Molte attività antropiche danno origine a problemi ambientali per i quali è necessario trovare soluzioni. La presenza di sostanze indesiderabili nell'acqua, infatti, può rappresentare un rischio per la salute e l'igiene sia degli uomini che degli animali. È quindi fondamentale trovare metodi per evitare gli inquinanti di queste matrici, in modo da renderli compatibili con il mantenimento di condizioni ambientali adeguate e salutari. Questa tesi si propone di valutare la qualità delle acque sotterranee di un'area in cui la qualità dell'acqua non è mai stata studiata, in particolare indagando la presenza di pesticidi e nitrati al fine di comprendere l’impatto della viticoltura sull'inquinamento delle acque sotterranee. Questo studio nasce dalla necessità di migliorare la governance delle acque e di implementare le migliori pratiche di gestione e misure di mitigazione per prevenire l'inquinamento delle acque e quello ambientale. I risultati degli studi di monitoraggio hanno mostrato una contaminazione delle acque sotterranee da parte di pesticidi e nitrati e quindi è stata effettuata una valutazione della fonte di contaminazione da pesticidi e nitrati attraverso studi isotopici di N e O di NO3-, e attraverso analisi idrologiche utilizzando il modello CRITERIA 3D. Come una delle principali conclusioni del lavoro si può affermare che la presenza di pesticidi nelle acque sotterranee in un’area ad attività vitivinicola intensa, non può essere correlata solo alle proprietà e al destino chimico-ambientale delle sostanze o alle condizioni pedoclimatiche, ma anche al comportamento dell'utilizzatore finale. In effetti, la fonte di contaminazione valutata, è risultata essere dovuta sia a una contaminazione diffusa che a una contaminazione puntiforme. Per quanto riguarda l'influenza della fertilizzazione a base di azoto sulla presenza di nitrati nelle acque sotterranee, i risultati hanno mostrato un'elevata vulnerabilità dell'acquifero ai cambiamenti esterni. Dalle indagini isotopiche è emerso che la maggior parte dell'NO3- rilevato nelle acque sotterranee, deriva dall'utilizzo di fertilizzanti azotati inorganici, in accordo con le pratiche di uso del suolo e di viticoltura dichiarate dagli agricoltori della zona. Il risultato più importante dello studio, tuttavia, è stato che alla fine del processo, l'approccio multi-actor e la strategia di coinvolgimento adottati, hanno avuto successo nel migliorare gli atteggiamenti verso pratiche più sostenibili. / Many anthropic activities give rise to environmental problems for which it is necessary to find solutions. The presence of undesirable substances in water, indeed, can pose a risk to the health and hygiene of both men and animals. It is, therefore, essential to find methods in order to avoid pollutants from these matrices, so as to make them compatible with the maintenance of healthy environmental conditions. This thesis aims to assessing the groundwater quality of an area in which the quality of water was never studied, particularly investigating the occurrence of pesticides and nitrate in order to understand the grant of viticulture on water pollution. This study derives from the necessity to improve the water governance and to implement the best management practices and mitigation measures to prevent groundwater and environmental pollution. The results of monitoring studies showed a contamination of groundwater by pesticides and nitrate and thus an evaluation of PPPs and nitrates source contamination was carried out through isotopic studies of N and O of NO3- , and through hydrologic analysis by use of the model CRITERIA 3D. As one of the main conclusions of the work, the occurrence of PPPs in groundwater in areas with intensive viticultural activities cannot be related just to chemical environmental fate properties or pedoclimatic conditions, but also to end-user behavior. In fact, the contamination source evaluated, resulted to be due to both diffuse and point-source contamination. For what concerns the influence of nitrogen-based fertilization on nitrate occurrence in groundwater, the results showed a high vulnerability of the aquifer to external changes. Isotopic investigations showed that most of the NO3- detected in the groundwater, derived from the use of inorganic nitrogen fertilizers, in agreement with the land use and viticulture practices declared by the farmers. The most important result of the study, however, was that at the end of the overall process, the multi-actor approach and engagement strategy adopted were successful in improving attitudes to more sustainable practices.

La prima parte dell’elaborato presenta le origini e lo sviluppo delle politiche di valutazione del rischio per le sostanze chimiche. Dopo un primo inquadramento storico, l’attenzione è stata dedicata a temi emergenti come la valutazione delle incertezze, la necessità di integrazione delle valutazioni del rischio per l’uomo e per l'ambiente. La seconda parte presenta l’evoluzione delle politiche di valutazione del rischio dei prodotti fitosanitari, soprattutto a livello europeo (dall’applicazione della direttiva 91/414 all’attuale regolamento 1107/2009), con particolare attenzione all’applicazione del principio di precauzione. Il terzo capitolo approfondisce le fasi e gli approcci delle attuali procedure di valutazione ambientale del rischio dei pesticidi usati a livello europeo e americano; è stato in particolar modo esplorato il tema dell’individuazione degli obiettivi specifici di protezione in fase preliminare di valutazione del rischio. Il quarto capitolo tratta di un tema attualmente molto dibattuto, ovvero la valutazione dei potenziali effetti combinati sugli organismi non bersaglio esposti a più sostanze attive simultaneamente. Infine, l’obiettivo del quinto capitolo è quello di valutare la contaminazione ambientale dovuta all’applicazione di fungicidi a base rame su melo. A tale scopo è stato testato un nuovo modello per il calcolo integrato dell’esposizioni umana e ambientale MERLIN – Expo, sviluppato grazie al progetto europeo 4FUN. I risultati ottenuti per le acque superficiali e il sedimento sono stati confrontati con i risultati degli attuali modelli usati in Unione Europea, i modelli FOCUS. Le simulazioni probabilistiche hanno anche permesso di effettuare valutazioni di incertezza e sensitività sui parametri utilizzati nelle simulazioni. / This PhD thesis is a multidisciplinary work on the risk assessment of plant protection products including both legislative and scientific aspects. The first part of the thesis introduces the origin of risk assessment procedures with a wide glance on the whole process of risk analysis to protect the humans and the environment. The accent is put on emerging issues and trends, such as the uncertainties appraisal, the necessity of integration between human and environmental impacts without ignoring socio- economic and behavioural factors. The second chapter deals with the origin and development of global risk assessment policies on pesticides. It focuses in particular on European policies, from the original Directive 91/414 to the current Regulation 1107/2009 and the application of the precautionary principle. A brief comparison with US approaches for risk assessment is also presented. The third chapter gives an overview on the risk assessment procedures that nowadays provide the highest achievable protection for the environment, starting with the definition of clear and specific protection goals. The fourth chapter addresses the issue of combined risk assessment of pesticides: current approaches for the evaluation of effects on non-target organisms are analysed. The last chapter is dedicated to the estimation of the environmental contamination following the application of copper –based fungicides sprayed on orchards by using MERLIN - Expo, which is a multimedia model developed in the frame of the FP7 EU project 4FUN. The performance of the MERLIN- Expo software in estimating the contamination of the metal is also analysed through a comparison with the currently used FOCUS standard models for the calculation of pesticides concentrations in surface water and sediment. Both deterministic and probabilistic simulations have been run; the latter has allowed to perform uncertainty and sensitivity assessment.

L’attività di ricerca ha previsto il confronto fra due siti inquinati da metalli pesanti e due siti controllo naturali. Contrariamente ai parametri chimico-fisici e ai contenuti in metallo dei suoli, le analisi vegetazionali non hanno evidenziato differenze significative tra i siti. E’ stata necessaria la messa a punto strumentale di tecniche ICP-OES, ED(P)XRF per la calibrazione empirica di un XRF portatile, per le osservazioni puntiformi in situ di suoli e flora ed è stata modificata la metodica ufficiale per le stime della biodisponibilità dei metalli pesanti nei suoli inquinati. 6 specie comuni ai 4 siti sono state valutate per i loro TF e BAF. Viene confermata la specie-specificità del TF e del BAF per il quale è stato elaborato un inedito algoritmo per un corretto confronto tra le specie. Tra le sei specie, Silene Alba ha i migliori TF e BAF. Successivamente, sono state valutate alcune caratteristiche del Pennisetum clandestinum, candidato per la fitodepurazione: tollera le concentrazioni di arseniato tipiche dei suoli inquinati, l’arseniato è un inibitore competitivo del trasporto del fosfato, possiede un’elevata velocità di assorbimento dell’arseniato che accumula nella radice, ma non lo trasloca nella frazione epigea, parte dell’As(V) viene ridotto ad As(III) che viene efflusso dalla radice / The research has provided a comparison between two heavy metals polluted sites and two natural control sites. Unlike physical-chemical parameters and metal content in the soils, vegetation analysis showed no significant differences between sites. The development and optimization of instrumental techniques ICP-OES and ED(P)XRF was necessary to calibrate empirically a portable XRF for soil and flora point observations in situ and the official method for estimation of bioavailability of heavy metals in polluted soil was changed. Six species, common to the four sites, were evaluated for their TF and BAF. Were confirmed the TF and the BAF species-specificity for which it was developed a novel algorithm to obtain a correct comparison among species. Among the six species, Silene Alba has the best TF and BAF. In the second stage, some characteristics of Pennisetum clandestinum, candidate for the phytoremediation, were assessed: it tolerates arsenate concentrations typical of polluted soil, arsenate is a competitive inhibitor of phosphate transport, it has a high uptake rate of arsenic that accumulates in the root, but it doesn’t move in the aboveground fraction and part of As(V) is reduced to As(III), which is efflux from roots.

La produzione e l’uso del Metile di Bromuro, un fumigante estesamente usato in agricoltura, sono stati sottoposti a severe restrizioni dovute alla sua azione di depletore dello strato di ozono. Questa tesi è rivolta ad indagare il destino e le caratteristiche ambientali di due tra le più importanti alternative chimiche all’uso del Bromuro di Metile: l’ 1,3-Dicloropropene (1,3-D) e la Cloropicrina (CP). 1,3-D è un fumigante del suolo, con spiccata attività nematocida, consistente di due isomeri (Z), e (E)-1,3-D; nella sua formulazione sono presenti, inoltre, un esteso numero di impurezze clorurate potenzialmente correlate al processo produttivo. In laboratorio, è stato effettuato uno studio per valutare la stabilità idrolitica delle impurezze clorurate e per prevederne, quindi, il destino ambientale. Allo stesso tempo un piano di monitoraggio è stato svolto per valutare il leaching dell’1,3-D, dei suoi metaboliti, e delle impurezze clorurate. La CP è anch’essa un fumigante del suolo, caratterizzato da un importante profilo tossicologico. Questo lavoro ha valutato l’esposizione degli operatori e l’emissione in atmosfera durante e dopo l’applicazione nel suolo, secondo le pratiche agronomiche vigenti. Infine tramite l’applicazione di modelli matematici quali FOCUS PELMO e FOCUS PEARL si è valutato il destino ambientale della CP rispetto alle acque di falda. La simulazione è stata eseguita in 5 scenari europei realistici. / Production and use of methyl bromide, a soil fumigant, are being restricted because of this chemical’s deleterious effects on stratospheric ozone concentrations. This research examines the environmental fate and properties of methyl bromide replacement: 1,3-Dichloropropene (1,3-D), and Chloropicrin (CP). 1,3-D is a broad-spectrum soil fumigant used to control numerous species of soil-borne plant-parasitic nematodes. 1,3-D consists of two isomers, (Z)- and (E)-1,3-D, and has a number of low-level chlorinated compounds that could potentially be part of the manufacturing process. This study has investigated the hydrolytic stability, under biotic and abiotic conditions, of an extensive representative list of 1,3-D potentially related chlorinated compounds. Furthermore, a monitoring programme was carried out to investigate the leaching of all of this compounds. CP is a broad-spectrum fumigant chemical which is extensively used in agriculture and has an important toxicological profile. This study has assessed CP emission in the atmosphere and operator exposure during and after application in soil through injection of the test substances with routine agronomical application. Finally the environmental fate of CP and its metabolite dichloronitromethane in groundwater were investigated through the use of simulation model FOCUS PELMO and FOCUS PEARL using fully justified input parameters in five realistic scenarios.

La presente tesi inizia con un’analisi dell’aspetto nutrizionale degli alimenti. In particolare, è stato discusso il concetto di dieta equilibrata, con riferimento ai principi della “dieta mediterranea”. Proprio da questo modello alimentare trae ispirazione la “ottimazione”, una tecnica sviluppata e utilizzata per programmare pasti conformi a specifici standard nutrizionali (15/30/55 tra proteine, lipidi e carboidrati sull’apporto energetico totale, proporzioni tipicamente mediterranee). Tali preparazioni alimentari sono state testate anche attraverso metodi di analisi sensoriale. Il passaggio successivo è stato l’estensione del concetto di “ottimizzazione nutrizionale” a quello di “ottimizzazione ambientale”, dovuto all’ipotizzato minor impatto ambientale della dieta mediterranea. Il LCA (Life Cycle Assessment) è la tecnica che è stata utilizzata per valutare l’impatto ambientale di alcuni prodotti alimentari, quali verdure surgelate, un salume e un formaggio. Un ulteriore passaggio è stata la creazione di uno strumento di comunicazione, una nuova etichetta ambientale, realizzata per essere utilizzata dalle aziende per comunicare le loro performance ambientali e quindi il loro impegno al miglioramento continuo, e dai consumatori per ottenere maggiori informazioni sull’impatto ambientale dei prodotti acquistati quotidianamente, al fine di accrescere il proprio senso critico ed effettuare acquisti consapevoli. / The thesis begins with an analysis of the nutritional aspects of foods. In particular, the concept of balanced diet has been discussed, by referring to the principles of "mediterranean diet". Just from this food model, the “optimation” draws inspiration, a technique developed and used to plan meals consistent with specific nutritional standards (15/30/55 between protein, fat and carbohydrate on the total energy intake, typically Mediterranean). These food preparations have been tested through sensory analysis methods. The next step is the extension of "nutritional optimization" concept to the "environmental optimization” one, owing to the presumed lower environmental impact of the Mediterranean diet. LCA (Life Cycle Assessment) is the technique used to assess the environmental impact of various food products, such as frozen vegetables, cured meats, dairy products. A further step is the creation of a communication tool, a new environmental label, designed to be used by companies to communicate their environmental performance and therefore their commitment to continuous improvement, and by consumers to obtain more information on the environmental impact of the foods daily consumed, in order to increase their critical sense and make purchases in a conscious way.

La presente tesi descrive i risultati del programma di controllo dei pesticidi in regione Lombardia da 1996 a 2008 ed analizza i dati per calcolarne, con metodi diversi, la valutazione dell’esposizione del consumatore. 9387 campioni sono stati analizzati con un numero di campioni irregolari pari all’1%. Il numero di campioni senza residuo era pari al 69% ed il numero di campioni con i residui al di sotto del valore limite stabilito per legge era del 30%. Successivamente per capire l'esposizione dei consumatori a residui di antiparassitari si è utilizzato un metodo deterministico sviluppato da EFSA (PRIMo). È stato trovato che fra i campioni irregolari analizzati, solo 31 potrebbero causare il danno alla salute del consumatore. Un’ ulteriore analisi è stata quella di effettuare una valutazione con metodo probabilistico (Creme) calcolando l'esposizione cumulativa di antiparassitari sulla salute dei consumatori. Coem primo passo, residui di uno stesso pesticida trovato su campioni di patate sono stati inseriti nel software. Inoltre, campioni contenenti residui di pesticidi organofosfati sono stati inseriti nel software accoppiati con i dati italiani di consumo. In entrambi i casi, la valutazione cumulativa probabilistica dimostrava un adeguato livello di sicurezza per adulti e bambini. / The presented thesis describes the results of the pesticide monitoring programme in Lombardy Region from 1996 to 2008 and analyses the data gathered to calculate consumer exposure assessment with different approaches. A total of 9387 samples were analysed and the number of irregular samples was equal to 1%. The number of samples without residues was 69% and the number of samples with residues within the MRL was 30%. A further step to understand the exposure of consumers to residue of pesticides was obtained with the use of a deterministic approach developed by EFSA (PRIMo Model). It was found that among the detected irregular samples, only 31 might cause harm to the health of the consumer. An additional step was constituted by the use of one probabilistic method (Creme Software) to calculate the cumulative exposure of pesticides for the consumers. As a first step, residues of Chlorprofam were plotted in the software on samples of potato. In addition, samples containing residues of Organophosphates were also plotted along with the Italian consumption data. In both the case studies, the probabilistic acute cumulative assessment indicated that the intake, for adults and toddlers was below the set toxicological endpoint.

Lo scopo della tesi è di caratterizzare i rischi per la salute umana, che derivano dall’inquinamento delle acque (acque sotterranee) e dal cibo (riso) tramite l’applicazione e lo sviluppo di nuove tecniche analitiche. La tecnica “diffusive gradients in thin films (DGT)” con resina a base di ferrihydrite, è stata studiata per l'accumulo delle forme inorganiche (As(III) e As(V)) e organiche (DMA(V) e MMA(V)) di Arsenico in matrici acquose. I DGT sono stati applicati su campioni di acque sotterranee, raccolti in sei diverse città del Nord Italia, dove la concentrazione di As è molto alta. Antimonio (Sb) è associato all’As in diversi studi perché le proprietà fisiche e chimiche di questi due elementi sono simili, ed esso è stato recentemente riconosciuto come contaminante dell'acqua. In questa tesi per la prima volta sono state riportate le prestazioni dettagliate dei DGT con ferrihydrite, impiegati in soluzioni acquose di Sb(III) e Sb(V). L’analisi delle forme chimiche di Sb(III) e Sb(V) in campioni acquosi è stata realizzata con l’applicazione della diluizione isotopica. In generale il riso, a differenza di altri prodotti alimentari di origine terrestre, contiene quantità significative di Arsenico inorganico. L’analisi della speciazione di As è stata realizzata in 70 campioni di riso italiano, rappresentativo di diversi tipi di coltivazione. Le forme più abbondanti nel riso erano As(III) e DMA(V). Inoltre è stato interessante studiare la localizzazione dell’As nel chicco di riso, sottoposto a diversi processi di lavorazione (risone, riso integrale e lavorato con o senza parboiling), perché sia la distribuzione che la presenza delle diverse forme chimiche nel chicco sono fattori chiave che controllano la biodisponibilità del contaminante. La distribuzione dell’ As nei chicchi di riso di due varietà (Gladio e Ronaldo) sottoposti a diversi processi, è stato determinato con Laser Ablation ICP-MS. In realtà il contenuto di As era più alto nei chicchi di riso non-parboiled rispetto a quello parboiled. La relazione tra intensità dell’As e le varie parti del chicco di riso ha rivelato che i livelli di As diminuisco dalla parte esterna verso la posizione centrale, mentre i valori di As sembrano essere simili tra la parte media e interna dei non parboiled. / The aim of this thesis was to explore new analytical techniques as well as to carry out further characterisations of human health risks, which derive from water pollution, in particular groundwater, and food, in particular rice. The prevention of water pollution is an environmental aspect, that includes monitoring of both natural enrichment and outside pollution with routine analysis but also with new techniques, e.g. the application of passive sampling techniques and advanced technologies. The diffusive gradients in thin films (DGT) technique with ferrihydrite adsorbent, has been investigated for the accumulation of different species of Arsenic (As), like Inorganic Species (arsenite and arsenate) and Organic Arsenic (dimethylarsinic and monomethylarsenate) in aqueous matrix. To evaluate the performance of DGT method for accumulation of arsenic species, after deployment in synthetic solutions, DGT devices were carried out on groundwaters collected in six different towns in the North of Italy, where the As concentration is very high. Recently, health effects at arsenic exposures have been observed in areas where levels of inorganic As in drinking water are not excessive. Antimony (Sb) is associated to As in several studies because the physical and chemical properties of these two elements are similar, and it has been recently recognized as water contaminant. In this thesis I reported for the first time detailed performance characteristics of the Fe-oxide gel associated to DGT devices deployed in known aqueous solutions of trivalent and pentavalent Sb. Speciation analysis of Sb(III) and Sb(V) in aqueous samples was performed through extraction and on-line determination of isotope dilution concentration after a chromatographic separation. Generally rice, unlike food products of terrestrial origin, contains significant amounts of inorganic arsenic. Recently some Government Organizations (e.g. EFSA) debated the possibility to set an upper limit for total and inorganic arsenic in rice. Arsenic speciation was realized in 70 Italian rice samples from different representative cultivation conditions. The most abundant forms in rice were As(III) and DMA(V). After that, it was fundamental to investigate the localization of As in rice grains in different processes (raw, brown and milled rice with or without parboiling technique), because both speciation and distribution throughout the grain are key factors controlling bioavailability of the contaminant. The As distribution in rice grains of two varieties (Gladio and Ronaldo) from different processes, was determined by LA-ICP-MS. The distribution of As varied between the various parts of the grains (exterior, medium and interior part). During parboiling, the partial boiling of food as the first step in the cooking process, arsenic might have released from the grain to the boiling water. Thus, parboiling of rice grain may reduce the magnitude of arsenic intake in human body. Actually the As content was higher in non-parboiled rice grain than in parboiled rice. The relationship between As intensities and the different parts of rice grain revealed that As levels decreased from the external part towards the middle position, and then the intensity values seem to be similar between medium and internal part in non parboiled products.

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 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.