Innovations in agrogeophysics for enhancing soil and water sustainability

Addressing the challenges of sustainable agricultural productivity requires innovative solutions for soil health and water management. This thesis presents agrogeophysics, a multidisciplinary approach combining geophysical methods with precision agriculture, as a key tool for promoting sustainability and innovation. By integrating advanced imaging, remote sensing, and computational modeling, it offers new approaches for monitoring and managing soil, water, and crop systems. The research demonstrates how mapping subsurface water distribution improves irrigation strategies, reducing water waste and enhancing efficiency. High-resolution airborne imaging is applied to detect early signs of plant diseases, supporting targeted interventions that mitigate crop losses. In water-scarce regions, satellite observations capture land-use changes and guide optimized resource allocation. A novel soil texture mapping method, based on airborne gamma-ray spectrometry and predictive models, reveals subsurface features such as ancient riverbeds that influence modern agricultural productivity. These insights enable more precise soil and crop management. By uniting these methods, the thesis develops an integrated agrogeophysical framework that translates geophysical data into actionable solutions for precision agriculture. This approach enhances resource efficiency, supports better soil health management, and strengthens agricultural resilience. The research highlights the role of agrogeophysics as a bridge between scientific innovation and agricultural practice. It demonstrates that advanced geophysical methods can provide a deeper understanding of the interactions between soil, water, and crops, offering practical tools for sustainable growth. This work underscores the importance of data-driven strategies for improving agricultural productivity while preserving essential resources for future generations.

Affrontare le sfide della produttività agricola sostenibile richiede soluzioni innovative per la salute del suolo e la gestione delle acque. Questa tesi presenta l'agrogeofisica, un approccio multidisciplinare che combina metodi geofisici e agricoltura di precisione, come strumento chiave per promuovere la sostenibilità e l'innovazione. Integrando immagini avanzate, telerilevamento e modellazione computazionale, offre nuovi approcci per il monitoraggio e la gestione del suolo, dell'acqua e dei sistemi colturali. La ricerca dimostra come la mappatura della distribuzione dell'acqua nel sottosuolo migliori le strategie di irrigazione, riducendo lo spreco di acqua e aumentando l'efficienza. L'imaging aereo ad alta risoluzione viene applicato per rilevare i primi segni di malattie delle piante, supportando interventi mirati che riducono le perdite dei raccolti. Nelle regioni con scarsità d'acqua, le osservazioni satellitari catturano i cambiamenti nell'uso del suolo e guidano l'allocazione ottimizzata delle risorse. Un nuovo metodo di mappatura della tessitura del suolo, basato sulla spettrometria a raggi gamma aviotrasportata e su modelli predittivi, rivela le caratteristiche del sottosuolo, come gli antichi letti dei fiumi, che influenzano la produttività agricola moderna. Queste conoscenze consentono una gestione più precisa del suolo e delle colture. Unendo questi metodi, la tesi sviluppa un quadro agrogeofisico integrato che traduce i dati geofisici in soluzioni attuabili per l'agricoltura di precisione. Questo approccio migliora l'efficienza delle risorse, supporta una migliore gestione della salute del suolo e rafforza la resilienza dell'agricoltura. La ricerca evidenzia il ruolo dell'agrogeofisica come ponte tra innovazione scientifica e pratica agricola. Dimostra che i metodi geofisici avanzati possono fornire una comprensione più profonda delle interazioni tra suolo, acqua e colture, offrendo strumenti pratici per una crescita sostenibile. Questo lavoro sottolinea l'importanza delle strategie basate sui dati per migliorare la produttività agricola e preservare le risorse essenziali per le generazioni future.