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Dottorato di ricerca in Scienze e tecnologie per la gestione forestale e ambientale ; Il presente lavoro ha avuto lo scopo di analizzare alcuni parametri relativi ad analisi fisicoenergetiche di materiale legnoso proveniente da diverse tipologie di specie arboree idonee alla produzione di biomassa utilizzabile nei diversi processi tecnologici di conversione energetica. Le caratteristiche esaminate sono state la composizione macroscopica, distribuzione granulometrica, densità bulk (db), potere calorifico, contenuto in ceneri ed analisi ultima, parametri che influenzano enormemente la qualità e la convenienza economica delle scelte di utilizzo della biomassa. Le ricerche sono state estese a diverse specie, diversi sistemi di coltivazione e piantagioni dedicate alla produzione di biomassa legnosa in quanto sono un’ottima fonte di approvvigionamento di materiale a basso costo, anche se in alcuni casi con caratteristiche energetiche non ottimali. La caratterizzazione energetica è stata condotta su biomasse ligno-cellulosiche di specie provenienti da Short Rotation Forestry (SFR) di diverse cloni di pioppo, da piante intere e materiale ritratto da interventi di utilizzazioni forestali e da biomasse residuali ottenute da scarti di potature. I cloni di pioppo (Populus spp.) analizzati provenienti da Short Rotation Coppice (SRC) sono 5, il clone AF2, AF6, Monviso, Limatola e Muur. Le piante intere provenienti da operazioni di primo diradamento sottoposte alla sminuzzatura appartengono alle specie di Pinus nigra Arnold., Pinus halepensis Miller, Pinus pinaster Miller e Picea abies L, mentre il materiale ritratto da interventi di utilizzazioni forestali è stato ottenuto da Quercus spp. and Fagus sylvatica L. Nel caso delle biomasse residuali provenienti dagli scarti di potature si sono prese in esame quelle ottenute da agrumeti. A seguito delle analisi effettuate è risultato che la pezzatura riveste un ruolo di assoluta importanza sia per la conservabilità del prodotto e sia per la successiva conversione energetica. ; This work has the purpose to analyze some physical and energetic parameters of woodchip from woody material of different types of tree species for the biomass production used in the different technological processes for energy conversion. The characteristics examinated are: component breakdown, particlesize distribution, bulk density, high heating value, ash content and content on Carbon (C), Nitrogen (N) Hydrogen (H). Those parameters influence the energetic quality and the economical convenience of the woody biomass. The research was extended to several species, different cultivation systems and dedicated plantations for woody biomass production, they are an excellent source of low-cost material. The energetic characterization has been realized for biomass from Short Rotation Coppice (SRC) of different poplar clones, from whole plants and residual biomass from forest utilization and pruning residues. The poplar clones (Populus spp.) from Short Rotation Coppice (SRC) analyzed are AF2, AF6, Monviso, Limavady and Muur. Whole plants from first thinning operations are Pinus nigra Arnold., Pinus halepensis Miller, Picea abies and Pinus pinaster Miller L, the forest utilization material from Quercus spp. and Fagus sylvatica and the residual biomass from orange pruning residues. After having realized those analisys, it’s possible to say that wood chips size has a fundamental role for the product's shelf and for the subsequent conversion efficiency.

Dottorato di ricerca in Ingegneria dei sistemi agrari e forestali ; In questo lavoro sono riportati i primi risultati ottenuti da un prototipo di serra fotovoltaica ad ombreggiamento variabile realizzata dall’Università della Tuscia – Dip. DAFNE (1). Questa serra è caratterizzata da una sezione trasversale asimmetrica e presenta sulla falda di copertura principale elementi fotovoltaici mobili che possono ruotare intorno all’asse longitudinale al fine di variare l’ombreggiamento interno in funzione della specie vegetale coltivata, la latitudine del sito e del periodo dell’anno. L’obiettivo di questa ricerca è stato quello di studiare la produzione di energia e il microclima interno alla struttura con diversi valori di ombreggiamento a cui corrispondono diversi angoli di inclinazione dei pannelli fotovoltaici in condizioni di cielo sereno, nuvoloso e parzialmente nuvoloso. Nell’ambito dello studio del comportamento energetico della serra è stato redatto il bilancio energetico in condizioni di cielo sereno. I risultati ottenuti mostrano che, anche con inclinazione dei pannelli fotovoltaici molto elevata, è possibile produrre energia elettrica grazie alla presenza di specchi in alluminio altamente riflettenti (98%) che consentono il recupero di buona parte della radiazione solare riflessa che altrimenti andrebbe persa. I risultati del bilancio energetico evidenziano il funzionamento di questa struttura anche come sistema passivo di protezione dagli eccessi energetici e termici. Con questa soluzione, diversa dalle altre reperite in bibliografia, è possibile cercare di conciliare la produzione di energia elettrica mediante pannelli fotovoltaici e la produzione agricola in funzione della specie vegetale coltivata, della latitudine del sito e della stagione in cui si opera. 1 Brevetto n. VT 2015A000001 ; This paper reports the first results obtained by a prototype of photovoltaic greenhouse with variable shading produced by the University of Tuscia - Dip. DAFNE (1). Greenhouse has an asymmetric cross section and allows the rotation of the photovoltaic modules around the longitudinal axis, in order to select the degree of shading inside the structure according the type of crop grown, the latitude of the site and the time of year. The goal of this research was to study the production of energy and the microclimate inside the structure with different percentages of shading, at which correspond different inclination angles of photovoltaic panels in clear, cloudy and partly cloudy sky. In evaluating of the greenhouse’s energy behavior was prepared the energy balance in clear sky conditions. The results show that even with high inclination of the photovoltaic panels it is possible to generate electrical energy through the presence of highly reflective aluminum mirrors (98%) that allow for the recovery of solar radiation is otherwise lost by reflection. Moreover, the results obtained from the energy balance show the possibility to use this structure also as a passive protection system against from energetic and thermal excess during the hottest periods. With this solution, unlike any other found in the literature, it is possible to balance the production of electricity by photovoltaic panels and agricultural production according the type of crop grown, the latitude, the season in which you work. 1 Brevetto n. VT 2015A000001

Dottorato di ricerca in Scienze e tecnologie per la gestione forestale e ambientale ; La tesi analizza la sostenibilità tecnica ed economica di una microfiliera energetica basata sul consumo di biomassa aziendale per il riscaldamento termico degli edifici del CRA-ING di Monterotondo (Roma). L’analisi, sviluppata su quattro casi studio, ha riguardato sia aspetti attinenti alla costituzione della microfiliera energetica in relazione alla produzione interna di biomassa da short rotation forestry di pioppo (SRF) e a potenziali approvvigionamenti da piccole formazioni forestali esterne all’azienda, sia aspetti relativi ai singoli processi produttivi, sviluppando un’analisi di ottimizzazione della logistica della raccolta della SRF ad utilizzo energetico. I risultati conseguiti dai primi tre casi studio hanno permesso lo sviluppa un modello economico di analisi complessiva della sostenibilità della filiera in esame. La produzione media di biomassa ottenuta dalla SRF con i cloni AF2 (P. x canadensis Moench), AF6 (P. nigra L. x P. x generosa A. Henry) e Monviso (P. x generosa A. Henry x P. nigra L.), riferita al primo (turno biennale) e secondo taglio (turno triennale) della piantagione, è stata rispettivamente di 10,1 e 13,0 t ha-1 anno-1 di sostanza secca, con migliori rese per il clone AF2 rispetto agli altri due cloni. Nel turno triennale, la tipologia d’impianto a file singole ha ottenuti migliori performance produttive rispetto alle file binate, con 13,9 contro 12,2 t ha-1 anno-1 di sostanza secca. L’indagine territoriale condotta nell’area di studio ha posto in evidenza la presenza di 17.445 t di biomassa fresca relativa a piccole formazioni forestali, in parte potenzialmente utilizzabile (poste a distanze inferiori ai 10 km dalla centrale), delle quali circa il 45% presenta dei costi complessivi di utilizzazione inferiori a 45 euro t-1. La stima del costo della raccolta di SRF, con approccio multivariato (PLS), è risultata variabile da 8,69 euro t-1 a 16,56 euro t-1 in relazione all’organizzazione logistica del cantiere. La valutazione economica complessiva del ciclo di vita dell’investimento nei due progetti a confronto, sistema di riscaldamento a biomassa e a gasolio, mostra, per le condizioni sperimentali descritte, un vantaggio complessivo del sistema a biomassa, rispetto a quello a gasolio, di 156.703 euro, corrispondente mediamente a 15,60 euro GJ-1. ; The thesis analyzes the technical and economic sustainability of a wood-energy micro-chain based on biomass consumption for thermal heating of the buildings of the CRA-ING of Monterotondo (Rome). The analysis, developed on four case studies, involves both aspects related to the establishment of energy chain in relation to the domestic production of biomass by Short Rotation Forestry (SRF) poplar plantation and potential supply by small forest stands outside the farm. For both these production processes an analysis of the optimization of the logistics of biomass harvesting to energy use was developped. The results from the first three case studies have allowed the development of an economic model of the overall analysis of the sustainability of the woodchain for heating energy production. The average production of biomass obtained by three poplar clones, AF2 (P. x canadensis Moench), AF6 (P. nigra L. x P. x generosa A. Henry) and Monviso (P. generosa A. Henry x P. nigra L.), referring to the first harvesting (two-year cycle) and second harvesting (three-year cycle) of the plantation, was respectively 10.1 and 13.0 t ha-1 year-1 of dry matter, with better yields of the AF2 clone. On the three-year cycle, the single row plantation has achieved better production performance than the twin row plantation, with 13.9 vs. 12.2 t ha-1 year-1 of dry matter. The local survey conducted in the study area has highlighted the presence of 17,445 t of fresh biomass by small forest stands, in part potentially usable in the heating plant and located at a logistic distance of less than 10 km. About 45% of this biomass has a total estimated utilization cost below 45 € t-1. The estimated cost of SRF harvesting, calculated with multivariate approach (PLS), was variable from 8.69 € t-1 to 16.56 € t-1 in relation to the logistic organization of the yard. The global economic evaluation on the life cycle of the investment related to the two compared biomass and diesel heating systems shows, for the experimental conditions described, an overall saving of 156,703 € of the biomass heating system, compared to the diesel heating system, corresponding at a saving per unit of thermal energy of 15.60 € GJ-1.

Dottorato di ricerca in Scienze e tecnologie per la gestione forestale e ambientale ; Le utilizzazioni forestali sono uno degli aspetti fondamentali della gestione forestale sostenibile, in quanto strumento di applicazione indispensabile mediante il lavoro in bosco delle imprese forestali. Il primo anello della filiera bosco-legno è costituito da queste imprese di prima trasformazione che vengono scarsamente monitorate a differenza di altri settori produttivi del Paese. Le fonti statistiche ufficiali, infatti, concentrano la loro attenzione solo su altri aspetti della gestione forestale e non sulle attività in bosco dei cantieri forestali. L’obiettivo dello studio, per ogni impresa, è stato quello di monitorare il livello di meccanizzazione forestale usato ed in particolare le metodologie di lavoro applicate, in quanto, esse vanno ad influenzare direttamente e indirettamente sulla crescita e sulla sostenibilità dei boschi. Il lavoro è stato svolto in tre Regioni, Umbria, Lazio e Campania, attraverso un campione di imprese forestali, per conoscere sia la loro organizzazione imprenditoriale che il loro reale lavoro in bosco. L’indagine ha evidenziato fondamentalmente, la perdurante mancanza di accurati controlli e opportuni monitoraggi, da parte di tutti gli Enti competenti. Questa persistente lacuna dovrebbe essere colmata, anche alla luce degli accordi stipulati dall’Italia sia in sede comunitaria che internazionale, in modo da poter applicare concretamente e meglio una gestione sostenibile delle foreste italiane. Una migliore conoscenza di questo anello debole della filiera, porterebbe anche dei notevoli miglioramenti sulla sicurezza degli operatori forestali impiegati in bosco e a un migliore utilizzo della biomassa prelevata. Il monitoraggio dei cantieri forestali consentirebbe, infine, la realizzazione di interventi selviculturali meno impattanti di quelli attuali per i boschi e l’ambiente, nonché una programmazione che si ripercuoterebbe sull’applicazione di livelli di meccanizzazione al passo con l’innovazione tecnologica, già applicata da tempo in altri Paesi. ; Forest harvesting is one of the crucial aspects in the sustainable forest management, since it is a necessary application tool for the forest firms, through their work in the forest. The first ring of the forest-wood supply chain is based on the first transformation firms which, differently from other productive sectors of the Country, are scarcely surveyed. In fact the official statistical sources concentrated their attention only on other aspects of the forest management, but not on the activities of the forest yards. The research target was to monitor level of mechanization of forest enterprises and, particularly, the applied work methodologies, since directly and indirectly affecting forests growth and sustainability. The study was carried out in three provinces, Umbria, Lazio, Campania, through a sample of forest enterprises, to better analyse both the management organization and their real work activities in the forest. The investigation has essentially shown the lasting lack of accurate inspections and appropriate monitoring by all the competent organizations. This persistent gap should be filled up, according to the agreements stipulated by Italy both in the European Commission and Internationally, in order to concretely and better apply a sustainable management in Italian forests. An enhanced knowledge of this bond in the supply chain should bring remarkable improvements of forest workers safety and a better use of harvestable biomass. Finally the forest yards monitoring should permit to achieve silvicultural actions for environment and forest sustainability, and the possibility to schedule an increase of mechanization and technological innovations, as already common in other Countries.

Dottorato di ricerca in Ecosistemi e sistemi produttivi ; Il lavoro di ricerca svolto può essere sommariamente suddiviso in tre parti: 1) audit energetico; 2) analisi termo-energetica tramite modellazione statica e dinamica del processo produttivo e/o parte di esso. Contestualmente all’analisi è stato fatto un approfondimento sul processo produttivo e sui materiali coinvolti per capire le criticità dello stesso; 3) proposte d’intervento le quali possono anche essere volte ad ottimizzare il ciclo di produzione. Dopo l’audit energetico ci si è resi conto che la fase più critica fosse il reparto della decolorazione e qui si è incentrata l’analisi termo-energetica. Lo studio è stato fatto, sulla vasca di decolorazione, con il Comsol Multiphiscs, prima analizzando il caso bidimensionale stazionario e poi quello transitorio. Avvalendosi di un sistema di filtraggio dinamico delle acque, in fase di processo, migliora significativamente il “lavaggio” dei capelli riducendo consistentemente i consumi idrici e quindi anche energetici. Infine tutto lo studio chimico sul processo di decolorazione. Il kit in provetta su campioni piccolissimi di capelli, consente di determinare preliminarmente quali campioni hanno subito tinture inquinanti e quali no. L’utilizzo di un protettivo che neutralizza il radicale libero in eccesso, che si forma nella reazione di ossidazione con l’H2O2 , interviene preservando la qualità del prodotto finito e quindi stabilizza il processo e riduce gli scarti. ; The research work carried out can be summarized in three parts: 1) energy audit; 2) thermalenergetic analysis by static and dynamic modeling of the production process and/or part of it. At the same time, an in-depth study of the production process and the materials involved to understand the criticalities of the same; 3) intervention proposals which can also be used to optimize the production cycle. After the energy audit we realized that the most critical phase was the decolorization department and here was focused the thermo-energetic analysis. The study was done on the bleaching tank with Comsol Multiphiscs, first analyzing the stationary two-dimensional case and then the transitional one. Utilizing a dynamic water filtering system during the process, it significantly improves hair washing by consistently reducing water consumption and therefore also energy. Finally, all the chemical study on the bleaching process. The test kit on tiny hair samples allows you to determine in advance which samples have been contaminated and what is not. The use of a protector that neutralizes the excess free radical formed in the oxidation reaction with H2O2 intervenes while preserving the quality of the finished product and thus stabilizes the process and reduces waste.

Dottorato di ricerca in Scienze e tecnologie per la gestione forestale e ambientale ; I cantieri di potatura del verde urbano e peri-urbano rappresentano un’ingente risorsa di biomassa legnosa che viene spesso lasciata ai margini stradali per poi essere raccolta e portata in discarica, od utilizzata comunque in maniera non appropriata. Scopo del presente studio è stato quello di analizzare il lavoro svolto dalle imprese di manutenzione è di ottenere dei dati sperimentali e attendibili sulle produttività e sulla quantità di biomassa ottenuta. La potatura, soprattutto nei cantieri dove le operazioni sono state orientate prevalentemente all’abbattimento, rappresenta senz’altro una fase lenta; c’è da notare infatti che, vista l’imponenza di molte branche delle piante da abbattere, era necessario intervenire prima alleggerendo la chioma. Un altro fattore critico è rappresentato dalla fase di carico delle ramaglia, che condiziona pesantemente i tempi di lavoro. La raccolta integrale delle biomasse residuali necessiterebbe di una radicale riorganizzazione della cantieristica applicata, la cui produttività è limitata da fattori particolari, quali la poca disponibilità di spazio per l’allestimento del cantiere, l’ostacolo rappresentato da edifici e altri manufatti e la necessità di ridurre al minimo il periodo di permanenza del cantiere per ovvi motivi di circolazione stradale e quiete pubblica. Quanto detto finora vale, ovviamente, solo per quelle alberature poste lungo le strade ed in prossimità di abitazioni, colture in atto, ecc., dove il lavoro subisce l’azione penalizzante dei fattori sopra elencati. Il discorso è diverso per le alberature extraurbane o situate lungo i canali, dove si può applicare una cantieristica più propriamente forestale. In tal caso, occorre distinguere tra abbattimento di piante e loro potatura – situazioni molto differenti per difficoltà e potenzialità produttiva. Le ditte manutentrici sono generalmente obbligate dal contratto di appalto a “concentrare”, ovvero ad accumulare le ramaglie in punti localizzati, e tali aree, direttamente adiacenti alle strade, sono sempre facilmente raggiungibili da una sminuzzatrice, sia essa portata o semovente. Nell’ottica di una valorizzazione ottimale degli assortimenti ritraibili dei viali alberati, si potrebbe quindi sviluppare l’ipotesi di un cantiere che produca come prodotto principale legna da ardere e sminuzzi gli scarti producendo scaglie, organizzato per velocizzare tutte le operazioni e minimizzare i tempi di permanenza. L’analisi dei cantieri oggetto dello studio ha evidenziato, che il materiale residuale rappresenta genericamente dal 15 al 35 % della massa tagliata, in termini di peso fresco, con valori fino all’80% per quanto riguarda il cantiere di leccio. La difficoltà oggettiva a quantificare il materiale residuale per l’ambito territoriale indagato, è data dal fatto che il Comune di Roma non possiede uno studio completo e dettagliato sulle piante esistenti nell’area comunale, la loro collocazione e i parametri identificativi. Tale censimento sarebbe uno strumento efficace non solo per la pianificazione degli interventi, ma anche per la corretta gestione dei residui, in un’ottica di utilizzo per la produzione di energia locale. E’ stato possibile comunque fare una stima di massima per quanto riguarda i residui lavorati dalla ditta esaminata a Roma, che ha un bilancio importante per quanto riguarda i lavori effettuati nel Comune e nel territorio provinciale. Mediamente essa raccoglie 80 mst di ramaglia al giorno, che riferiti a 220 giorni lavorativi annui sono 17.600 mst. In termini di peso tale volume equivale, considerando una massa volumica sterica media di 0,4 t/mst, a circa 7.000 t di sostanza fresca. ; The yards of pruning of urban trees represent a huge resource of wood biomass, left often in order to be collected in green dumps, or used however in way not appropriated. Aim of this study is to analyze the work systems in this kind of yards and to obtain reliable data about the productivity and the amount of cut biomass. Pruning represents the slow phase of the observed work, in fact it was necessary to cut part of great branches before starting to prune. Another critical factor is represented from the phase of harvesting of the thin branches, that heavily conditions work times . The integral collection of the wood residues would need a radical reorganization of the yards, whose productivity is limited from particular factors, such as the lack of spaces for the preparation of the yard, the presence of buildings and other constructions These problems concerns trees located in urban areas, but not that ones located along the roads in the countryside, where it’s possible to apply the same work systems as in forest yards The companies are generally obliged from the contract to accumulate the residues in areas, often directly adjacent to the roads, where it’s easy to organize a yard in order to chip the residues with specific machinery. The analysis of the yards object of the study has evidenced, that the residual material represents generically from 15 to 35% of the cut mass, in terms of fresh weight. It is difficult to quantify the residual material for the inquired area (Municipality of Rome), for there is not a complete and detailed study on the existing trees in the communal area, their positioning and the parameters. Such census, would be an useful instrument not only for the planning of the yards of pruning, but also for the correct management of the residues, in order to use them for the production of local energy. It was possible however to make an evaluation of the amount of residues produced by the company examined in Rome, that is one of the most important in the area. It collects 80 mst of thin branches/day, which annualy are 17,600 mst. equal to approximately 7.000 t of fresh substance.

Dottorato di ricerca in Ingegneria dei sistemi agrari e forestali ; L’attenzione sempre crescente al miglioramento dell’ambiente di lavoro, vede la ricerca scientifica sempre più impegnata su questi temi. Anche l’ambiente di lavoro agricolo e forestale, essendo scenario di infortuni e malattie professionali, si configura come settore da studiare e sorvegliare con attenzione. Tra i fattori di rischio, vanno annoverate le polveri, prodotte durante diverse fasi dei lavori agroforestali. Le dimensioni ridotte e le caratteristiche del particolato aerodisperso, possono infatti costituire un pericolo per gli operatori, per gli astanti e per l’ambiente. Nei tre anni di attività di ricerca del Dottorato, ho seguito alcuni progetti di analisi e campionamento del particolato aerodisperso, proveniente da: 1) polveri di abrasione derivanti dal mais conciato; 2) polveri derivanti dal terreno sollevato durante la raccolta delle nocciole con macchine dedicate; 3) polveri di legno generate durante la trasformazione di un pioppeto in cippato ad uso energetico. Per i primi due sono stati anche previsti dei sistemi di abbattimento per le polveri e confrontati i prototipi con le macchine tal quali. La sperimentazione è stata incentrata sul contributo alla produzione di polveri dato dalle attrezzature impiegate nelle varie operazioni. I risultati costituiscono un contributo alla conoscenza dei rischi collegati al particolato aerodisperso in agricoltura. ; In recent years, an increasing consciousness about work safety has more and more involved the scientific research on this topic. The agroforestry sector shows the occurrence of professional diseases and accidents, requiring the necessity of studies and devoted researches. Among health risk factors we have to include the dust, that is generated during different agroforestry operations. The small size and the characteristics of the airborne particulate, can causea serious harm to workers, to bystanders and to the environment. During the three-year of doctoral activity, I have carried out the sampling and the analysis of dusts coming from the three following scenarios: 1) abrasion dust coming from dressed maize seed; 2) soil dust generatedduring hazel-nuts mechanical harvesting; 3) wood dust from the utilization of poplar wood as energy source. In the first two projects, an evaluation of innovative devices for dust reduction was also carried out. The experiments have been mainly focused on the contribution of machinery to dust production and dissemination. The results can contribute to a better knowledge of risk factors associated to airborne particulate in agroforestry activity.

Le reti d’impresa che operano nel campo dell’efficienza energetica e dell’eco-sostenibilità del territorio possono innescare uno sviluppo sostenibile, innovativo e inclusivo e, per questa via, lo sviluppo locale. È questa l’ipotesi che ci si propone di verificare sulla base dei risultati di un’analisi econometrica che mostra i benefici della presenza di reti tra imprese in termini di riduzione dell’intensità energetica, di potenziamento della capacità innovativa e di impatto occupazionale, sempre a livello regionale. The inter-firm networks that operate in the field of energy efficiency and eco-sustainability of local territories can trigger sustainable, innovative and inclusive development. We aim to check this hypothesis through an econometric analysis for Italy at the regional level. Empirical results show a positive impact of green inter-firm networks in terms of reduction of energy intensity, enhancement of innovative capacity, and increase in the employment rates. JEL codes: D85, O44, Q56 Keywords: inter-firm networks, sustainable development, innovation, social inclusion, energy efficiency Moneta e Credito, Vol 71, No 281 (2018): Marzo

Dottorato di ricerca in Scienze ambientali ; Sistemi agricoli ed ecologici sono intimamente connessi (l’agricoltura gioca un ruolo importante nei modelli ecosistemici) e l’attività agricola concreta in se concetti di gestione e cambiamento ambientale atti alla produzione di beni (in primis gli alimenti). Durante il secolo scorso, l’attività agricola si è intensificata caratterizzandosi sia nella crescente dipendenza da fattori esterni sia nella conversione delle coperture del suolo. Sebbene tale processo abbia incrementato la produttività, la sostenibilità di numerosi agroecosistemi è stata compromessa. Nei Paesi sviluppati la situazione è particolarmente critica e richiede una riorganizzazione del settore agricolo al fine di recuperare la sostenibilità venuta meno. Al fine di affrontare le questioni emergenti connesse con la crescita demografica mondiale e la veemenza tecnologica nella biosfera, assume una fondamentale importanza il quantificare la sostenibilità degli agroecosistemi. La sfida dei ricercatori è quindi quella di bilanciare le questioni bio-fisiche con quelle socio-economiche per promuovere lo sviluppo sostenibile dell’agricoltura. In Europa sono presenti modelli di sviluppo rurale sostenibile ed essi devono essere maggiormente compresi, esplorati e diffusi in quanto magnifici esempi di conoscenza acquisita tramite la tradizione e il sapiente uso del suolo. Il principale obiettivo della presente ricerca è quello di produrre un’indagine ambientale ed economica finalizzata alla progettazione e gestione di agroecosistemi sostenibili. Al fine di perseguire tale obiettivo, è necessario adottare un approccio multidimensionale capace di associare le caratteristiche agroecosistemiche alla gestione sostenibile. Questa ricerca vuole contribuire alla costruzione di una Scienza della Sostenibilità tramite la definizione di soluzioni pratiche capaci di incrementare la sostenibilità agricola, con minime ripercussioni sui livelli produttivi. La ricerca (articolata in vari studi) ha riguardato la valutazione della sostenibilità di alcuni agroecosistemi, a livello gerarchico di paesaggio (Lazio meridionale) e aziendale (Lazio meridionale, Provincia di Viterbo e Isola di Terceira), tramite indicatori di diversità (paesaggio e azienda) e di input/output (azienda). Gli studi condotti a livello di paesaggio hanno analizzato la sostenibilità ambientale in termini di metriche territoriali distinguendo l’ecoregione in base ad alcune caratteristiche (proprietà, altimetria e fitoclima). I risultati forniscono un profilo ecoregionale dell’Italia centrale dove i modelli storici di uso del suolo sono sopravvissuti a testimonianza della capacità umana di bilanciare il proprio sviluppo in base al contesto locale. Anche se i recenti cambiamenti sociali hanno portato a una maggior irruenza antropica e tecnologica sull’ambiente, la tradizione nei modelli d’uso del suolo (tramandata tra le generazioni mediante la cultura, l’educazione e le regolamentazioni locali) ha contribuito nel mitigare l’impatto umano ed ha agire da cuscinetto per la resilienza degli ecosistemi. Gli studi condotti a livello aziendale hanno analizzato la sostenibilità ambientale ed economica, in termini di circolazione dei flussi di materia ed energia, confrontando alcuni regimi gestionali contrastanti (biologico e convenzionale, misto e non misto). In generale, i risultati mostrano migliori prestazioni delle aziende biologiche rispetto alle convenzionali in ragione dell’organizzazione aziendale maggiormente portata al reimpiego della energia-materia prodotta e alla minor richiesta di energie ausiliari esterne provenienti da fonti non rinnovabili. Gli studi confermano il ruolo fondamentale degli allevamenti in quanto componente essenziale a migliorare l’efficienza e la sostenibilità aziendale (tale ruolo non viene sempre riconosciuto in termini sociali ed economici). In situazioni di bassa diversificazione strutturale e forte ascendente politico sul processo decisionale aziendale (come ad esempio sull’isola di Terceira) i costi ambientali dell’agricoltura possono aumentare significativamente. Al fine di informare in maniera appropriata i soggetti (pubblici e privati) coinvolti nel processo decisionale, sono necessarie maggiori risorse di conoscenza e di finanziamenti per misurare e monitorare le condizioni di sostenibilità dell’agricoltura. ; Agricultural and ecological systems are directly connected (agriculture plays an important role in ecosystem patterns) and the agroecosystems convey a high sense of stewardship care and historicity as food providers. During the last century, agriculture activity has intensified worldwide, characterized by an increasing dependence on external inputs and on land cover conversion. Although agriculture intensification has increased productivity, the sustainability of many agroecosystems has been compromised. In developed Countries the situation is particularly critical and requires a reorganization of the agricultural sector which would recover the sustainability failed. The measurement of agroecosystems sustainability has become of supreme importance, now essential to address the obvious problems related to the large population growth and technological vehemence in the biosphere. Defining socio-economical and bio-physical balance is a fundamental challenge for researchers in order to promote the sustainable development in agriculture. In Europe examples of sustainable rural development should be better acknowledged, explored and disseminated as meaningful case studies of traditional knowledge and wise land use. The main objective of the present research is to provide environmental-economic frameworks in order to design and evaluate agroecosystem sustainability. To achieve this objective, a multidimensional approach is needed that combines the feature of the agroecosystems with sustainable management. This research want to be a contribution in building a science of sustainability developing practical ways of improving sustainability in agriculture, with minimal impact to production. This research (containing various studies) has concerned the assessment of agroecosystem sustainability at landscape (Southern Lazio) and farming (Southern Lazio, Viterbo Province, Terceira Island) level based on the use of diversity (landscape and farming studies) and input/output (farming studies) indicators. Landscape level studies have analyzed the environmental sustainability in terms of landscape metrics distinguishing the landscape according to some characteristics (ownership, elevation and phytoclimate). Results provided a profile of an ecoregion in Central Italy, where historical land-use patterns are still alive on the territory and testify the capacity of human beings to develop a balanced relationship with their context of life at local level. Even if recent changes in society trends bring about more demographic pressure and more environmentally-aggressive technological fixes, tradition in land use patterns transferred from generation to generation through culture, education, regulations and action at local level, can help mitigate human impact and operate as a cultural buffer for ecosystem resilience. Farming level studies have analyzed the environmental and economical sustainability in terms of energy and material fluxes circulation comparing groups of farms in contrasting management regimes (organic vs. conventional; mixed vs. non-mixed). In general terms, results shows a diffuse better performance of organic farms respect to conventional ones because their organization was based on increased re-use of on-farm produced energy-matter flow and reduced demand of external inputs of non renewable energy-matter sources. The studies have confirmed the fundamental role of livestock as crucial agroecosystem component that improves the efficiency and sustainability of farms (this role is not yet acknowledged by society in economic terms). In situations of low structural diversification and strong policy ascendancy on farm decision making processes, the agricultural environmental costs may be enhanced significantly (eg.: Terceira Island). More intellectual and financial resources for measuring and monitoring sustainability conditions in agriculture are necessary, in order to appropriately inform decision making processes at both institutional and individual level.

Dottorato di ricerca in Scienze e tecnologie per la gestione forestale e ambientale ; I cambiamenti ambientali ed in particolare quelli climatici comporteranno sugli ecosistemi terrestri effetti che sono noti solo in parte. Alcune aree europee sembrano essere maggiormente vulnerabili, tra cui il bacino del Mediterraneo e l’area Alpina. Nel bacino del Mediterraneo si prevede un aumento della pressione atmosferica e della temperatura dell’aria, mentre le precipitazioni tenderanno a diminuire, causando un aumento dei periodi siccitosi. Nella Regione Alpina, l’aumento delle temperature e la contrazione dei ghiacciai registrati negli ultimi anni testimoniano la rapidità con cui nuove condizioni si instaurano, alle quali gli ecosistemi alpini potrebbero non adattarsi. Le ripercussioni a livello degli ecosistemi possono manifestarsi con differenti modalità ed è necessario possedere gli strumenti idonei per valutarne gli effetti. Alcune essenze forestali, come ad esempio il faggio (Fagus sylvatica), da studi dendrologici sono risultate estremamente sensibili alle condizioni ambientali e vengono quindi considerate buoni macroindicatori. Allo stesso modo, le comunità animali edafiche possono risentire dei cambiamenti in atto. Infatti, la fauna del suolo risponde a diverse variabili ambientali ed una variazione del clima che comporti regimi di umidità e temperatura alterati può mutare le interazioni tra le specie, oltre che influire direttamente sulla presenza/assenza di alcuni gruppi maggiormente sensibili agli stress, tra cui i Chilopodi, artropodi predatori frequenti negli ecosistemi forestali. Gli studi sono stati condotti in aree italiane appartenenti a zone protette e comunque caratterizzate da un basso disturbo antropico, lungo un transetto Nord/Sud che comprende la Regione alpina occidentale (Valle del torrente Chalamy -AO-), la Regione Appenninica settentrionale (Alta val Taro -PR-) e la Regione Antiappenninica laziale (Lago di Vico -VT-). Sono stati considerati i boschi a dominanza di faggio (Fagus sylvatica) e cerro (Quercus cerris). Non è stato possibile individuare quest’ultima tipologia nel sito alpino, per cui è stato deciso di caratterizzare le cerrete dal punto di vista chimico e attraverso il popolamento a microartropodi edafici. Nelle faggete sono state eseguite la determinazione dei parametri chimici del suolo (umidità, pH, S.O. e C org), le valutazioni dendrologiche, la caratterizzazione del popolamento edafico e delle taxocenosi a Chilopodi. Il campionamento della fauna edafica è consistito nel prelievo di 3 zolle di terreno (100 cm2 per 10 cm di profondità), da cui è avvenuta l’estrazione dei microartropodi mediante selettore Berlese-Tüllgren. Gli organismi sono stati osservati, contanti ed identificati a livello di ordine (classe per miriapodi) e quindi si è proceduto con il calcolo dell’Indice di Qualità Biologica del Suolo (QBS-ar). I Chilopodi sono stati raccolti combinando tre tecniche di campionamento: raccolta a vista, trappole a caduta e vaglio entomologico. I prelievi dendrologici hanno interessato i siti alpino e appenninico settentrionale nelle estati del 2009 e del 2010. In ciascun sito, sono stati scelti 20-22 individui tra le piante maggiormente rappresentative, da cui si sono prelevate, a 1,30 m di altezza dal terreno, le carote utilizzando una trivella di Pressler. I risultati ottenuti hanno permesso di descrivere la situazione attuale delle stazioni ed è possibile valutare quali possono essere gli aspetti di vulnerabilità in ognuna. Le cronologie dendrologiche ottenute hanno permesso di valutare aspetti legati alla storia della gestione forestale dei boschi nonché alcune caratteristiche rispetto ai fattori ecologici presenti. Lo studio del popolamento a microartropodi ha evidenziato la presenza di numerosi taxa, compresi quelli tradizionalmente associati a condizioni di maturità e stabilità dei suoli quali proturi, pauropodi, sinfili. I valori di QBS-ar osservati hanno evidenziato punteggi elevati (maggiori di 150 e frequentemente oltre 200) confermando lo “stato di salute” di suoli per i quali gli stress di origine antropica sono estremamente contenuti. Attraverso la determinazione delle specie di chilopodi (73 individui in totale nelle 3 stazioni), è stato possibile evidenziare la composizione qualitativa e quantitativa di ogni cenosi ed individuare quelle caratterizzanti e potenzialmente più vulnerabili al cambiamento climatico. Le informazioni ottenute durante questo studio sono inoltre servite per caratterizzare ogni area ed individuare una situazione di “riferimento” (T0) con cui poter confrontare i risultati dei monitoraggi futuri e quindi valutare eventuali effetti dei cambiamenti climatici in corso. ; Global change and in particular climate change affect terrestrial ecosystems in several ways, with effects only partially known. Several European areas will be more sensitive, like Mediterranean basin and Alps. In the Mediterranean Region air pressure and air surface temperature are going to increase, while precipitation patterns will show a decreasing trend with more drought periods. In the Alpine Region, air temperature rise and glaciers contraction registered in the latest years evidence the rapidity in the establishment of new conditions, to which alpine ecosystems couldn’t adapt. Feedbacks on ecosystems could show with diverse effects and it is necessary having specific instruments that allow to revealed them. Some trees, such as beech (Fagus spp.), in dendrological issue demonstrated a sensitiveness to environment conditions and are considered as good macroindicators. Also soil fauna communities could suffer changes. Soil fauna, in fact, answers to several environmental climate variables and a variation in moisture contents and temperature could alter species interactions, as well as influence directly on presence/absence of stress sensitive taxa, for example centipedes (Chilopoda), predatory arthropods frequent in forest ecosystems. The studies were carry out in semi-natural Italian areas characterized by a low anthropogenic disturbance, on a North/South transect that includes North- West Alpine Region (Chalamy river valley, Aosta Valley), North Apennines Region (Upper Taro valley, Parma) and Latium Antiapennines Region (Vico Lake, Viterbo). Dominated European Beech and Turkey Oak forests were involved. The Turkey Oak forests were not found in the Alpine Region, thus they were characterized from soil chemical parameters and soil fauna composition point of view. In beech forests, chemical parameters (moisture, pH, O.M., organic C), dendrological analysis, soil fauna and centipedes community were determined. The soil fauna sampling consisted in three soil cores (100 cm2 per 10 cm in depth); microarthropods were extracted by using Berlese- Tüllgren funnels, observed, counted and identified to order level (class for myriapods), then QBS-ar index was calculated. Centipedes were collected combining three techniques: hand capture, pit fall traps and entomologic sieve. Dendrological sampling was carry out in Alpine and North Apennines Region during summer 2009 and 2010. For each site, 20-22 trees representative of the population were taken into account: stem core samples were obtained using Pressler's increment borer at height of 1.30 m from the ground. The results allowed to describe current situation and vulnerability aspects could be identified. Tree-ring site chronologies allowed the evaluation of forest management and ecological limiting factors. Numerous taxa of soil microarthropods were found, even adapted groups associated to stability of soils such as proturans, pauropods and symphylans. QBS-ar values were characterized by high scores (more than 150 and frequently above 200) confirming soil “health” due to low rates of disturbances. By centipedes (73 individuals in the three sites) species, qualitative and quantitative composition of each community were underlined and climate change sensitive and keys species were identified. The results were also used to define a “starting point” situation (T0) to compare future monitoring data in order to evaluate climate change in act.