,, Ministero dell' Istruzione, dell' Università e della Ricerca

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1 ,, Ministero dell' Istruzione, dell' Università e della Ricerca Dipartimento per l'università, l'alta Formazione Artistica, Musicale e Coreutica e per la Ricerca Direzione Generale per il Coordinamento e lo Sviluppo della Ricerca PROGRAMMI DI RICERCA SCIENTIFICA DI RILEVANTE INTERESSE NAZIONALE RICHIESTA DI COFINANZIAMENTO (D.M. 1152/ric del 27/12/2011) PROGETTO DI UNA UNITÀ DI RICERCA - MODELLO B Anno prot ALME4_ Area Scientifico-disciplinare 07: Scienze agrarie e veterinarie 100% 2 - Coordinatore Scientifico LENZI MARIO ARISTIDE Professore Ordinario Università degli Studi di PADOVA Facoltà di AGRARIA Dipartimento di TERRITORIO E SISTEMI AGRO-FORESTALI 3 - Responsabile dell'unità di Ricerca MANNOCCHI (Cognome) Professore Ordinario (Qualifica) FRANCESCO (Nome) 19/07/1948 (Data di nascita) MNNFNC48L19G478G (Codice fiscale) Università degli Studi di PERUGIA (Università/Ente) Dipartimento di INGEGNERIA CIVILE ED AMBIENTALE (Dipartimento) 075/ (telefono) 075/ (fax) MANNOCCHI@UNIPG.IT ( ) 4 - Curriculum scientifico Testo italiano - Professore ordinario presso l'università di Perugia, Macrosettore 07/C Ingegneria Agraria e dei Biosistemi, Settore Scientifico Disciplinare AGR/08 Idraulica Agraria e Sistemazioni Idraulico-Forestali; - Membro del Dipartimento di Ingegneria Civile ed Ambientale; - Presidente del Corso di Laurea in Sviluppo Rurale e Agricoltura ( ); - Presidente del Corso di Laurea Specialistica in Economia e Gestione dei Sistemi Agroalimentari, Ambientali e Territoriali ( ); - Presidente del Corso di Laurea in Scienze Agrarie e Ambientali ( ); - Presidente del Corso di Laurea Specialistica in Scienze Agrarie e Ambientali ( ); - Presidente del Corso di Laurea Specialistica in Gestione sostenibile degli Agroecosistemi ( ); - Presidente dei Corsi di Laurea Magistrale in Sviluppo Rurale Sostenibile ed in Agricoltura Sostenibile ( ); - Presidente del Corso di Laurea in Gestione Tecnica del Territorio ( ); - Presidente del Corso di Laurea Magistrale in Scienze della Tecnica del Territorio ( ); - Membro del Comitato di Coordinamento della Didattica della Facoltà di Agraria dell'università di Perugia ( ); - Presidente del Comitato di Coordinamento della Didattica della Facoltà di Agraria dell'università di Perugia ( ); - Membro della Direzione del Sistema di Gestione della Qualità della Facoltà di Agraria dell'università di Perugia ( ); - Membro del Collegio Docenti del Dottorato di Ricerca in Sviluppo Rurale Sostenibile (Università di Perugia); - Membro delle seguenti associazioni: GII (Gruppo Italiano Idraulica), ICID (International Commission on Irrigation and Drainage), IAHS (International Association of Hydrological Sciences), AIIA ( Associazione Italiana Ingegneria Agraria),GruSI-CNR (Gruppo Studi Irrigazione del CNR); - Svolge attività di ricerca scientifica sui seguenti temi: Modellazione del Contenuto Idrico del Suolo, Fenomeni di Magra, Pianificazione dei Sistemi Irrigui Deficitari, Gestione della Risorsa Idrica in un Ambito di Usi Plurimi, Erosione Idrica. Testo inglese - Full professor of Agricultural Hydraulics at the University of Perugia, Agricultural Science School; - Member of the Department of Civil and Environmental Engineering; - Chairman of the B.Sc. in Rural Development and Agriculture ( ); - Chairman of the M.Sc.in Management of Agricultural and Environmental Systems ( );

2 - Chairman of the B.Sc. in Agricultural and Environmental Sciences ( ); - Chairman of the M.Sc.in Agricultural and Environmental Sciences ( ); - Chairman of the M.Sc.in Sustainable Management of Agricultural- Ecological Systems ( ); - Chairman of the M.Sc.in Sustainable Rural Development ( ); - Chairman of the M.Sc.in Sustainable Agriculture ( ); - Chairman of the B.Sc. in Landscape Management ( ); - Chairman of the M.Sc.in Landscape Management ( ); - Member in the Faculty teaching coordination board, Agricultural Science School, University of Perugia ( ); - Chairman in the Faculty teaching coordination board, Agricultural Science School, University of Perugia ( ); - Adviser in the Faculty quality management system board ( ); - Professor at Ph.D. School in Sustainable Rural Development (University of Perugia); - Member of the following scientific association: GII (Italian Hydraulics Group), ICID (International Commission on Irrigation and Drainage) IAHS (International Association of Hydrological Sciences), AIIA (Italian Association of Agricultural Hydraulics),GruSI-CNR (Irrigation Resaearch Group of the Italian Research Council). - Research activity on the following subject: Soil Water Modelling, Agricultural Droughts, Deficit Irrigation Systems Planning, Water Resources Multipurpose Management, Soil Erosion 5 - Pubblicazioni scientifiche più significative del Responsabile dell'unità di Ricerca 1. F. Todisco, L. Vergni, MANNOCCHI F., C. Bomba (2012). Calibration of the soil loss measurement method at the Masse experimental station. CATENA, vol. 91/2012; p. 4-9, ISSN: BAGARELLO V., FERRO V., GIORDANO G., MANNOCCHI F., PAMPALONE V., TODISCO F., VERGNI L. (2011). Effect of plot size on measured soil loss for two Italian experimental sites. BIOSYSTEMS ENGINEERING, vol. 108; p , ISSN: , doi: /j.biosystemseng Bagarello V., Ferro V., Giordano G., MANNOCCHI F., Todisco F. (2011). Stima dell'erosione idrica parcellare in due siti sperimentali italianiv.. In: -. Gestione e controllo dei sistemi agrari e forestali. Milano: leséd, ISBN/ISSN: F. Todisco, MANNOCCHI F., L. Vergni (2011). CURVE SEVERITA'-DURATA-FREQUENZA PER PIANIFICARE E GESTIRE AZIONI DI MITIGAZIONE DELLA SICCITA' AGRICOLA. In: -. Gestione e controllo dei sistemi agrari e forestali. Milano: leséd, ISBN/ISSN: VINCI A., VERGNI L., TODISCO F., MANNOCCHI F. (2010). Comparison between the evapotranspiration of alfalfa measured by eddy covariance and estimated by FAO 56 method in Central Italy. In: EGU General Assembly Vienna, 01/05/2010, vol MANNOCCHI F., TODISCO F., VERGNI L. (2009). A new methodology for the risk analysis and economic impact assessment of agricultural droughts. JOURNAL OF IRRIGATION AND DRAINAGE ENGINEERING, vol. 135; p , ISSN: , doi: /(ASCE)IR MANNOCCHI F., TODISCO F., VERGNI L., VINCI A. (2009). Misura della perdita di suolo a scala parcellare in una stazione sperimentale Umbra. La ricerca e l'innovazione nell'ingegneria dei biosistemi agro-territoriali, atti del IX Convegno Nazionale dell'associazione Italiana Ingegneria Agraria (AIIA). Napoli: Doppiavoce, ISBN/ISSN: TODISCO F., MANNOCCHI F., VERGNI L., VINCI A. (2009). Plot scale measurements of rainfall erosion losses in Central Italy. In: edited by Liebscher H., Clarke R., Rodda J., Schultz G., Schumann A., Ubertini L., Young G.. The Role of Hydrology in Water Resources Management. vol. 327, p , Wallingfort, Oxfordshire, OX11: IAHS Press, Center for Ecology and Hydrology, ISBN/ISSN: TODISCO F., VERGNI L., MANNOCCHI F. (2009). An operative approach to agricultural drought risk management. JOURNAL OF IRRIGATION AND DRAINAGE ENGINEERING, vol. 135; p , ISSN: , doi: /(ASCE)IR TODISCO F., VERGNI L., MANNOCCHI F. (2009). Sensitivity analysis di un modello per la valutazione economica del rischio di siccità agricola. La ricerca e l'innovazione nell'ingegneria dei biosistemi agro-territoriali, atti del IX Convegno Nazionale dell'associazione Italiana Ingegneria Agraria (AIIA). Napoli: Doppiavoce, ISBN/ISSN: TODISCO F., VERGNI L., VINCI A., MANNOCCHI F. (2009). Analisi della variabilità della misura di perdita di suolo a scala parcellare in una stazione sperimentale Umbra. La ricerca e l'innovazione nell'ingegneria dei biosistemi agro-territoriali, atti del IX Convegno Nazionale dell'associazione Italiana Ingegneria Agraria (AIIA). Napoli: Doppiavoce, ISBN/ISSN: VERGNI L., TODISCO F., MANNOCCHI F. (2009). Evoluzione spazio-temporale delle precipitazioni e di alcuni indicatori di siccità in Umbria. La ricerca e l'innovazione nell'ingegneria dei biosistemi agro-territoriali, atti del IX Convegno Nazionale dell'associazione Italiana Ingegneria Agraria (AIIA). Napoli: Doppiavoce, ISBN/ISSN: MANNOCCHI F., TODISCO F., VERGNI L. (2008). Adera: analisi del rischio di siccità agricola. In: Bischetti G.B, Deangelis M.L., Gandolfi C.. Ricerca ed Innovazione nell'idraulica Agraria e nelle Sistemazioni Idraulico-Forestali. p , Cosenza: Nuova Editoriale BIOS, ISBN/ISSN: MANNOCCHI F., TODISCO F., VERGNI L., VINCI A. (2008). Calibrazione di un sistema di misura di erosione idrica a scala di parcella. 31 convegno nazionale di Idraulica e costruzioni idrauliche. p. 1-8, Perugia: Morlacchi Editore, ISBN/ISSN: TODISCO F., MANNOCCHI F., VERGNI L. (2008). Analisi del rischio di siccità agricola: un approccio operativo. In: Bischetti G.B, Deangelis M.L., Gandolfi C.. Ricerca ed innovazione nell'idraulica agraria e nelle sistemazioni idraulico-forestali. p , Cosenza: Nuova Editoriale BIOS, ISBN/ISSN: TODISCO F., VERGNI L., MANNOCCHI F. (2008). An evaluation of some drought indices in the monitoring and prediction of agricultural drought impact in central Italy. In: Santini A., Lamaddalena N., Severino G., Palladino M.. Irrigation in Mediterranean Agriculture: challanges and innovation for the next decades. vol. Series A: Mediterranean Semina, p , BARI - Italy: IAM Bari: CIHEAM (Centre International de Hautes E, ISBN/ISSN: TODISCO F., VERGNI L., MANNOCCHI F. (2008). Analisi del rischio di siccita' agricola mediante gli indici SPI e RSI. 31 Convegno di Idraulica e Corstruzioni Idrauliche. p. 1-8, Perugia: Morlacchi Editore, ISBN/ISSN: MANNOCCHI F., TODISCO F. (2006). Optimal Reservoir Operations for Irrigation Using a Three Spatial Scales Approach. JOURNAL OF IRRIGATION AND DRAINAGE ENGINEERING, vol. 132; p , ISSN: MANNOCCHI F., TODISCO F., VERGNI L. (2005). Un modello per la definizione degli eventi critici di siccità agricola. L'ingegneria agraria per lo sviluppo sostenibile dell'area Mediterranea. Catania: GeoGrafica, ISBN/ISSN: VINCI A., TODISCO F., MANNOCCHI F., BOCCADORO M. (2005). Un modello basato sulle reti di Petri nell'automazione degli impianti irrigui. L'ingegneria agraria per lo sviluppo sostenibile dell'area mediterranea. CATANIA: Geo-Grafica, ISBN/ISSN: MANNOCCHI F., TODISCO F., VERGNI L. (2004). AN ANALYSIS OF NEW AGRICULTURAL DROUGHT PARAMETERS. In: Symposium of BHS:Hydrology, Science and Practice for 21st century. Londra, July 22. MANNOCCHI F., TODISCO F., VERGNI L. (2004). Agricultural Drought Indices Definition and Analysis. In: edited by J. C. Rodda & L. Ubertini. The basis of Civilisation - Water Science?. vol. Red Books 286, p , Center of Ecology and Hydrolog: IAHS Press, ISBN/ISSN: CASADEI S, MANNOCCHI F., TODISCO F (2003). Il monitoraggio idrogeologico di un corso d'acqua per la determinazione di indicatori di magra. In: BORGA M., FATTORELLI S.. Monitoraggio dei processi Idrometeorologici, Quaderni di Idronomia Montana. vol. 21/1, p , COSENZA: Bios, ISBN/ISSN: Casadei S., MANNOCCHI F., Todisco F. (2003). Il monitoraggio idrogeologico di un corso d'acqua per la determinazione di indicatori di magra, Monitoraggio dei processi Idrometeorologici. QUADERNI DI IDRONOMIA MONTANA, vol. 21; p TODISCO, MANNOCCHI F., F (2003). A soil crop climate database coupled with a water resources interseasonal management model for an optimal irrigation planning. In: CIOSTA-CIGR, vol. 3, p , ISBN/ISSN: MANNOCCHI F., TODISCO F. (2002). La modellazione matematica e l'utilizzo dei G.I.S. nella gestione ottimale della risorsa idrica. In: 28 Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche 27. MANNOCCHI F., TODISCO F. CASADEI S (2001). An integrated model for water resources management at basin level. In: IAHS. Regional Management of Water Resources. vol. 268/S2, p ,, ISBN/ISSN:

3 28. MANNOCCHI F., MECARELLI P. (1994). An optimization analysis of deficit irrigation systems. JOURNAL OF IRRIGATION AND DRAINAGE ENGINEERING, vol. 120 N.3; p , ISSN: Abstract dei compiti svolti dall'unità di Ricerca Testo italiano Gli studi effettuati, nell'ambito del progetto PRIN2007 sulla base dei dati misurati di perdita di suolo e deflusso parcellari, hanno evidenziato l'importanza rivestita dal deflusso superficiale nella quantificazione della perdita di suolo e quindi nell'interpretazione e successiva modellazione del processo di erosione. Si intende quindi proseguire nel monitoraggio sia della perdita di suolo a scala parcellare sia del deflusso a scala di evento per ampliare il database esistente e avviare il monitoraggio della dinamica temporale del deflusso superficiale. I dati misurati unitamente al database esistente verranno utilizzati: per approfondire lo studio della modellazione del fenomeno e della definizione di modelli interpretativi; per valutare l'effetto di larghezza/lunghezza della parcella sulle misure di perdita di suolo parcellare; per quantificare il rapporto tra le componenti rill-interrill e per verificare l'applicabilità dei modelli USLE-basati. L'unità di ricerca inoltre si è dotata (con fondi pertinenti ad altro progetto di ricerca) di una sezione di monitoraggio dei deflussi solidi e liquidi realizzata nella sezione di chiusura di un bacino della superficie complessiva di 1.46 Km2 localizzato nell'area sperimentale di Masse (Perugia)immediatamente a monte del versante che ospita le parcelle sperimentali. In tale bacino l'uso del suolo è prevalentemente agricolo. A scala di bacino si intende avviare il monitoraggio in continuo della produzione complessiva di sedimenti, del deflusso complessivo e della dinamica temporale dello stesso (idrogramma di deflusso superficiale). Sarà inoltre necessario caratterizzare il bacino da un punto di vista topografico e fisico-chimico dei suoli, di uso del suolo e di ordinamenti colturali. I dati misurati verranno utilizzati per verificare l'applicabilità del modello SEDD (Ferro, 1997) per la stima della produzione di sedimenti, trasferendo a scala di bacino i risultati ottenuti a scala di parcella in termini di fattore di erodibilità dei suoli. Ad entrambe le scale spaziali di analisi è prevista una collaborazione con l'unità di Palermo. Testo inglese The studies carried out by the operative unit (O.U.) of Perugia, in the framework of the PRIN2007 on the basis of soil loss and overland flow data measured in experimental plots, emphasized the importance of the runoff to quantify the soil losses and consequently to analyze and to model the erosion processes. So at present, the O.U. objectives are: to continue the monitoring of soil loss at the plot scale, of overland flow at event scale (so that the existing database will be made increased) and to begin the monitoring of the dynamics of the runoff. The data collected together with the database available will be used: to make a thorough study of the phenomenon and of its modeling; to evaluate the influence of plot length/width on the measures of plot soil loss; to quantify the relationship between rill and interrill soil loss components; to verify the possibility of applying USLE-based models. The O.U. has recently created a gauging station of runoff and sediment at the basin outlet section (1,46 Km2) where are located the experimental plots. In the basin the land use is mostly agricultural. The objectives of the O.U. at basin scale are: to start the monitoring in continuous of the total sediment transport and runoff and of the dynamics of the runoff (hydrograph of runoff). Moreover it will be necessary to characterize the topography of the basin, the physical and chemical characteristics of the soils and the crop patterns. The measured data will be used in order to verify the possibility of applying the model SEDD (Ferro, 1997) for the evaluation of the sediment production at basin scale. The analysis, both at the plot and basin scale, will be carried out in collaboration with the Unit of Palermo. 7 - Settori di ricerca ERC (European Research Council) PE Physical Sciences and Engineering PE10 Earth system science: physical geography, geology, geophysics, atmospheric sciences, oceanography, climatology, ecology, global environmental change, biogeochemical cycles, natural resources management PE10_12 Sedimentology, soil science, palaeontology, earth evolution PE10_17 Hydrology, water and soil pollution 8 - Collaborazioni con altri organismi di ricerca pubblici e privati, nazionali e internazionali, e indicazione degli eventuali collegamenti con gli obiettivi di Horizon 2020 Testo italiano Nella Comunicazione della Commissione Europea al Consiglio, al Parlamento, al comitato economico e sociale ed al comitato delle regioni nell'ambito della Strategia tematica per la protezione del suolo (COM, 2006, 231) si legge che il suolo è Lo strato superiore della crosta terrestre costituito da componenti minerali, organici, acqua, aria e organismi viventi. Rappresenta l'interfaccia tra terra, aria e acqua e ospita gran parte della biosfera. Visti i tempi estremamente lunghi di formazione del suolo, si può ritenere che esso sia una risorsa sostanzialmente non rinnovabile. Il suolo ci fornisce cibo, biomassa e materie prime; funge da piattaforma per lo svolgimento delle attività umane; è un elemento del paesaggio e del patrimonio culturale e svolge un ruolo fondamentale come habitat e pool genico. Nel suolo vengono stoccate, filtrate e trasformate molte sostanze, tra le quali l'acqua, i nutrienti e il carbonio [ ]. Per l'importanza che rivestono sotto il profilo socioeconomico e ambientale, tutte queste funzioni devono pertanto essere tutelate. Il suolo è dunque riconosciuto dalla Commissione Europea come una risorsa strategica non rinnovabile che, oltre allo specifico rilevante ruolo ambientale, assume anche quello di elemento strategico nell'ambito delle politiche per la competitività. Per questo motivo, molti Paesi europei tra cui l'italia, stanno attuando specifiche politiche ed azioni finalizzate a contenere il consumo di suolo in modo da creare, ove possibile, una barriera di arresto al preoccupante fenomeno di progressivo depauperamento della risorsa. Questo scopo viene perseguito anche favorendo la diffusione modelli di sviluppo sostenibile. In Italia, tra il 1951 e il 1990, il settore agroforestale ha ceduto più di un milione e mezzo di ettari, assorbiti da usi civili, industriali, commerciali, infrastrutturali, con una serie di effetti negativi in termini ambientali. Peraltro, il consumo di suolo per destinazione permanente ad altri usi non costituisce solo una perdita netta di capitale naturale e fondiario in quanto, a causa dell'edificazione e dell'impermeabilizzazione di vaste aree, possono anche verificarsi alterazioni del ciclo idrologico che determinano un'accelerazione dei fenomeni erosivi (se non di dissesto idrogeologico) e quindi un'ulteriore perdita di risorsa pedologica. L'attenzione della Commissione Europea per la tutela del suolo risulta ben evidenziata nella Comunicazione Strategia tematica per la protezione del suolo all'interno del VII Programma Quadro di Ricerca e Sviluppo Tecnologico ( ) che si rivolge specificatamente (art ) a: erosione, diminuzione di materia organica, salinizzazione, compattazione e smottamenti. All'interno delle azioni da perseguire viene poi indicato che gli Stati membri saranno tenuti ad individuare le aree a rischio in base ad elementi comuni, a fissare obiettivi di riduzione del rischio per le aree in questione e a preparare programmi contenenti le misure necessarie per conseguire tali obiettivi. Il presente progetto PRIN, con particolare riferimento alle attività previste dall'u.o. di Perugia, bene si inserisce tra le finalità appena esposte. Infatti il presupposto necessario per una tutela efficace del territorio è quello di monitorare i processi alle diverse scale spaziali e temporali ed utilizzare i database ottenuti per formulare, calibrare e validare modelli di previsione necessari per definire le aree a rischio e per quantificare tale rischio. Questo richiede necessariamente un monitoraggio pluriennale dei processi erosivi che peraltro risulta utile per valutare correttamente le dinamiche del fenomeno conseguenti alla progressiva espansione dell'urbanizzazione, al continuo aggiornamento delle ripartizioni colturali nelle aree agricole ed all'impatto delle tendenze evolutive del clima. Nella proposta relativa al Settimo programma quadro di ricerca e sviluppo ( ), sono previste inoltre attività di ricerca sulle funzioni del suolo nell'ambito dei settori prioritari Ambiente e Prodotti alimentari, agricoltura e biotecnologie. Più in particolare, l'attenzione viene rivolta verso una politica di gestione sostenibile delle risorse che ha, tra gli altri obiettivi, quelli di: - conservazione e gestione sostenibile delle risorse naturali e antropiche e della biodiversità: ecosistemi, gestione delle risorse idriche; - protezione e gestione della biodiversità, protezione del suolo, metodi di lotta contro la desertificazione e il degrado del terreno, conservazione del paesaggio; - gestione dei dati e servizi di informazione; - valutazione e previsioni relative ai processi naturali. E proprio tra questi obiettivi viene evidenziata l'indispensabile e delicata necessità di conciliare la tutela del suolo nei suoi molteplici aspetti.

4 Peraltro, nonostante gli indirizzi e i cofinanziamenti comunitari siano indirizzati verso un'azione preventiva di conoscenza e tutela della risorsa suolo, non è mancata l'attuazione di una politica dell'emergenza che deve essere, per ovvi motivi, evitata con sforzi politici e scientifici congiunti. A questo proposito, la definizione delle aree maggiormente soggette a fenomeni erosivi può fornire agli attori coinvolti alcuni strumenti necessari per la definizione delle azioni di salvaguardia e mitigazione del rischio. Tali azioni dovranno essere calate nella realtà territoriale tenendo conto che l'accettabilità del rischio e l'importanza delle misure varieranno non solo in funzione della gravità dei processi di degrado e delle particolarità delle condizioni locali ma anche in base a considerazioni di ordine socio-economico. Peraltro, le azioni possono essere ben pianificate solo tramite un accurato processo di progettazione degli interventi che passa attraverso una valutazione comparativa (in termini di efficacia e di efficienza) di diverse ipotesi di interventi sistematori dei suoli e dei versanti. Tale analisi comparativa richiede una preliminare disponibilità di modelli e di procedure atte a simulare i diversi scenari che si configurano a seguito dei diversi interventi sistematori proposti. L'utilità di tali modelli è condizionata da una preventiva calibrazione e validazione sul territorio in esame per le quali si rendono necessari ampli database e specifici studi locali come quello proposti dalla U.O. perugina del PRIN in oggetto. Peraltro, un certo territorio è soggetto a continue modifiche legate anche alla già evidenziata esistenza di una competizione d'uso tra fini civili ed agricoli. Per questo motivo qualunque programma di azione deve fare riferimento a quelle misure già in atto in ambito nazionale o comunitario, come la condizionalità e le misure in materia di sviluppo rurale della Politica Agricola Comunitaria (PAC), i codici di buona pratica agricola e i programmi d'azione previsti dalla direttiva sui nitrati, le future misure nell'ambito dei piani di gestione dei bacini idrografici di cui alla direttiva quadro sulle acque, i piani di gestione del rischio di alluvione, i programmi nazionali sulle foreste e le pratiche silvicole sostenibili, le misure per la prevenzione degli incendi boschivi. Tutti i sopracitati programmi, piani e misure (anche se, a volte, non pienamente coordinati) determinano comunque limitazioni nell'uso del suolo che, in quanto risorsa strategica non rinnovabile, deve essere difesa in termini qualitativi e conservata in termini quantitativi. Queste finalità, alle quali pienamente risponde il progetto proposto dalla U.O PRIN, continueranno, peraltro, ad essere presenti (e presumibilmente rafforzate) anche in futuro nella PAC, che finora si è rivelata uno strumento prezioso per rafforzare la sostenibilità del settore agricolo e delle zone rurali dell'ue sul piano economico, ambientale e sociale. Con riferimento ad un più ampio orizzonte temporale (2020), la PAC dovrà, infatti, continuare a promuovere azioni finalizzate ad integrare vincoli e opportunità inerenti all'ambiente e al cambiamento climatico ed a generare un'ampia gamma di benefici per l'agricoltura, le campagne e la società in generale. Tali obiettivi sono perseguibili solo mediante una gestione sostenibile delle risorse finalizzata a preservare la resilienza dell'ambiente e dell'agricoltura al cambiamento climatico a proteggere gli spazi naturali ed a mantenere la capacità produttiva delle terre. Pertanto, è più che mai necessario che tematiche quali l'ambiente, la difesa delle risorse, il cambiamento climatico e l'innovazione siano al centro della futura PAC. Inoltre gli investimenti dovrebbero stimolare l'efficienza economica e ambientale del settore pur preservando le risorse, le misure ambientali dovrebbero essere meglio adattate alle esigenze specifiche delle regioni o addirittura di zone locali (quali le zone Natura 2000 e le zone di alto pregio naturale) e le misure destinate a liberare il potenziale delle zone rurali dovrebbero far leva su concetti innovativi per le imprese e le amministrazioni locali. Nell'inquadrare il progetto dell'u.o. PRIN nell'ambito di un contesto normativo futuro, non si può prescindere dal considerare la proposta per il programma di ricerca e innovazione Horizon Gli obiettivi del progetto si inseriscono perfettamente nell'obiettivo 3 Sfide per la società del Programma Horizon 2020 e nei sotto obiettivi nei settori della sicurezza alimentare, agricoltura sostenibile, bio-economia e delle "Azioni climatiche ed efficienza delle risorse". Infatti, per quanto riguarda il primo sotto-obiettivo, è evidente come il perseguimento di un'agricoltura sostenibile richieda: - un utilizzo efficiente delle risorse e quindi del suolo stesso come strumento primario di produzione; - una conservazione delle risorse e quindi del suolo fertile e delle risorse idriche superficiali. Lo strato superficiale del suolo che richiede lavorazioni e concimazioni onerose per le aziende agrarie rappresenta una risorsa fondamentale per una efficace pratica agricola, inoltre la perdita per erosione di tale strato superficiale di suolo non solo comporta gravi danni economici per gli agricoltori ma determina anche trasporto di inquinanti che poi si riversano nei corsi d'acqua e nelle riserve idriche superficiali con conseguente inquinamento delle stesse. Tale fenomeno, in particolare quando accelerato dall'assenza di pratiche antierosive, determina processi di interrimento sia dei corsi d'acqua con innalzamento degli alvei e rischio di esondazione sia degli invasi con una riduzione della capacità utile. Gli obiettivi perseguiti nel progetto della UO PRIN rendono, di per sé, necessario uno studio multidisciplinare finalizzato alla definizione di procedure e modelli che permettano di simulare i processi e la loro evoluzione spaziale-temporale per garantire un uso efficiente delle risorse e la tutela ecologica delle zone rurali. Inoltre, la presenza di esperti sul territorio può permettere il monitoraggio del suolo, dei processi di deflusso e delle loro dinamiche finanche ad un dettaglio tale da individuare delle possibilità di maggiore fertilità e di conseguenza una maggiore produttività delle aziende stesse con evidenti benefici socio-economici. In tale contesto l'unità di ricerca ha stipulato un accordo di collaborazione con il CNR-IRPI (Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Ricerca per la Protezione Idrogeologica) di Perugia per effettuare nell'ambito del PRIN proposto, uno studio congiunto finalizzato alla definizione di un modello per la simulazione della perdita di suolo a diverse scale spaziali e temporali in ambiente Umbro (da calibrare e validare sul database del campo sperimentale "Le Masse" che l'unità operativa mette a disposizione del progetto PRIN). Inoltre alla stessa convenzione ha aderito anche l'unità operativa dell'università di Palermo allo scopo di elaborare un modello applicabile a diversi contesti pedo-climatici Italiani (da calibrare e validare sui database del campo sperimentale di Le Masse (PG) e di Sparacia (PA) che l'unità operativa di Palermo mette a disposizione del progetto PRIN). Peraltro, l'agricoltura può essere considerata anche nel suo aspetto sociale, con uno specifico valore culturale e ricreativo e pertanto lo studio e la tutela del suolo come elemento base, può anche fornire uno strumento di gestione e valorizzazione del valore non puramente commerciale. Sempre all'interno del sotto-obiettivo si inserisce anche l'identificazione del paesaggio umbro come modello e bene pubblico con il suo evidente valore economico, che deve essere garantito cercando anche di prevedere un'adeguata integrazione fra le zone rurali e quelle urbane. Il progetto, con le sue finalità, rientra perfettamente anche nel secondo micro-obiettivo : azioni climatiche ed efficienza delle risorse infatti rappresenta un contributo rilevante alla necessità di garantire un'economia efficiente sotto il profilo delle risorse utilizzate e soprattutto alla necessità di far fronte in maniera tempestiva ai cambiamenti climatici. Risulta ormai evidente che, a seguito della crescita demografica nel nostro pianeta, si assisterà ad una modifica dei sistemi naturali e che si dovrà far fronte ad una serie di problemi ambientali. Tra questi debbono considerarsi come probabili il degrado del suolo, la carenza di acqua, l'inquinamento chimico e la perdita di sostenibilità. Ne consegue un rimarchevole rischio di avere, entro il 2050, un pianeta incapace di far fronte alla crescita della popolazione mondiale. Inoltre, la crescita economica, attualmente fortemente accoppiata all'utilizzo delle risorse naturali come materie prime (compresi l'esplorazione, l'estrazione, la lavorazione, il riutilizzo, il riciclaggio e la sostituzione) rende imprescindibile la necessità di avviare con una certa urgenza un approvvigionamento sostenibile. In tale contesto il monitoraggio costante dei processi di erosione del suolo permetterà di aggiornare i modelli elaborati e di utilizzarli efficacemente nella previsione di scenari futuri e di modificarli ed adeguarli all'evolversi della dinamica climatica e dell'antropizzazione dei territori rurali. Inoltre gli interventi sul territorio in termini di pratiche di conservazione del suolo potranno essere continuamente aggiornati ed adeguati alle esigenze mutevoli del territorio rurale. Testo inglese In the Communication from the Commission to the council, the European Parliament, the European committee and the committee of the Regions in the Thematic Strategy for Soil Protection (COM, 2006, 231) we read that: Soil is generally defined as the top layer of the earth's crust, formed by mineral particles, organic matter, water, air and living organisms. It is the interface between earth, air and water and hosts most of the biosphere. As soil formation is an extremely slow process, soil can be considered essentially as a nonrenewable resource. Soil provides us with food, biomass and raw materials. It serves as a platform for human activities and landscape and as an archive of heritage and plays a central role as a habitat and gene pool. It stores, filters and transforms many substances, including water, nutrients and carbon. [ ].These functions must be protected because of both their socio-economic and environmental importance. The soil is thus recognized by the European Commission as a strategic non-renewable resource that, in addition to the specific relevant environmental role, assumes also that of a strategic policy framework for competitiveness. For this reason, many European countries including Italy, are implementing specific policies and actions designed to limit the consumption of soil in order to create, where possible, a barrier to stop the worrying phenomenon of progressive depletion of the resource. This goal is pursued by encouraging the dissemination of models of sustainable development. In Italy, between 1951 and 1990, the forestry has lost more than one million and half hectares, absorbed in civil, industrial, commercial and infrastructure projects, with a variety of adverse environmental effects. Moreover, the permanent use of land for other destinations, leads not only to a net loss of agricultural lands, but also can involve (due to the builbing and sealing of large areas) the alteration of the hydrological cycle with a consequent acceleration of erosion and geological instability, which leads to a further loss of soil resource. The attention of the European Commission for the protection of the soil is well highlighted in the Communication "Thematic Strategy for Soil Protection" within the Seventh Framework Programme for Research, Technological Development and demonstration activities ( ) that refers specifically (Art ) to: "erosion, organic matter decline, salinisation, compaction and landslides." Within the actions to be pursued is then indicated that "Member States will be required to identify risk areas according to common elements, to set targets for reducing the risk in these areas and to establish programs of measures required to achieve these goals. " This project PRIN, with particular reference to the activities planned by the operative unit of Perugia, fits well between the aims set out above. In fact the prerequisite for the effective protection of the territory is to monitor processes at different spatial and temporal scales and use the database obtained to formulate, calibrate and validate predictive models needed to define the "risk areas" and to quantify this risk. This necessarily requires a multi-year monitoring of erosion, which also is useful to evaluate properly the dynamics of the phenomenon resulting from the gradual expansion of urbanization, to the continuous adaptation of the crop patterns in agricultural areas and the impact of climate trends. The proposal for the Seventh Framework Programme for Research, Technological Development and demonstration activities ( ), are also provided research on soil functions within the priority areas "Environment" and "Food, Agriculture and Biotechnology". More specifically, attention is directed towards a policy of "sustainable management" which, among other objectives, have the: - Conservation and sustainable management of natural and man-made resources and biodiversity: ecosystems, water resources management; - Protection and management of biodiversity, soil protection, approaches against desertification and land degradation, conservation of the landscape; - Data management and information services;

5 - Assessment and forecast of natural processes. Among these objectives is highlighted the necessity to protect the land in its many aspects. However, despite the Community addresses and co-financing are direct to a preventive knowledge and protection of the resource "soil", sometimes has been carried out a "political emergency" that for obvious reasons, should be avoided by political and scientific efforts. In this regard, the definition of the erosion prone areas can give to the actors involved some necessary tools for the preparation of protection measures and of risk mitigation. These actions will be adapted to the local context, taking into account that the measures and the acceptability of the risk will vary depending on the severity of the degradation processes, local conditions and socio-economic considerations. However, actions can be effective only through well-planned process of designing interventions that passes through the evaluation of the effectiveness and efficiency of different possible actions and works for the soil and side protection. This analysis requires the availability of models capable of simulating different scenarios to the various possible works. These models to be useful for this purpose must be properly calibrated and validated over the territory in which they are used, making use of databases and studies carried out locally as the one proposed by PRIN concerned. Moreover the same territory is subject to continual changes related also, as noted above, to the existing competition between civil and agricultural uses. For this reason, any program of action must refer to those measures already in place at national or Community law, such as the compliance; the rural development measures in the Common Agricultural Policy (CAP); the codes of good agricultural practice; the action programs referred to the nitrates directive; the future measures, in the context of river basin management plans, in the Water Framework Directive; the plans for flood risk management; the national forest programs; the sustainable forestry practices and the measures for forest fires prevention. All of the above programs, plans and measures (although sometimes not fully coordinated) determine, however, limitations in land use that as a strategic non-renewable resource, must be defended in terms of quality and preserved in quantitative terms. These goals, which fully meets the project proposed by the PRIN operative unit (OU) will continue, however, to be present (and presumably enhanced) in the future of the CAP, which so far has proved to be a valuable tool to enhance the economic environmental and social sustainability of agriculture in the EU rural areas. With reference to a broader time horizon (2020), the CAP will, in fact, continue to promote actions aimed at integrating environmental constraints and opportunities related to climate change and to generate a wide range of benefits for agriculture, environment and society in general. These goals are achievable only through a resources sustainable management aimed at preserving the environment and agriculture resilience to climate change, to protect natural areas and to maintain the productive capacity of land. Therefore, it is more necessary than ever that issues such as environment, defense of resources, climate change and innovation are at the center of the future CAP. In addition, investment should stimulate the economic and environmental efficiency of the industry while preserving the resources, environmental measures should be better adapted to the needs of specific regions or even local areas (such as Natura 2000 areas and areas of high natural value) and measures to unlock the potential of rural areas should leverage on innovative concepts for businesses and local governments The project of the PRIN-UO fit perfectly in Objective 3 "Challenges for Society" of the program of research and innovation "Horizon 2020" and in the sub-goals in the areas of "food security, sustainable agriculture, bio-economy" and "Actions climatic and resource efficiency ". In fact, as regards the first "sub-goal", it is evident that the pursuit of sustainable agriculture requires: - Efficient use of resources and the soil itself as a primary instrument of production; - A conservation of resources such as fertile soil and surface water resources. For the farms the surface layer of soil, that requires expensive processing and fertilizer, is a key resource for effective agricultural practice. Also the loss due to erosion of the surface layer of soil not only causes serious economic losses for farmers but also determines the transport of pollutants into waterways and surface water supplies (which become polluted). This phenomenon, especially when accelerated by the absence of anti-erosive practices, determines silting whether of rivers and consequently elevated risk of flooding or of reservoirs with a reduction in usable capacity (with a reduction of the water availability and of the lamination in reservoirs). The aim of the PRIN-UO project requires a multidisciplinary study aimed to develop procedures and models that allow to simulate the processes and their spatial-temporal evolution to ensure efficient use of resources and ecological protection rural areas. Moreover, the presence of experts on the territory, can allow the monitoring of soil, of the soil loss processes and of their dynamics even to a detail as to identify the possibility of increased fertility and consequently a greater productivity of the same companies with obvious socio- economica benefits. In this context, the research unit has signed a collaboration agreement with the IRPI-CNR (National Research Council, Research Institute for Hydrogeological Protection) of Perugia to perform within the proposed PRIN a joint study aimed at defining a model for the simulation of soil loss at different spatial and temporal scales in Central Italy (to be calibrated and validated by the database of the experimental station of Masse that the UO makes available to the project PRIN) in addition the operative unit of the University of Palermo has also joined the task force to develop a model applicable to different pedo-climatic Italians contexts (to be calibrated and validated by the databases of the experimental stations of Masse and Sparacia that the Palermo UO makes available to the project). However, agriculture can also be seen in its social aspect, with a specific cultural and recreational value and therefore the study and protection of soil as a basic element, can also provide a tool for managing and enhancing the value that is not purely commercial. Also in the "sub-goal" the Umbrian landscape can be identified as a "model" and "public good", has a clear economic value, which must be guaranteed also trying to provide adequate integration between the rural areas and the urban areas. The project, with its purpose, fits perfectly into the second " sub-goal ": "climate actions and resource efficiency" in fact represents a significant contribution to the need to ensure efficient use of resources and especially to respond promptly to climate change. It is now clear that, as a result of population growth on our planet, there will be a modification of natural systems and that you will face a series of environmental problems. Among these must be regarded as likely land degradation, water scarcity, chemical pollution and loss of sustainability. It follows a remarkable risk of having, by 2050, a world unable to cope with population growth. Moreover, economic growth, currently strongly coupled with the use of natural resources as raw materials (including exploration, extraction, processing, reuse, recycling and substitution) makes imperative the need to start with some urgency sustainable supply. In this context, the constant monitoring of the processes of soil erosion will enable to update the models developed, to use them effectively in the prediction of future scenarios and to modify and to project actions or to adapt the planned actions to changing climate and to dynamic anthropisation of rural areas. Also operations in the territory in terms of soil conservation practices will be continually updated and adapted to the changing needs of the rural area. Allegato 1 Lettera di intenti in Italiano: collaborazione tra l'unità Operativa e il CNR-IRPI di Perugia Allegato 2 Memorandum of understanding between the operative unit and the CNR-IRPI of Perugia 9 - Parole chiave Testo italiano EROSIONE IDRICA MISURE MODELLI DI SIMULAZIONE Testo inglese WATER SOIL EROSION MEASURES SIMULATION MODELS

6 10 - Stato dell'arte Testo italiano L'unità operativa di Perugia ha attivato il monitoraggio dei processi erosivi a scala di parcella sperimentale attrezzata in un sito realizzato appositamente in ambiente collinare in Italia centrale. La stazione sperimentale in cui sono presenti quattro schemi sperimentali replicati è stata messa a regime dopo una fase di calibrazione (Mannocchi et al., 2008, Todisco et al., 2012). I dati misurati sono stati utilizzati, unitamente ai dati climatici registrati in continuo, in ricerche (Todisco et al., 2009a; 2009c) finalizzate alla conoscenza dei fattori che determinano la variabilità delle misure ottenute in parcelle di differente lunghezza e larghezza sottoposte agli stessi trattamenti, nonché dell'entità della suddetta variabilità (Laflen et al., 1991; Bagarello & Ferro, 1998; Nearing et al., 1999; Morgan & Nearing, 2000; Nearing, 2000; Bagarello et al., 2004; Bagarello et al., 2011a). Gli avanzamenti ancora conseguibili nell'interpretazione della variabilità della misura a scala di parcella sono dipendenti dalla disponibilità di misure di perdita di suolo effettuate su parcelle replicate identiche ma di diversa dimensione, che permettano di stabilire la relazione tra la dimensione parcellare e le misure di deflusso e di perdita di suolo, in dipendenza anche dell'erosività dell'evento. Gli studi condotti sul tema della modellazione della perdita di suolo a scala parcellare hanno riguardato l'applicabilità sia della USLE in ambiente umbro a scala di singolo evento, sia di modelli USLE-derivati in cui il fattore di erosività della pioggia viene corretto con un termine descrittivo del deflusso (Mannocchi et al., 2009; Todisco et al. 2009b). Studi recenti (Kinnell, 2001; Bagarello et al, 2008; Todisco et al. 2009b; Bagarello et al., 2011b) sulla rispondenza delle previsioni effettuate con tali modelli ai dati misurati hanno confermato l'importanza di correggere il fattore di erosività della pioggia con un termine che tenga esplicitamente conto dell'entità del deflusso superficiale, non sempre facilmente quantificabile. In particolare è stato possibile evidenziare da un lato l'effetto della capacità di trasporto del deflusso superficiale sull'entità della perdita di suolo anche in relazione all'erodibilità del suolo (Bagarello et al., 2011c). L'accettabilità di un modello di previsione dei fenomeni erosivi deve essere verificata sulla base della differenza tra i valori di perdita di suolo stimati e misurati che devono ricadere all'interno della popolazione delle differenze dei valori misurati in due repliche dello stesso plot (Laflen et al., 1991; Morgan & Nearing, 2000; Nearing, 2000). Gli avanzamenti ancora conseguibili nella modellazione del fenomeno a scala di parcella sono dipendenti quindi dall'ampiezza del campione di misure di perdita di suolo e di deflusso disponibile. Tali misure sono utili per verificare a livello locale l'applicabilità di modelli previsionali dell'erosione idrica e del deflusso superficiale alle diverse scale spaziali e temporali e/o la modellazione dei fenomeni per dedurre informazioni e criteri di stima sui principali fattori coinvolti (Wischmeier et al., 1971; Wischmeier & Smith, 1978; Wendtet al.,1986; Moore & Burch, 1986; Bagarello, 1996; Ferro, 1997; Renard et al., 1997; Kinnell & Risse, 1998; Nearing et al., 1999; Yu, 1999; Chaplot & Le Bissonnais, 2000; Ferro & Porto, 2000; Gomez et al., 2001; Kinnell, 2001; Kinnell, 2003; Bagarello & Ferro, 2004; Bagarello et al., 2005; Todisco et al., 2009d; Bagarello et al., 2010; Todisco et al., 2010). Testo inglese The operating unit of Perugia has activated the monitoring of the erosive processes at the plot scale in an experimental site projected and equipped to this purpose in the Umbria hills. In the station four replicated experimental schemes are present that, after a preliminary phase of calibration (Mannocchi et al., 2008, Todisco et al., 2012), have been put to regime. The measured data have been used, with the climatic data recorded continuously within the station, in analysis (Todisco et al., 2009a; 2009c) aimed to understand the factors affecting the variability of the soil loss measurements from replicated plots of different length and width and the entity of the aforesaid variability. (Laflen et al., 1991; Bagarello & Ferro, 1998; Nearing et al., 1999; Morgan & Nearing, 2000; Nearing, 2000; Bagarello V. et al., 2004; Bagarello et al., 2011a). The still attainable advances in the interpretation of the variability of the plot scale measurements are dependent on the availability of soil loss measurements carried out on replicated plots of different dimension. These allow to establish the relation between the plot dimension and its effect on the measurements of runoff and soil loss, also in relation to the erosivity of the event. The studies on modelling of soil loss at the plot scale, have regarded the applicability of the USLE model for predicting the event soil loss in Umbria region, or of the USLE-derived models in which the rain erosivity factor is corrected with a term describing the runoff (Mannocchi et al., 2009; Todisco et al. 2009b). Recent studies (Kinnell, 2001; Todisco et al. 2009b; Bagarello et al, 2008; Bagarello et al., 2011b) on the correspondence of the forecasts carried out with such models to the measured data has confirmed the importance of accounting for the entity of the runoff in the erosivity factor, even if the plot runoff is typically not easily quantifiable at the event temporal scale. In particular, it has been possible to emphasize the effect of the transport ability of the overland flow on the entity of the soil loss also in relation to the soil erodibility (Bagarello et al. 2011c). For evaluating the acceptability of a predictive model, it has been suggested to verify whether the difference between the estimated soil loss and the measured value falls within the population of the differences of the measured values in two plots having the same natural conditions (Laflen et al., 1991; Morgan & Nearing, 1999; Nearing, 2000). The still attainable advances in the modelling of the phenomenon at the plot scale, are dependent therefore from the amplitude of the sample of soil loss and runoff measurements. Soil loss data, at plot scale, are needed to test the applicability of the provisional soil erosion and runoff models and to evaluate the variables and main factors (rainfall-runoff erosivity, soil erodibility, slope length, etc.) affecting the physical phenomena of erosion (Wischmeier et al., 1971; Wischmeier & Smith, 1978; Wendtet al.,1986; Moore & Burch, 1986; Bagarello, 1996; Ferro, 1997; Renard et al., 1997; Kinnell & Risse, 1998; Nearing et al., 1999; Yu, 1999; Chaplot & Le Bissonnais, 2000; Ferro & Porto, 2000; Gomez et al., 2001; Kinnell, 2001; Kinnell, 2003; Bagarello & Ferro, 2004; Bagarello et al., 2005; Todisco et al., 2009d; Bagarello et al., 2010; Todisco et al., 2010) Riferimenti bibliografici Bagarello V Procedure semplificate per la stima del fattore climatico della USLE nell'ambiente molisano. Quaderni di Idronomia Montana 15: 1-13 (initalian). Bagarello V., Ferro V Calibration storage tanks for soil erosion measurenet from plots. Earth surface Processes and Landforms, 23, Bagarello V, Ferro V Plot-scale measurement of soil erosion at the experimental area of Sparacia (southern Italy). Hydrological Processes 18: Bagarello V, Di Piazza GV, Ferro V Manual sampling and tank size effects on the calibration curve of plot sediment storage tanks.transactions of the ASAE, 47: Bagarello V, Di Piazza GV, Ferro V Confronto della perdita di suolo da parcelle di differente lunghezza nell'area di Sparacia. In Proceedings of the National Conference AIIA2005, Catania, paper code 6014 (in Italian). Bagarello V, Di Piazza GV, Ferro V and Giordano G Predicting unit plot loss in Sicily, south Italy. Hydrological Processes in press, available on line DOI /hyp Bagarello V., Ferro V., Giordano G., Mannocchi F., Pampalone V., Todisco F., Vergni L. 2011a. Effect of plot size on measured soil loss for two Italian experimental sites. BIOSYSTEMS ENGINEERING, 108 (2011), Bagarello V., Di Stefano C., Ferro V., Kinnell P. I.A., Pampalone V., Porto P., Todisco F b Predicting soil loss on moderate slopes using an empirical model for sediment concentration. Journal of Hydrology , 400. Bagarello V., Ferro V., Giordano G., Mannocchi F., Todisco F. 2011c. Stima dell'erosione idrica parcellare in due siti sperimentali italiani. Convegno di Medio Termine dell'associazione Italiana di Ingegneria Agraria, Belgirate, Settembre Chaplot V, Le Bissonnais Y Field measurement of interrill erosion under different slopes and plot sizes. 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