Sustainable viticultural management practices: monitoring grapevine plant performance with proximal and remote technologies
Author(s)
Rengo, Andrea
Date Issued
June 16, 2025
Type
Doctoral Thesis
Abstract
This thesis explores the effects of climate change on viticulture, focusing on how rising
temperatures, irregular rainfall, and extreme weather impact vineyard terroir. The study evaluates
two canopy management techniques – early leaf removal at fruit set (ELR) and foliar application of
Basalt Flour® (BF) – compared to control management (C), on their ability to enhance resilience,
maintain grape productivity and quality, and promote environmental sustainability.
Over three years (2021–2023), trials were conducted in a Chardonnay vineyard in Umbria, Italy
(Orvieto PDO). Mesoclimatic and microclimatic data, about canopy (CH) and near the bunch (BH)
temperatures, were collected using a weather station and sensors, while thermal remote sensing
assessed the Crop Water Stress Index (CWSI). Physiological measurements, including leaf water
potential (Ψpd), chlorophyll content (Chl), and stomatal conductance (gs), were recorded alongside
grape production, quality, and carbon storage in annual biomass. Life cycle assessment (LCA)
quantified the environmental impact of each practice.
Results showed rising temperatures and water deficits shifted bioclimatic conditions beyond
Chardonnay’s optimal range. ELR reduced evening BH temperatures, improving heat dissipation,
while BF’s reflective properties lowered maximum temperatures under arid conditions, also lowering
the CWSI values. ELR altered gs during critical stages, improving grape quality but reducing yield,
while BF maintained productivity and enhanced chlorophyll accumulation. Carbon storage analysis
showed ELR promoted vegetative growth at the expense of reproductive biomass, while BF supported
reproductive carbon storage. LCA indicated ELR increased CO2 emissions by 35% per kg of grapes
compared to control, whereas BF raised emissions by only 1%, making it the more sustainable option.
In conclusion, ELR could improve grape quality but has higher environmental costs, while BF is a
sustainable, effective method for mitigating climate stress. These findings highlight the importance
of balancing productivity with environmental sustainability to address climate challenges in
viticulture.
Questa tesi analizza gli effetti del cambiamento climatico sulla viticoltura, con particolare
attenzione a come l’aumento delle temperature, le precipitazioni irregolari e gli eventi meteorologici
estremi influenzino il terroir del vigneto. Lo studio valuta due tecniche di gestione della chioma – la
defogliazione precoce all’allegagione (ELR) e l’applicazione fogliare di Basalt Flour® (BF) –
comparate ad un controllo (C), inerentemente alla loro capacità di migliorare la resilienza, mantenere
la produttività e qualità delle uve e promuovere la sostenibilità ambientale.
Nei tre anni di studio (2021-2023), le sperimentazioni sono state condotte in un vigneto di
Chardonnay in Umbria, Italia (Orvieto DOP). I dati mesoclimatici e microclimatici, relativi alle
temperature in chioma (CH) e vicino al grappolo (BH), sono stati raccolti utilizzando una stazione
meteorologica e dei sensori, mentre il telerilevamento termico ha valutato il crop water stress index
(CWSI). Sono state effettuate misurazioni fisiologiche, tra cui il potenziale idrico fogliare (Ψpd), il
contenuto di clorofilla (Chl) e la conduttanza stomatica (gs), assieme a dati sulla produzione, qualità
delle uve e accumulo di carbonio nella biomassa annuale. L’analisi del ciclo di vita (LCA) ha
quantificato l’impatto ambientale di ciascuna pratica.
I risultati hanno mostrato che l’aumento delle temperature e il deficit idrico hanno spostato le
condizioni bioclimatiche al di fuori del range ottimale per lo Chardonnay. ELR ha ridotto le
temperature serali nell’area BH, favorendo la dissipazione del calore, mentre BF ha abbassato le
temperature massime grazie alle sue proprietà riflettenti in condizioni aride, abbassando anche i valori
del CWSI. ELR ha migliorato la qualità delle uve ma ridotto le rese, mentre BF ha mantenuto la
produttività e favorito l’accumulo di clorofilla. L’analisi del carbonio ha mostrato che ELR un
risanamento della vegetazione a scapito della biomassa riproduttiva, mentre BF ne migliora lo
stoccaggio. L’LCA ha rivelato un aumento delle emissioni di CO2 in ELR del 35% per kg di uva
rispetto al controllo, mentre BF solo dell’1%, risultando più sostenibile.
In conclusione, ELR può migliorare la qualità delle uve ma ha maggiori costi ambientali, mentre
BF rappresenta una soluzione efficace e sostenibile per mitigare lo stress climatico. Questi risultati
evidenziano l’importanza di bilanciare produttività e sostenibilità per affrontare le sfide climatiche
nella viticoltura.
Additional information
Dottorato di ricerca in Scienze, Tecnologie e Biotecnologie per la Sostenibilità
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