Il rinnovato interesse nella coltivazione della canapa industriale non è stato supportato da studi approfonditi e generalmente si basa su esperienze dirette di coltivazione. Questo studio si prefigge come obbiettivo quello di sfruttare tutte la parti della pianta di canapa per migliorare l’economicità complessiva della sua coltivazione tramite l’uso di tecniche agronomiche e di pratiche post-raccolta. La Cannabis sativa ha un vasto campo di applicazioni, tra cui le più promettenti in termini di ritorno economico sono il cosmetico e il farmaceutico. I composti naturali più interessanti della Cannabis sono i cannabinoidi non-psicoattivi cannabidiolo (CBD) e cannabigerolo (CBG) presenti in elevate concentrazioni nelle foglie e nelle brattee di Cannabis. Altri metaboliti secondari prodotti dalla canapa e di grande interesse sono le cannflavine, una classe di prenil-flavonoidi caratteristico di questa specie. Nel primo e nel secondo capitolo la dinamica temporale di accumulo dei metaboliti secondari ad elevato valore aggiunto è stata monitorata per alcune delle varietà più comuni di canapa industriale ed è stata determinata la produzione potenziale di questi composti. Nel terzo capitolo una collezione di semi di canapa è stata valutata per le caratteristiche morfologiche e per il contenuto e la qualità dell’olio. Concludendo questo studio contribuisce allo sviluppo di una coltivazione della canapa per le molteplici destinazioni d’uso dei semi e del fitocomplesso. / Rapidly growing interest into industrial hemp cultivation is not supported by strong data and generally is referred to a limited experience on field cultivation. This study aims to exploit all the parts of hemp plant, in order to ameliorate the overall economy of its cultivation and by providing information on agronomic management and post-harvest operations. Cannabis sativa has a wide range of industrial applications and the most promising, in terms of economic revenues, are the cosmetic and pharmaceutics. The most interesting phytochemicals in Cannabis are the cannabinoids, in particular the non-intoxicating compounds cannabidiol (CBD) and cannabigerol (CBG), present at high concentration in the leaves and bracts of Cannabis. Some other promising secondary metabolites of hemp are cannflavins, a class of prenyl-flavonoids characteristic of this species. In the first and second chapter the time course accumulation of high added-value compounds was monitored for some of the most common industrial hemp cultivars, and the potential production was assessed. In the third chapter a collection of hemp seeds was evaluated for its morphological characteristics and for its oil content and quality. In conclusion this thesis contributes to a further development of multipurpose hemp cultivation for seed and phytocomplex production.

Le colture energetiche su larga scala, cosi come l’utilizzo di biomassa forestale non residuale, impattano notevolvente i cicli di nutrienti, la biodiversità e l’occupazione di suolo (i tre limiti del pianeta già oltrepassati, oltre al cambiamento climatico) risultando non riconciliabili con uno spazio di operazione sicuro per l’umanità. Occorre piuttosto perseguire fonti di energia rinnovabile che consentano di disaccoppiare il sistema energetico dall’emissione di gas climalteranti ed al contempo richiedano un uso minimo del suolo e limitati impatti sui cicli dei nutrienti e sulla biodiversità.La biomassa forestale residua, la biomassa coltivata in terreni marginali / abbandonati con un basso apporto di nutrienti e la biomass residual proveniente da altri settori dell'economia possono fornire una fonte temporanea di energia per quei settori più difficili da dissociare dai combustibili fossili, in un percorso che porti verso una società in meno dipendente dalle tecnologie di combustione. / Large scale dedicated cultivation of bioenergy on fertile arable land or the large scale deployment of biomass from standing forest, with their impact on nutrient cycles, biodiversity and land occupation (the three planet boundaries which are already overtaken beside climate change) is difficult to reconcile with a safe operating space for humanity. Renewable energy sources allowing the decoupling of energy systems from GHG emission requiring a minimal land use, and therefore limited impacts on nutrient cycles and biodiversity, are to be pursued. Residual biomass such as forest harvest residues, biomass cultivated in marginal/abandoned land with low nutrients input, and biowaste from other sectors of the economy may provide a temporary source of energy for those sectors more difficult to decouple from fossil fuels, towards a society less dependent on combustion technologies.

L’introduzione di agro-ecosistemi conservativi viene indicata come strategia per aumentare il sequestro del carbonio organico nel suolo (SOC) e migliorarne la fertilità. La continua applicazione di concimi organici, come il compost e il sovescio, favorisce il sequestro di SOC (+ 1.3 ÷ 2.5 Mg C ha-1 anno-1) e l'accumulo di azoto totale del suolo (STN) (+ ~ 1 Mg N ha-1 anno-1). Tuttavia, quando le fertilizzazioni organiche vengono interrotte, il SOC diminuisce rapidamente. Negli agro-ecosistemi intensivi, il no till (NT) garantisce rese comparabili a quelle dei sistemi convenzionali (CT) immediatamente dopo la transizione. Il NT aumenta la sostanza organica (SOM) e il STN principalmente nei primi 5 cm di terreno, sebbene la cover crop di segale assicuri l'accumulo di SOM fino a 30 cm di profondità (+ 30% rispetto alla CT). Il NT e la minima lavorazione (MT) portano ad un aumento del SOC e del STN nei primi 30 cm di suolo, rispetto al CT. Gran parte di tale aumento è dovuto ai macroaggregati, all'interno dei quali, i pool di C e N associati ai microaggregati (mM) rappresentano tra il 41 e il 65% del contenuto totale di C e N nei sistemi NT e MT. / The introduction of conservation agro-ecosystems has been suggested for increasing soil organic carbon (SOC) sequestration and enhancing soil fertility. Continuous organic fertilization such as compost distribution and cover crops incorporation promotes SOC sequestration (+1.3÷2.5 Mg C ha-1 yr-1) and soil total nitrogen (STN) accumulation (+~1 Mg N ha-1 yr-1). However, when the organic fertilization is stopped, SOC rapidly decreases. In intensive agro-ecosystems, no till (NT) can ensure yields comparable to conventional tillage (CT) immediately after transition. The major contribution of NT to soil organic matter (SOM) and STN increase is detected in the top 5 cm of soil, although the cultivation of rye as cover crop ensures SOM accumulation down to 30 cm depth (+30% than CT). No till and minimum tillage (MT) may increase SOC and STN levels in the 0-30 cm soil layer, both as concentration and as mass, compared with CT. Most of such a SOC and STN increase is due to C- and N-rich macroaggregates. Within macroaggregates, microaggregates (mM) are of primary importance for soil organic matter stabilization since C and N pools associated to mM account for between 41 and 65% of total C and N content in the NT and MT systems.

L'obiettivo della ricerca è stato quello di identificare la coltura bioenergetica con il maggior potenziale di sequestro del carbonio (C); sono state considerate tre colture perenni arboree (pioppo, robinia e salice) e tre colture erbacee perenni (canna comune , miscanto e panico ) al sesto anno dal loro impianto e coltivate nello stesso ambiente. In primo luogo sono state misurate le variazioni dei tassi del C organico del suolo (COS) per il primo 1 m, mentre per i primi 30 cm di suolo è stato stimato il grado di stabilita del COS valutando sette frazioni di COS che presentano differenti gradi di stabilizzazione; in secondo luogo, sono stati caratterizzati gli apparati radicali delle sei specie per la stessa profondità di suolo, per valutare dove le specie accumulano la biomassa radicale lungo il profilo di suolo. I risultati confermano che l’impianto di colture bioenergetiche perenni su superfici precedentemente dedite a colture annuali gestite convenzionalmente rappresenta una opzione valida per sequestrare C nel soulo. Tuttavia, è stata osservata una diversa capacità di sequestro di C tra specie arboree ed erbacee: le specie arboree hanno dimostrato aumentre il contenuto di COS nel primo strato di suolo ( 0-10 cm di suolo), ma la loro capacità di allocare biomassa radicale negli strati profondi del suolo è limitata; mentre, la specie erbacee allocano un’alta quantità di biomassa radicale negli strati profondi del suolo, ma solo il panico ed il miscanto hanno aumentato il contenuto di C nel primo strato di suolo. / The objective of the present research was to identify the bioenergy crop with the greatest carbon sequestration potential among three perennial woody crops (poplar, black locust and willow) and three perennial herbaceous crops (giant reed, miscanthus and switchgrass) at the sixth year from plantation and in the same location. First of all the SOC stock variations for the first 1 m soil depth and the quantification of seven soil C fractions related to SOC stabilization level of the first 30 cm of soil were assessed; secondly, a characterization of the root system and the traits which affect the carbon allocation in soil were considered. The results confirm that the establishment of perennial bioenergy crops in previous arable fields can be a suitable option to sequester carbon (C) belowground. However, a different C sequestration capacity was observed between woody and herbaceous crops: woody species showed the greatest SOC sequestration potential in the first soil layer (0-10 cm of soil) but their ability to allocate root biomass in the deeper soil layers was limited; while, the herbaceous species allocated a high amount of root biomass in the deeper soil layers, but only switchgrass and miscanthus sequester C in the first soil layer.

La normativa comunitaria ha favorito lo sviluppo di sistemi di qualità certificati. Oggi la CE sta guidando il sistema qualità verso un nuovo orizzonte: la valutazione delle prestazioni di sostenibilità di prodotti e organizzazioni, e lo sta facendo attraverso la metodologia dell'Impronta Ambientale (EF). A livello nazionale dal 2009 il Ministero dell'Ambiente sta promuovendo un intenso programma di valutazione delle prestazioni ambientali dei prodotti e di riduzione delle emissioni di gas serra delle imprese italiane. Una delle iniziative di maggior successo è il progetto VIVA "La Sostenibilità della vitivinicoltura in Italia". Con la pubblicazione del decreto Ministeriale n. 56 del marzo 2018 che approva lo schema volontario Made Green in Italy per l'applicazione della metodologia PEF in Italia, e con la pubblicazione del PEFCR per “Still and sparkling wine”. È chiaro che sia a livello nazionale che europeo la direzione intrapresa va verso la metodologia EF dalla Commissione Europea. Supponendo che il protocollo VIVA possa essere influenzato anche dall'evoluzione del metodo EF; sono state valutate le possibili implicazioni legate ad una futura transizione da VIVA alla PEF, effettuando anche uno studio PEF su 27 prodotti certificati VIVA con un confronto di prestazioni tra i prodotti VIVA e i benchmark europei. / EU regulations have favoured the development of certified quality schemes. Today the EC is driving the quality sector towards a new horizon; the evaluation of sustainability performance of product and organizations, and is doing it through the Environmental Footprint Methodology. At national level since 2009 the Italian Ministry for the Environment Land and Sea is promoting an intense programme for the evaluation of products’ environmental performances and for the reduction of Italian companies’ greenhouse gas emissions. One of the most successful initiative is the VIVA “Sustainability and Culture” project addressed to the wine sector. With the release of the IMELS decree n. 56 of march 2018 approving the Made Green in Italy Voluntary Scheme for PEF methodology application in Italy, and with the publication of the PEFCR for still and sparkling wine. Is clear that the direction taken at national and European level goes toward the EF methodology developed by the European Commission Assuming that the VIVA protocol may also be affected by EF evolution; possible implications linked to a future transition from VIVA to PEF were evaluated, also carrying out a PEF assessment of 27 VIVA certified products with a performance confrontation between the VIVA products and the European benchmarks.

La fibra di canapa europea è l'unica fibra naturale con una certificazione di sostenibilità. La qualità della fibra è influenzata principalmente da genotipo, tecniche agronomiche, epoca di raccolta e metodo di macerazione. L'obiettivo principale della tesi è delineare le pratiche agronomiche e di post-raccolta per migliorare l'estrazione e la qualità della fibra, con particolare attenzione alla produzione di canapa multiuso ritardando la raccolta fino alla maturazione dei semi. Le prove di densità, fertilizzazione azotata e varietali sono state condotte in differenti ambienti Europei. La procedura di decorticazione standardizzata è stata confrontata con la linea longitudinale di estrazione della fibra per applicazioni di alto valore aggiunto. I test su bio-compositi di canapa sono stati effettuati con fibra pettinata per confrontarne le proprietà tra genotipi, epoca di raccolta e metodi di macerazione. I risultati di questa indagine suggeriscono che i) la densità di semina e la concimazione azotata ottimale sono tra 90-150 piante m-2 e 30-60 kg N ha-1; ii) le nuove varietà dallo stelo giallo presentano un'alta efficienza di decorticazione e una ridotta contaminazione da canapulo nella fibra, iii) la fibra di canapa, con proprietà comparabili a quelle del lino, si è dimostrata adatta per applicazioni in compositi di alto valore. / European hemp fibres are the only natural fibre with an established sustainability certification. Hemp fibre quality is affected by genotype, agronomic techniques, harvest time and retting method. The main objective of this thesis is to outline the agronomic and post-harvest practices for improved fibre extraction and fibre quality, with special attention to multipurpose hemp production delaying the harvest from the flowering stage until seed ripening is complete. Planting density and nitrogen fertilization trials and variety trials were conducted in contrasting environments in Europe. Stems were decorticated following a standardised procedure and longitudinal hemp line for textile and high-added values application was compared with lab-scaled decortication. Impregnated fibre bundle tests were carried out with hemp hackled fibre bundles to compare composites and back-calculated fibre properties between genotypes, harvest times and retting methods. Results of this investigation suggest that i) optimum plant density and nitrogen fertilization are between 90 and 150 plants m-2 and 30 and 60 Kg N ha-1 respectively; ii) new yellow stemmed varieties are characterized by high decortication efficiency and relative high cleanness of the extracted fibre and iii) long hemp fibre, having properties comparable to those of flax, proved to be suitable for high-tech composites applications.

L'adozione di (agro)ecosistemi sostenibili viene indicata come una efficace strategia in grado sequestrare carbonio (C) nel suolo, mitigando così il cambiamento climatico e migliorando la fertilità. Sebbene il potenziale di sequestro del C della non-lavorazione (NT) sia stato generalmente sovrastimato, esso risulta essere di 0,26 Mg ha-1 anno-1 superiore rispetto al regime arativo. Inoltre, il 76,6% di questo quota è localizzato in frazioni considerabili come relativamente stabili. Il NT aumenta lo sviluppo radicale delle colture erbacee (es. mais, soia, frumento) negli stati superficiali del suolo (0-5 cm). Le correlazioni tra i parametri di densità radicale e le proprietà fisiche del suolo mostrano come lo sviluppo radicale sia un fondamentale indicatore di qualità del suolo in NT. I residui delle cover crops influenzano le emissioni di protossido d’azoto (N2O) in NT: i residui di segale favoriscono l'immobilizzazione dell’azoto (N), aumentandone così l'efficienza d’utilizzo e diminuendo le emissioni, mentre i residui di veccia vellutata aumentano l’N2O come conseguenza della mineralizzazione dell’N. Le emissioni di N2O e la produttività dei prati stabili possono essere positivamente correlate, perché meccanismi diversi rispetto alla regolazione indotta dalla disponibilità di N possono controllare l'N2O: il C potrebbe essere un principale fattore di regolazione per nitrificazione e denitrificazione. / Adoption of sustainable (agro)ecosystems has been widely suggested to increase soil organic carbon (C) sequestration, to mitigate climate change and enhance soil fertility. Although its carbon sequestration potential has been generally overestimated, no-till (NT) results in an extra C sequestration of 0.26 ± 0.18 Mg ha-1 yr-1 as compared to conventional tillage and 76.6% of this extra C is located in C pools which could be considered relatively stable. NT increases root development of field crops (i.e. maize, soybean, winter wheat) in the top soil (0-5 cm), while does not in the deeper soil (5-60 cm). Positive correlations between root density and soil physical parameters shows how roots are main drivers of soil physical properties under NT. Cover crop residues may affect nitrous oxide (N2O) emissions under NT: rye residues enhances soil-nitrogen (N) immobilization, thus increasing N use efficiency and decreasing N2O, while hairy vetch residues as cover crop under NT increases N2O as a consequence of soil-N mineralization. N2O emissions and shoot productivity may be positive correlated in grasslands, because other mechanisms than plant-induced regulation of soil N pool may control N2O: C could be a major factor regulating nitrification and denitrification processes.

L’aglio è coltivato a livello mondiale nelle regioni temperate, secondo la FAO nel 2016 1.5 milioni di ettari sono stati destinati a questa coltura. A partire dal 2002 Fusarium proliferatum è stato segnalato come principale agente causale del marciume secco dell’aglio in post raccolta. I sintomi sono identificabili come macchie necrotiche sui bulbilli e in presenza di forti infezioni è possibile osservare la presenza di micelio bianco. F. proliferatum è un patogeno in grado di produrre Fumonisina B1 e B2, micotossine che potrebbero accumularsi all’interno dei bulbi ed essere tossiche per il consumatore. In Italia nel 2012 il 30% del raccolto è stato perso a causa di questo patogeno. Essendo la Fusariosi una malattia emergente a livello mondiale in letteratura si trovano ancora scarse informazioni sul suo sviluppo a livello di campo e sulle strategie di contenimento. 1. Allo scopo di verificare la quantità di inoculo fungino presente nell’ambiente si è proceduto all’analisi dei suoli in presemina con specifica attenzione alla quantificazione e all’identificazione delle specie fungine presenti. A tale scopo è stata eseguita: la conta delle Unità Formanti Colonia per grammo di terreno (UFC/g) su terreni specifici per l’isolamento del genere Fusarium spp. per grammo di terreno. Le identificazioni sono state eseguite al microscopio ottico e confermate successivamente con metodi molecolari. 2. Per seguire l’avanzamento della malattia durante la stagione colturale, invece, si è proceduto al campionamento in tre fasi fenologiche (inizio formazione dei bulbilli BBCH 15, ingrossamento dei bulbilli BBCH 45, maturazione di raccolta BBCH 49) con caratterizzazione dei sintomi, isolamento e riconoscimento dei funghi associati al marciume. 3. Per verificare la correlazione tra andamento meteo e incidenza delle specie fungine associate al marciume secco, sono stati raccolti i dati di meteorologici relativi al totale delle piogge, ai gradi giorno, all’umidità relativa media e alla temperatura media nei quadrati corrispondenti alle aziende agricole oggetto di studio. I dati sono stati correlati attraverso il coefficiente di correlazione di Pearson con i valori di gravità e incidenza della malattia stimati a fine stagione colturale. 4. Per verificare l’insorgenza dalla malattia nella fase di post raccolta si è proceduto con campionamenti di bulbi in conservazione, posa in piastra di bulbilli sintomatici e asintomatici e calcolo dell’incidenza delle specie fungine associate ai sintomi del marciume. 5. Al fine di verificare la possibile presenza di fumonisine nei campioni analizzati durante la stagione colturale e nel post raccolta, si è proceduto all’analisi attraverso HPLC di estratti di aglio. 6. Per individuare possibili strategie di controllo della malattia durante la stagione colturale sono stati eseguiti test di efficacia di prodotti chimici e biologici in vitro e in campo. I prodotti chimici sono stati provati su PDA modificato inoculato centralmente con F. proliferatum, mentre per gli agenti di biocontrollo sono state allestite prove di coltura duale. La prova in campo, invece, è stata eseguita all’interno di un campo sperimentale a strip plot. L’aglio delle diverse tesi è stato conservato in cella frigorifera per 9 mesi, per valutare la persistenza dei prodotti utilizzati alla concia. I risultati ottenuti hanno dimostrato che F. proliferatum e F. oxysporum sono le specie maggiormente associate al marciume dell’aglio durante la stagione colturale. L’andamento delle due specie è complementare e varia a seconda dell’andamento meteorologico della stagione colturale. F. proliferatum è correlato positivamente con l’aumento della temperatura e delle piogge, mentre F. oxysporum sembra prevalere nelle stagioni meno piovose ed ha mostrato correlazione positiva con la gravità dei sintomi rilevati in campo sulle corone. La carica micotica di Fusarium nel terreno rimane costante negli anni di analisi, facendo presupporre un maggiore ruolo del seme nella trasmissione della malattia. Per quanto riguarda il post raccolta, invece, F. proliferatum risulta la specie isolata con maggiore frequenza dai bulbilli e si correla positivamente ai sintomi rilevati sugli spicchi, confermando il suo ruolo come agente causale del marciume secco durante lo stoccaggio. F. oxysporum, invece, colonizza in prevalenza le radici e la parte basale della pianta dividendo il patosistema in due subsistemi: F. proliferatum-bulbi; F. oxysporum-radici. F. proliferatum è stato isolato anche dagli spicchi asintomatici con frequenza del 25%, ed è stato possibile rilevare la presenza di fumonisine con l’avanzare del tempo di stoccaggio in cella. Essendo il fungo presente anche sugli spicchi asintomatici maggiori studi saranno necessari per garantire la sicurezza dei consumatori. Infine, dalle prove di concia in campo è emerso che il principio attivo Tebuconazolo, riduce la comparsa dei sintomi da Fusarium, ma non in modo risolutivo. Ciononostante, una volta che il prodotto viene riportato a temperatura ambiente dopo lo stoccaggio in cella refrigerata, l’incidenza di F. proliferatum aumenta nuovamente con possibilità di sviluppo di danni al prodotto da commercializzare. / Since 2002, Fusarium proliferatum has been reported as the main causal agent of garlic dry rot during the postharvest stage, but information on the development of the disease throughout the production chain was nearly absent. Dry rot has caused huge economic losses in the past few years (up to 30 % of the yield), symptoms are visible on bulbs during storage as necrotic spots and in the most severe attacks, white mycelium may become visible on cloves. Few pest management strategies were tested in the recent past, but none were satisfactory. Due to the economic effect that this pathogen can have on local productions, the thesis aimed to deeply investigate the pathosystem with a field to fork approach and to test new strategies to control fungal infections. First of all, the work focused on garlic (Allium sativum L.) cropping season, intending to clarify the role of F. proliferatum in bulb infection as well as the impact of crop growing conditions on the development of the pathogen. A 3-year study was conducted in Piacenza (northern Italy) by sampling six garlic farms with different dry rot history (three highly contaminated and three low contaminated). Soil samples were recovered at sowing time for the counting of fungal colony-forming units (CFU). Plant samples were collected at three relevant growth stages, from April to July, for which disease severity assessment and fungi isolations were performed. Fusarium was the most frequently isolated genus, and F. proliferatum and F. oxysporum the dominant species during the garlic cropping season. F. oxysporum was dominant in the first year of the study, but F. proliferatum registered the highest incidence in all the farms tested. F. oxysporum incidence was correlated with dry weather, whereas F. proliferatum was enhanced in rainy years. To conclude, F. proliferatum is confirmed to be associated with garlic bulbs, even at crop’s early growth stages and symptoms are visible mainly on roots and basal plates at the field stage, related to F. oxysporum. Then, the focus was made in detecting the presence of F. proliferatum on garlic bulbs during prolonged storage, and to identify other fungal species associated with garlic dry rot. Moreover, fumonisin contamination in symptomatic and asymptomatic cloves were detected. Samples of 100 plants were collected over three production seasons in six farms located in Northern Italy at three-time points (at harvest, processing, and 6 months storage at –4° C). Results obtained lead to think that Fusarium–garlic pathosystem is split into two parts: basal plate/root and bulb. F. proliferatum had the highest incidence in infected bulbs and was confirmed as the causal agent of postharvest dry rot in garlic (mean incidence: 35.4%). F. oxysporum co-occurred with F. proliferatum but symptoms were visible only on basal plate/root. Dry rot incidence slightly increased during cold storage (from 14.6% at processing to 18.4% at 6-month storage); although, F. proliferatum incidence was stable during cold storage, fumonisin were produced from harvest through storage. Cloves showing symptoms were more contaminated compared to those asymptomatic, both by the fungus (mean incidence 39% vs 25.3%) and the toxin (287.0 vs 24.4 µg kg-1). Therefore, cold storage limits garlic dry rot, but health concerns related to fumonisin should be seriously considered. Regarding disease management, garlic crop is commonly propagated by plant parts (cloves). To protect garlic crop from early growth stages it is important to find commercial products able to control the pathogen growth on seedlings. The experiment aimed to test in vitro and in vivo the efficacy of triazoles and biocontrol agents (BCAs) against F. proliferatum and F. oxysporum. In in vitro trials, the best performance was achieved by propiconazole+prochloraz (100%), followed by tebuconazole (88.9%). BCAs were less effective but still showed great capacity to control the pathogen with maximum growth inhibition of 80% (Trichoderma harzianum +T. gamsii). In both cases, temperature influenced the capacity to control the pathogen with minimum effect at 25°C compared to lower temperatures. In vivo bacterial BCAs showed a similar capacity to control Fusaria compared to chemical products (mean of severity index 18.6% and 11.7%, respectively) and did not show side effects on root length. In vitro and in vivo results are comparable, except for Trichoderma, with the worst performances in terms of disease severity on plants. Finally, a field trial was designed to verify the efficacy of chemical and biological active ingredients as seed coating both at crop stage and postharvest, simulating the entire production chain, by taking into account visible symptoms and incidence of fungi. All products tested reduced the severity of symptoms on basal plates at the field stage, but none of them was able to reduce Fusarium incidence. A postharvest analysis conducted on bulbs demonstrated the efficacy of Tebuconazole, B. subtilis, and Trichoderma+B. subtilis in reducing the number of cloves showing symptoms per bulb (mean 34.3% vs control 45.8%). Moreover, Tebuconazole was able to reduce the incidence of F. proliferatum by 48% with respect to untreated control. The trial highlighted also that the incidence of F. proliferatum increased by 37% when garlic bulbs were kept for 15 days at room temperature simulating storage at consumers houses. Results obtained in the trial are promising and seed coating had a positive effect on garlic dry rot postharvest; although further studies are needed to test the persistence of seed coating treatments after prolonged storage period, especially when the product is kept outside cold chambers.

La coltivazione dei sistemi colturali poliennali su terreni marginali combina la produzione sostenibile di biomassa per diversi utilizzi a benefici di carattere ambientale come il sequestro del C atmosferico nel suolo. La limitata longevità di questi sistemi colturali (10-20 anni), fornisce la possibilità di sfruttarli come una tecnica temporanea per rigenerare la fertilità dei terreni marginali e di studiare il loro effetto nel lungo periodo sul carbonio del suolo. Con questa tesi, avevo l'obiettivo di studiare l'effetto della riconversione a coltura annuali dei sistemi agricoli poliennali sul carbonio del suolo: per raggiungere questo obiettivo, ho combinato ad una meta-analisi di letteratura sull'effetto della riconversione, con un esperimento di campo di lungo periodo, un esperimento di incubazione in laboratorio e l'uso di un modello matematico del carbonio del suolo. L'uso combinato di questi approcci mi ha permesso di mostrare il potenziale che i sistemi colturali poliennali hanno nel sostenere il sequestro del C ne suolo anche dopo la loro riconversione. Quindi i sistemi colturali poliennali sono una pratica sostenibile promettente che può essere integrata in rotazioni agricole di 13 anni sui terreni marginali del nord d'Italia per ripristinare il carbonio del suolo. / The cultivation of perennial cropping systems on marginal lands combines the production of sustainable biomass for multiple uses with environmental benefits such as carbon (C) sequestration in soil. In this thesis, we studied the effect of perennial cropping system on soil C considering the scenario of perennial cropping systems reversion to arable land. The limited longevity (10-20 years) of perennial cropping systems, gives the possibility of using these crops as a temporary- option to restore soil fertility of marginal lands and to study the long-term legacy of these cropping systems on soil C. In this thesis I aimed to study the effect of perennial cropping systems reversion to arable land on soil C: to achieve this objective, I combined a literature meta-analysis on the effect of reversion of perennial cropping systems on soil C, with a long-term field experiment on perennial cropping systems, an incubation experiment and the use of a process-based soil C model. The combined use of these approaches gave me the chance to show the potential of perennial cropping systems to support C sequestration even after their reversion. Therefore, perennial cropping systems are a promising sustainable practice which could be integrated on a 13-year agricultural rotation on marginal lands of northern Italy to restore soil C.

La sfida nel 21esimo secolo è quella di fornire cibo e energia ad un mondo in continua crescita demografica e allo stesso tempo conservare l’ambiente. In questa tesi uno scenario alternativo di uso del suolo per la produzione di bioenergia è stato testato: le fasce tampone bioenergetiche. Considerate le problematiche ambientali legate al trilemma “cibo-energia-ambiente”, la struttura del Millennium Ecosystem Assessment sui servizi ecosistemici (SE) fornisce l’opportunità di esaminare l’impatto ambientale di questo nuovo scenario bioenergetico. In questa tesi ho mirato a determinare in che misura le colture bioenergetiche poliennali influenzino la fornitura multipla di SE quando coltivate come fasce tampone. Per raggiungere questo obiettivo, ho combinato una revisione sistematica della letteratura sui SE forniti da colture energetiche poliennali (CEP) con una prova sperimentale su fasce tampone bioenergetiche. Applicando una metodologia di attribuzione di punteggi agli impatti sui SE estratti dal materiale bibliografico raccolto, ho mostrato come coltivando le CEP lungo i margini dei campi coltivati esista una grande opportunità per sostenere la fornitura multipla di SE. La coltivazione delle CEP come fasce tampone adiacenti a campi agricoli può migliorare i SE di regolazione del clima, dell’acqua e della biodiversità, sostenere la salute del suolo e fornire biomassa dedicata alla produzione di bioenergia. Al contrario, la conversione di margini di campo di prati stabili ha mostrato un impatto netto negativo sulla fornitura multipla di SE. Tuttavia, due sono i principali svantaggi che sono stati individuati relativamente alla creazione e alla gestione delle fasce tampone bioenergetiche. Primo, diversi sono i fattori sito-specifici di tipo idro-pedologico lungo i margini dei campi che devono essere tenuti in considerazione poiché possono avere un impatto negativo sull’affrancamento delle colture e la loro produttività a medio-lungo termine. Secondo, riguardo la catena di approvvigionamento della biomassa, uno spazio di lavoro limitato per le macchine agricole è stato riconosciuto come principale inconveniente per le fasce tampone bioenergetiche rispetto alle CEP coltivate in pieno campo. Questo limite logistico di natura spaziale può inevitabilmente incrementare i tempi e le operazioni di taglio e raccolta della biomassa e quindi in ultima il consumo di combustili fossili. Grazie ad una prova sperimentale su fasce tampone bioenergetiche condotta in un terreno sabbioso-limoso con falda acquifera poco profonda contaminata da nitrati di origine agricola, si è dimostrato come fasce tampone coltivate con miscanto e salice siano in grado di intercettare e rimuovere i nitrati in falda (>60%) tanto quanto fasce tampone con specie avventizie. CEP come miscanto e salice, grazie ai loro apparati radicali profondi, hanno mostrato essere in grado di promuovere delle relazioni pianta-suolo-microorganismi lungo l’intero profilo del suolo utili ai fini ambientali delle fasce tampone bioenergetiche. Infatti, negli strati più profondi, una maggiore biomassa radicale ha portato le CEP a superare le specie avventizie in termini di rimozione biologica dei nitrati dal suolo e mitigazione potenziale dei gas serra. Inoltre, i risultati relativi alla produzione di biomassa e le asportazioni di N legata alla fase di raccolta hanno confermato ulteriormente come la coltivazione di CEP lungo i corsi d’acqua sia una strategia win-win: produzione di biomassa e protezione dell’ambiente. In conclusione, il potenziale rivelato dalle CEP in termini di fornitura multipla di SE suggerisce che la loro coltivazione, come elementi paesaggistici perenni in posizioni strategiche all'interno di paesaggio agricolo, è un'opzione promettente per promuovere l'intensificazione ecologicamente sostenibile degli agroecosistemi. / The 21st century will challenge agriculture to feed and fuel a growing world while conserving the environment. In this thesis an alternative bioenergy land use scenario to the conversion of marginal land has been tested: the bioenergy buffers. Given the environmental issues related to “food-energy-environment” trilemma, the Millennium Ecosystem Assessment framework on ES provides an opportunity to examine the environmental impacts of this new bioenergy land use scenario. In this thesis I aimed to determine to what extent do the perennial bioenergy crops affect the delivery of multiple ES when cultivated as bioenergy buffers. To reach this aim, I combined a systematic revision of literature on ES provided by perennial bioenergy crops with a field experiment on bioenergy buffers. Applying an impact scoring methodology to the effects on ES extracted from literature, I showed that, cultivating perennial bioenergy crops along field margins of former croplands offer a great opportunity to sustain the provision of multiple ES. The cultivation of perennial bioenergy crops on field margins can improve climate, biodiversity and water regulation services, sustain soil health and provide biomass for energetic purposes. On the contrary, grassland conversion showed a net negative impact on multiple ES provision. Nevertheless, I found two main shortcomings related to bioenergy buffers establishment and management. First, several site-specific factors along field margins must be taken into account, because they can affect crop establishment and buffers long-term productivity. Second, regarding to biomass supply chain, a limited working space for the farm machinery operations has been recognized as the main disadvantages of bioenergy buffers compared to large-scale bioenergy plantations. This spatial logistics constraint may inevitably increase harvest and collection operation times and fossil fuel consumption. Conducting a field experiment with bioenergy buffers in a nitrate-enriched shallow groundwater, I showed that miscanthus and willow buffers are able to efficiently intercept and remove from groundwater the incoming NO3-N as much as buffer strips with spontaneous species. Yet, due to their deep rooting systems, bioenergy buffers promote significant plant-microbial linkages along the soil profile. At deeper soil layers, a higher fine root biomass led perennial bioenergy crops to outperform patches of adventitious vegetation in terms of biological N removal from soil and belowground GHG mitigation potential. The results on biomass production and N removal via harvesting further confirmed that the cultivation of perennial bioenergy crops along watercourses is an effective win-win strategy: biomass production and protection of the environment. In conclusion, the revealed potential of perennial bioenergy crops on multiple ES provision implies that their cultivation as perennial landscape elements in strategic locations within landscape is a promising option to promote the ecological sustainable intensification of agroecosystems.