Land degradation in agricultural landscapes-Soil erosion by water

Land degradation is a well-known problem throughout the world, due to its possible threat to land resources and strict connection with other global environmental issues such as biodiversity and climate. It is widely accepted that the major causes of land degradation include deforestation, soil erosion, overgrazing, inappropriate irrigation, abandonment and/or lack of maintenance of agricultural terraces, land use and cover change, especially because of urban sprawl and commercial development, soil pollution and quarrying. Among land degradation phenomena, soil erosion is one of the most significant issues that negatively influence the agricultural sector. In particular, soil erosion caused by water is one of the most important concern, especially in the Mediterranean area. Among the agricultural landscapes, vineyards deserve attention, because, not only they represent one of the most important crops in terms of income and employment, but they have also demonstrated to constitute, for the Mediterranean areas, the form of agricultural land use that has been causing the highest soil losses. Terraced vineyards deserve a particular mention too. In fact, they represent an important cultural heritage to preserve and if, if not properly maintained, can lead to local instabilities creating hazards for settlements and cultivations, and for the related economy. Although researchers have already dealt with the topic of soil erosion by water in agriculture, there are still some gaps in literature. The processes involved are complex and the analyses can be carried out at different spatial and temporal scales. Indeed, the lack of standardized procedures of collecting data and the variability of temporal and spatial conditions and measurement techniques for the analysis of soil water erosion processes require further research. To overcome these issues, this thesis aims to propose an integrated approach, by means of innovative remote-sensing technologies, field activities, and quantitative analyses to the investigation of soil erosion processes caused by water in agricultural landscapes. Furthermore, this thesis wants also to suggest a possible soil management technique, namely mulching, as an effective solution to mitigate soil and water losses in the before-mentioned environments. Among the remote-sensing technologies, light detection and ranging (LiDAR) and structure-from-motion (SfM) have been applied in this thesis. These have proven to be effective to obtain high-resolution Digital Elevation Models (DEMs). Experimental plots under simulated rainfalls have also been used to quantify and analyze the soil and water losses caused by water. Typical agricultural landscapes, especially Mediterranean vineyards, have been selected as study areas for this thesis.

La degradazione del suolo è un problema conosciuto in tutto il mondo, a causa delle sue ripercussioni negative sulle risorse del territorio e della sua stretta connessione con altre questioni di tipo ambientale diffuse a livello globale quali la biodiversità  ed il clima. E' ampiamente risaputo che le principali cause della degradazione del suolo sono la deforestazione, l'erosione del suolo, il pascolo intensivo, l'inadeguata irrigazione, l'€™abbandono e/o la scarsa manutenzione delle aree agricole terrazzate, il cambio di uso e copertura del suolo, soprattutto a causa dell'espansione urbana e dello sviluppo commerciale, l'inquinamento del suolo e le attività  minerarie. Tra i fenomeni di degradazione, l'erosione del suolo rappresenta uno degli aspetti che maggiormente influenzano negativamente il settore agricolo, ed in particolare, l'erosione idrica del suolo è uno di quelli che più colpisce il bacino del Mediterraneo. Tra i diversi tipi di colture, i vigneti sono quelli che meritano più attenzione. Infatti, non solo essi rappresentano una delle coltivazioni più redditizie, ma hanno anche dimostrato di essere caratterizzati, all'interno del bacino del Mediterraneo, dai più alti tassi di erosione del suolo. Anche i vigneti terrazzati meritano una menzione particolare. Essi costituiscono un importante patrimonio culturale da preservare e, se non vengono adeguatamente mantenuti, possono causare instabilità  locali mettendo in pericolo la sicurezza dei centri abitati, e la produttività  delle colture stesse, con conseguenze negative sulla relativa economia. Nonostante l'erosione idrica del suolo in agricoltura sia già  stato oggetto di studio da parte di molti ricercatori, permangono tuttavia delle lacune in letteratura. Infatti, i processi coinvolti sono complessi e le analisi che sono effettuate possono riguardare scale sia temporali che spaziali diverse. Per di più, la mancanza di procedure standardizzate per la raccolta dei dati e la variabilità  delle condizioni temporali e spaziali, che influenzano i processi, e delle tecniche di misura utilizzate, fanno sì che ulteriori ricerche debbano essere portate avanti. Per ovviare a queste problematiche, questa tesi ha lo scopo di proporre un approccio integrato basato su tecnologie innovative e a basso costo per il telerilevamento, rilievi di campo, ed analisi quantitative al fine di studiare i processi di erosione idrica che caratterizzano gli ambienti agricoli. Inoltre, questa tesi si propone anche di suggerire una possibile tecnica di gestione del suolo, quale la pacciamatura, come soluzione efficace per attenuare le perdite di suolo ed acqua negli ambienti prima menzionati. Tra le tecnologie per il telerilevamento, il LiDAR (light detection and ranging) e la SfM (structure-from-motion) sono quelle che sono state impiegate in questa tesi. Queste tecnologie hanno dimostrato di essere efficaci al fine di ottenere modelli digitali dell'€™elevazione (DEM-Digital Elevation Models) ad alta risoluzione. Questa tesi ha visto l'€™impiego anche di parcelle sperimentali sottoposte a simulazioni di pioggia per quantificare ed analizzare le perdite di suolo ed acqua causate dalle precipitazioni. Le aree di studio per questa tesi sono state selezionate all'interno di tipici ambienti agricoli, specialmente vigneti situati nel bacino del Mediterraneo.