Exploring inter-relations among Climate Change - Water Quality – Seagrass ecosystems and their Services in the Mediterranean region.

The cumulative impacts on marine and coastal ecosystems (MCEs) are intensifying due to the interplay between climate change and human-induced pressures, leading to water quality degradation, biodiversity loss, and a decline in ecosystem services capacity. My PhD aims to address these issues (and their complex nexus) in three phases. First, I conducted a systematic review of cumulative impact assessment approaches and applications applied across different marine regions to evaluate the combined effect of multiple stressors affecting MCEs. In the second phase, I developed a multi-risk assessment framework operationalized with a machine learning (ML) model to assess the risk of cumulative impacts on Mediterranean seagrass meadows under current and future climate scenarios projected at 2050 and 2100. The third phase refines this modelling framework at a local scale, focusing on the Apulia region (Italy). This final part provides a detailed analysis of seagrass spatio-temporal responses to cumulative impacts. Remote sensing was instrumental in producing high-resolution maps of the seagrass distribution from 2014 to 2021, maps which were then used to train the ML model. The overall results of these investigations indicate a progressive decline in seagrass meadows, particularly relevant at lower water depths. This trend is notably severe in long-term scenarios, posing significant risks to some ecosystem services these meadows can provide in future. Moreover, this loss of seagrass meadows could lead not only to a reduction in their potential to support climate adaptation and mitigation but also to the release of buried carbon storage, potentially transforming a coastal region from carbon sinks to a temporary source of carbon emissions. I crescenti impatti cumulativi sugli ecosistemi marino-costieri (EMC) si stanno intensificando a causa dell'interazione tra cambiamento climatico e pressioni di origine antropica, portando al degrado della qualità dell'acqua, alla perdita di biodiversità e a una diminuzione dei servizi ecosistemici. Il mio progetto di dottorato affronta queste problematiche in tre fasi. Inizialmente ho condotto una review sistematica degli approcci e delle applicazioni per la valutazione degli impatti cumulativi in contesto marino-costiero. Nella seconda fase, ho sviluppato un framework modellistico (reso operativo grazie a un modello di machine learning-ML) mirato a valutare l’effetto di molteplici pressioni sulle praterie di fanerogame del Mediterraneo, prendendo come riferimento il 2017 e considerando diversi scenari climatici futuri proiettati al 2050 e 2100. La terza fase replica questa metodologia a scala locale, con focus sulla regione Puglia (Italia). Questa nuova stima fornisce un'analisi più dettagliata delle risposte spazio-temporali delle praterie agli impatti cumulativi. In particolare, il telerilevamento è stato fondamentale per estrarre mappe annuali della distribuzione delle praterie dal 2014 al 2021, dati poi utilizzati per addestrare il modello. Nel complesso, i risultati di queste stime indicano un progressivo declino delle praterie di fanerogame, riduzione rilevante alle basse profondità negli scenari a lungo termine, con rischi significativi per i servizi ecosistemici che queste praterie possono fornire. Inoltre, questa perdita potrebbe portare non solo a una riduzione del loro potenziale supporto all'adattamento e alla mitigazione climatica, ma innescare il rilascio del carbonio stoccato nei fondali.