Options for climate change mitigation in agricultural soils and impact on crop and grassland production: a multi-scale study

The decline of soil fertility is recognized by the European Union (EU) as the cause of yields reduction in many arable lands. The Soil Thematic Strategy proposed by the European Commission in 2006, identified the decline of organic matter as one of the main soil threats in EU. Organic carbon content is a recognised indicator of soil quality. Several studies have investigated this relationship through long-term field level experiments. This thesis presents a different approach: starting from data and information at EU level, a regional case study is investigated. The general objective of this thesis is to evaluate and quantify the impact of specific management practices in preserving or sequestering soil organic carbon in EU and regionally. The thesis is structured in five chapters: the first is a general introduction on the need for preserving soil organic carbon in the agricultural land and a review on the relevant legislation at international and European level. The second is a scoping chapter that presents a comparison on the available data on organic carbon content at EU level. The third chapter is a meta-analysis on soil organic carbon sequestration data available in scientific literature and reflection the management practices applied at EU scale. In the fourth chapter, the CENTURY model is applied at regional level in order to estimate the actual values of soil organic carbon stock and to model the implementation of the most promising management practices in two different climatic scenarios. The last chapter outlines the general conclusions and recommendations.

La ridotta fertilitá dei suoli è riconosciuta dall’Unione Europea (UE) come preludio di una minore produttivitá delle aree agricole. La Strategia tematica del suolo, prodotta dalla Commissione Europea nel 2006, aveva identificato il declino della sostanza organica come una delle otto principali minacce dei suoli in UE, in quanto il contenuto di carbonio organico è un indicatore della qualitá dei suoli. Molti studi si sono concentrati su esperimenti a lungo termine a taglio locale. Questo lavoro ha un approccio diverso: a partire da dati ed informazioni a livello UE viene indagato un caso studio a taglio regionale. L’obiettivo generale di questo lavoro è valutare e quantificare quali sono le pratiche agricole piú promettenti nel preservare o sequestrare carbonio organico nei suoli dell’UE. La tesi è strutturata in cinque capitoli: il primo è un’introduzione generale sulla necessitá di preservare il carbonio organico presente nei suoli agricoli e una review della legislazione disponibile a livello internazionale ed Europeo. Il secondo capitolo indaga e confronta i dati disponibili sui livelli di carbonio nel suolo a livello UE. Il terzo è una meta-analisi su dati in letteratura sulla capacitá di sequestrare carbonio da parte delle pratiche agricole utilizzate dei suoli dell’UE. Nel quarto capitolo viene applicato il modello CENTURY a livello regionale per ricostruire i valori di stock di carbonio organico attuali e modellare l’applicazione di pratiche agricole promettenti in due diversi scenari climatici. Infine, l’ultimo capitolo riporta le conclusioni generali del lavoro e alcune linee guida.