Assessing the risk of land degradation and desertification under climate change in the Mediterranean through two case studies
Author(s)
Adducci, Francesca
Date Issued
June 16, 2025
Type
Doctoral Thesis
Abstract
This research explores the impact of wildfires and environmental stressors on soil degradation and recovery processes in Mediterranean ecosystems, focusing on two contrasting pilot sites: Monte Morrone in Italy and Companhia das Lezírias in Portugal. These two sites represent different degradation dynamics: Monte Morrone has been affected by wildfires in 2017 and 2023, whereas Companhia das Lezírias experiences stress from grazing pressure and land-use changes. This diversity enabled the application of an integrated methodological framework to assess, quantify, and better understand degradation, vulnerability, and recovery processes.
At Monte Morrone, specific Nature-Based Solutions (NBS), such as the strategic placement of burned logs, were tested to improve soil stability, enhance microbial biodiversity, and accelerate natural recovery processes. This approach was systematically applied to treated plots and compared to untreated areas, providing a critical evaluation of NBS effectiveness in fire-degraded ecosystems.
Soil properties—including soil respiration, nutrient availability, organic matter content, and microbial composition analyzed through advanced bioinformatics—were combined with climate data and remote sensing indices like dNBR, RdNBR, dLAI, and dkNDVI. These tools enabled mapping of fire severity and vegetation loss over time. Results indicated that areas burned in 2017 exhibit a more advanced recovery stage compared to those burned in 2023, which remain in the early phases of regeneration.
At the Portuguese site of Companhia das Lezírias, the study focused on soil property analysis, soil respiration, and the effects of stressors such as grazing and land-use changes. Results revealed critical issues, including soil compaction, reduced vegetation cover, and the depletion of microbial diversity, which are key factors in driving desertification processes. Climate data contextualized the observed stressors, offering a comprehensive understanding of their role in soil functionality and resilience.
The primary objective of this research was to analyze the complex interactions between environmental stressors and soil recovery processes, filling knowledge gaps regarding desertification and degradation in Mediterranean ecosystems. Using synthetic indicators, the study quantified
vulnerability and identified priority intervention areas. Findings demonstrate that distinct stress drivers—wildfires at Monte Morrone and grazing at Companhia das Lezírias—significantly influence degradation and regeneration processes.
Looking forward, this study proposes a scalable and adaptable methodological framework for monitoring soil degradation across broader Mediterranean contexts. By integrating soil physical and chemical analyses, remote sensing, bioinformatics, and vegetation structural studies, the approach provides a robust tool for ecological monitoring and sustainable management of degraded lands. In summary, this research delivers a multidisciplinary and innovative approach to understanding degradation and recovery processes in Mediterranean ecosystems. It offers concrete solutions to improve soil functionality, promote biodiversity, and develop adaptive strategies to combat desertification and ensure ecosystem resilience for land managers, policymakers, and conservation practitioners.
Questa ricerca approfondisce l’impatto degli incendi boschivi e dei fattori di stress ambientali sui processi di degrado e recupero degli ecosistemi mediterranei, focalizzandosi su due siti pilota caratterizzati da dinamiche di degrado contrastanti: il Monte Morrone in Italia e la Companhia das Lezírias in Portogallo. Il primo è stato colpito da incendi nel 2017 e nel 2023, mentre il secondo è soggetto a stress legati al pascolo e ai cambiamenti nell’uso del suolo. Questa diversità ha consentito di testare l’efficacia di un quadro metodologico integrato basato su analisi fisiche, chimiche e biologiche del suolo, per comprendere e quantificare i processi di degrado, vulnerabilità e recupero.
Nel Monte Morrone, sono state sperimentate specifiche Nature-Based Solutions (NBS), come la collocazione strategica di tronchi bruciati, al fine di migliorare la stabilità del suolo, promuovere la biodiversità microbica e accelerare i processi naturali di rigenerazione. Questa metodologia è stata applicata in aree trattate e confrontata con zone non trattate, offrendo una valutazione critica sull’efficacia delle NBS in ecosistemi degradati dagli incendi.
L'analisi ha integrato parametri del suolo (respirazione, disponibilità di nutrienti, contenuto di sostanza organica, composizione microbica ottenuta tramite bioinformatica avanzata) con dati climatici e indici di telerilevamento (dNBR, RdNBR, dLAI, dkNDVI) per mappare la severità degli incendi e la perdita di copertura vegetale. I risultati mostrano che le aree bruciate nel 2017 presentano uno stadio di recupero più avanzato rispetto a quelle colpite nel 2023, ancora nelle fasi iniziali della rigenerazione.
Nel sito portoghese della Companhia das Lezírias, la ricerca si è focalizzata sull’analisi delle proprietà del suolo, della respirazione e degli effetti del pascolo e dei cambiamenti d’uso del suolo. Le analisi hanno evidenziato criticità quali compattazione, ridotta copertura vegetale e impoverimento della biodiversità microbica, fattori che accelerano i processi di desertificazione. I dati climatici raccolti
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hanno fornito un quadro più ampio del ruolo delle pressioni ambientali nella funzionalità e resilienza del suolo.
L’obiettivo principale dello studio è analizzare le interazioni complesse tra stress ambientali e processi di recupero del suolo, colmando le lacune conoscitive sulla desertificazione negli ecosistemi mediterranei. Attraverso indicatori sintetici, sono state quantificate la vulnerabilità e le aree prioritarie di intervento. I risultati dimostrano che i diversi driver di stress – incendi al Monte Morrone e pascolo nella Companhia das Lezírias – influenzano in modo significativo i processi di degrado e rigenerazione.
Guardando al futuro, lo studio propone un quadro metodologico scalabile e adattabile per il monitoraggio del degrado del suolo in contesti mediterranei più ampi. L’approccio integrato – che combina analisi fisico-chimiche, telerilevamento, bioinformatica e studio della struttura vegetale – costituisce uno strumento robusto per il monitoraggio ecologico e la gestione sostenibile dei territori degradati. In sintesi, la ricerca fornisce un approccio multidisciplinare e innovativo per comprendere il degrado e il recupero degli ecosistemi mediterranei, offrendo soluzioni concrete a supporto della pianificazione territoriale e delle politiche ambientali, per favorire la biodiversità e garantire la resilienza degli ecosistemi.
Additional information
Dottorato di ricerca in Scienze, Tecnologie e Biotecnologie per la Sostenibilità
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