with respect to soils richer in clay; a decreasing of porosity of 11% with a trend of percentage more or less constant; an average increase of penetrometry of 50% more or less constant on all soils of forest spots except for the agricultural soil of Battipaglia (90%). This means that in agricultural soils the use of heavy vehicles is more damaging than in untouched soils; as for scissometry the increases range from 18% in sandy-loam soils to 38% in silty-clay soils. These values in forest soils depend therefore on texture while in Battipaglia the increase in scissometry is very high (99%) and also this shows the heavy impact on this typology of soils. Dottorato di ricerca in Scienze e tecnologie per la gestione forestale e ambientale

Soil represents a compartment of utter importance within the context of carbon (C) cycle since constitutes the major C reservoir at global scale, in particular in forest ecosystems, and regulates the processes of the litter decomposition and immobilization of the organic matter controlling the mechanisms of carbon dioxide (CO2) exchange between the soil interface and the atmosphere. Soil is hence a fascinating compartment on one hand and complex on the other hand with regards to the processes of biochemical nature, their measurements, the several feedbacks and their modellization. The process of litter decomposition is the first step toward the C sequestration within the soil and it is mediated mainly by the activity of microorganisms; the interaction and stabilization within mineral matrix follows. Markedly the biotic component constitutes the most sensitive item to external disturbances of both climatic rather than anthropogenic nature. Presently a lot of attention has moved toward the role of nitrogen (N) and the biochemical effects on the soil decomposition activity and C stock, but the experimental evidence is still not coupled to a general scheme able to explain consistently all the results reported in literature. The present work focuses hence on the dynamics of C and N in to the soil, in particular the effects of a surplus of mineral N on C cycle through the role of microbial community. In a first phase of the study a conceptual model have been proposed after an initial work of review; a more detailed investigation followed by medium of different approaches, including an incubation experiment of a N-fertilized soil and the development of two models. The general introduction has underlined how soil effectively constitutes a crucial issue concerning its contribute to C cycle within forest ecosystems, the response of which to external disturbance such as N deposition or N fertilization is markedly mediated by the significant heterogeneity and hence by the spatial and the temporal scales of the processes. However, a conceptual scheme has been proposed in order to organize all the main findings in literature in a general scheme able to include the observed microbial response to mineral N addition, and more generally to the availability of C and N of different quality. In this conceptual model microorganisms have been considered as a single individual that behaves in order to achieve an optimal and efficient condition, depending on the energetic status of resources regardless the real mechanisms affecting any changes of C and N quality. A part of the work interested the realization of an incubation experiment of a Mediterranean forest (Quercus cerris) soil subject to N addition. The type of site and the experimental set up with the slow addition of mineral N constituted a novelty within the literature with regards to N fertilization studies in laboratory. In fact this study allowed firstly filling the gap concerning the current knowledge that interested mainly investigations on the forests of North Europe and North America. Although the experiment was conducted in laboratory the soil showed in the first period a response similar to the response observed in a site covered by an oak-type vegetation in north America, supporting the hypothesis that on old organic matter originated by low-quality litter the recalcitrance may control microbial response to N addition independently on direct control of climatic factors. Indeed these factors regulate mainly the vegetational composition, the litter quality and the rate at which litter is initially degraded. Moreover it has been shown as the process depended on the microbial activity pattern throughout incubation time that affected in a non-linear way the results at the end of incubation. The results suggested how mineral N may be used as keyvariable driving the microbial activity on the long temporal scale, overcoming the need to go into deep of specific mechanisms of biochemical nature (i.e. acidification process). A litter decomposition and organic matter accumulation model was thus developed, starting from a soil C basic scheme. The N cycle was modified in order to take into account the all interactions between the two cycles, in particular with regards to N in both organic and mineral form. The goal of the work was to propose a simple formulation that expresses the N-control on long temporal scale and that can be included in the current dynamic soil model. The merit of the work was to the modelling of a process presently not yet completely included in dynamic models. Indeed the effort was to find a trade off between the complexity of the biochemical processes and the modelling approach than could maintain the most judicious mathematical simplification in order to be manageable and easy to be interfaced with the models currently present in literature. The proposed formulation modifies the decomposition activity as a function of microbial N demand and mineral N availability in to the soil. The model, characterized by a paucity of parameters to be optimized was able to reproduce the experimental evidences reported in literature and underlined the role of soil microorganisms and of the mineral N on the decomposition activity of recalcitrant matter. However it was underlined how the model should need an optimization “ad hoc” in order to be extended to the whole soil profile. Regardless the optimization procedure the proposed model offers an interesting formulation that can be included in the current plant-soil dynamic models. Finally the last phase of the work was moved toward the modification of a soil model in order to consider the microbial community behaviour on mixed substrates, following the input match law and the achievement of a microbial goal, i.e. maximimation of growth. Population behaviour has been investigated with regards to animal versus resources acquisition at high scales, but it has been rarely applied to the dynamic of soil C-cycle. The latter model, althoght still a theoretical exercise, returned the best performances and adds thus a new dimension to the area of study of soil decomposition models at the plot scale. Il suolo rappresenta un comparto importantissimo all’interno del bilancio del carbonio (C), costituendo la maggior riserva di C a livello globale, in particolare negli ecosistemi forestali, regolando i processi di decomposizione della lettiera e di immobilizzazione della sostanza organica, controllando i processi di scambio dell’anidride carbonica (CO2) con l’atmosfera. Il suolo è quindi un comparto sicuramente affascinante ed allo stesso tempo complesso, sia per quanto riguarda la parte relativa ai processi biochimici che avvengono al suo interno, la loro misurazione, i vari feedbacks, che per quanto riguarda la sua modellizzazione. La decomposizione della lettiera costituisce il primo step verso il sequestro di C nel suolo ed è mediato principalmente dall’attività dei microorganismi, a cui segue l’interazione e la stabilizzazione con la matrice minerale. In particolare la componente biotica costituisce il fattore più sensibile a disturbi esterni, di qualunque natura, legati sia a fattori climatici piuttosto che antropici. Allo stato attuale molta attenzione è stata rivolta al ruolo dell’azoto (N) ed agli effetti biochimici sull’attività di decomposizione ed al sequestro di C, ma l’evidenza sperimentale non è stata ancora accompagnata da una spiegazione generale che potesse mettere d’accordo tutti i risultati in modo consistente. Il presente lavoro è stato focalizzato quindi sulle dinamiche di C ed N all’interno del suolo in particolare gli effetti del surplus di N minerale, passando attraverso il ruolo della comunità microbica. In una prima fase di lavoro è stato sviluppato un modello concettuale dopo un lavoro approfondito di review; è seguita quindi una parte di studio più dettagliata con un approccio metodologico che ha coinvolto un esperimento di incubazione su un suolo fertilizzato con N ed una parte di modellistica. Lo studio della parte generale ha evidenziato come il suolo effettivamente costituisca ancora un punto cruciale per quanto riguarda il contributo all’interno del ciclo del C all’interno degli ecosistemi forestali, la cui risposta è meditata soprattutto dalle significative eterogeneità presenti e quindi dalle scale spaziali e temporali dei processi. Nonostante questi punti critici, si è cercato di proporre uno schema concettuale che potesse organizzare le risposte microbiche e del suolo ad un aumento di N minerale riportate in letteratura e più in generale la risposta alla disponibilità di C e N di diverse qualità. In questo modello concettuale i microorganismi sono stati considerati come un singolo individuo che si comporta in modo da raggiungere una situazione ottimale, a seconda dello status energetico delle risorse presenti, prescindendo però dallo specifico meccanismo che porta ad un cambiamento della qualità di C ed N. Una parte del lavoro ha riguardato la realizzazione di un esperimento di incubazione di un suolo forestale del Mediterraneo (quercus cerris) soggetto a fertilizzazione azotata. Per sito scelto e set up sperimentale aggiungendo la soluzione di N minerale nel tempo, l’esperimento rappresenta una novità nel panorama scientifico di questa tipologia di esperimenti. Inoltre questo studio ha permesso di colmare il gap per quanto riguarda gli ambienti finora oggetto di studio, che hanno riguardato principalmente foreste del nord Europa e del nord America. Nonostante l’esperimento sia stato condotto in laboratorio, è stata evidenziata nel primo periodo una risposta del suolo simile alla risposta osservata in sito sperimentale coperto da quercia in Nord America ,ma soggetto a condizioni climatiche differenti, supportando l’ipotesi che la recalcitranza della sostanza organica possa effettivamente modulare la risposta del suolo all’azoto, svincolandosi dai fattori ambientali quali temperatura ed umidità. Di fatto tali fattori regolano soprattutto la composizione vegetazionale, la qualità della lettiera e la velocità con la quale viene inizialmente decomposta. Inoltre si è visto come il processo dipenda dal percorso dell’attività microbica durante l’incubazione e come questo influisca in modo non lineare il risultato finale. I risultati hanno inoltre evidenziato come l’N minerale possa essere usato come variabile chiave per controllare sul lungo termine l’attività microbica, by-passando la necessità di entrare nel merito di specifici effetti di natura propriamente biochimica (i.e. il processo di acidificazione). E’stato quindi sviluppato un modello di decomposizione della lettiera ed accumulo della sostanza organica, partendo da uno schema del C standard. Il ciclo dell’N è stato modificato in modo da tener conto di tutte le interazioni tra i due cicli, con particolare attenzione all’N sia in forma minerale che organica. Lo scopo del lavoro è stato quello di proporre una formulazione the esprimesse il controllo dell’N minerale sulla decomposizione della sostanza organica e che potesse essere incluso negli attuali modelli dinamici del suolo. Il merito è stato quindi la modellizzazione di un processo che allo stato attuale non è ancora completamente inserito nei modelli del suolo. Il tentativo è stato quello di trovare un compromesso tra la complessità dei fenomeni coinvolti e l’approccio modellistico che potesse mantenere una semplificazione matematica in modo da essere facilmente gestibile ed interfacciabile con altri modelli. La formulazione proposta modifica l’attività di decomposizione come funzione della domanda microbica e della disponibilità di N minerale nel suolo. Il modello, caratterizzato da un limitato numero di parametri da ottimizzare, è in grado di riprodurre molte delle evidenze sperimentali riportate in letteratura, cercando di sottolineare il ruolo dei microorganismi e dell’N minerale sull’attività di decomposizione della sostanza organica recalcitrante. Nonostante i risultati promettenti, è stato evidenziato come il modello necessita di un’ottimizzazione ad hoc in modo da poter essere esteso a tutto il profilo del suolo. Il modello proposto offre comunque una formulazione interessante che può essere inserito all’interno dei modelli dinamici attuali suolo-pianta. La fase finale del lavoro è stata dedicata alla modifica di un paio di modelli in modo da considerare il comportamento della comunità microbica che cresce su diversi substrati, second l’ “input matching principle” ed il raggiungimento di uno scopo di natura ecologica i.e. massimizzazione della crescita microbica. Il comportamento delle popolazioni è stata studiata in particolare per animali e acquisizione di risorse a grande scale, ma rarametne è stata applicata alle dinamiche del ciclo del carbonio nel suolo. Il secondo modello, anche se è ancora un esercizio teorico, ha fornito I risultati migliori e apre quindi una nuova dimensione allo studio dei modelli di decomposizione della sostanza organica a scala di plot. Dottorato di ricerca in Ecologia forestale

La lavorazione conservativa (CT) viene adottata su scala mondiale su 95 milioni di ettari, principalmente nelle Americhe ma l’utilizzo sta aumentando in Sudafrica, in Australia ed in altre zone semiaride del mondo. Viene utilizzato soprattutto come mezzo per proteggere i terreni da erosione e dal compattamento, per conservare il contenuto idrico e ridurre i costi di produzione. In Europa, l’area coltivata utilizzando la lavorazione conservativa sta aumentando soprattutto per ridurre i costi di produzione, ma anche per impedire l'erosione del terreno. Gran parte della terra coltivata in Europa è incline alla degradazione del terreno ma gli agricoltori ed i governi sono lenti a riconoscere e contrastare il problema, nonostante i gravi problemi ambientali e sociali che accompagnano il degrado del terreno. La lavorazione conservativa migliora la struttura e la stabilità del terreno, facilità l’assorbimento e la ritenzione idrica riducendo così i fenomeni di siccità. Questi miglioramenti della struttura del suolo inoltre riducono il rischio di ruscellamento superficiale e l'inquinamento delle falde con sedimenti, agrofarmaci e sostanze nutrienti. La riduzione dell'intensità di lavorazione del terreno abbassa il consumo di energia e l'emissione dell'anidride carbonica, mentre il sequestro del carbonio risulta elevato dovuto all'aumento nella sostanza organica nel suolo. Sotto lavorazione conservativa si osserva una fauna terrestre più ricca che può migliorare il riciclo delle sostanze nutrienti. Conservation tillage (CT) is practised on 95 million ha world-wide, predominantly in North and South America but its uptake is also increasing in South Africa, Australia and other semi-arid areas of the world. It is primarily used as a means to protect soils from erosion and compaction, to conserve moisture and reduce production costs. In Europe, the area cultivated using minimum tillage is increasing primarily in an effort to reduce production costs, but also as a way of preventing soil erosion and retain soil moisture. A large proportion of Europe’s cultivated land is also prone to soil degradation but farmers and governments are being slow to recognise and address the problem, despite the widespread environmental problems that can occur when soils become degraded. Conservation tillage can improve soil structure and stability thereby facilitating better drainage and water holding capacity that reduces the extremes of water logging and drought. These improvements to soil structure also reduce the risk of runoff and pollution of surface waters with sediment, pesticides and nutrients. Reducing the intensity of soil cultivation lowers energy consumption and the emission of carbon dioxide, while carbon sequestration is raised though the increase in soil organic matter. Under conservation tillage, a richer soil biota develops that can improve nutrient recycling and this may also help combat crop pests and diseases. Dottorato di ricerca in Meccanica agraria

Questa tesi è stata realizzata nell’ambito del progetto POPFACE-EUROFACE “ricerca integrata per lo studio delle risposte funzionali di una piantagione multiclonale di pioppo all’attuale e futura concentrazione di CO2 atmosferica”. La tecnologia FACE (Free Air CO2 Enrichment) è stata usata per esporre la piantagione all’elevata [CO2] atmosferica. Il lavoro è stato incentrato sull’impatto dell’elevata [CO2] sui processi biologici del suolo e sul ruolo da essi sostenuto i) nel sostenere l’aumento di produttività delle piante e ii) nel determinare l’accumulo di carbonio nel suolo. L’effetto dell’elevata [CO2] sul suolo è mediato dagli input vegetali, provenienti da lettiera e rizodeposizioni, e cambiamenti nella quantità e qualità di tali input possono influire sul sistema biologico suolo e sul suo metabolismo, cha possono a loro volta determinare un feedback sulla [CO2] atmosferica. Inoltre, la fertilità del suolo può avere un ruolo importante nel determinare la direzione di tali processi; è stato quindi approfondito lo studio delle interazioni tra i trattamenti di elevata [CO2] e fertilizzazione azotata. Le principali conclusioni di questa tesi sono le seguenti: - La diminuzione della quantità di azoto totale nel suolo e la competione tra piante e miroorganismi per i nutrienti hanno favorito l’immobilizzazione microbica di N. La diminuzione dei tassi di nitrificazione e di mineralizzazione hanno determinato una riduzione della disponibilità di N-NO3- nel suolo. Sebbene la diminuzione di azoto totale in conseguenza dell’arricchimento di [CO2] abbia agito in modo simile nei suoli fertilizzati e non, la riduzione dei nitrati in elevata [CO2] è stata in parte compensata dall’interazione positiva con il trattamento di fertilizzazione. Una più intensa attività di mineralizzazione ha indotto un aumento di N-NO3- nei suoli FACE fertilizzati, in maniera più evidente in P. nigra. - L’aumento di diversi enzimi ha indicato una più elevata domanda di nutrenti in elevata [CO2], che ha determinato un generale incremento dell’attività biologica per mantenere una sufficiente disponibilità di azoto, fosforo e zolfo. L’aumento della sintesi enzimatica è stato indotto da un incremento generale dei processi microbici in conseguenza dell’attività vegetale, come confermato dale diverse risposte ottenute per i tre cloni. - La capacità di scambio cationico è aumentata nel secondo ciclo a seguito dell’impatto positivo della piantagione sulla sostanza organica del suolo. In elevata [CO2] l’aumento è stato anche più consistente, ed è stato sostenuto da un più alto rapporto C/N della sostanza organica labile, dall’aumento della biomassa radicale e fungina, dall’elevata attività rizosferica. - L’incremento di [CO2] atmosferica ha determinato un aumento di tutte le frazioni labile e del rapporto C/N, indicando una minore qualità dei composti facilmente decomponibili - La frazione più recalcitrante e il carbonio organico totale non sono stati influenzati dai trattamenti. L’assenza di effetti è da imputarsi alla difficoltà di misurare piccoli cambiamenti rispetto al grande contenuto di C del suolo nel breve periodo, e non esclude modificazioni di più lungo termine. - La grande disponibilità di C per i microorganismi in elevata [CO2] ha favorito l’aumento del C della biomassa microbica grazie ad un metabolismo meno dispendioso, riflettendo più un aumento delle dimensioni cellulari che una reale proliferazione microbica. La relazione positiva tra C microbico e C solubile suggerisce infatti che almeno parte del surplus di C è stato immobilizzato ed utilizzato per la crescita microbica, invece che respirato e rilasciato nuovamente nell’atmosfera. L’elevata [CO2] ha indotto una crescita preferenziale dei funghi, dovuta all’aumento nella quantità ma alla diminuzione della qualità degli input vegetali, che ha favorito quelle popolazioni più efficienti nell’utilizzare i substrati disponibili. - Il trattamento di fertilizzazione non ha indotto cambiamenti nelle dimensioni della comunità microbica, ma ha influenzato la composizione specifica e ha diminuito la biodiversità fungina. Inoltre l’immobilizzazione microbica di N è stata favorita solo in durante la somministrazione del fertilizzante. Di conseguenza il rapporto C/N della biomassa microbica è dimunuito, favorendo nel breve termine popolazioni a rapida crescita e con tassi metabolici più elevati. - L’interazione tra l’arricchimento di [CO2] atmosferica e la fertilizzazione azotata ha selezionato differenti comunità fungine senza diminuire la biodiversità, e la contemporanea disponibilità di C e N ha permesso tassi metabolici più elevati, in particolare nei suoli di P. nigra. - Nella piantagione le componenti della respirazione auto- ed eterotrofa hanno contribuito in ugual misura al flusso di CO2 dal suolo, e la frazione radicale è stata in media il 48% del totale. L’apporto di C labile, attraverso gli input dalla lettiera e dalle radici, ha determinato i tassi di respirazione e le fluttuazioni annuali nella piantagione. - L’aumento del flusso di CO2 dal suolo a seguito dell’arricchimento di [CO2] è stato continuo nel tempo, e nel secondo ciclo è stato sostenuto dalla grande disponibilità di substrati decomponibili. - L’aumento delle emissioni di CO2 dal suolo dalle due componenti auto- ed eterotrofa è stato determinato dall’incremento dell’attività fotosintetica delle piante, dall’aumento della produttività ipogea e dal conseguente flusso di C dalle piante al suolo. Il conseguente aumento dell’attività rizosferica, comprendente radici e microorganismi della rizosfera, ha determinato tassi più elevati nei suoli FACE. - L’aumento di biomassa radicale e di composti carboniosi labili, ha indotto tassi respiratori più elevati solo nella rizosfera, come dimostrato dall’assenza di modificazioni a carico della respirazione microbica potenziale senza la diretta influenza radicale. La bassa qualità delle frazioni di C labili e le conseguenti modificazioni a carico delle comunità microbiche, ha favorito la presenza di una biomassa microbica più efficiente, dominata dalle popolazioni fungine, e caratterizzata da un metabolismo più lento. - Da queste evidenze si può concludere che l’incremento della respirazione auto- ed eterotrofa a seguito dell’arricchimento della [CO2] atmosferica, è stato bilanciato dall’aumento degli input di C dalle piante. L’aumento delle frazioni labili è il risultato netto di tali processi, ad indicare un possibile aumento dell’accumulo di C nel suolo nel più lungo termine. This thesis was realized in the frame of the POPFACE-EUROFACE project “an integrated research to determine the functional responses of a cultivated, agro-forestry system, namely a multiclonal poplar plantation, to actual and future atmospheric CO2 concentrations”. FACE (Free Air CO2 Enrichment) technology was used to expose the poplar plantation to elevated atmospheric CO2 concentrations. The work focused on the impact of elevated [CO2] on soil biological processes and on their role in i) sustaining the increase in plant production and ii) determining the C storage in soil. The effect of elevated [CO2] on soil is mediated by plants input, from litter and rhizodeposition, and changing quality and quantity of these inputs will affect the soil biota and its metabolism, that in turn can create a feedback on the atmospheric [CO2]. Furthermore, the soil nutrient status might have a main role in determining the direction of these processes, and the study of interactions between elevated [CO2] and N fertilization was included in this work. The main conclusions of this thesis were the following: - The total nitrogen in soil decreased under elevated [CO2] and the consequent plants-microbes competition for nitrogen favored microbial N immobilization. The decrease of nitrification and mineralization rates under elevated [CO2] resulted in fact in a lower N-NO3- availability in soil. Although the negative effect of [CO2] enrichment on total N soil content acted similarly in fertilized and not fertilized soil, the decrease of nitrates under elevated [CO2] was partly compensated by the positive interaction with the fertilization treatment. A more intense microbial mineralization activity induced in fact a N-NO3- increase in FACE fertilized soil, more evident in P. nigra. - The increase of several extracellular enzymes indicated a greater soil nutrient requirement under elevated [CO2]. This resulted in a general enhancement of soil biological activity in order to maintain an adequate supply of nitrogen, sulphur and phosphorus in soil. The greater enzymatic synthesis was indeed related to a general enhancement of microbial processes mediated by plants activity, as confirmed by the different responses of poplar clones. - Soil cation exchange capacity (CEC) increased during the 2nd rotation cycle, because of the positive impact of the plantation on soil organic matter. Under elevated [CO2] the effect was more pronounced, and was sustained by the higher C/N ratio of labile soil organic matter, the greater root and fungal biomass, and the greater rhizosphere activity. - Elevated [CO2] resulted in a large increase of all labile C fractions and on the C/N ratio of labile fractions, indicating a lower quality of easily decomposable compounds. - The recalcitrant C fraction and the total organic C were unaffected by the treatment. The lack of significant changes was indeed related to the difficulty of measuring small changes against the background C-content of the soil in the relative short term of the experiment, and did not exclude longer-term modifications. - The extra C made available for microbes in elevated [CO2] induced an increase in microbial biomass C sustained by a less energetically expensive metabolism, reflecting more a cell enlargement process than a real microbial proliferation. The relationship between microbial and soluble C suggested in fact that at least part of plants C input was immobilized and used for microbial growth, instead that respired and released back in the atmosphere. Elevated [CO2] induced a preferential stimulation of fungi because of the increase in quantity but decrease in quality of plants input, which favoured a more efficient microbial population in converting substrate into biomass. - Fertilization treatment did not induce changes in microbial population size, but influenced the fungal community composition and lowered the fungal species richness. Moreover the microbial N immobilization was favoured only in June, during the fertilizer application, therefore lowering the microbial biomass C/N ratio and sustaining in the short-term fast growing microbial communities and higher metabolic rates. - The interaction between [CO2] enrichment and N addition selected different fungal communities without lowering the species richness, and the utilization of added C compounds was higher in FACE fertilized soil, where the combined C and N availability allowed higher metabolic rates, particularly in P. nigra. - As general mean, the autotrophic and the heterotrophic components of soil respiration contributed similarly to soil CO2 efflux, and the root-derived CO2 was on average the 48% of the total. Soluble C supply, by means of root and litter production, played a main role in determining soil respiration rates in the plantation, as well as yearly fluctuations. - The large increase of soil C losses under elevated [CO2] was sustained during years, and after the coppicing a much larger relative stimulation of soil respiration did occur due to the greater availability of roots and decomposable substrates. - The increase of soil CO2 emissions from both auto- and heterotrophic components was related to the enhancement of plants photosynthetic activity, to the increase in belowground productivity, and to the consequent greater flux of fixed C from plants to soil. The consequent increase of rhizospheric activity, comprehensive of roots and rhizo-microbial respiration, caused higher soil CO2 effluxes in FACE soil. - Greater root biomass and labile C compounds availability induced higher heterotrophic respiration rates only in the rhizosphere, as demonstrated by the lack of [CO2] enrichment effect on microbial potential respiration in the absence of a direct root influence. A lower quality of labile C pools and the consequent changes in microbial communities selected a more efficient microbial biomass, dominated by fungal populations and characterized by a slower metabolism. - From these evidences we conclude that the elevated [CO2] enhancement of autotrophic and heterotrophic respiration was more than balanced by the greater C input from plants to soil, and that the increase of labile C fractions was the net result of these processes, suggesting a positive trend of C storage in FACE soil in the longer-term. Corso di dottorato in Ecologia forestale