Conversion of perennial cropping systems to arable land: keyelements for an ecologically sustainable transition

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 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.