Get 20M+ Full-Text Papers For Less Than $1.50/day. Start a 14-Day Trial for You or Your Team.

Learn More →

The Role of Sequential Cropping and Biogasdoneright™ in Enhancing the Sustainability of Agricultural Systems in Europe

The Role of Sequential Cropping and Biogasdoneright™ in Enhancing the Sustainability of... Article  The Role of Sequential Cropping and Biogasdoneright™   in Enhancing the Sustainability of Agricultural Systems   in Europe  1, 2 2 3 3 4 Francesca Magnolo  *, Harmen Dekker  , Mieke Decorte  , Guido Bezzi  , Lorella Rossi  , Erik Meers    and Stijn Speelman      Department of Agricultural Economics, Faculty of Bioscience Engineering, Ghent University,   Coupure Links 653, 9000 Gent, Belgium; stijn.speelman@ugent.be    European Biogas Association, Rue d’Arlon 65, 1050 Brussels, Belgium;   dekker@europeanbiogas.eu (H.D.); decorte@europeanbiogas.eu (M.D.)    CIB—Consorzio Italiano Biogas e Gassificazione, 26900 Lodi, Italy;   g.bezzi@consorziobiogas.it (G.B.); l.rossi@consorziobiogas.it (L.R.)    Green Chemistry and Technology Department, Faculty of Bioscience Engineering, Ghent University,  Coupure Links 653, 9000 Gent, Belgium; erik.meers@ugent.be  *  Correspondence: Francesca.magnolo@ugent.be  Abstract: Sequential cropping in the Biogasdoneright™ (BDR™) system in Italy has recently gained  Citation: Magnolo, F.; Dekker, H.;  attention to combine food and renewable energy production in a sustainable way, as well as for  Decorte, M.; Bezzi, G.; Rossi, L.;  carbon sequestration. However, little is known on the potential to expand the practice in other re‐ Meers, E.; Speelman, S. The Role   gions of Europe. In this paper, sequential crop calendars were developed for different EU climate  of Sequential Cropping   regions, and the EU biomethane potential of the anaerobic digestion (AD) of sequential crops was  and Biogasdoneright™ in Enhancing  estimated for a Conservative_Scenario and a Maximum_Scenario, assuming different percentages of  the Sustainability of Agricultural  primary crop land dedicated to the practice and biogas yields. A total EU biomethane potential of  Systems in Europe. Agronomy 2021,  46 bcm/yr and 185 bcm/yr was estimated from the AD of sequential crops in the two scenarios,  11, 2102. https://doi.org/  respectively, and the Continental region registered the highest potential compared to the other re‐ 10.3390/agronomy11112102  gions. The additional benefits of the combination of sequential cropping with other agricultural  conservation practices and digestate use included in BDR™ systems were also discussed. In con‐ Academic Editors:   Fogarassy Csaba,   clusion, the paper shows that with appropriate innovations in crop management, sequential crop‐ Csaba Gyuricza   ping could be applied in different agroclimatic regions of Europe, contributing to climate and re‐ and Richard Cruse  newable energy targets.  Received: 31 August 2021  Keywords: Biogasdoneright™; biomethane; carbon sequestration; circular bioeconomy; sequential  Accepted: 18 October 2021  cropping  Published: 20 October 2021  Publisher’s Note: MDPI stays neu‐ tral with regard to jurisdictional  1. Introduction  claims in published maps and insti‐ tutional affiliations.  Agriculture is at the heart of the most important global challenges mankind is cur‐ rently facing and will face in the future, including food security, environmental degrada‐ tion, economic development and climate change [1]. Agriculture is highly exposed to cli‐ mate change, as its activities directly depend on climatic conditions [2]. At the same time,  Copyright: © 2021 by the authors. Li‐ the agricultural sector itself is responsible for direct GHG emissions, such as nitrous oxide  censee  MDPI,  Basel,  Switzerland.  emissions from soils, fertilizer application and livestock farming, as well as indirect GHG  This article is an open access article  emissions from land‐use changes, such as land clearing and deforestation [3]. Neverthe‐ distributed under the terms and con‐ less, agriculture holds the potential to also help mitigate climate change by reducing GHG  ditions of the Creative Commons At‐ emissions and sequestering carbon. The magnitude of the net effect is determined by dif‐ tribution (CC BY) license (http://crea‐ ferent factors, such as land‐use changes that are directly or indirectly caused by cultiva‐ tivecommons.org/licenses/by/4.0/).  tion and the fossil energy input required [4]. In turn, these factors are influenced by the  Agronomy 2021, 11, 2102. https://doi.org/10.3390/agronomy11112102  www.mdpi.com/journal/agronomy  Agronomy 2021, 11, 2102  2  of  20  type of farming practices used [5]. In order to reach the climate‐neutral goal of the Green  Deal by 2050 and cut European GHG emissions by 55% by 2030 [6], while establishing a  sustainable and circular bioeconomy [7], agricultural practices need to increasingly adapt  to play a positive role in tackling climate change while concurrently providing quality  food, materials and sustainable bioenergy. To achieve this aim, the new Common Agri‐ cultural Policy (CAP) [8] seeks to create the necessary conditions for farmers to use natural  resources prudently, producing food while simultaneously protecting nature and safe‐ guarding biodiversity.  Today, bioenergy and biofuel production systems have been criticized for interfering  with food production and for having potential negative environmental [9,10] as well as  socio‐economic impacts [11]. It is therefore crucial to focus on solutions that are able to  restructure agricultural systems that reconcile bioenergy production with everything else  that can be simultaneously produced from biomass, lowering the dependency on fossil  fuels. Moreover, agricultural and bioenergy systems need to increasingly enhance resili‐ ent and circular value chains by allowing farmers and rural areas to go beyond the role of  mere raw material providers and ensure that value, materials, nutrients and energy can  be made to flow back to the primary sector [12]. In this way, a more equitable participation  of bioeconomy value chains’ actors could be ensured. At the same time, the development  of new bioeconomic systems in Europe have to establish a so called “equalizing develop‐ ment”, avoiding the risk of shifting the burden to third world countries [4].  The potential to allow simultaneous biogas and food production with no indirect  land‐use change risk (ILUC risk), along with biomass and soil biodiversity benefits [13– 15], soil structure and fertility, control of weeds, pests and diseases in addition to reducing  the number of external inputs into the system has recently drawn attention to the agricul‐ tural practice of sequential cropping [16–20]. ILUC is an important factor to take into ac‐ count in bioenergy production, since the emissions associated with ILUC can potentially  negate any GHG savings from the use of bioenergy as a substitute for fossil fuels [21].  Moreover, ILUC‐free feedstocks are currently being prioritized by the European Commis‐ sion as a method of finding a solution to land‐use issues and to reduce environmental  impacts [22]. The CAP that will be implemented in 2023 will include the sustainable am‐ bitions of the Green Deal [6], supporting environmentally and carbon‐friendly farming  practices, including agroecological principles that can contribute to carbon sequestration  and storage, the protection of biodiversity, the enhancement of ecosystem services and  the preservation of habitats and landscapes [23]. The policy aims to integrate sustainable  energy production into the agricultural sector while ensuring food security and sustaina‐ ble management. To do so, the revised Renewable Energy Directive (EU) 2018/2001 (RED  II) sets limits on the use of biomass feedstock with high ILUC risk to enable a shift to  renewable energy via agricultural crops managed in a climate‐friendly way [24]. In this  setting, sequential cropping constitutes an interesting case to study among the agricul‐ tural practices that could contribute to the goals mentioned above. The combined produc‐ tion of food, biomethane and fertilizers directly on farms, coupled with the application of  precision agriculture practices, can potentially accelerate the transition to a circular bioe‐ conomy based on the use of sustainable and local resources [25,26].  1.1. Sequential Cropping in a Changing Climate  Sequential cropping is a form of multicropping where two or three crops in two years  are grown in sequence on the same field. The second crop is planted after the primary  crop has been harvested [27]. As with other multicropping practices, sequential cropping  is one of the oldest forms of agriculture. In history, sequential cropping has always played  a  fundamental  role  in  adapting  to  changing  climatic  conditions  [28].  Today,  climate  change and its associated rise in temperature are increasing the duration of the thermal  growing season, leading to the northward expansion of areas that are suitable for sequen‐ tial cropping. It is widely agreed that crop productivity will improve in northern Europe  as the growing season lengthens and the frost‐free time extends [29]. At the same time, in    Agronomy 2021, 11, 2102  3  of  20  southern parts of Europe, increased temperatures will cause a deterioration of agrocli‐ matic conditions. Therefore, the implementation of sequential cropping is particularly in‐ teresting to study because it is becoming possible in previously less suitable areas, and  because the interaction between different crop species could be designed and managed to  improve crop production and provide important ecosystem services [30]. In this regard,  sequential cropping can be used for its potential stability and greater yields compared to  monocropping, as well as for reducing the risk of complete crop failure in variable envi‐ ronments [31]. Besides the direct benefits of crop production, sequential cropping systems  were observed to improve the functioning of agricultural systems, reducing the environ‐ mental  impacts  associated  with  agricultural  production  [30].  In  addition,  although  se‐ quential cropping has traditionally been mainly implemented in small farms and low‐ input production systems, it holds lessons in both structure and function that can also  advise a more sustainable design of larger scale farming systems [32]. Over the previous  decades agriculture has been focused on the provisioning of food, feed, fibers and energy  to meet the demand of an increasing population [33]. This has led to intensive agricultural  systems that rely on the use of large amounts of external inputs, mainly agrochemicals  and synthetic fertilizers, using a limited number of cultivars. Without the implementation  of such a type of system, world food production could have not increased at the rate it did  and more natural ecosystems would have been converted to agriculture [3]. However, this  has come with a cost in terms of environmental degradation [34–38], reducing biodiversity  and all its related ecosystem services [30–32,34]. Hence, the challenge of agriculture today  is to contribute to current and future food security with the implementation of more sus‐ tainable and resilient practices [39,40].  1.2. The Biogasdoneright™ Model  In Italy, sequential cropping has been widely adopted through a new model for sus‐ tainable food, feed and biogas production, called Biogasdoneright™ (BDR™) [26]. In this  system, the primary crop produces food or feed while the sequential crop can be co‐di‐ gested with other agricultural or agro‐industrial residues to produce renewable energy  (biomethane)  and  digestate  [41].  Instead  of  using  chemical‐  or  fossil‐based  fertilizers  bought from external markets, the digestate produced is used on the farm as an organic  fertilizer to recycle mineral nutrients, and the liquid fraction is returned to the land for  fertigation. By carrying out these measures and by decomposing roots from the sequential  crop, soil carbon levels and soil fertility can be enhanced [17]. The sequential crop also has  positive effects related to the prevention of soil erosion and soil moisture [42]. All these  positive effects are further enhanced by combining other practices derived from conser‐ vation agriculture, such as minimum tillage, strip tillage and sod seeding [43]. Overall,  the system functions as a biological carbon capture and sequestration (BECCS) process  [44]. BDR™ is currently being applied in more than 600 farms in Italy, and its model is  becoming a globally recognized blueprint for sustainable agriculture and the production  of biogas, with $10 m being invested in pilot studies in the US. In Europe, its application  is mainly limited to Italy and France [45].  In the European context, according to the EU methane strategy [46], sequential crop‐ ping used in combination with manure as feedstock for sustainable biogas production,  while contributing to sustainable farming practices, should be further incentivized. The  potential for biomethane production from the AD of sequential crops has been indicated  in the grey literature as the highest compared to other production routes and feedstocks,  such as the anaerobic digestion of agricultural residues, manure, food waste or sewage  sludge [47]. This potential was calculated by taking into account the implementation of  sequential  cropping  on  primary  crop  areas  corresponding  to  wheat  and  maize,  which  leaves room for further expansion of the potential by including the area dedicated to other  types of crops. Moreover, most of the literature on BDR™, academic [17,41,44,48] and non‐ academic [18], focuses on examples in the Mediterranean region, in both the northern and    Agronomy 2021, 11, 2102  4  of  20  southern parts of Italy, which despite their differences share similar agroclimatic condi‐ tions. With a broader perspective on the topic, Dale et al. [16] evaluated the biomethane  potential of expanding the BDR™ concept in different European countries (Italy, France  and  the  UK),  based  on  Ecofys’  calculations  [47].  Ecofys  [47]  describes  the  overall  bio‐ methane potential of EU‐28 and non‐European countries (the US and Argentina). How‐ ever, they specifically highlight the need for a more detailed assessment of biomethane  potential from sequential cropping, looking at a range of possible crop combinations in  sequential cropping schemes. To the best of the authors’ knowledge, no academic litera‐ ture has focused specifically on sequential cropping and its potential for biomethane pro‐ duction by taking into account the optimization of cropping calendars and agronomic dif‐ ferences among different climatic regions of the European continent.  As of today in Europe, sequential cropping is mostly adopted in Mediterranean re‐ gions, particularly in Italy [26] as well as in France, where the Culture Intermédiaire à  Vocation Energétique (CIVE) is applied [45]. In the face of a climate crisis that is rapidly  altering global and local environmental conditions, it is important to understand where  sequential cropping could be used as a helpful strategy for the adaptation and mitigation  of climate change, especially in areas where mono‐cropping systems are being used, to  satisfy rising demands for food and bioenergy.  The aim of this paper is to develop exemplary cropping calendars for different EU  climate regions, including sequential crops, and evaluate the biomethane potential that  would derive from the AD of sequential crops across different agroclimatic conditions.  Finally, it also explores existent scientific literature that shows the benefits of sequential  cropping  in  BDR™  systems  in  terms  of  carbon  sequestration  and  emission  reductions  where this practice is already implemented, providing recommendations for further re‐ search directions on the topic.  2. Materials and Methods  Firstly, a literature review on the agroclimatic conditions of all the European climatic  regions was performed to understand the suitability of implementing sequential crop‐ ping. Both the current conditions and future prospects of climate change were considered.  The latter included the scenario of rising temperatures, whose agroclimatic impacts were  evaluated by Trnka and Kersebaum [49] for 2030 and 2050. A description of the agrocli‐ matic conditions of all the EU regions including their expected climate changes is pro‐ vided in Section 2.1. The presentation of the expected climate changes was included as  this could facilitate the implementation of sequential cropping in areas where it is cur‐ rently more difficult to apply this practice, allowing us to validate the development of  sequential cropping calendars, especially in the Atlantic and Continental regions. The Bo‐ real region, presented in Section 2.1.4, was consequently excluded from the assessment  because of the unsuitable conditions identified in the area, due to the short growing sea‐ son [50]. The Mountain and Coastal areas shown in Figure 1 were also excluded since the  extensive cultivation of herbaceous crops, which constitute the basis of sequential crop‐ ping, is not possible there. Subsequently, as explained in Section 2.2., exemplary classic  crop rotation calendars were drawn for each region over a period of 4 years, using the  Agri4Cast dataset [51], a well‐documented portal widely used for agricultural research  because of its accuracy and consistency from a spatiotemporal standpoint [52]. Then, ac‐ cording to the most common primary crops used in the classic crop calendars, an inven‐ tory of suitable sequential crops for each region was developed, including specific re‐ gional yields and biogas yields. Suitable sequential cops and their related yields inserted  into the inventory were based on the published literature and on consultations with expert  agronomists and experts in the biogas sector in each climate region. The papers were se‐ lected according to the country which the data was referring to, corresponding to a spe‐ cific agroclimatic region. Since the literature data on biomass yield were country‐specific,  agronomist and biogas experts from the Italian Biogas Consortium, Fachverband Biogas  and Deutsches Biomasseforschungszentrum recommended values that could be extended    Agronomy 2021, 11, 2102  5  of  20  to each agroclimatic region. Finally, the inventory was used to develop sequential crop  rotation calendars and estimate the biomethane potential of the anaerobic digestion of the  sequential crops in each climate region, as shown in Section 2.3.  Figure 1. Main biogeographical areas in Europe and projected climate change impacts. Reprinted from European Envi‐ ronment Agency (2017) [29].  2.1. European Climate Regions  The  climatic  regions  initially  considered  are  equivalent  to  the  climatic  zoning  re‐ ported by the DLO [53], the European Environment Agency [29,54] as well as Trnka and  Kersebaum [49], which identified four main agroclimatic regions in Europe: Mediterra‐ nean, Atlantic, Central European (Continental) and Boreal. The climatic regions and their  differences in terms of responses to climate change are shown in Figure 1. There is high  variability in climatic conditions, soils and land use across the European continent, which  also has a significant impact on the regions’ ability to respond to climate change in agri‐ culture [55,56], thus to the implementation of sequential cropping in the coming decades.  Due  to  climate  change,  a  “Mediterraneization”  process  is  affecting  many  areas  of  the  world [57]. For a large part of Europe, the length of the growing season is determined by  the duration of the period when the temperature exceeds a certain threshold. For many  plant species the duration of the frost‐free season is regarded to be a suitable time for  growth (e.g., for flowering). However, active plant growth necessitates higher tempera‐ tures, between 15 and 25 °C [58], required for the majority of temperate crops, and 5 °C is  considered  as  a  threshold  temperature  [49].  The  growing  season  is  projected  to  begin  sooner in spring and last longer in the autumn as temperatures rise globally. In most of  Europe, there has been a trend of anticipation of the flowering date of winter wheat in the  period 1985–2014 [29]. With the continued increase in temperatures globally, the timing  of the last spring frost is also expected to anticipate by roughly 5–10 days by 2030, and by  10–15 days by 2050 [49]. This has direct consequences on classic crop rotations and on the    Agronomy 2021, 11, 2102  6  of  20  possibility of implementing sequential cropping. Since winter crops can be harvested ear‐ lier in the agricultural year and their crop cycle becomes shorter, the temporal gap avail‐ able to grow a sequential crop will tend to increase. The solutions that enable the imple‐ mentation of this practice vary among climate regions depending on their characteristics,  and will change over time as temperatures rise.  2.1.1. Mediterranean Region  The Mediterranean climatic region includes Central and Southern Spain, Portugal,  Southern France, Italy, Greece and Albania [54]. Its climate is characterized by dry sum‐ mers with drought periods and a high summer temperature (average of 21 °C) [59]. Win‐ ters are often moderate and humid, with an average temperature of 6 °C. Rainfall is lim‐ ited to the winter months and is spread irregularly (with storms) during the autumn, win‐ ter and spring, ranging from 300 to 500 mm, although there are also areas that can reach  700 mm (e.g., the Po Valley) [53,60]. Precipitation is a crucial variable in the Mediterranean  area since its future decline might impact human activities, and it could lead to more fre‐ quent droughts worsened by rising temperatures [61,62]. With rising temperatures, the  suitability of soil for harvest as well as sowing is expected to increase in the early spring  and fall. As a result of the spring droughts, the late‐spring sowing window will become  unreliable, making sowing and other tilling operations difficult [56]. Moreover, climate  change is expected to reduce the total sum of effective global radiation and increase the  fraction of dry days in the early growing season [63].  2.1.2. Continental Region  The Continental climatic region includes Germany, Luxembourg, Denmark, Poland,  Austria, Switzerland, Czechia, Slovakia, Hungary, Romania, Bulgaria and the Balkan area  [54]. In the winter, temperatures often range from −1 to −5 °C [53]. Several months of per‐ sistent freezing and snow can also characterize the winter months. The summer months  are hot and often dry, with an average temperature of 16 °C [64]. The average rainfall  usually does not exceed more than 600 mm/year [65]. Precipitation occurs all year, though  it is mostly in the form of snow in the winter [53]. Climate change is predicted not to have  a significant impact on the effective global radiation sum and number of effective growth  days; however, the sowing window in early spring should become longer (on average)  and more steady [49].  2.1.3. Atlantic Region  The Atlantic region includes Central and Northern France, Ireland, the UK, Belgium  and  the  Netherlands  [54].  During  the  winter,  the  relatively  warm  temperature  of  the  coastal seas and neighboring Atlantic Ocean has a significant impact on this region [66].  In general, the temperature differences between winter and summer are limited. Summer  averages between 15 and 20 °C, while winter averages between 1 and 7 °C [53]. Rainfall  occurs throughout the year, with slight peaks in the autumn and winter. Nonetheless, it  differs greatly from one location to the other [67]. Rainfall is substantially high (> 3000  mm/year) in western hilly regions [53]. Precipitation can be relatively high in the winter  in the most southern section of the Atlantic climate area, but there is very little frost and  snow  [68]. When  compared  to  other European  locations, the  high  number  of effective  growing days and, to a lesser degree, the effective global radiation levels result in high  yields of major field crops [55]. With climate change, the amount of effective global radi‐ ation is unlikely to vary much, but the number of dry days is likely to rise [49].       Agronomy 2021, 11, 2102  7  of  20  2.1.4. Boreal Region  The Boreal region includes Norway, Sweden, Finland, Estonia, Latvia and Lithuania  [54]. In this area, the average temperature is around 15 °C [53]. Except in hilly areas, rain‐ fall is relatively modest, rarely exceeding 500 mm per year on average [67]. The majority  of the rainfall is in the late summer, but under the current climate circumstances, the num‐ ber of effective growing days is low [53]. Currently, only the late‐spring sowing window  is being employed, and most sowing takes place far into the summer. This is due to wet  soils that must dry before heavy machinery can plant, low temperatures that slow germi‐ nation and a higher danger of night frosts, making early sowing economically risky [69].  As a result, yields in this region are generally much lower than in other European regions  [70], and it has been evaluated that its agricultural potential will remain comparatively  low, even in a scenario of 5 °C climate change [49].  2.2. Cropping Rotations and Sequential Crops Inventory  The primary crops considered for developing the crop rotation calendars and calcu‐ lating the biomethane potential are shown in Table 1.  Table 1. Surface area of primary crops, Eurostat [71].  Surface 0.000 Ha  Crop Type/Land Use  EU‐28  Mediterranean  Atlantic  Continental  Boreal  Arable land  105,020.5  22,227.5  26,601.5  52,010.8  9674.9  Irrigated land  15,689.3  9651.4  3711  2120.5  164.5  Irrigated land   15%  43%  14%  4%  2%  (% arable land)  Cereals  55,437  10,280.1  12,892  30,724.9  4396.3  Wheat  25,499.4  4382  7347.1  12,887.7  1894  Barley  12,282.8  2985.1  3169.3  5070.6  1396.6  Triticale  2610.5  261.7  300.1  2015.2  82  Maize  8259.5  1164.5  1501  6816.9  14.5  Sorghum  147.8  48.2  60.8  38.6  ‐  Grain pulses/proteins  2365.6  747.6  500.8  810.9  363.4  Potatoes  1702.8  161.2  605.7  955.6  88.8  Sugarbeet  1735.6  71.8  747.9  927.3  55  Rapeseed  6900.6  96.4  2223.5  4102.4  553.8  Soybean  955.4  328.9  154.4  677.3  1.9  Green maize  6355.9  681.6  2037.4  3694.9  81.6  Sunflower  4025.6  887.5  552.8  2832.9  ‐   Total primary crops  88,324.7  13,255.3  19,715.6  44,726.1  5541.9  The data on the surface area of the crops were retrieved from Eurostat [71], aggregat‐ ing the total land use of each crop in the countries belonging to different EU climate re‐ gions. The crop calendars regularly adopted in each EU climate region were developed  using the Agri4Cast dataset [51]. Its Crop Calendar portal [51] holds the option of building  maize and winter crop calendars for different countries, considered as food crops. It re‐ ports the crop calendars in the EU at the national level for winter wheat (soft and durum),  grains, maize and rice. The calendars developed for the EU climate regions are reported  in Figure 2, considering crop rotations over a period of four agricultural years (from No‐ vember to October of the following year) and describing how farmers are currently alter‐ nating crops between winter and spring.    Agronomy 2021, 11, 2102  8  of  20  In Figure 2, the periods in which each crop is cultivated is differentiated with three  colors, corresponding to the vegetative season when the plant is sown (Seeding—early  vegetative), grows (Growing) and finally harvested (Ripening—Harvest).  For the Atlantic and Continental regions, among the winter crops, rapeseed was con‐ sidered as an alternative to wheat and barley [72]. As for spring crops in these two areas,  maize, potato, sugar beet and soya were considered [71]. In the Mediterranean region  (North), the spring crops considered were maize and sorghum [17]. For each region, there  are temporal ranges in which no crops are grown and the soil is left to rest in preparation  for the next crop, and their duration varies according to the region [51]. From these gaps,  for each specific climate region suitable sequential crops to incorporate into the defined  time frames were defined using the available literature reported in Table 2 and consulta‐ tions with expert agronomists. In general, the gaps represented in the classic crop rotation  calendars could be windows for the sequential crops proposed, which must then be cho‐ sen  in  accordance  with  the  local  agronomic  characteristics.  The  inventory  of  suitable  crops, their yield and their biogas yield are shown in Table 2. The crops included in Table  2 were subsequently used for developing the sequential cropping calendars shown in Fig‐ ure 3 and for calculating the biomethane potential derived from using the sequential crops  for biogas production in each region.  Table 2. Sequential crop inventory.  Mediterranean (North and South)  Average Biomass  1,2 Biogas Yield    References for Biomass  Sequential Crop  Yield  (m /t DM)  Yield  (T DM/ha)  Maize  16.5  620  [73]  Triticale  13.5  570  [74]  Barley  11  570  [74]  Sorghum  13.5  570  [17]  Legume cover crops  8.5  510  [75]  Atlantic  Sorghum  7  570  [76,77]  Maize  14  620  [77]  Oats  7.6  570  [77]  Triticale  9.3  570  [77]  Barley   4.5  570  [77]  Continental  Maize  14  620  [78]  Green rye (early harvest)  6.5  570  [79]  Sorghum  10  570  [78,80]  Ryegrass  9  570  [78,80]   Based on Murphy et al. [81] and on CRPA [74] for triticale and barley. Following Murphy et al. [81], the biogas yield in  3 2 m /t DM were calculated assuming 90% VS content.   The biomethane yield considered was 52% [82].    Agronomy 2021, 11, 2102  9  of  20  Figure 2. Classic calendar crop (Agri4Cast data). The periods in which each crop is cultivated is differentiated with the  three colors.  Figure 3. Sequential cropping calendars.  2.3. Biomethane Potential Calculation  The biomethane potential was calculated for two different scenarios, Conservative and  Maximum scenarios, as shown in Table 3.  Table 3. Percentages of land dedicated to sequential cropping in Conservative_Scenario and Maximum_Scenario and corre‐ sponding hectares.  Conservative_Scenario  Conservative_Scenario  Maximum_Scenario    % Summer Crops—Maize,  (20% of Primary Crop  (80% of Primary Crop  Sorghum, Soybean, Sun‐ Land)  Land)  flower and Green Maize  Ha  Ha  23%  2651,058  10,604,232  Mediterranean  22%  3943,126  15,772,504  Atlantic  31%  8945,212  35,780,848  Continental  ≈20%     The criteria used to define the two different scenarios are explained below:   The  Conservative_Scenario  was  considered  to  investigate  practically  feasible  condi‐ tions under which sequential cropping could be applied. In this scenario, the land consid‐ ered suitable for sequential cropping was estimated for each EU climate region as the per‐ centage of specific summer crops (maize, sorghum, soybean, sunflower and green maize)  over the total primary crop land in each region.    Agronomy 2021, 11, 2102  10  of  20  The final percentage chosen for all regions to estimate the land suitable for sequential  cropping was 20% of primary crop land, as a conservatively rounded average of the per‐ centages found in each region, as shown in Table 3. The specific summer primary crops  considered for the calculation of the percentage were chosen according to the following  criteria that allow the scenario to be considered as a realistic one:  (1) Account for the water limitation in the Mediterranean region, selecting irrigated  land for summer primary crops which allows the use of that portion of irrigated land to  be excluded for sequential crops. In this way, the hectares dedicated to sequential crop‐ ping in the Mediterranean region would only account for 30% of the total irrigated land.  In the other two regions the hectares considered exceed the hectares of irrigated land, due  to the fact that the higher rainfall lessens the issue of water availability. However, in these  areas the limiting factors to sequential cropping are temperature and solar radiation af‐ fecting the length of growing seasons. In fact, with low temperatures, the productive cap‐ ture of light energy via the photochemical reactions of photosynthesis declines [83]. Solar  radiation is one of the most important factors that influences crop development, bringing  energy to the metabolic process of the plants, and the amount of dry matter produced is  linearly related to the amount of solar radiation intercepted by the crop [84]. The problems  related to low temperatures and solar radiation in the Atlantic and Continental regions  have been addressed in the development of the crop rotation calendars, as explained in  Section 3.1.  (2) Take into account only primary crops on which the practice of sequential cropping  is most established and commonly practiced.  (3) Consider a number of hectares suitable for sequential cropping smaller than the  total summer crop area for each of the EU regions. Since the area dedicated to summer  crops is irrigated land, the area that is left available could still be used for the cultivation  of both summer and winter crops (according to regional conditions) without the need of  additional irrigation.  The Maximum_Scenario was developed to estimate a theoretical maximum potential  that would derive from the application of sequential cropping in EU. It considers 80% of  the primary crop land as dedicated to sequential cropping, excluding marginal and small  fields.  In these two scenarios, the biomethane potential for each region was calculated as  follows:  First, for both scenarios and for the different regions, the biogas yield (m /ha) was  estimated for summer and winter sequential crops, respectively, taking into account the  total average yield (t DM/ha) and biogas yield (m /t DM). Then, the suitable land for sum‐ mer and winter sequential crops was estimated. In the Conservative_Scenario, it was calcu‐ lated considering the same probability for summer and winter crops to be cultivated on  the total suitable land (50% of total suitable land in both cases), as in practice it is not  possible to state a priori that irrigated land will not be used for winter crops. In the Maxi‐ mum_Scenario, first the suitable land for winter sequential crops was estimated as the total  land dedicated to primary summer crops in each region, the latter being the maximum  expansion for winter sequential crops. Subsequently, the suitable land for sequential sum‐ mer crops resulted as the difference between the total suitable land and the land for winter  sequential crops. Finally, the biomethane potential for each region was derived, consider‐ ing biomethane as 52% of biogas content [82–84].  3. Results and Discussion  3.1. Sequential Crop Calendars  The sequential crop calendars developed are shown in Figure 3, where the blue bars  represent primary crops used for food and feed, and green bars are energy crops. The  sequential crops inventoried in Table 2 were placed in the fallow period identified in Fig‐ ure 2. As is possible to observe, winter cereal harvest or sowing is anticipated in all the    Agronomy 2021, 11, 2102  11  of  20  different EU regions, since the product is silage that is harvested earlier than complete  maturation for grain production. In the Mediterranean regions, the harvest of winter ce‐ reals is anticipated from June to May, in the Atlantic region the sowing date is anticipated  from October to September and in the Continental region the harvest date is anticipated  from August to July [29,49]. Spring crops also have shorter cycles (from seeding to har‐ vesting) from a maximum of 8 to a minimum of 5 months of cultivation in the Mediterra‐ nean region [85] and from a maximum of 7 to a minimum of 6/5 months of cultivation in  the Atlantic and Continental regions [29]. This allows the sequential crop to be cultivated  already in June in the case of the Mediterranean region (North), July in the Atlantic region  and in September in the Continental region. It is important to note that the cropping cal‐ endars developed are exemplary for the regions they represent. Within each climatic re‐ gion, different areas will have different principal crops.  In  the  Mediterranean  region,  where  sequential  cropping  has  been  widely  imple‐ mented through the BDR™ concept, the temporal gaps for the addition of sequential crops  are already defined since timings and climatic conditions allow for manageable cycles,  and the winter crops can be harvested already in May [17]. At higher latitudes, as in the  Atlantic and Continental areas, the winter crop cycles are longer and winter cereals are  harvested in June or July. Hence, it becomes more difficult to add a sequential crop within  the agricultural year [51]. The authors of this research determined that the solutions in the  Atlantic and the Continental areas can be double: the first one is to cultivate three crops  in two years and the second one is intercropping, as shown in Figure 3 in the second al‐ ternative crop calendar for the Continental area. At the end of the second agricultural year,  ryegrass is undersown to the spring primary crop to anticipate the cycle. Both these solu‐ tions require farmers to acquire additional agronomic knowledge and practical help to be  able to adapt their traditional crop calendars and choose appropriate sequential crops that  can be suitable for local conditions. In the last four–five decades, the use of sequential  crops has mainly been focused on soil protection only (cover crops) rather than on the  simultaneous production of additional biomass [86]. Additionally, the use of sequential  crops for ruminant nutrition has phased out during the 1960s because of the shift from  grazing to stabling systems and, for these reasons, until recently there has been little at‐ tention on ensuring high biomass yields of sequential crops [87]. Hence, there are several  management improvements that are still possible to be applied to generate higher crop  yields in sequential cropping systems. For example, a difference of 2–3 tons DM/year of  yield could be achieved by the pre‐swelling of the sequential crops (intercropping) or by  quick seeding directly after the harvest of the winter cereal [87]. This could strongly en‐ hance the yield, especially under water limitation conditions as the immediate seeding  after harvest reduces the loss of soil moisture. Moreover, the anticipation of the seedling  time in summer of even one day would make a difference in terms of solar radiation, al‐ lowing for higher yields [88].  The arrangement of the cropping calendars and the choice of the final use of the crops  is very complex and dynamic during the year. For instance, if in winter wheat is cultivated  with the aim of using it as food crop, in March–April the market for seeds might not be  convenient anymore, or the quality of the crop might not be excellent. Thus, the farmer  could choose to use the crop as fodder, anticipating the harvest, shortening the cycle and  making room for a sequential crop. Therefore, the sequential cropping rotations devel‐ oped can be interpreted as a general scheme whose boundaries are fixed by classic crop  rotations, and according to local environmental and economic conditions they can be ad‐ justed by choosing the sequential crops that are suitable for the area.  Growing a second crop may require more resources such as labor, water, energy,  agro‐chemicals or all the above. However, as observed by Waha et al. [19], these problems  are not specific to sequential cropping systems but to intensively managed systems when  incentives to overuse fertilizer, pesticides and water are high. In BDR™ systems, these  aspects are intentionally minimized through the use of second crops that can enhance  ecosystem services, while producing biomethane and digestate used as fertilizer (both the    Agronomy 2021, 11, 2102  12  of  20  solid and liquid fraction), reducing the input of agro‐chemicals and the use of fossil energy  [48].  3.2. Biomethane Potential  The biomethane potential of the different EU regions and the total EU biomethane  potential for each scenario are shown in Table 4.  Table 4. Biomethane potential calculation for different EU climate regions.  Mediterranean  Conservative_Scenario  Maximum_Scenario  Biogas  Suitable Land Considered  Suitable Land Considered for  Yield/Ha  for Sequential Cropping   Sequential Cropping (Ha)  (m /ha)  (Ha) (20% of Primary Crop  (80% of Primary Crop Land)  Land)  2651,058  10,604,232  Suitable primary crop land   (12% of arable land)  (48% of arable land)  Summer sequential  8925  1,325,529  6,512,732  Winter sequential  6050  1,325,529  4,091,500  Biomethane potential (bcm/yr)  9.9  37.9  Atlantic  Conservative_Scenario  Maximum_Scenario  Biogas  Suitable Land Considered  Suitable Land Considered for  Yield/ha  for Sequential Cropping  Sequential Cropping (Ha)  (m /ha)  (Ha) (20% of Primary Crop  (80% of Primary Crop Land)  Land)  3,943,126  15,772,504  Suitable primary crop land   (15% of arable land)  (59% of arable land)  Summer sequential  6248  1,971,563  9,611,604  Winter sequential  4066  1,971,563  6,160,900  Biomethane potential (bcm/yr)  10.2  42.5  Continental  Conservative_Scenario  Maximum_Scenario  Biogas  Suitable Land Considered  Suitable Land Considered for  Yield/ha  for Sequential Cropping   Sequential Cropping (Ha)  (m /ha)  (Ha) (20% of Primary Crop  (80% of Primary Crop Land)  Land)  8,945,212  35,780,848  Suitable primary crop land  (17% of arable land)  (69% of arable land)  Summer Sequential  7140  4,472,606  19,026,448  Winter Sequential  4418  4,472,606  16,754,400  Biomethane potential (bcm/yr)  25.8  104.9  Total biomethane potential (bcm/yr)  45.9  185.4  As is possible to observe, the Continental region shows the highest potential (25.8  bcm/yr and 104.9 bcm/yr in the Conservative and Maximum scenarios, respectively), mainly  due to the higher number of hectares of suitable land for sequential cropping compared  to the other two regions (three times more than the Mediterranean region and double that  of  the  Atlantic  region).  The  Mediterranean  region  registered  the  lowest  potential  (9.9  bcm/yr and 37.9 bcm/yr in the two scenarios), because it had the least primary crop land  considered suitable for sequential cropping. In the Conservative_Scenario, this accounts for  ≈ 2.6 million hectares, corresponding to about 30% of the total irrigated land in the region    Agronomy 2021, 11, 2102  13  of  20  (≈ 9.6 million hectares). Moreover, in the same scenario, the summer sequential crops that  would need irrigation would only require 13% of the irrigated land, while in the Maxi‐ mum_Scenario they would take 67% of it. These conditions allow biomethane potentials  that take into consideration the importance of water limitations in this region to be found,  always leaving part of the irrigated areas available. The Atlantic region presents a similar  potential to the Mediterranean region (10.2 bcm/yr and 42.5 bcm/yr in the two scenarios),  sharing similar extensions for suitable land and also crop distribution, with 70% of the  land for winter crops and 30% for summer crops, as shown in Table 5.  Table 5. Ratios of summer and winter crops on the total primary crop land.  Mediterra‐ Atlantic  Continental  Mediterranean  Atlantic  Continental  nean  Ha  Ha  Ha  % TOT  % TOT  % TOT  Winter primary crops: winter  wheat, barley, triticale and rape‐ 9,163,790  13,554,730  27,971,660  69%  69%  63%  seed  Summer primary crops: sorghum,  sunflower, maize, sugarbeet, soya,  4,091,500  6,160,900  16,754,400  31%  31%  37%  green maize, potatoes and protein       Total  13,255,290  19,715,630  44,726,060  In the Atlantic and Continental regions, the suitable land for sequential cropping in  the two scenarios (Table 4) exceeds the hectares available for irrigated land (Table 1); how‐ ever, this was not considered an issue in the Conservative_Scenario, as water is not the main  constraint to the implementation of the practice there [54]. Temperatures and solar radia‐ tion here can affect the harvest and sowing periods, making time between one crop and  the other the most important factor affecting the feasibility of sequential cropping in these  regions [45]. This constraint is included in the Conservative_Scenario where the percentage  of suitable land arrives to be a maximum of 17% of the arable land (Table 4), excluding  the possibility of implementing sequential cropping in extreme areas of the regions. In  these extreme regions, the sequential crop calendars proposed in Figure 3 might be im‐ possible to implement as solutions due to climatic conditions [49]. Overall, looking at the  percentages of suitable land for sequential cropping over the total arable land in all the  different regions, it was found an average of 15% of suitable land in a Conservative_Sce‐ nario, and that an average of 60% in a Maximum_Scenario could be considered as the upper  limitof suitable land.  Compared  to  the  latest  EU  biomethane  potential  estimate  by  Navigant  [89]  of  41  bcm/yr, the current study found a comparable total biomethane potential in a Conserva‐ tive_Scenario equal to 45.94 bcm/yr, while it was 185.44 bcm/yr in a Maximum_Scenario.  This means that, looking at a wider range of possible crop combinations in sequential  cropping schemes, and considering the possible limitations of the application of the prac‐ tice in different agroclimatic conditions (water availability in the Mediterranean region  and extreme conditions in the Atlantic and Continental regions), the goal set by Navigant  [89] of reaching 41 bcm/yr by 2050 falls within the range of a feasible scenario for Europe.  This goal could also be extended to ≈ 46 bcm/yr, considering the current assessment. Ac‐ cording to this estimate, and taking into account European gas consumption in 2020 of  394 bcm [90], around 11% of this amount could be covered by renewable gas from sequen‐ tial cropping. Additionally, by 2050, the EU’s annual consumption of biogases (biogas and  biomethane) is projected to grow to between 63 bcm and 83 bcm [46], where between 70%  and 55% could potentially be covered by sequential crops.  As done in the Navigant study [89], the biomethane potential calculated assumed  that the yields from the mono‐digestion of feedstocks are the same of the ones in a co‐ digestion  process.  Therefore,  the  possibility  of  increasing  the  yield  via  co‐digestion  of    Agronomy 2021, 11, 2102  14  of  20  feedstocks is not taken into account in our estimate. Considering that BDR™ systems use  the co‐digestion of sequential crops with agricultural and livestock waste, and co‐diges‐ tion can lead to higher yields [91], there is the possibility of achieving higher potentials in  the different regions. However, this aspect was not taken into account, as the extent to  which the yield can be increased depends on the type and ratio of substrates used, which  can vary among farms and countries. Co‐digestion of sequential crops with other sub‐ strates  available  on‐farm  in  BDR™  systems  not  only  contributes  to  better  biomethane  yields, but also to a higher potential use of digestate as a soil amendment, due to better  nutrient levels and availability [92]. Furthermore, a tighter organization of crop schemes  within the agricultural year can also lead to more efficient use of the resources available  and drive agricultural innovation.  3.3. Sequential Cropping in Combination with BDR Principles in Europe: Open Questions to  Research  3.3.1. Carbon Sequestration and Soil Quality Enhancement  In addition to the benefit of sequential cropping of producing biomethane with no  ILUC  risks,  diversifying  crop  rotations  can  increase  annual  carbon  inputs,  leading  to  higher soil carbon stocks compared to high‐fallow‐frequency systems [93]. Moreover, be‐ sides the adaptation of cropping calendars to produce more biogas feedstocks, BDR™  systems combine sequential cropping and its advantages in terms of capturing nutrients,  enhancing soil fertility and reducing erosion, with a circular management of all the re‐ sources used and produced at the farm level, such as the continuous restitution of organic  matter to the soil through the digestate, and with practices derived from conservation  agriculture—such as minimum tillage, strip tillage and sod seeding, among others. Over‐ all, the system functions as a biological carbon capture and sequestration (BECCS) process  with positive impacts on climate change mitigation. BDR™ comprises different types of  complementary adaptation strategies for crop production, including crop varieties with  higher residue and root production, while reducing fossil fuel dependence by avoiding  synthetic chemicals, increasing efficiency and using renewable energy [94]. A resulting  increase in soil organic carbon has been registered in different case studies applying the  BDR™ concept in the Mediterranean region. In the case of Bezzi [44], where a farm in the  West Po Valley in Italy was studied, both an increase in organic matter (0.5%) and soil  organic carbon (0.3%) was observed over a period of six productive years (2009–2015). In  the Palazzetto Farm in Cremona, North Italy, a similar increase of 0.5% in soil organic  carbon was registered between 2009 and 2016 on two out of three pilot fields considered  in the study [18]; the substantial increase was linked to the introduction of sequential crop‐ ping. Valli et al. [48] also observed an increase in soil organic carbon (0.2–0.3 t C/ha per  year) for sequential cropping schemes compared to a reference system of maize silage  monocrop, linking such an increase to the addition of digestate and organic matter from  crop residues arising from sequential crops. The return of the digestate to the soil can  stimulate this process while also reducing GHG emissions, as shown by [95], and enhance  agro‐environmental sustainability, especially when using the liquid fraction through fer‐ tigation [73]. Hence, the application of sequential cropping and BDR principles allows  soils to be better adapted to environmental and climate change, insuring farmers against  risk of crop failures in the future [96].  The European Commission is aiming to launch an EU carbon farming initiative by  the end of 2021, offering farmers the possibility to access result‐based payment schemes  for carbon farming (as a reduction in GHG emissions on farms and/or carbon sequestra‐ tion) [97]. This research showed that calendar crops could be adapted to apply sequential  cropping  in  different  agroclimatic  regions  of  Europe.  It  remains  the  case  that  little  is  known on the carbon sequestration effects of combining sequential cropping with BDR™  principles in regions outside of the Mediterranean region, where all existing case studies    Agronomy 2021, 11, 2102  15  of  20  are placed. Further research is needed to investigate if under different agroclimatic con‐ ditions this system can lead to the same benefits, or if additional agricultural management  strategies should be adopted. This could be particularly important at the EU level to give  farmers more tools to implement sustainable practices that contribute to removing CO2  from the atmosphere while being able to economically benefit from it [98].  3.3.2. Avoidance of Emissions from the BDR™ System  In addition to the targets of renewable energy production, the RED II [24] have intro‐ duced sustainability and GHG criteria for bioenergy production from agricultural bio‐ mass, setting limits on the use of high‐ILUC‐risk biomass fuels and requiring producers  of renewable energy from agricultural crops to certify their feedstock as climate friendly.  In a BDR™ system, some of the traditional steps for biogas production are avoided,  resulting in a shortening of the supply chain, hence in a reduction in GHG emissions, as  observed by the study of Valli et al. [48]. In the latter, a lifecycle approach was applied, a  methodology very similar to the emissions calculation approach on which the RED II cri‐ teria are based. From this study, the following lifecycle steps were avoided, and thus their  relative emissions were as well: the production and use of chemical fertilizers, manure  storage and byproduct handling in addition to the use of fossil resources.  The avoidance of emissions from avoided lifecycle steps, the combined application  of sequential cropping for biomethane production with farming practices such as organic  fertilization through the digestate, minimum tillage techniques, and the application of in‐ novative agricultural practices such as high‐efficiency digestate distribution and fertiga‐ tion, are predicted to reduce the emissions of the Italian agricultural sector by 30%, as  shown in the latest Farming For Future report [24,99]. As sequential cropping and BDR™  systems are currently mainly applied in Mediterranean countries, the predicted reduction  in emissions of the agricultural sector in other European countries linked to the imple‐ mentation of these practices is currently missing. Therefore, further research should focus  on understanding, for each country or region, what aspects of BDR™ systems can contrib‐ ute more to emission reductions in specific agroclimatic conditions, and the total emission  reduction that could be achieved.  Finally, it is important to note that the revised RED II [24,99], setting limits on the use  of high‐ILUC‐risk biofuels, bioliquids and biomass fuels, does not recognize the ILUC‐ free potential of multiple cropping practices, such as sequential cropping for biogas pro‐ duction. This type of biogas feedstock production is still not included in the list of feed‐ stocks for advanced biofuels in Annex IX [24,99]. Additional research on the benefits of  sequential cropping biogas production in terms of avoided ILUC emissions could provide  scientific tools to both policy makers and farmers to certify sequential crops as advanced  feedstocks with low ILUC risk.  4. Conclusions  This paper showed that tailored solutions to different agroclimatic conditions in Eu‐ rope can be found in terms of crop management to expand the application of sequential  cropping. Different sequential crops and calendars were proposed according to the re‐ gion, taking into account their specific needs and limitations in terms of the length of  growing seasons. In the Atlantic and Continental regions, where winter crop cycles are  longer than in the Mediterranean region, two different solutions were considered: the cul‐ tivation of three crops in two years and intercropping. Additionally, in order to increase  the yields of sequential crops, pre‐swelling of the sequential crop and quick seeding after  the  harvest  of the  winter cereal  were proposed as solutions.  In the assessment  of  bio‐ methane potential, different biogas yields (m /ha) were considered according to the char‐ acteristics of the region. The biomethane potential found in the Conservative_Scenario ac‐ counts for an additional ≈ 46 bcm/year that could be unlocked by the AD of sequential  crops, and a maximum of 185 bcm/yr when using 60% of arable land. This confirms the    Agronomy 2021, 11, 2102  16  of  20  importance of considering biomethane produced from sequential crops as an essential el‐ ement for renewable gas production and for achieving European decarbonization targets,  which manure, agricultural residues and food waste could not reach alone [89]. The anal‐ ysis also showed that it is possible to produce biomethane from crops in different Euro‐ pean regions without any ILUC effect. Moreover, this study highlighted the additional  benefits that sequential cropping practices can provide when applied in circular systems  such as the BDR™ in Mediterranean case studies, in terms of carbon sequestration and  soil fertility, due to the use of the sequential crops both for energy and digestate applica‐ tion,  and  for  the  combination  with  precision  farming  practices.  Recommendations  in  terms of further research needed to expand the knowledge on the topic at the European  level were provided, including the carbon sequestration effect in different agroclimatic  conditions and emission reductions in the agricultural sector in different countries. In con‐ clusion, this study showed that the application of sequential cropping in BDR™ systems  could be agronomically feasible for at least 15% of arable land in Europe, contributing to  a more sustainable, circular and optimized use of biomass feedstock for the European bi‐ oeconomy.  Author Contributions: Conceptualization, F.M., H.D., M.D., G.B. and L.R.; Methodology, F.M., G.B.  and L.R.; Software, not applicable.; Validation, H.D., E.M. and S.S.; Formal Analysis, F.M. and G.B.;  Investigation, F.M.; Resources, F.M. and M.D.; Data Curation, F.M. and G.B.; Writing—F.M.; Writ‐ ing—Review and Editing, F.M; Visualization, F.M.; Supervision, H.D., E.M. and S.S.; Project Ad‐ ministration, F.M., H.D., M.D. and E.M.; Funding Acquisition, E.M. and S.S. All authors have read  and agreed to the published version of the manuscript.  Funding: This research was funded by the European Union’s Horizon 2020 research and innovation  program AgRefine, under the Marie Skłodowska‐Curie grant agreement (no. 860477).  Institutional Review Board Statement: Not applicable.  Informed Consent Statement: Not applicable.  Data Availability Statement: Data are contained within the article.  Acknowledgments: The authors acknowledge the support provided by Fachverband Biogas and  Deutsches Biomasseforschungszentrum.  Conflicts of Interest: The authors declare no conflict of interest.  References  1. Agovino, M.; Casaccia, M.; Ciommi, M.; Ferrara, M. Agriculture , Climate Change and Sustainability: The Case of EU‐28. Ecol.  Indic. 2019, 105, 525–543. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2018.04.064.  2. Aydinalp, C.; Cresser, M.S. The Effects of Global Climate Change on Agriculture. Eurasian J. Agric. Environ. Sci. 2008, 3, 672–676.  3. Tilman, D.; Cassman, K.G.; Matson, P.A.; Naylor, R.; Polasky, S. Agricultural Sustainability and Intensive Production Practices.  Nature 2002, 418, 671–677.  4. Bastos Lima, M.G. The Politics of Bioeconomy and Sustainability: Lessons from Biofuel Governance, Policies and Production Strategies in  the Emerging World; Springer Nature: Stockholm, Sweden, 2021; ISBN 9783030668365.  5. Wollenberg, E.; Richards, M.; Smith, P.; Havlíc, P.; Obersteiner, M.; Tubiello, F.; Herold, M.; Gerber, P.J.; Carter, S.; Reisinger,  A.;  et  al.  Reducing  Emissions  from  Agriculture  to  Meet  the  2  °C  Target.  Glob.  Chang.  Biol.  2016,  3859–3864.  https://doi.org/10.1111/gcb.13340.  6. European  Commission.  The  European  Green  Deal.  Available  online:  https://eur‐lex.europa.eu/legal‐ content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A52019DC0640 (accessed on 9 July 2021).  7. European Commission. A Sustainable Bioeconomy for Europe: Strengthening the Connection between Economy, Society and  the  Environment  Updated  Bioeconomy  Strategy.  Available  online:  https://eur‐lex.europa.eu/legal‐ content/en/ALL/?uri=CELEX%3A52018DC0673 (accessed on 25 June 2021).  8. European Commission. A Greener and Fairer CAP. Available online: https://ec.europa.eu/info/sites/default/files/food‐farming‐ fisheries/key_policies/documents/factsheet‐newcap‐environment‐fairness_en.pdf (accessed on 9 August 2021).  9. Muscat, A.; de Olde, E.M.; de Boer, I.J.M. The Battle for Biomass : A Systematic Review of Food‐Feed‐Fuel Competition. Glob.  Food Secur. 2020, 25, 100330. https://doi.org/10.1016/j.gfs.2019.100330.  10. Thompson,  P.B.  The  Agricultural  Ethics  of  Biofuels:  The  Food  vs.  Fuel  Debate.  Agriculture  2012,  20,  339.  https://doi.org/10.3390/agriculture2040339.    Agronomy 2021, 11, 2102  17  of  20  11. Dauber, J.; Brown, C.; Fernando, A.L.; Finnan, J.; Krasuska, E.; Ponitka, J.; Styles, D.; Thrän, D.; van Groenigen, K.J.; Weih, M.;  et  al.  Bioenergy  from  “Surplus”  Land:  Environmental  and  Socio‐Economic  Implications.  BioRisk  2012,  50,  5–50.  https://doi.org/10.3897/biorisk.7.3036.  12. European  Network  for  Rural  Development.  European  Rural  Bioeconomy:  Policy  and  Tools.  Available  online:  https://enrd.ec.europa.eu/sites/default/files/enrd_publications/bioeconomy‐briefing_1_policy‐and‐tools.pdf  (accessed  on  1  October 2021).  13. de Pedro, L.; Perera‐Fernández, L.G.; López‐Gallego, E.; Pérez‐Marcos, M.; Sanchez, J.A. The Effect of Cover Crops on the  Biodiversity  and  Abundance  of  Ground‐Dwelling  Arthropods  in  a  Mediterranean  Pear  Orchard.  Agronomy  2020,  10,  580.  https://doi.org/10.3390/agronomy10040580.  14. Blanchart, E.; Villenave, C.; Viallatoux, A.; Barthès, B.; Girardin, C.; Azontonde, A.; Feller, C. Long‐Term Effect of a Legume  Cover Crop (Mucuna Pruriens Var. Utilis) on the Communities of Soil Macrofauna and Nematofauna, under Maize Cultivation,  in Southern Benin. Eur. J. Soil Biol. 2006, 42. https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2006.07.018.  15. Elhakeem, A.; van der Werf, W.; Ajal, J.; Lucà, D.; Claus, S.; Vico, R.A.; Bastiaans, L. Cover Crop Mixtures Result in a Positive  Net  Biodiversity  Effect  Irrespective  of  Seeding  Configuration.  Agric.  Ecosyst.  Environ.  2019,  285.  https://doi.org/10.1016/j.agee.2019.106627.  16. Dale, B.E.; Bozzetto, S.; Couturier, C.; Fabbri, C.; Hilbert, J.A.; Ong, R.; Richard, T.; Rossi, L.; Thelen, K.D.; Woods, J. The Potential  for Expanding Sustainable Biogas Production and Some Possible Impacts in Specific Countries. Biofuels Bioprod. Biorefin. 2020,  14, 1335–1347. https://doi.org/10.1002/bbb.2134.  17. Selvaggi, R.; Valenti, F.; Pappalardo, G.; Rossi, L.; Bozzetto, S.; Pecorino, B.; Dale, B.E. Sequential Crops for Food, Energy, and  Economic  Development  in  Rural  Areas:  The  Case  of  Sicily.  Biofuels  Bioprod.  Biorefin.  2018,  12,  22–28.  https://doi.org/10.1002/bbb.1844.  18. Peters, D.; Zabeti, M.; Kühner, A.K.; Spöttle M.; van der Werf, W.; Stomph, J. Assessing the Case for Sequential Cropping to  Produce Low ILUC Risk Biomethane—Final Report. Available online: https://edepot.wur.nl/406739 (accessed on 8 August 2021).  19. Waha, K.; Dietrich, J.P.; Portmann, F.T.; Siebert, S.; Thornton, P.K.; Bondeau, A.; Herrero, M. Multiple Cropping Systems of the  World  and  the  Potential  for  Increasing  Cropping  Intensity.  Glob.  Environ.  Chang.  2020,  64,  102131.  https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2020.102131.  20. European Biogas Association. Biogas: A Powerful and Safe Enabler of Decarbonisation & Complementing the Zero‐Pollution Ambition  of  the  Green  Deal;  Brussels,  Belgium,  2020.  Available  online:  https://www.europeanbiogas.eu/wp‐ content/uploads/2020/05/FINAL‐position‐paper_agriculture.pdf (accessed on 15 August 2021)  21. Sammy,  A.;  Takriti,  E.;  Malins,  C.;  Searle,  S.  Understanding  Options  for  ILUC  Mitigation.  Available  online:  https://theicct.org/publications/understanding‐options‐iluc‐mitigation (accessed on 1 July 2021).  22. European Parliament Directive (EU). 2015/ 1513 of the European Parliament and of the Council. Available online: https://eur‐ lex.europa.eu/legal‐content/EN/TXT/?uri=celex%3A32015L1513 (accessed on 6 August 2021).  23. Hlaváček, M.; Decerle, J. ANNEX I: Impact, Result and Output Indicators Pursuant to Article 7; 2020; Volume 200.  24. European Parliament Directive (EU). 2018/2001 of the European Parliament and of the Council on the Promotion of the Use of  Energy  from  Renewable  Sources.  Off.  J.  Eur.  Union  2018,  2018,  82–209.  Available  at:  https://eur‐lex.europa.eu/legal‐ content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A32018L2001 (accessed on 26 June 2021).  25. Altieri, M.A.; Nicholls, C.I.; Henao, A.; Lana, M.A. Agroecology and the Design of Climate Change‐Resilient Farming Systems.  Agron. Sustain. Dev. 2015, 35, 869–890. https://doi.org/10.1007/s13593‐015‐0285‐2.  26. Dale,  B.E.;  Sibilla,  F.;  Fabbri,  C.;  Pezzaglia,  M.;  Pecorino,  B.;  Veggia,  E.;  Baronchelli,  A.;  Gattoni,  P.;  Bozzetto,  S.  TM Biogasdoneright :  An  Innovative  New  System  Is  Commercialized  in  Italy.  Biofuels  Bioprod.  Biorefin.  2016,  10,  341–345.  https://doi.org/10.1002/bbb.1671.  27. Andrews, D.J.; Kassam, A.H. The Importance of Multiple Cropping in Increasing World Food Supplies. Mult. Crop. 1976, 27, 1– 10.  28. Petrie, C.A.; Singh, R.N.; Bates, J.; Dixit, Y.; French, C.A.I.; Hodell, D.A.; Jones, P.J.; Lancelotti, C.; Lynam, F.; Neogi, S.; et al.  Adaptation to Variable Environments, Resilience to Climate Change. Curr. Anthropol. 2017, 58. https://doi.org/10.1086/690112.  29. European  Environment  Agency.  Climate  Change,  Impacts  and  Vulnerability  in  Europe.  2016.  Available  online:  https://www.eea.europa.eu/publications/climate‐change‐impacts‐and‐vulnerability‐2016 (accessed on 2 June 2021).  30. Gaba, S.; Lescourret, F.; Boudsocq, S.; Enjalbert, J.; Hinsinger, P.; Journet, E.P.; Navas, M.L.; Wery, J.; Louarn, G.; Malézieux, E.;  et  al.  Multiple  Cropping  Systems  as  Drivers  for  Providing  Multiple  Ecosystem  Services:  From  Concepts  to  Design.  Agron.  Sustain. Dev. 2015, 35, 607–623. https://doi.org/10.1007/s13593‐014‐0272‐z.  31. Azam‐Ali,  S.N.  Multicropping.  Encyclopedia  of  Applied  Plant  Science.  In  Production  Systems  and  Agronomy;  Elsevier:  Amsterdam, The Netherlands, 2003; pp. 978–984. https://doi.org/10.1016/B0‐12‐227050‐9/00041‐7.  32. Francis, C.A.; Porter, P. Multicropping. Encycl. Appl. Plant Sci. 2016, 3, 29–33. https://doi.org/10.1016/B978‐0‐12‐394807‐6.00024‐ 1.  33. FAO, The Future of Food and Agriculture—Trends and Challenges; FAO: Rome, Italy, 2017.  34. Tilman, D. Global Environmental Impacts of Agricultural Expansion: The Need for Sustainable and Efficient Practices. Proc.  Natl. Acad. Sci. USA 1999, 96, 5995–6000. https://doi.org/10.1073/pnas.96.11.5995.    Agronomy 2021, 11, 2102  18  of  20  35. Chaplin‐Kramer, R.; Sharp, R.P.; Mandle, L.; Sim, S.; Johnson, J.; Butnar, I.; Milà I Canals, L.; Eichelberger, B.A.; Ramler, I.;  Mueller, C.; et al. Spatial Patterns of Agricultural Expansion Determine Impacts on Biodiversity and Carbon Storage. Proc. Natl.  Acad. Sci. USA 2015, 112, 7402–7407. https://doi.org/10.1073/pnas.1406485112.  36. Laurance, W.F.; Sayer, J.; Cassman, K.G. Agricultural Expansion and Its Impacts on Tropical Nature. Trends Ecol. Evol. 2014, 29,  107–116. https://doi.org/10.1016/j.tree.2013.12.001.  37. Skinner, J.A.; Lewis, K.A.; Bardon, K.S.; Tucker, P.; Catt, J.A.; Chambers, B.J. An Overview of the Environmental Impact of  Agriculture in the U.K. J. Environ. Manag. 1997, 50, 111–128. https://doi.org/10.1006/jema.1996.0103.  38. Tripathi, S.; Srivastava, P.; Devi, R.S.; Bhadouria, R. Influence of Synthetic Fertilizers and Pesticides on Soil Health and Soil  Microbiology. Agrochem. Detect. Treat. Remediat. 2020, 25–54. https://doi.org/10.1016/b978‐0‐08‐103017‐2.00002‐7.  39. Cheo, A.E.; Tapiwa, K.A. SDG 2—Zero Hunger: Food Security, Improved Nutrition and Sustainable Agriculture; Emerald Publishing  Editing: Bingley, UK, 2021.  40. Romaniuk, W.; Mazur, K.; Borek, K.; Borusiewicz, A.; Wardal, W.J.; Tabor, S.; Kuboń, M. Biomass Energy Technologies from  Innovative Dairy Farming Systems. Processes 2021, 9, 335. https://doi.org/10.3390/pr9020335.  41. Valenti, F.; Porto, S.M.C.; Selvaggi, R.; Pecorino, B. Evaluation of Biomethane Potential from By‐Products and Agricultural  Residues Co‐Digestion in Southern Italy. J. Environ. Manag. 2018, 223, 834–840. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.06.098.  42. Feyereisen, G.W.; Camargo, G.G.T.; Baxter, R.E.; Baker, J.M.; Richard, T.L. Cellulosic Biofuel Potential of a Winter Rye Double  Crop across the U.S. Corn–Soybean Belt. Agron. J. 2013, 105, 631–642. https://doi.org/10.2134/agronj2012.0282.  43. Tang, K.; Kragt, M.E.; Hailu, A.; Ma, C. Carbon Farming Economics : What Have We Learned ? J. Environ. Manag. 2016, 172, 49– 57. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2016.02.008.  44. Bezzi, G. Biogasdoneright  Model: Soil Carbon Sequestration and Efficiency in Agriculture. In Proceedings of the 24th European  Biomass Conference and Exhibition, Amsterdam, The Netherlands, 6–9 June 2016; pp. 4–7.  45. Arec  Les  Cultures  Intermédiaires  à  Vocation  Énergétique  (CIVE).  Available  online:  https://www.arec‐ idf.fr/fileadmin/DataStorageKit/AREC/Methanisation/_Presentation_CIVE.pdf (accessed on 1 July 2021).  46. European  Commission.  EU  Strategy  to  Reduce  Methane  Emissions.  Available  online:  https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/eu_methane_strategy.pdf (accessed on 6 October 2021).  47. van Melle, T.; Peters, D.; Cherkasky, J.; Wessels, R.; Mir, G.R.; Hofsteenge, W. Gas for Climate: How Gas Can Help to Achieve  the  Paris  Agreement  Target  in  an  Affordable  Way.  Available  online:  https://gasforclimate2050.eu/wp‐ content/uploads/2020/03/Ecofys‐Gas‐for‐Climate‐Report‐Study‐March18.pdf (accessed on 19 July 2021).  48. Valli, L.; Ricerche, C.; Animali, P.; Crpa, S.; Emilia, R.; Dale, B.E.; Kim, S.; Ong, R.G.; Engineering, C. Greenhouse Gas Emissions  TM of Electricity and Biomethane Produced Using the Biogasdoneright  System: Four Case Studies from Italy. Biofuels, Bioprod.  Bioref 2017, 39, 847–860. https://doi.org/10.1002/bbb.  49. Trnka, M.; Kersebaum, K.C. Agroclimatic Conditions in Europe under Climate Change Agroclimatic Conditions in Europe  under Climate Change. Glob. Chang. Biol. 2011, 17, 2298–2318. https://doi.org/10.1111/j.1365‐2486.2011.02396.x.  50. Prade, T.; Björnsson, L.; Lantz, M.; Ahlgren, S.; Prade, T. Can Domestic Production of ILUC‐Free Feedstock from Arable Land  Supply Sweden ’ s Future Demand for Biofuels ? Supply Sweden ’ s Future Demand for Biofuels ? J. Land Use Sci. 2017, 12, 407– 441. https://doi.org/10.1080/1747423X.2017.1398280.  51. European Commission. Agri4Cast Resource Portal. Available online: https://agri4cast.jrc.ec.europa.eu/dataportal/ (accessed on  1 August 2021).  52. Charalampopoulos, I.; Polychroni, I.; Psomiadis, E.; Nastos, P. Spatiotemporal Estimation of the Olive and Vine Cultivations’  Growing Degree Days in the Balkans Region. Atmosphere 2021, 12, 148. https://doi.org/10.3390/atmos12020148.  53. DLO—Alterra Wageningen UR; DLO—Plant Research Internarional Wageningen UR; NEIKER, D.S.; Institute of Agricultural  and Environmental Engineering (JTI), U. Review and Further Differentiation of Pedo‐Climatic Zones in Europe; 2011. Available online:  https://publications.europa.eu/resource/cellar/e1d06bc3‐58c4‐43a3‐b2bc‐6ad6d53d7953.0001.01/DOC_1 (accessed on 1 October  2021).  54. Jacobs, C.; Berglund, M.; Kurnik, B.; Dworak, T.; Marras, S.; Mereu, V.; Michetti, M. Climate Change Adaptation in the Agriculture  Sector in Europe (4/2019); EEA Report; European Environment Agency: Copenhagen, Denmark 2019; p. 112.  55. Olesen, J.E.; Trnka, M.; Kersebaum, K.C.; Skjelvåg, A.O.; Seguin, B.; Peltonen‐sainio, P.; Rossi, F.; Kozyra, J.; Micale, F. Impacts  and  Adaptation  of  European  Crop  Production  Systems  to  Climate  Change.  Eur.  J.  Agron.  2011,  34,  96–112.  https://doi.org/10.1016/j.eja.2010.11.003.  56. Olesen, J.E.; Trnka, M.; Ewert, F.; Siebert, S.; Brisson, N.; Eitzinger, J.; Asselt, E.D. van; Oberforster, M. Changes in Time of  Sowing, Flowering and Maturity of Cereals in Europe under Climate Change. Food Addit. Contam. Part A Chem. Anal. Control  Expo. Risk Assess. 2012, 29,1527–1542. https://doi.org/10.1080/19440049.2012.712060.  57. Hernández, L.; Sánchez de Dios, R.; Montes, F.; Sainz‐Ollero, H.; Cañellas, I. Exploring Range Shifts of Contrasting Tree Species  across a Bioclimatic Transition Zone. Eur. J. For. Res. 2017, 136. https://doi.org/10.1007/s10342‐017‐1047‐2.  58. Hatfield, J.L.; Prueger, J.H. Temperature Extremes: Effect on Plant Growth and Development. Weather Clim. Extrem. 2015, 10.  https://doi.org/10.1016/j.wace.2015.08.001.  59. Michaelides, S.; Karacostas, T.; Sánchez, J.L.; Retalis, A.; Pytharoulis, I.; Homar, V.; Romero, R.; Zanis, P.; Giannakopoulos, C.;  Bühl, J.; et al. Reviews and Perspectives of High Impact Atmospheric Processes in the Mediterranean. Atmos. Res. 2018, 208, 4– 44. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2017.11.022.    Agronomy 2021, 11, 2102  19  of  20  60. Bocchiola, D. Impact of Potential Climate Change on Crop Yield and Water Footprint of Rice in the Po Valley of Italy. Agric.  Syst. 2015, 139, 223–237. https://doi.org/10.1016/j.agsy.2015.07.009.  61. Lionello, P.; Abrantes, F.; Gacic, M. The Climate of the Mediterranean Region: Research Progress and Climate Change Impacts.  Reg. Environ. Chang. 2014, 14, 1679–1684. https://doi.org/10.1007/s10113‐014‐0666‐0.  62. Hossain, A.; el Sabagh, A.; Barutcular, C.; Bhatt, R.; Çiğ, F.; Seydoşoğlu, S.; Turan, N.; Konuskan, O.; Iqbal, M.A.; Abdelhamid,  M.; et al. Sustainable Crop Production to Ensuring Food Security under Climate Change: A Mediterranean Perspective. Aust. J.  Crop Sci. 2020, 14, 439–446. https://doi.org/10.21475/ajcs.20.14.03.p1976.  63. Bartolini, G.; Morabito, M.; Crisci, A.; Grifoni, D.; Torrigiani, T.; Petralli, M.; Orlandini, S. Recent Trends in Tuscany ( Italy )  Summer Temperature and Indices of Extremes. Int. J. Climatol. 2008, 1760, 1751–1760. https://doi.org/10.1002/joc.  64. Altman, J.; Fibich, P.; Santruckova, H.; Dolezal, J.; Stepanek, P.; Kopacek, J.; Hunova, I.; Oulehle, F.; Tumajer, J.; Cienciala, E.  Environmental Factors Exert Strong Control over the Climate‐Growth Relationships of Picea Abies in Central Europe. Sci. Total  Environ. 2017, 609, 506–516. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.07.134.  65. Juhász, C.; Gálya, B.; Kovács, E.; Nagy, A.; Tamás, J.; Huzsvai, L. Seasonal Predictability of Weather and Crop Yield in Regions  of  Central  European  Continental  Climate.  Comput.  Electron.  Agric.  2020,  173,  105400.  https://doi.org/10.1016/j.compag.2020.105400.  66. Sutton,  R.T.;  Dong,  B.  Atlantic  Ocean Influence  on  a  Shift in  European  Climate  in  the  1990s.  Nat.  Geosci. 2012,  5,  788–792.  https://doi.org/10.1038/ngeo1595.  67. European  Environmental  Agency.  Average  Annual  Precipitation.  Available  online:  https://www.eea.europa.eu/data‐and‐ maps/figures/average‐annual‐precipitation (accessed on 1 September 2021).  68. European Environmental Agency. Trend in the Number of Frost‐Free Days. Available online: https://www.eea.europa.eu/data‐ and‐maps/figures/rate‐of‐change‐of‐frost‐1 (accessed on 5 July 2021).  69. Peltonen‐sainio, P.; Jauhiainen, L.; Hakala, K. Crop Responses to Temperature and Precipitation. J. Agric. Sci. 2011, 149, 49–62.  https://doi.org/10.1017/S0021859610000791.  70. Peltonen‐sainio, P.; Jauhiainen, L.; Laurila, I.P. Field Crops Research Cereal Yield Trends in Northern European Conditions :  Changes in Yield Potential and Its Realisation. Field Crops Res. 2009, 110, 85–90. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2008.07.007.  71. European Commission. Eurostat. Available online: https://ec.europa.eu/eurostat/data/database (accessed on 8 June 2021).  72. Han, J.; Zhang, Z.; Luo, Y.; Cao, J.; Zhang, L.; Zhang, J.; Li, Z. The RapeseedMap10 Database: Annual Maps of Rapeseed at a  Spatial Resolution of 10 m Based on Multi‐Source Data. Earth Syst. Sci. Data 2021, 13, 2857–2874. https://doi.org/10.5194/essd‐ 13‐2857‐2021.  73. Grillo,  F.;  Piccoli,  I.;  Furlanetto,  I.;  Ragazzi,  F.;  Obber,  S.;  Bonato,  T.;  Meneghetti,  F.;  Morari,  F.  Agro‐Environmental  Sustainability of Anaerobic Digestate Fractions in Intensive Cropping Systems: Insights Regarding the Nitrogen Use Efficiency  and Crop Performance. Agronomy 2021, 11, 745. https://doi.org/10.3390/agronomy11040745.  74. DAL; CRPA. Biogas, Potenziale Energetico Dei Cereali Autunno‐Vernini; L’informatore Agrario: Verona, Italy, 2015.  75. Campiglia, E.; Mancinelli, R. Legume Cover Crops and Mulches: Effects on Nitrate Leaching and Nitrogen Input in a Pepper  Crop (Capsicum annuum L.). Nutr. Cycl. Agroecosyst. 2011, 89, 399–412. https://doi.org/10.1007/s10705‐010‐9404‐2.  76. Debaeke, P. A Rule‐Based Method for the Development of Crop Management Systems Applied to Grain Sorghum in South‐ Western France. Agric. Syst. 2006, 90, 180–201. https://doi.org/10.1016/j.agsy.2006.01.001.  77. Marsac, S.; Quod, C.; Leveau, V.; Heredia, M.; Delaye, N.; Labalette, F.; Lecomte, V.; Bazet, M.; Sanner, E.A. Optimization of  French  Energy  Cover  Crop  Production  in  Double  Cropping  Systems  for  On‐Farm  Biogas  Use.  In  Proceedings  of  the  27th  European Biomass Conference and Exhibition, Lisbon, Portugal, 27–30 May 2019; pp. 27–30.  78. Hartmann,  S.;  Hofmann,  D.;  Lichti,  F.;  Gehring,  K.  Weidelgras‐Untersaaten  in  Wintergetreide  Zur  GPS‐Nutzung  Als  Biogassubstrat.  Available  online:  https://www.lfl.bayern.de/mam/cms07/ipz/dateien/leitfaden_2011‐16_biogasforum.pdf  (accessed on 7 July 2021).  79. LfL  Grünroggen  Als  Biogassubstrate.  Available  online:  https://www.lfl.bayern.de/mam/cms07/ipz/dateien/leitfaden_2009‐ 07_biogasforum.pdf (accessed on 9 June 2021).  80. LfL Weidelgras‐Untersaat in Wintergetreide Als Ganzpflanzensilage. Available online: http://www.biogas‐forum‐bayern.de  (accessed on 15 July 2021).  81. Murphy, J.; Bochmann, G.; Weiland, P.; Wellinger, A. Biogas from Crop Digestion. In IEA Bioenergy—Task 37; IEA Bioenergy:  Paris, France, 2011; p. 24.  82. Dinuccio, E.; Balsari, P.; Gioelli, F.; Menardo, S. Evaluation of the Biogas Productivity Potential of Some Italian Agro‐Industrial  Biomasses. Bioresour. Technol. 2010, 101, 3780–3783. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.12.113.  83. Guy,  C.L.  Low  Temperature  and  Crop  Yield.  Physiol.  Determ.  Crop  Yield  1994,  417–424.  https://doi.org/10.2134/1994.physiologyanddetermination.c28.  84. Campillo, C.; Fortes, R.; Prieto, H. Solar Radiation Effect on Crop Production. Sol. Radiat. 2012. https://doi.org/10.5772/34796.  85. Meza, F.J.; Silva, D.; Vigil, H. Climate Change Impacts on Irrigated Maize in Mediterranean Climates: Evaluation of Double  Cropping as an Emerging Adaptation Alternative. Agric. Syst. 2008, 98, 21–30. https://doi.org/10.1016/j.agsy.2008.03.005.  86. Kaye, J.P.; Quemada, M. Using Cover Crops to Mitigate and Adapt to Climate Change. A Review. Agron. Sustain. Dev. 2017, 37,  4. https://doi.org/10.1007/s13593‐016‐0410‐x.  87. Walter Stinner Deutsches Biomasseforschungszentrum. Personal Communication, 31 May 2021.  88. Sinclair, T.R. Limits to Crop Yield? Physiol. Determ. Crop Yield 1994, 509–532. https://doi.org/10.2134/1994.    Agronomy 2021, 11, 2102  20  of  20  89. Terlouw, W.; Peters. D.; van Tilburg, J.; Schimmel, M.; Berg, T.; Cihlar, J.; Ur Rehman Mir, G.; Spöttle, M.; Staats, M.; Buseman,  M.;  et  al.  Gas  for  Climate.  The  Optimal  Role  for  Gas  in  a  Net‐Zero  Emissions  Energy  System.  Available  online:  https://www.europeanbiogas.eu/wp‐content/uploads/2019/11/GfC‐study‐The‐optimal‐role‐for‐gas‐in‐a‐net‐zero‐emissions‐ energy‐system.pdf (accessed on 7 July 2021).  90. European Commission. Quarterly Report Energy on European Gas Markets with Focus on the European Barriers in Retail Gas  Markets  Market  Observatory  for  Energy  DG  Energy.  Available  online:  https://ec.europa.eu/energy/sites/default/files/quarterly_report_on_european_gas_markets_q4_2020_final.pdf  (accessed  on  1  October 2021).  91. Zahan,  Z.;  Georgiou,  S.;  Muster,  T.H.;  Othman,  M.Z.  Semi‐Continuous  Anaerobic  Co‐Digestion  of  Chicken  Litter  with  Agricultural and Food Wastes: A Case Study on the Effect of Carbon/Nitrogen Ratio, Substrates Mixing Ratio and Organic  Loading. Bioresour. Technol. 2018, 270, 245–254. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.09.010.  92. Karki, R.; Chuenchart, W.; Surendra, K.C.; Shrestha, S.; Raskin, L.; Sung, S.; Hashimoto, A.; Kumar Khanal, S. Anaerobic Co‐ Digestion: Current Status and Perspectives. Bioresour. Technol. 2021, 330, 125001. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125001.  93. Paustian, K.; Larson, E.; Kent, J.; Marx, E.; Swan, A. Soil C Sequestration as a Biological Negative Emission Strategy. Front. Clim.  2019, 1, 1–11. https://doi.org/10.3389/fclim.2019.00008.  94. Aguilera,  E.;  Díaz‐Gaona,  C.;  García‐Laureano,  R.;  Reyes‐Palomo,  C.;  Guzmán,  G.I.;  Ortolani,  L.;  Sánchez‐Rodríguez,  M.;  Rodríguez‐Estévez, V. Agroecology for Adaptation to Climate Change and Resource Depletion in the Mediterranean Region.  A Review. Agric. Syst. 2020, 181, 102809. https://doi.org/10.1016/j.agsy.2020.102809.  95. Béghin‐Tanneau, R.; Guérin, F.; Guiresse, M.; Kleiber, D.; Scheiner, J.D. Carbon Sequestration in Soil Amended with Anaerobic  Digested Matter. Soil Tillage Res. 2019, 192, 87–94. https://doi.org/10.1016/j.still.2019.04.024.  96. EIP‐AGRI.  Focus  Group  Moving  from  Source  to  Sink  in  Arable  Farming.  Available  online:  https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/default/files/eip‐ agri_fg_carbon_storage_in_arable_farming_final_report_2019_en.pdf (accessed on 18 August 2021).  97. European  Commission.  Technical  Guidance  Handbook  Setting  up  and  Implementing  Result‐Based  Carbon  Farming  Mechanisms  in  the  EU.  Available  online:  https://op.europa.eu/en/publication‐detail/‐/publication/10acfd66‐a740‐11eb‐9585‐ 01aa75ed71a1/language‐en (accessed on 1 October 2021).  98. European  Commission.  Farm  to  Fork  Strategy.  Available  online:  https://ec.europa.eu/food/system/files/2020‐05/f2f_action‐ plan_2020_strategy‐info_en.pdf (accessed on 1 June 2021).  99. Consorzio  Italiano  Biogas  Farming  For  Future—10  Azioni  per  Coltivare  Il  Futuro.  Available  online:  https://farmingforfuture.it/wp‐content/uploads/2021/03/Farming_for_Future_Position_Paper_web.pdf (accessed on 1 October  2021).  http://www.deepdyve.com/assets/images/DeepDyve-Logo-lg.png Agronomy Multidisciplinary Digital Publishing Institute

The Role of Sequential Cropping and Biogasdoneright™ in Enhancing the Sustainability of Agricultural Systems in Europe

Loading next page...
 
/lp/multidisciplinary-digital-publishing-institute/the-role-of-sequential-cropping-and-biogasdoneright-in-enhancing-the-p6NTJA9FTr
Publisher
Multidisciplinary Digital Publishing Institute
Copyright
© 1996-2021 MDPI (Basel, Switzerland) unless otherwise stated Disclaimer The statements, opinions and data contained in the journals are solely those of the individual authors and contributors and not of the publisher and the editor(s). MDPI stays neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations. Terms and Conditions Privacy Policy
ISSN
2073-4395
DOI
10.3390/agronomy11112102
Publisher site
See Article on Publisher Site

Abstract

Article  The Role of Sequential Cropping and Biogasdoneright™   in Enhancing the Sustainability of Agricultural Systems   in Europe  1, 2 2 3 3 4 Francesca Magnolo  *, Harmen Dekker  , Mieke Decorte  , Guido Bezzi  , Lorella Rossi  , Erik Meers    and Stijn Speelman      Department of Agricultural Economics, Faculty of Bioscience Engineering, Ghent University,   Coupure Links 653, 9000 Gent, Belgium; stijn.speelman@ugent.be    European Biogas Association, Rue d’Arlon 65, 1050 Brussels, Belgium;   dekker@europeanbiogas.eu (H.D.); decorte@europeanbiogas.eu (M.D.)    CIB—Consorzio Italiano Biogas e Gassificazione, 26900 Lodi, Italy;   g.bezzi@consorziobiogas.it (G.B.); l.rossi@consorziobiogas.it (L.R.)    Green Chemistry and Technology Department, Faculty of Bioscience Engineering, Ghent University,  Coupure Links 653, 9000 Gent, Belgium; erik.meers@ugent.be  *  Correspondence: Francesca.magnolo@ugent.be  Abstract: Sequential cropping in the Biogasdoneright™ (BDR™) system in Italy has recently gained  Citation: Magnolo, F.; Dekker, H.;  attention to combine food and renewable energy production in a sustainable way, as well as for  Decorte, M.; Bezzi, G.; Rossi, L.;  carbon sequestration. However, little is known on the potential to expand the practice in other re‐ Meers, E.; Speelman, S. The Role   gions of Europe. In this paper, sequential crop calendars were developed for different EU climate  of Sequential Cropping   regions, and the EU biomethane potential of the anaerobic digestion (AD) of sequential crops was  and Biogasdoneright™ in Enhancing  estimated for a Conservative_Scenario and a Maximum_Scenario, assuming different percentages of  the Sustainability of Agricultural  primary crop land dedicated to the practice and biogas yields. A total EU biomethane potential of  Systems in Europe. Agronomy 2021,  46 bcm/yr and 185 bcm/yr was estimated from the AD of sequential crops in the two scenarios,  11, 2102. https://doi.org/  respectively, and the Continental region registered the highest potential compared to the other re‐ 10.3390/agronomy11112102  gions. The additional benefits of the combination of sequential cropping with other agricultural  conservation practices and digestate use included in BDR™ systems were also discussed. In con‐ Academic Editors:   Fogarassy Csaba,   clusion, the paper shows that with appropriate innovations in crop management, sequential crop‐ Csaba Gyuricza   ping could be applied in different agroclimatic regions of Europe, contributing to climate and re‐ and Richard Cruse  newable energy targets.  Received: 31 August 2021  Keywords: Biogasdoneright™; biomethane; carbon sequestration; circular bioeconomy; sequential  Accepted: 18 October 2021  cropping  Published: 20 October 2021  Publisher’s Note: MDPI stays neu‐ tral with regard to jurisdictional  1. Introduction  claims in published maps and insti‐ tutional affiliations.  Agriculture is at the heart of the most important global challenges mankind is cur‐ rently facing and will face in the future, including food security, environmental degrada‐ tion, economic development and climate change [1]. Agriculture is highly exposed to cli‐ mate change, as its activities directly depend on climatic conditions [2]. At the same time,  Copyright: © 2021 by the authors. Li‐ the agricultural sector itself is responsible for direct GHG emissions, such as nitrous oxide  censee  MDPI,  Basel,  Switzerland.  emissions from soils, fertilizer application and livestock farming, as well as indirect GHG  This article is an open access article  emissions from land‐use changes, such as land clearing and deforestation [3]. Neverthe‐ distributed under the terms and con‐ less, agriculture holds the potential to also help mitigate climate change by reducing GHG  ditions of the Creative Commons At‐ emissions and sequestering carbon. The magnitude of the net effect is determined by dif‐ tribution (CC BY) license (http://crea‐ ferent factors, such as land‐use changes that are directly or indirectly caused by cultiva‐ tivecommons.org/licenses/by/4.0/).  tion and the fossil energy input required [4]. In turn, these factors are influenced by the  Agronomy 2021, 11, 2102. https://doi.org/10.3390/agronomy11112102  www.mdpi.com/journal/agronomy  Agronomy 2021, 11, 2102  2  of  20  type of farming practices used [5]. In order to reach the climate‐neutral goal of the Green  Deal by 2050 and cut European GHG emissions by 55% by 2030 [6], while establishing a  sustainable and circular bioeconomy [7], agricultural practices need to increasingly adapt  to play a positive role in tackling climate change while concurrently providing quality  food, materials and sustainable bioenergy. To achieve this aim, the new Common Agri‐ cultural Policy (CAP) [8] seeks to create the necessary conditions for farmers to use natural  resources prudently, producing food while simultaneously protecting nature and safe‐ guarding biodiversity.  Today, bioenergy and biofuel production systems have been criticized for interfering  with food production and for having potential negative environmental [9,10] as well as  socio‐economic impacts [11]. It is therefore crucial to focus on solutions that are able to  restructure agricultural systems that reconcile bioenergy production with everything else  that can be simultaneously produced from biomass, lowering the dependency on fossil  fuels. Moreover, agricultural and bioenergy systems need to increasingly enhance resili‐ ent and circular value chains by allowing farmers and rural areas to go beyond the role of  mere raw material providers and ensure that value, materials, nutrients and energy can  be made to flow back to the primary sector [12]. In this way, a more equitable participation  of bioeconomy value chains’ actors could be ensured. At the same time, the development  of new bioeconomic systems in Europe have to establish a so called “equalizing develop‐ ment”, avoiding the risk of shifting the burden to third world countries [4].  The potential to allow simultaneous biogas and food production with no indirect  land‐use change risk (ILUC risk), along with biomass and soil biodiversity benefits [13– 15], soil structure and fertility, control of weeds, pests and diseases in addition to reducing  the number of external inputs into the system has recently drawn attention to the agricul‐ tural practice of sequential cropping [16–20]. ILUC is an important factor to take into ac‐ count in bioenergy production, since the emissions associated with ILUC can potentially  negate any GHG savings from the use of bioenergy as a substitute for fossil fuels [21].  Moreover, ILUC‐free feedstocks are currently being prioritized by the European Commis‐ sion as a method of finding a solution to land‐use issues and to reduce environmental  impacts [22]. The CAP that will be implemented in 2023 will include the sustainable am‐ bitions of the Green Deal [6], supporting environmentally and carbon‐friendly farming  practices, including agroecological principles that can contribute to carbon sequestration  and storage, the protection of biodiversity, the enhancement of ecosystem services and  the preservation of habitats and landscapes [23]. The policy aims to integrate sustainable  energy production into the agricultural sector while ensuring food security and sustaina‐ ble management. To do so, the revised Renewable Energy Directive (EU) 2018/2001 (RED  II) sets limits on the use of biomass feedstock with high ILUC risk to enable a shift to  renewable energy via agricultural crops managed in a climate‐friendly way [24]. In this  setting, sequential cropping constitutes an interesting case to study among the agricul‐ tural practices that could contribute to the goals mentioned above. The combined produc‐ tion of food, biomethane and fertilizers directly on farms, coupled with the application of  precision agriculture practices, can potentially accelerate the transition to a circular bioe‐ conomy based on the use of sustainable and local resources [25,26].  1.1. Sequential Cropping in a Changing Climate  Sequential cropping is a form of multicropping where two or three crops in two years  are grown in sequence on the same field. The second crop is planted after the primary  crop has been harvested [27]. As with other multicropping practices, sequential cropping  is one of the oldest forms of agriculture. In history, sequential cropping has always played  a  fundamental  role  in  adapting  to  changing  climatic  conditions  [28].  Today,  climate  change and its associated rise in temperature are increasing the duration of the thermal  growing season, leading to the northward expansion of areas that are suitable for sequen‐ tial cropping. It is widely agreed that crop productivity will improve in northern Europe  as the growing season lengthens and the frost‐free time extends [29]. At the same time, in    Agronomy 2021, 11, 2102  3  of  20  southern parts of Europe, increased temperatures will cause a deterioration of agrocli‐ matic conditions. Therefore, the implementation of sequential cropping is particularly in‐ teresting to study because it is becoming possible in previously less suitable areas, and  because the interaction between different crop species could be designed and managed to  improve crop production and provide important ecosystem services [30]. In this regard,  sequential cropping can be used for its potential stability and greater yields compared to  monocropping, as well as for reducing the risk of complete crop failure in variable envi‐ ronments [31]. Besides the direct benefits of crop production, sequential cropping systems  were observed to improve the functioning of agricultural systems, reducing the environ‐ mental  impacts  associated  with  agricultural  production  [30].  In  addition,  although  se‐ quential cropping has traditionally been mainly implemented in small farms and low‐ input production systems, it holds lessons in both structure and function that can also  advise a more sustainable design of larger scale farming systems [32]. Over the previous  decades agriculture has been focused on the provisioning of food, feed, fibers and energy  to meet the demand of an increasing population [33]. This has led to intensive agricultural  systems that rely on the use of large amounts of external inputs, mainly agrochemicals  and synthetic fertilizers, using a limited number of cultivars. Without the implementation  of such a type of system, world food production could have not increased at the rate it did  and more natural ecosystems would have been converted to agriculture [3]. However, this  has come with a cost in terms of environmental degradation [34–38], reducing biodiversity  and all its related ecosystem services [30–32,34]. Hence, the challenge of agriculture today  is to contribute to current and future food security with the implementation of more sus‐ tainable and resilient practices [39,40].  1.2. The Biogasdoneright™ Model  In Italy, sequential cropping has been widely adopted through a new model for sus‐ tainable food, feed and biogas production, called Biogasdoneright™ (BDR™) [26]. In this  system, the primary crop produces food or feed while the sequential crop can be co‐di‐ gested with other agricultural or agro‐industrial residues to produce renewable energy  (biomethane)  and  digestate  [41].  Instead  of  using  chemical‐  or  fossil‐based  fertilizers  bought from external markets, the digestate produced is used on the farm as an organic  fertilizer to recycle mineral nutrients, and the liquid fraction is returned to the land for  fertigation. By carrying out these measures and by decomposing roots from the sequential  crop, soil carbon levels and soil fertility can be enhanced [17]. The sequential crop also has  positive effects related to the prevention of soil erosion and soil moisture [42]. All these  positive effects are further enhanced by combining other practices derived from conser‐ vation agriculture, such as minimum tillage, strip tillage and sod seeding [43]. Overall,  the system functions as a biological carbon capture and sequestration (BECCS) process  [44]. BDR™ is currently being applied in more than 600 farms in Italy, and its model is  becoming a globally recognized blueprint for sustainable agriculture and the production  of biogas, with $10 m being invested in pilot studies in the US. In Europe, its application  is mainly limited to Italy and France [45].  In the European context, according to the EU methane strategy [46], sequential crop‐ ping used in combination with manure as feedstock for sustainable biogas production,  while contributing to sustainable farming practices, should be further incentivized. The  potential for biomethane production from the AD of sequential crops has been indicated  in the grey literature as the highest compared to other production routes and feedstocks,  such as the anaerobic digestion of agricultural residues, manure, food waste or sewage  sludge [47]. This potential was calculated by taking into account the implementation of  sequential  cropping  on  primary  crop  areas  corresponding  to  wheat  and  maize,  which  leaves room for further expansion of the potential by including the area dedicated to other  types of crops. Moreover, most of the literature on BDR™, academic [17,41,44,48] and non‐ academic [18], focuses on examples in the Mediterranean region, in both the northern and    Agronomy 2021, 11, 2102  4  of  20  southern parts of Italy, which despite their differences share similar agroclimatic condi‐ tions. With a broader perspective on the topic, Dale et al. [16] evaluated the biomethane  potential of expanding the BDR™ concept in different European countries (Italy, France  and  the  UK),  based  on  Ecofys’  calculations  [47].  Ecofys  [47]  describes  the  overall  bio‐ methane potential of EU‐28 and non‐European countries (the US and Argentina). How‐ ever, they specifically highlight the need for a more detailed assessment of biomethane  potential from sequential cropping, looking at a range of possible crop combinations in  sequential cropping schemes. To the best of the authors’ knowledge, no academic litera‐ ture has focused specifically on sequential cropping and its potential for biomethane pro‐ duction by taking into account the optimization of cropping calendars and agronomic dif‐ ferences among different climatic regions of the European continent.  As of today in Europe, sequential cropping is mostly adopted in Mediterranean re‐ gions, particularly in Italy [26] as well as in France, where the Culture Intermédiaire à  Vocation Energétique (CIVE) is applied [45]. In the face of a climate crisis that is rapidly  altering global and local environmental conditions, it is important to understand where  sequential cropping could be used as a helpful strategy for the adaptation and mitigation  of climate change, especially in areas where mono‐cropping systems are being used, to  satisfy rising demands for food and bioenergy.  The aim of this paper is to develop exemplary cropping calendars for different EU  climate regions, including sequential crops, and evaluate the biomethane potential that  would derive from the AD of sequential crops across different agroclimatic conditions.  Finally, it also explores existent scientific literature that shows the benefits of sequential  cropping  in  BDR™  systems  in  terms  of  carbon  sequestration  and  emission  reductions  where this practice is already implemented, providing recommendations for further re‐ search directions on the topic.  2. Materials and Methods  Firstly, a literature review on the agroclimatic conditions of all the European climatic  regions was performed to understand the suitability of implementing sequential crop‐ ping. Both the current conditions and future prospects of climate change were considered.  The latter included the scenario of rising temperatures, whose agroclimatic impacts were  evaluated by Trnka and Kersebaum [49] for 2030 and 2050. A description of the agrocli‐ matic conditions of all the EU regions including their expected climate changes is pro‐ vided in Section 2.1. The presentation of the expected climate changes was included as  this could facilitate the implementation of sequential cropping in areas where it is cur‐ rently more difficult to apply this practice, allowing us to validate the development of  sequential cropping calendars, especially in the Atlantic and Continental regions. The Bo‐ real region, presented in Section 2.1.4, was consequently excluded from the assessment  because of the unsuitable conditions identified in the area, due to the short growing sea‐ son [50]. The Mountain and Coastal areas shown in Figure 1 were also excluded since the  extensive cultivation of herbaceous crops, which constitute the basis of sequential crop‐ ping, is not possible there. Subsequently, as explained in Section 2.2., exemplary classic  crop rotation calendars were drawn for each region over a period of 4 years, using the  Agri4Cast dataset [51], a well‐documented portal widely used for agricultural research  because of its accuracy and consistency from a spatiotemporal standpoint [52]. Then, ac‐ cording to the most common primary crops used in the classic crop calendars, an inven‐ tory of suitable sequential crops for each region was developed, including specific re‐ gional yields and biogas yields. Suitable sequential cops and their related yields inserted  into the inventory were based on the published literature and on consultations with expert  agronomists and experts in the biogas sector in each climate region. The papers were se‐ lected according to the country which the data was referring to, corresponding to a spe‐ cific agroclimatic region. Since the literature data on biomass yield were country‐specific,  agronomist and biogas experts from the Italian Biogas Consortium, Fachverband Biogas  and Deutsches Biomasseforschungszentrum recommended values that could be extended    Agronomy 2021, 11, 2102  5  of  20  to each agroclimatic region. Finally, the inventory was used to develop sequential crop  rotation calendars and estimate the biomethane potential of the anaerobic digestion of the  sequential crops in each climate region, as shown in Section 2.3.  Figure 1. Main biogeographical areas in Europe and projected climate change impacts. Reprinted from European Envi‐ ronment Agency (2017) [29].  2.1. European Climate Regions  The  climatic  regions  initially  considered  are  equivalent  to  the  climatic  zoning  re‐ ported by the DLO [53], the European Environment Agency [29,54] as well as Trnka and  Kersebaum [49], which identified four main agroclimatic regions in Europe: Mediterra‐ nean, Atlantic, Central European (Continental) and Boreal. The climatic regions and their  differences in terms of responses to climate change are shown in Figure 1. There is high  variability in climatic conditions, soils and land use across the European continent, which  also has a significant impact on the regions’ ability to respond to climate change in agri‐ culture [55,56], thus to the implementation of sequential cropping in the coming decades.  Due  to  climate  change,  a  “Mediterraneization”  process  is  affecting  many  areas  of  the  world [57]. For a large part of Europe, the length of the growing season is determined by  the duration of the period when the temperature exceeds a certain threshold. For many  plant species the duration of the frost‐free season is regarded to be a suitable time for  growth (e.g., for flowering). However, active plant growth necessitates higher tempera‐ tures, between 15 and 25 °C [58], required for the majority of temperate crops, and 5 °C is  considered  as  a  threshold  temperature  [49].  The  growing  season  is  projected  to  begin  sooner in spring and last longer in the autumn as temperatures rise globally. In most of  Europe, there has been a trend of anticipation of the flowering date of winter wheat in the  period 1985–2014 [29]. With the continued increase in temperatures globally, the timing  of the last spring frost is also expected to anticipate by roughly 5–10 days by 2030, and by  10–15 days by 2050 [49]. This has direct consequences on classic crop rotations and on the    Agronomy 2021, 11, 2102  6  of  20  possibility of implementing sequential cropping. Since winter crops can be harvested ear‐ lier in the agricultural year and their crop cycle becomes shorter, the temporal gap avail‐ able to grow a sequential crop will tend to increase. The solutions that enable the imple‐ mentation of this practice vary among climate regions depending on their characteristics,  and will change over time as temperatures rise.  2.1.1. Mediterranean Region  The Mediterranean climatic region includes Central and Southern Spain, Portugal,  Southern France, Italy, Greece and Albania [54]. Its climate is characterized by dry sum‐ mers with drought periods and a high summer temperature (average of 21 °C) [59]. Win‐ ters are often moderate and humid, with an average temperature of 6 °C. Rainfall is lim‐ ited to the winter months and is spread irregularly (with storms) during the autumn, win‐ ter and spring, ranging from 300 to 500 mm, although there are also areas that can reach  700 mm (e.g., the Po Valley) [53,60]. Precipitation is a crucial variable in the Mediterranean  area since its future decline might impact human activities, and it could lead to more fre‐ quent droughts worsened by rising temperatures [61,62]. With rising temperatures, the  suitability of soil for harvest as well as sowing is expected to increase in the early spring  and fall. As a result of the spring droughts, the late‐spring sowing window will become  unreliable, making sowing and other tilling operations difficult [56]. Moreover, climate  change is expected to reduce the total sum of effective global radiation and increase the  fraction of dry days in the early growing season [63].  2.1.2. Continental Region  The Continental climatic region includes Germany, Luxembourg, Denmark, Poland,  Austria, Switzerland, Czechia, Slovakia, Hungary, Romania, Bulgaria and the Balkan area  [54]. In the winter, temperatures often range from −1 to −5 °C [53]. Several months of per‐ sistent freezing and snow can also characterize the winter months. The summer months  are hot and often dry, with an average temperature of 16 °C [64]. The average rainfall  usually does not exceed more than 600 mm/year [65]. Precipitation occurs all year, though  it is mostly in the form of snow in the winter [53]. Climate change is predicted not to have  a significant impact on the effective global radiation sum and number of effective growth  days; however, the sowing window in early spring should become longer (on average)  and more steady [49].  2.1.3. Atlantic Region  The Atlantic region includes Central and Northern France, Ireland, the UK, Belgium  and  the  Netherlands  [54].  During  the  winter,  the  relatively  warm  temperature  of  the  coastal seas and neighboring Atlantic Ocean has a significant impact on this region [66].  In general, the temperature differences between winter and summer are limited. Summer  averages between 15 and 20 °C, while winter averages between 1 and 7 °C [53]. Rainfall  occurs throughout the year, with slight peaks in the autumn and winter. Nonetheless, it  differs greatly from one location to the other [67]. Rainfall is substantially high (> 3000  mm/year) in western hilly regions [53]. Precipitation can be relatively high in the winter  in the most southern section of the Atlantic climate area, but there is very little frost and  snow  [68]. When  compared  to  other European  locations, the  high  number  of effective  growing days and, to a lesser degree, the effective global radiation levels result in high  yields of major field crops [55]. With climate change, the amount of effective global radi‐ ation is unlikely to vary much, but the number of dry days is likely to rise [49].       Agronomy 2021, 11, 2102  7  of  20  2.1.4. Boreal Region  The Boreal region includes Norway, Sweden, Finland, Estonia, Latvia and Lithuania  [54]. In this area, the average temperature is around 15 °C [53]. Except in hilly areas, rain‐ fall is relatively modest, rarely exceeding 500 mm per year on average [67]. The majority  of the rainfall is in the late summer, but under the current climate circumstances, the num‐ ber of effective growing days is low [53]. Currently, only the late‐spring sowing window  is being employed, and most sowing takes place far into the summer. This is due to wet  soils that must dry before heavy machinery can plant, low temperatures that slow germi‐ nation and a higher danger of night frosts, making early sowing economically risky [69].  As a result, yields in this region are generally much lower than in other European regions  [70], and it has been evaluated that its agricultural potential will remain comparatively  low, even in a scenario of 5 °C climate change [49].  2.2. Cropping Rotations and Sequential Crops Inventory  The primary crops considered for developing the crop rotation calendars and calcu‐ lating the biomethane potential are shown in Table 1.  Table 1. Surface area of primary crops, Eurostat [71].  Surface 0.000 Ha  Crop Type/Land Use  EU‐28  Mediterranean  Atlantic  Continental  Boreal  Arable land  105,020.5  22,227.5  26,601.5  52,010.8  9674.9  Irrigated land  15,689.3  9651.4  3711  2120.5  164.5  Irrigated land   15%  43%  14%  4%  2%  (% arable land)  Cereals  55,437  10,280.1  12,892  30,724.9  4396.3  Wheat  25,499.4  4382  7347.1  12,887.7  1894  Barley  12,282.8  2985.1  3169.3  5070.6  1396.6  Triticale  2610.5  261.7  300.1  2015.2  82  Maize  8259.5  1164.5  1501  6816.9  14.5  Sorghum  147.8  48.2  60.8  38.6  ‐  Grain pulses/proteins  2365.6  747.6  500.8  810.9  363.4  Potatoes  1702.8  161.2  605.7  955.6  88.8  Sugarbeet  1735.6  71.8  747.9  927.3  55  Rapeseed  6900.6  96.4  2223.5  4102.4  553.8  Soybean  955.4  328.9  154.4  677.3  1.9  Green maize  6355.9  681.6  2037.4  3694.9  81.6  Sunflower  4025.6  887.5  552.8  2832.9  ‐   Total primary crops  88,324.7  13,255.3  19,715.6  44,726.1  5541.9  The data on the surface area of the crops were retrieved from Eurostat [71], aggregat‐ ing the total land use of each crop in the countries belonging to different EU climate re‐ gions. The crop calendars regularly adopted in each EU climate region were developed  using the Agri4Cast dataset [51]. Its Crop Calendar portal [51] holds the option of building  maize and winter crop calendars for different countries, considered as food crops. It re‐ ports the crop calendars in the EU at the national level for winter wheat (soft and durum),  grains, maize and rice. The calendars developed for the EU climate regions are reported  in Figure 2, considering crop rotations over a period of four agricultural years (from No‐ vember to October of the following year) and describing how farmers are currently alter‐ nating crops between winter and spring.    Agronomy 2021, 11, 2102  8  of  20  In Figure 2, the periods in which each crop is cultivated is differentiated with three  colors, corresponding to the vegetative season when the plant is sown (Seeding—early  vegetative), grows (Growing) and finally harvested (Ripening—Harvest).  For the Atlantic and Continental regions, among the winter crops, rapeseed was con‐ sidered as an alternative to wheat and barley [72]. As for spring crops in these two areas,  maize, potato, sugar beet and soya were considered [71]. In the Mediterranean region  (North), the spring crops considered were maize and sorghum [17]. For each region, there  are temporal ranges in which no crops are grown and the soil is left to rest in preparation  for the next crop, and their duration varies according to the region [51]. From these gaps,  for each specific climate region suitable sequential crops to incorporate into the defined  time frames were defined using the available literature reported in Table 2 and consulta‐ tions with expert agronomists. In general, the gaps represented in the classic crop rotation  calendars could be windows for the sequential crops proposed, which must then be cho‐ sen  in  accordance  with  the  local  agronomic  characteristics.  The  inventory  of  suitable  crops, their yield and their biogas yield are shown in Table 2. The crops included in Table  2 were subsequently used for developing the sequential cropping calendars shown in Fig‐ ure 3 and for calculating the biomethane potential derived from using the sequential crops  for biogas production in each region.  Table 2. Sequential crop inventory.  Mediterranean (North and South)  Average Biomass  1,2 Biogas Yield    References for Biomass  Sequential Crop  Yield  (m /t DM)  Yield  (T DM/ha)  Maize  16.5  620  [73]  Triticale  13.5  570  [74]  Barley  11  570  [74]  Sorghum  13.5  570  [17]  Legume cover crops  8.5  510  [75]  Atlantic  Sorghum  7  570  [76,77]  Maize  14  620  [77]  Oats  7.6  570  [77]  Triticale  9.3  570  [77]  Barley   4.5  570  [77]  Continental  Maize  14  620  [78]  Green rye (early harvest)  6.5  570  [79]  Sorghum  10  570  [78,80]  Ryegrass  9  570  [78,80]   Based on Murphy et al. [81] and on CRPA [74] for triticale and barley. Following Murphy et al. [81], the biogas yield in  3 2 m /t DM were calculated assuming 90% VS content.   The biomethane yield considered was 52% [82].    Agronomy 2021, 11, 2102  9  of  20  Figure 2. Classic calendar crop (Agri4Cast data). The periods in which each crop is cultivated is differentiated with the  three colors.  Figure 3. Sequential cropping calendars.  2.3. Biomethane Potential Calculation  The biomethane potential was calculated for two different scenarios, Conservative and  Maximum scenarios, as shown in Table 3.  Table 3. Percentages of land dedicated to sequential cropping in Conservative_Scenario and Maximum_Scenario and corre‐ sponding hectares.  Conservative_Scenario  Conservative_Scenario  Maximum_Scenario    % Summer Crops—Maize,  (20% of Primary Crop  (80% of Primary Crop  Sorghum, Soybean, Sun‐ Land)  Land)  flower and Green Maize  Ha  Ha  23%  2651,058  10,604,232  Mediterranean  22%  3943,126  15,772,504  Atlantic  31%  8945,212  35,780,848  Continental  ≈20%     The criteria used to define the two different scenarios are explained below:   The  Conservative_Scenario  was  considered  to  investigate  practically  feasible  condi‐ tions under which sequential cropping could be applied. In this scenario, the land consid‐ ered suitable for sequential cropping was estimated for each EU climate region as the per‐ centage of specific summer crops (maize, sorghum, soybean, sunflower and green maize)  over the total primary crop land in each region.    Agronomy 2021, 11, 2102  10  of  20  The final percentage chosen for all regions to estimate the land suitable for sequential  cropping was 20% of primary crop land, as a conservatively rounded average of the per‐ centages found in each region, as shown in Table 3. The specific summer primary crops  considered for the calculation of the percentage were chosen according to the following  criteria that allow the scenario to be considered as a realistic one:  (1) Account for the water limitation in the Mediterranean region, selecting irrigated  land for summer primary crops which allows the use of that portion of irrigated land to  be excluded for sequential crops. In this way, the hectares dedicated to sequential crop‐ ping in the Mediterranean region would only account for 30% of the total irrigated land.  In the other two regions the hectares considered exceed the hectares of irrigated land, due  to the fact that the higher rainfall lessens the issue of water availability. However, in these  areas the limiting factors to sequential cropping are temperature and solar radiation af‐ fecting the length of growing seasons. In fact, with low temperatures, the productive cap‐ ture of light energy via the photochemical reactions of photosynthesis declines [83]. Solar  radiation is one of the most important factors that influences crop development, bringing  energy to the metabolic process of the plants, and the amount of dry matter produced is  linearly related to the amount of solar radiation intercepted by the crop [84]. The problems  related to low temperatures and solar radiation in the Atlantic and Continental regions  have been addressed in the development of the crop rotation calendars, as explained in  Section 3.1.  (2) Take into account only primary crops on which the practice of sequential cropping  is most established and commonly practiced.  (3) Consider a number of hectares suitable for sequential cropping smaller than the  total summer crop area for each of the EU regions. Since the area dedicated to summer  crops is irrigated land, the area that is left available could still be used for the cultivation  of both summer and winter crops (according to regional conditions) without the need of  additional irrigation.  The Maximum_Scenario was developed to estimate a theoretical maximum potential  that would derive from the application of sequential cropping in EU. It considers 80% of  the primary crop land as dedicated to sequential cropping, excluding marginal and small  fields.  In these two scenarios, the biomethane potential for each region was calculated as  follows:  First, for both scenarios and for the different regions, the biogas yield (m /ha) was  estimated for summer and winter sequential crops, respectively, taking into account the  total average yield (t DM/ha) and biogas yield (m /t DM). Then, the suitable land for sum‐ mer and winter sequential crops was estimated. In the Conservative_Scenario, it was calcu‐ lated considering the same probability for summer and winter crops to be cultivated on  the total suitable land (50% of total suitable land in both cases), as in practice it is not  possible to state a priori that irrigated land will not be used for winter crops. In the Maxi‐ mum_Scenario, first the suitable land for winter sequential crops was estimated as the total  land dedicated to primary summer crops in each region, the latter being the maximum  expansion for winter sequential crops. Subsequently, the suitable land for sequential sum‐ mer crops resulted as the difference between the total suitable land and the land for winter  sequential crops. Finally, the biomethane potential for each region was derived, consider‐ ing biomethane as 52% of biogas content [82–84].  3. Results and Discussion  3.1. Sequential Crop Calendars  The sequential crop calendars developed are shown in Figure 3, where the blue bars  represent primary crops used for food and feed, and green bars are energy crops. The  sequential crops inventoried in Table 2 were placed in the fallow period identified in Fig‐ ure 2. As is possible to observe, winter cereal harvest or sowing is anticipated in all the    Agronomy 2021, 11, 2102  11  of  20  different EU regions, since the product is silage that is harvested earlier than complete  maturation for grain production. In the Mediterranean regions, the harvest of winter ce‐ reals is anticipated from June to May, in the Atlantic region the sowing date is anticipated  from October to September and in the Continental region the harvest date is anticipated  from August to July [29,49]. Spring crops also have shorter cycles (from seeding to har‐ vesting) from a maximum of 8 to a minimum of 5 months of cultivation in the Mediterra‐ nean region [85] and from a maximum of 7 to a minimum of 6/5 months of cultivation in  the Atlantic and Continental regions [29]. This allows the sequential crop to be cultivated  already in June in the case of the Mediterranean region (North), July in the Atlantic region  and in September in the Continental region. It is important to note that the cropping cal‐ endars developed are exemplary for the regions they represent. Within each climatic re‐ gion, different areas will have different principal crops.  In  the  Mediterranean  region,  where  sequential  cropping  has  been  widely  imple‐ mented through the BDR™ concept, the temporal gaps for the addition of sequential crops  are already defined since timings and climatic conditions allow for manageable cycles,  and the winter crops can be harvested already in May [17]. At higher latitudes, as in the  Atlantic and Continental areas, the winter crop cycles are longer and winter cereals are  harvested in June or July. Hence, it becomes more difficult to add a sequential crop within  the agricultural year [51]. The authors of this research determined that the solutions in the  Atlantic and the Continental areas can be double: the first one is to cultivate three crops  in two years and the second one is intercropping, as shown in Figure 3 in the second al‐ ternative crop calendar for the Continental area. At the end of the second agricultural year,  ryegrass is undersown to the spring primary crop to anticipate the cycle. Both these solu‐ tions require farmers to acquire additional agronomic knowledge and practical help to be  able to adapt their traditional crop calendars and choose appropriate sequential crops that  can be suitable for local conditions. In the last four–five decades, the use of sequential  crops has mainly been focused on soil protection only (cover crops) rather than on the  simultaneous production of additional biomass [86]. Additionally, the use of sequential  crops for ruminant nutrition has phased out during the 1960s because of the shift from  grazing to stabling systems and, for these reasons, until recently there has been little at‐ tention on ensuring high biomass yields of sequential crops [87]. Hence, there are several  management improvements that are still possible to be applied to generate higher crop  yields in sequential cropping systems. For example, a difference of 2–3 tons DM/year of  yield could be achieved by the pre‐swelling of the sequential crops (intercropping) or by  quick seeding directly after the harvest of the winter cereal [87]. This could strongly en‐ hance the yield, especially under water limitation conditions as the immediate seeding  after harvest reduces the loss of soil moisture. Moreover, the anticipation of the seedling  time in summer of even one day would make a difference in terms of solar radiation, al‐ lowing for higher yields [88].  The arrangement of the cropping calendars and the choice of the final use of the crops  is very complex and dynamic during the year. For instance, if in winter wheat is cultivated  with the aim of using it as food crop, in March–April the market for seeds might not be  convenient anymore, or the quality of the crop might not be excellent. Thus, the farmer  could choose to use the crop as fodder, anticipating the harvest, shortening the cycle and  making room for a sequential crop. Therefore, the sequential cropping rotations devel‐ oped can be interpreted as a general scheme whose boundaries are fixed by classic crop  rotations, and according to local environmental and economic conditions they can be ad‐ justed by choosing the sequential crops that are suitable for the area.  Growing a second crop may require more resources such as labor, water, energy,  agro‐chemicals or all the above. However, as observed by Waha et al. [19], these problems  are not specific to sequential cropping systems but to intensively managed systems when  incentives to overuse fertilizer, pesticides and water are high. In BDR™ systems, these  aspects are intentionally minimized through the use of second crops that can enhance  ecosystem services, while producing biomethane and digestate used as fertilizer (both the    Agronomy 2021, 11, 2102  12  of  20  solid and liquid fraction), reducing the input of agro‐chemicals and the use of fossil energy  [48].  3.2. Biomethane Potential  The biomethane potential of the different EU regions and the total EU biomethane  potential for each scenario are shown in Table 4.  Table 4. Biomethane potential calculation for different EU climate regions.  Mediterranean  Conservative_Scenario  Maximum_Scenario  Biogas  Suitable Land Considered  Suitable Land Considered for  Yield/Ha  for Sequential Cropping   Sequential Cropping (Ha)  (m /ha)  (Ha) (20% of Primary Crop  (80% of Primary Crop Land)  Land)  2651,058  10,604,232  Suitable primary crop land   (12% of arable land)  (48% of arable land)  Summer sequential  8925  1,325,529  6,512,732  Winter sequential  6050  1,325,529  4,091,500  Biomethane potential (bcm/yr)  9.9  37.9  Atlantic  Conservative_Scenario  Maximum_Scenario  Biogas  Suitable Land Considered  Suitable Land Considered for  Yield/ha  for Sequential Cropping  Sequential Cropping (Ha)  (m /ha)  (Ha) (20% of Primary Crop  (80% of Primary Crop Land)  Land)  3,943,126  15,772,504  Suitable primary crop land   (15% of arable land)  (59% of arable land)  Summer sequential  6248  1,971,563  9,611,604  Winter sequential  4066  1,971,563  6,160,900  Biomethane potential (bcm/yr)  10.2  42.5  Continental  Conservative_Scenario  Maximum_Scenario  Biogas  Suitable Land Considered  Suitable Land Considered for  Yield/ha  for Sequential Cropping   Sequential Cropping (Ha)  (m /ha)  (Ha) (20% of Primary Crop  (80% of Primary Crop Land)  Land)  8,945,212  35,780,848  Suitable primary crop land  (17% of arable land)  (69% of arable land)  Summer Sequential  7140  4,472,606  19,026,448  Winter Sequential  4418  4,472,606  16,754,400  Biomethane potential (bcm/yr)  25.8  104.9  Total biomethane potential (bcm/yr)  45.9  185.4  As is possible to observe, the Continental region shows the highest potential (25.8  bcm/yr and 104.9 bcm/yr in the Conservative and Maximum scenarios, respectively), mainly  due to the higher number of hectares of suitable land for sequential cropping compared  to the other two regions (three times more than the Mediterranean region and double that  of  the  Atlantic  region).  The  Mediterranean  region  registered  the  lowest  potential  (9.9  bcm/yr and 37.9 bcm/yr in the two scenarios), because it had the least primary crop land  considered suitable for sequential cropping. In the Conservative_Scenario, this accounts for  ≈ 2.6 million hectares, corresponding to about 30% of the total irrigated land in the region    Agronomy 2021, 11, 2102  13  of  20  (≈ 9.6 million hectares). Moreover, in the same scenario, the summer sequential crops that  would need irrigation would only require 13% of the irrigated land, while in the Maxi‐ mum_Scenario they would take 67% of it. These conditions allow biomethane potentials  that take into consideration the importance of water limitations in this region to be found,  always leaving part of the irrigated areas available. The Atlantic region presents a similar  potential to the Mediterranean region (10.2 bcm/yr and 42.5 bcm/yr in the two scenarios),  sharing similar extensions for suitable land and also crop distribution, with 70% of the  land for winter crops and 30% for summer crops, as shown in Table 5.  Table 5. Ratios of summer and winter crops on the total primary crop land.  Mediterra‐ Atlantic  Continental  Mediterranean  Atlantic  Continental  nean  Ha  Ha  Ha  % TOT  % TOT  % TOT  Winter primary crops: winter  wheat, barley, triticale and rape‐ 9,163,790  13,554,730  27,971,660  69%  69%  63%  seed  Summer primary crops: sorghum,  sunflower, maize, sugarbeet, soya,  4,091,500  6,160,900  16,754,400  31%  31%  37%  green maize, potatoes and protein       Total  13,255,290  19,715,630  44,726,060  In the Atlantic and Continental regions, the suitable land for sequential cropping in  the two scenarios (Table 4) exceeds the hectares available for irrigated land (Table 1); how‐ ever, this was not considered an issue in the Conservative_Scenario, as water is not the main  constraint to the implementation of the practice there [54]. Temperatures and solar radia‐ tion here can affect the harvest and sowing periods, making time between one crop and  the other the most important factor affecting the feasibility of sequential cropping in these  regions [45]. This constraint is included in the Conservative_Scenario where the percentage  of suitable land arrives to be a maximum of 17% of the arable land (Table 4), excluding  the possibility of implementing sequential cropping in extreme areas of the regions. In  these extreme regions, the sequential crop calendars proposed in Figure 3 might be im‐ possible to implement as solutions due to climatic conditions [49]. Overall, looking at the  percentages of suitable land for sequential cropping over the total arable land in all the  different regions, it was found an average of 15% of suitable land in a Conservative_Sce‐ nario, and that an average of 60% in a Maximum_Scenario could be considered as the upper  limitof suitable land.  Compared  to  the  latest  EU  biomethane  potential  estimate  by  Navigant  [89]  of  41  bcm/yr, the current study found a comparable total biomethane potential in a Conserva‐ tive_Scenario equal to 45.94 bcm/yr, while it was 185.44 bcm/yr in a Maximum_Scenario.  This means that, looking at a wider range of possible crop combinations in sequential  cropping schemes, and considering the possible limitations of the application of the prac‐ tice in different agroclimatic conditions (water availability in the Mediterranean region  and extreme conditions in the Atlantic and Continental regions), the goal set by Navigant  [89] of reaching 41 bcm/yr by 2050 falls within the range of a feasible scenario for Europe.  This goal could also be extended to ≈ 46 bcm/yr, considering the current assessment. Ac‐ cording to this estimate, and taking into account European gas consumption in 2020 of  394 bcm [90], around 11% of this amount could be covered by renewable gas from sequen‐ tial cropping. Additionally, by 2050, the EU’s annual consumption of biogases (biogas and  biomethane) is projected to grow to between 63 bcm and 83 bcm [46], where between 70%  and 55% could potentially be covered by sequential crops.  As done in the Navigant study [89], the biomethane potential calculated assumed  that the yields from the mono‐digestion of feedstocks are the same of the ones in a co‐ digestion  process.  Therefore,  the  possibility  of  increasing  the  yield  via  co‐digestion  of    Agronomy 2021, 11, 2102  14  of  20  feedstocks is not taken into account in our estimate. Considering that BDR™ systems use  the co‐digestion of sequential crops with agricultural and livestock waste, and co‐diges‐ tion can lead to higher yields [91], there is the possibility of achieving higher potentials in  the different regions. However, this aspect was not taken into account, as the extent to  which the yield can be increased depends on the type and ratio of substrates used, which  can vary among farms and countries. Co‐digestion of sequential crops with other sub‐ strates  available  on‐farm  in  BDR™  systems  not  only  contributes  to  better  biomethane  yields, but also to a higher potential use of digestate as a soil amendment, due to better  nutrient levels and availability [92]. Furthermore, a tighter organization of crop schemes  within the agricultural year can also lead to more efficient use of the resources available  and drive agricultural innovation.  3.3. Sequential Cropping in Combination with BDR Principles in Europe: Open Questions to  Research  3.3.1. Carbon Sequestration and Soil Quality Enhancement  In addition to the benefit of sequential cropping of producing biomethane with no  ILUC  risks,  diversifying  crop  rotations  can  increase  annual  carbon  inputs,  leading  to  higher soil carbon stocks compared to high‐fallow‐frequency systems [93]. Moreover, be‐ sides the adaptation of cropping calendars to produce more biogas feedstocks, BDR™  systems combine sequential cropping and its advantages in terms of capturing nutrients,  enhancing soil fertility and reducing erosion, with a circular management of all the re‐ sources used and produced at the farm level, such as the continuous restitution of organic  matter to the soil through the digestate, and with practices derived from conservation  agriculture—such as minimum tillage, strip tillage and sod seeding, among others. Over‐ all, the system functions as a biological carbon capture and sequestration (BECCS) process  with positive impacts on climate change mitigation. BDR™ comprises different types of  complementary adaptation strategies for crop production, including crop varieties with  higher residue and root production, while reducing fossil fuel dependence by avoiding  synthetic chemicals, increasing efficiency and using renewable energy [94]. A resulting  increase in soil organic carbon has been registered in different case studies applying the  BDR™ concept in the Mediterranean region. In the case of Bezzi [44], where a farm in the  West Po Valley in Italy was studied, both an increase in organic matter (0.5%) and soil  organic carbon (0.3%) was observed over a period of six productive years (2009–2015). In  the Palazzetto Farm in Cremona, North Italy, a similar increase of 0.5% in soil organic  carbon was registered between 2009 and 2016 on two out of three pilot fields considered  in the study [18]; the substantial increase was linked to the introduction of sequential crop‐ ping. Valli et al. [48] also observed an increase in soil organic carbon (0.2–0.3 t C/ha per  year) for sequential cropping schemes compared to a reference system of maize silage  monocrop, linking such an increase to the addition of digestate and organic matter from  crop residues arising from sequential crops. The return of the digestate to the soil can  stimulate this process while also reducing GHG emissions, as shown by [95], and enhance  agro‐environmental sustainability, especially when using the liquid fraction through fer‐ tigation [73]. Hence, the application of sequential cropping and BDR principles allows  soils to be better adapted to environmental and climate change, insuring farmers against  risk of crop failures in the future [96].  The European Commission is aiming to launch an EU carbon farming initiative by  the end of 2021, offering farmers the possibility to access result‐based payment schemes  for carbon farming (as a reduction in GHG emissions on farms and/or carbon sequestra‐ tion) [97]. This research showed that calendar crops could be adapted to apply sequential  cropping  in  different  agroclimatic  regions  of  Europe.  It  remains  the  case  that  little  is  known on the carbon sequestration effects of combining sequential cropping with BDR™  principles in regions outside of the Mediterranean region, where all existing case studies    Agronomy 2021, 11, 2102  15  of  20  are placed. Further research is needed to investigate if under different agroclimatic con‐ ditions this system can lead to the same benefits, or if additional agricultural management  strategies should be adopted. This could be particularly important at the EU level to give  farmers more tools to implement sustainable practices that contribute to removing CO2  from the atmosphere while being able to economically benefit from it [98].  3.3.2. Avoidance of Emissions from the BDR™ System  In addition to the targets of renewable energy production, the RED II [24] have intro‐ duced sustainability and GHG criteria for bioenergy production from agricultural bio‐ mass, setting limits on the use of high‐ILUC‐risk biomass fuels and requiring producers  of renewable energy from agricultural crops to certify their feedstock as climate friendly.  In a BDR™ system, some of the traditional steps for biogas production are avoided,  resulting in a shortening of the supply chain, hence in a reduction in GHG emissions, as  observed by the study of Valli et al. [48]. In the latter, a lifecycle approach was applied, a  methodology very similar to the emissions calculation approach on which the RED II cri‐ teria are based. From this study, the following lifecycle steps were avoided, and thus their  relative emissions were as well: the production and use of chemical fertilizers, manure  storage and byproduct handling in addition to the use of fossil resources.  The avoidance of emissions from avoided lifecycle steps, the combined application  of sequential cropping for biomethane production with farming practices such as organic  fertilization through the digestate, minimum tillage techniques, and the application of in‐ novative agricultural practices such as high‐efficiency digestate distribution and fertiga‐ tion, are predicted to reduce the emissions of the Italian agricultural sector by 30%, as  shown in the latest Farming For Future report [24,99]. As sequential cropping and BDR™  systems are currently mainly applied in Mediterranean countries, the predicted reduction  in emissions of the agricultural sector in other European countries linked to the imple‐ mentation of these practices is currently missing. Therefore, further research should focus  on understanding, for each country or region, what aspects of BDR™ systems can contrib‐ ute more to emission reductions in specific agroclimatic conditions, and the total emission  reduction that could be achieved.  Finally, it is important to note that the revised RED II [24,99], setting limits on the use  of high‐ILUC‐risk biofuels, bioliquids and biomass fuels, does not recognize the ILUC‐ free potential of multiple cropping practices, such as sequential cropping for biogas pro‐ duction. This type of biogas feedstock production is still not included in the list of feed‐ stocks for advanced biofuels in Annex IX [24,99]. Additional research on the benefits of  sequential cropping biogas production in terms of avoided ILUC emissions could provide  scientific tools to both policy makers and farmers to certify sequential crops as advanced  feedstocks with low ILUC risk.  4. Conclusions  This paper showed that tailored solutions to different agroclimatic conditions in Eu‐ rope can be found in terms of crop management to expand the application of sequential  cropping. Different sequential crops and calendars were proposed according to the re‐ gion, taking into account their specific needs and limitations in terms of the length of  growing seasons. In the Atlantic and Continental regions, where winter crop cycles are  longer than in the Mediterranean region, two different solutions were considered: the cul‐ tivation of three crops in two years and intercropping. Additionally, in order to increase  the yields of sequential crops, pre‐swelling of the sequential crop and quick seeding after  the  harvest  of the  winter cereal  were proposed as solutions.  In the assessment  of  bio‐ methane potential, different biogas yields (m /ha) were considered according to the char‐ acteristics of the region. The biomethane potential found in the Conservative_Scenario ac‐ counts for an additional ≈ 46 bcm/year that could be unlocked by the AD of sequential  crops, and a maximum of 185 bcm/yr when using 60% of arable land. This confirms the    Agronomy 2021, 11, 2102  16  of  20  importance of considering biomethane produced from sequential crops as an essential el‐ ement for renewable gas production and for achieving European decarbonization targets,  which manure, agricultural residues and food waste could not reach alone [89]. The anal‐ ysis also showed that it is possible to produce biomethane from crops in different Euro‐ pean regions without any ILUC effect. Moreover, this study highlighted the additional  benefits that sequential cropping practices can provide when applied in circular systems  such as the BDR™ in Mediterranean case studies, in terms of carbon sequestration and  soil fertility, due to the use of the sequential crops both for energy and digestate applica‐ tion,  and  for  the  combination  with  precision  farming  practices.  Recommendations  in  terms of further research needed to expand the knowledge on the topic at the European  level were provided, including the carbon sequestration effect in different agroclimatic  conditions and emission reductions in the agricultural sector in different countries. In con‐ clusion, this study showed that the application of sequential cropping in BDR™ systems  could be agronomically feasible for at least 15% of arable land in Europe, contributing to  a more sustainable, circular and optimized use of biomass feedstock for the European bi‐ oeconomy.  Author Contributions: Conceptualization, F.M., H.D., M.D., G.B. and L.R.; Methodology, F.M., G.B.  and L.R.; Software, not applicable.; Validation, H.D., E.M. and S.S.; Formal Analysis, F.M. and G.B.;  Investigation, F.M.; Resources, F.M. and M.D.; Data Curation, F.M. and G.B.; Writing—F.M.; Writ‐ ing—Review and Editing, F.M; Visualization, F.M.; Supervision, H.D., E.M. and S.S.; Project Ad‐ ministration, F.M., H.D., M.D. and E.M.; Funding Acquisition, E.M. and S.S. All authors have read  and agreed to the published version of the manuscript.  Funding: This research was funded by the European Union’s Horizon 2020 research and innovation  program AgRefine, under the Marie Skłodowska‐Curie grant agreement (no. 860477).  Institutional Review Board Statement: Not applicable.  Informed Consent Statement: Not applicable.  Data Availability Statement: Data are contained within the article.  Acknowledgments: The authors acknowledge the support provided by Fachverband Biogas and  Deutsches Biomasseforschungszentrum.  Conflicts of Interest: The authors declare no conflict of interest.  References  1. Agovino, M.; Casaccia, M.; Ciommi, M.; Ferrara, M. Agriculture , Climate Change and Sustainability: The Case of EU‐28. Ecol.  Indic. 2019, 105, 525–543. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2018.04.064.  2. Aydinalp, C.; Cresser, M.S. The Effects of Global Climate Change on Agriculture. Eurasian J. Agric. Environ. Sci. 2008, 3, 672–676.  3. Tilman, D.; Cassman, K.G.; Matson, P.A.; Naylor, R.; Polasky, S. Agricultural Sustainability and Intensive Production Practices.  Nature 2002, 418, 671–677.  4. Bastos Lima, M.G. The Politics of Bioeconomy and Sustainability: Lessons from Biofuel Governance, Policies and Production Strategies in  the Emerging World; Springer Nature: Stockholm, Sweden, 2021; ISBN 9783030668365.  5. Wollenberg, E.; Richards, M.; Smith, P.; Havlíc, P.; Obersteiner, M.; Tubiello, F.; Herold, M.; Gerber, P.J.; Carter, S.; Reisinger,  A.;  et  al.  Reducing  Emissions  from  Agriculture  to  Meet  the  2  °C  Target.  Glob.  Chang.  Biol.  2016,  3859–3864.  https://doi.org/10.1111/gcb.13340.  6. European  Commission.  The  European  Green  Deal.  Available  online:  https://eur‐lex.europa.eu/legal‐ content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A52019DC0640 (accessed on 9 July 2021).  7. European Commission. A Sustainable Bioeconomy for Europe: Strengthening the Connection between Economy, Society and  the  Environment  Updated  Bioeconomy  Strategy.  Available  online:  https://eur‐lex.europa.eu/legal‐ content/en/ALL/?uri=CELEX%3A52018DC0673 (accessed on 25 June 2021).  8. European Commission. A Greener and Fairer CAP. Available online: https://ec.europa.eu/info/sites/default/files/food‐farming‐ fisheries/key_policies/documents/factsheet‐newcap‐environment‐fairness_en.pdf (accessed on 9 August 2021).  9. Muscat, A.; de Olde, E.M.; de Boer, I.J.M. The Battle for Biomass : A Systematic Review of Food‐Feed‐Fuel Competition. Glob.  Food Secur. 2020, 25, 100330. https://doi.org/10.1016/j.gfs.2019.100330.  10. Thompson,  P.B.  The  Agricultural  Ethics  of  Biofuels:  The  Food  vs.  Fuel  Debate.  Agriculture  2012,  20,  339.  https://doi.org/10.3390/agriculture2040339.    Agronomy 2021, 11, 2102  17  of  20  11. Dauber, J.; Brown, C.; Fernando, A.L.; Finnan, J.; Krasuska, E.; Ponitka, J.; Styles, D.; Thrän, D.; van Groenigen, K.J.; Weih, M.;  et  al.  Bioenergy  from  “Surplus”  Land:  Environmental  and  Socio‐Economic  Implications.  BioRisk  2012,  50,  5–50.  https://doi.org/10.3897/biorisk.7.3036.  12. European  Network  for  Rural  Development.  European  Rural  Bioeconomy:  Policy  and  Tools.  Available  online:  https://enrd.ec.europa.eu/sites/default/files/enrd_publications/bioeconomy‐briefing_1_policy‐and‐tools.pdf  (accessed  on  1  October 2021).  13. de Pedro, L.; Perera‐Fernández, L.G.; López‐Gallego, E.; Pérez‐Marcos, M.; Sanchez, J.A. The Effect of Cover Crops on the  Biodiversity  and  Abundance  of  Ground‐Dwelling  Arthropods  in  a  Mediterranean  Pear  Orchard.  Agronomy  2020,  10,  580.  https://doi.org/10.3390/agronomy10040580.  14. Blanchart, E.; Villenave, C.; Viallatoux, A.; Barthès, B.; Girardin, C.; Azontonde, A.; Feller, C. Long‐Term Effect of a Legume  Cover Crop (Mucuna Pruriens Var. Utilis) on the Communities of Soil Macrofauna and Nematofauna, under Maize Cultivation,  in Southern Benin. Eur. J. Soil Biol. 2006, 42. https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2006.07.018.  15. Elhakeem, A.; van der Werf, W.; Ajal, J.; Lucà, D.; Claus, S.; Vico, R.A.; Bastiaans, L. Cover Crop Mixtures Result in a Positive  Net  Biodiversity  Effect  Irrespective  of  Seeding  Configuration.  Agric.  Ecosyst.  Environ.  2019,  285.  https://doi.org/10.1016/j.agee.2019.106627.  16. Dale, B.E.; Bozzetto, S.; Couturier, C.; Fabbri, C.; Hilbert, J.A.; Ong, R.; Richard, T.; Rossi, L.; Thelen, K.D.; Woods, J. The Potential  for Expanding Sustainable Biogas Production and Some Possible Impacts in Specific Countries. Biofuels Bioprod. Biorefin. 2020,  14, 1335–1347. https://doi.org/10.1002/bbb.2134.  17. Selvaggi, R.; Valenti, F.; Pappalardo, G.; Rossi, L.; Bozzetto, S.; Pecorino, B.; Dale, B.E. Sequential Crops for Food, Energy, and  Economic  Development  in  Rural  Areas:  The  Case  of  Sicily.  Biofuels  Bioprod.  Biorefin.  2018,  12,  22–28.  https://doi.org/10.1002/bbb.1844.  18. Peters, D.; Zabeti, M.; Kühner, A.K.; Spöttle M.; van der Werf, W.; Stomph, J. Assessing the Case for Sequential Cropping to  Produce Low ILUC Risk Biomethane—Final Report. Available online: https://edepot.wur.nl/406739 (accessed on 8 August 2021).  19. Waha, K.; Dietrich, J.P.; Portmann, F.T.; Siebert, S.; Thornton, P.K.; Bondeau, A.; Herrero, M. Multiple Cropping Systems of the  World  and  the  Potential  for  Increasing  Cropping  Intensity.  Glob.  Environ.  Chang.  2020,  64,  102131.  https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2020.102131.  20. European Biogas Association. Biogas: A Powerful and Safe Enabler of Decarbonisation & Complementing the Zero‐Pollution Ambition  of  the  Green  Deal;  Brussels,  Belgium,  2020.  Available  online:  https://www.europeanbiogas.eu/wp‐ content/uploads/2020/05/FINAL‐position‐paper_agriculture.pdf (accessed on 15 August 2021)  21. Sammy,  A.;  Takriti,  E.;  Malins,  C.;  Searle,  S.  Understanding  Options  for  ILUC  Mitigation.  Available  online:  https://theicct.org/publications/understanding‐options‐iluc‐mitigation (accessed on 1 July 2021).  22. European Parliament Directive (EU). 2015/ 1513 of the European Parliament and of the Council. Available online: https://eur‐ lex.europa.eu/legal‐content/EN/TXT/?uri=celex%3A32015L1513 (accessed on 6 August 2021).  23. Hlaváček, M.; Decerle, J. ANNEX I: Impact, Result and Output Indicators Pursuant to Article 7; 2020; Volume 200.  24. European Parliament Directive (EU). 2018/2001 of the European Parliament and of the Council on the Promotion of the Use of  Energy  from  Renewable  Sources.  Off.  J.  Eur.  Union  2018,  2018,  82–209.  Available  at:  https://eur‐lex.europa.eu/legal‐ content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A32018L2001 (accessed on 26 June 2021).  25. Altieri, M.A.; Nicholls, C.I.; Henao, A.; Lana, M.A. Agroecology and the Design of Climate Change‐Resilient Farming Systems.  Agron. Sustain. Dev. 2015, 35, 869–890. https://doi.org/10.1007/s13593‐015‐0285‐2.  26. Dale,  B.E.;  Sibilla,  F.;  Fabbri,  C.;  Pezzaglia,  M.;  Pecorino,  B.;  Veggia,  E.;  Baronchelli,  A.;  Gattoni,  P.;  Bozzetto,  S.  TM Biogasdoneright :  An  Innovative  New  System  Is  Commercialized  in  Italy.  Biofuels  Bioprod.  Biorefin.  2016,  10,  341–345.  https://doi.org/10.1002/bbb.1671.  27. Andrews, D.J.; Kassam, A.H. The Importance of Multiple Cropping in Increasing World Food Supplies. Mult. Crop. 1976, 27, 1– 10.  28. Petrie, C.A.; Singh, R.N.; Bates, J.; Dixit, Y.; French, C.A.I.; Hodell, D.A.; Jones, P.J.; Lancelotti, C.; Lynam, F.; Neogi, S.; et al.  Adaptation to Variable Environments, Resilience to Climate Change. Curr. Anthropol. 2017, 58. https://doi.org/10.1086/690112.  29. European  Environment  Agency.  Climate  Change,  Impacts  and  Vulnerability  in  Europe.  2016.  Available  online:  https://www.eea.europa.eu/publications/climate‐change‐impacts‐and‐vulnerability‐2016 (accessed on 2 June 2021).  30. Gaba, S.; Lescourret, F.; Boudsocq, S.; Enjalbert, J.; Hinsinger, P.; Journet, E.P.; Navas, M.L.; Wery, J.; Louarn, G.; Malézieux, E.;  et  al.  Multiple  Cropping  Systems  as  Drivers  for  Providing  Multiple  Ecosystem  Services:  From  Concepts  to  Design.  Agron.  Sustain. Dev. 2015, 35, 607–623. https://doi.org/10.1007/s13593‐014‐0272‐z.  31. Azam‐Ali,  S.N.  Multicropping.  Encyclopedia  of  Applied  Plant  Science.  In  Production  Systems  and  Agronomy;  Elsevier:  Amsterdam, The Netherlands, 2003; pp. 978–984. https://doi.org/10.1016/B0‐12‐227050‐9/00041‐7.  32. Francis, C.A.; Porter, P. Multicropping. Encycl. Appl. Plant Sci. 2016, 3, 29–33. https://doi.org/10.1016/B978‐0‐12‐394807‐6.00024‐ 1.  33. FAO, The Future of Food and Agriculture—Trends and Challenges; FAO: Rome, Italy, 2017.  34. Tilman, D. Global Environmental Impacts of Agricultural Expansion: The Need for Sustainable and Efficient Practices. Proc.  Natl. Acad. Sci. USA 1999, 96, 5995–6000. https://doi.org/10.1073/pnas.96.11.5995.    Agronomy 2021, 11, 2102  18  of  20  35. Chaplin‐Kramer, R.; Sharp, R.P.; Mandle, L.; Sim, S.; Johnson, J.; Butnar, I.; Milà I Canals, L.; Eichelberger, B.A.; Ramler, I.;  Mueller, C.; et al. Spatial Patterns of Agricultural Expansion Determine Impacts on Biodiversity and Carbon Storage. Proc. Natl.  Acad. Sci. USA 2015, 112, 7402–7407. https://doi.org/10.1073/pnas.1406485112.  36. Laurance, W.F.; Sayer, J.; Cassman, K.G. Agricultural Expansion and Its Impacts on Tropical Nature. Trends Ecol. Evol. 2014, 29,  107–116. https://doi.org/10.1016/j.tree.2013.12.001.  37. Skinner, J.A.; Lewis, K.A.; Bardon, K.S.; Tucker, P.; Catt, J.A.; Chambers, B.J. An Overview of the Environmental Impact of  Agriculture in the U.K. J. Environ. Manag. 1997, 50, 111–128. https://doi.org/10.1006/jema.1996.0103.  38. Tripathi, S.; Srivastava, P.; Devi, R.S.; Bhadouria, R. Influence of Synthetic Fertilizers and Pesticides on Soil Health and Soil  Microbiology. Agrochem. Detect. Treat. Remediat. 2020, 25–54. https://doi.org/10.1016/b978‐0‐08‐103017‐2.00002‐7.  39. Cheo, A.E.; Tapiwa, K.A. SDG 2—Zero Hunger: Food Security, Improved Nutrition and Sustainable Agriculture; Emerald Publishing  Editing: Bingley, UK, 2021.  40. Romaniuk, W.; Mazur, K.; Borek, K.; Borusiewicz, A.; Wardal, W.J.; Tabor, S.; Kuboń, M. Biomass Energy Technologies from  Innovative Dairy Farming Systems. Processes 2021, 9, 335. https://doi.org/10.3390/pr9020335.  41. Valenti, F.; Porto, S.M.C.; Selvaggi, R.; Pecorino, B. Evaluation of Biomethane Potential from By‐Products and Agricultural  Residues Co‐Digestion in Southern Italy. J. Environ. Manag. 2018, 223, 834–840. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.06.098.  42. Feyereisen, G.W.; Camargo, G.G.T.; Baxter, R.E.; Baker, J.M.; Richard, T.L. Cellulosic Biofuel Potential of a Winter Rye Double  Crop across the U.S. Corn–Soybean Belt. Agron. J. 2013, 105, 631–642. https://doi.org/10.2134/agronj2012.0282.  43. Tang, K.; Kragt, M.E.; Hailu, A.; Ma, C. Carbon Farming Economics : What Have We Learned ? J. Environ. Manag. 2016, 172, 49– 57. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2016.02.008.  44. Bezzi, G. Biogasdoneright  Model: Soil Carbon Sequestration and Efficiency in Agriculture. In Proceedings of the 24th European  Biomass Conference and Exhibition, Amsterdam, The Netherlands, 6–9 June 2016; pp. 4–7.  45. Arec  Les  Cultures  Intermédiaires  à  Vocation  Énergétique  (CIVE).  Available  online:  https://www.arec‐ idf.fr/fileadmin/DataStorageKit/AREC/Methanisation/_Presentation_CIVE.pdf (accessed on 1 July 2021).  46. European  Commission.  EU  Strategy  to  Reduce  Methane  Emissions.  Available  online:  https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/eu_methane_strategy.pdf (accessed on 6 October 2021).  47. van Melle, T.; Peters, D.; Cherkasky, J.; Wessels, R.; Mir, G.R.; Hofsteenge, W. Gas for Climate: How Gas Can Help to Achieve  the  Paris  Agreement  Target  in  an  Affordable  Way.  Available  online:  https://gasforclimate2050.eu/wp‐ content/uploads/2020/03/Ecofys‐Gas‐for‐Climate‐Report‐Study‐March18.pdf (accessed on 19 July 2021).  48. Valli, L.; Ricerche, C.; Animali, P.; Crpa, S.; Emilia, R.; Dale, B.E.; Kim, S.; Ong, R.G.; Engineering, C. Greenhouse Gas Emissions  TM of Electricity and Biomethane Produced Using the Biogasdoneright  System: Four Case Studies from Italy. Biofuels, Bioprod.  Bioref 2017, 39, 847–860. https://doi.org/10.1002/bbb.  49. Trnka, M.; Kersebaum, K.C. Agroclimatic Conditions in Europe under Climate Change Agroclimatic Conditions in Europe  under Climate Change. Glob. Chang. Biol. 2011, 17, 2298–2318. https://doi.org/10.1111/j.1365‐2486.2011.02396.x.  50. Prade, T.; Björnsson, L.; Lantz, M.; Ahlgren, S.; Prade, T. Can Domestic Production of ILUC‐Free Feedstock from Arable Land  Supply Sweden ’ s Future Demand for Biofuels ? Supply Sweden ’ s Future Demand for Biofuels ? J. Land Use Sci. 2017, 12, 407– 441. https://doi.org/10.1080/1747423X.2017.1398280.  51. European Commission. Agri4Cast Resource Portal. Available online: https://agri4cast.jrc.ec.europa.eu/dataportal/ (accessed on  1 August 2021).  52. Charalampopoulos, I.; Polychroni, I.; Psomiadis, E.; Nastos, P. Spatiotemporal Estimation of the Olive and Vine Cultivations’  Growing Degree Days in the Balkans Region. Atmosphere 2021, 12, 148. https://doi.org/10.3390/atmos12020148.  53. DLO—Alterra Wageningen UR; DLO—Plant Research Internarional Wageningen UR; NEIKER, D.S.; Institute of Agricultural  and Environmental Engineering (JTI), U. Review and Further Differentiation of Pedo‐Climatic Zones in Europe; 2011. Available online:  https://publications.europa.eu/resource/cellar/e1d06bc3‐58c4‐43a3‐b2bc‐6ad6d53d7953.0001.01/DOC_1 (accessed on 1 October  2021).  54. Jacobs, C.; Berglund, M.; Kurnik, B.; Dworak, T.; Marras, S.; Mereu, V.; Michetti, M. Climate Change Adaptation in the Agriculture  Sector in Europe (4/2019); EEA Report; European Environment Agency: Copenhagen, Denmark 2019; p. 112.  55. Olesen, J.E.; Trnka, M.; Kersebaum, K.C.; Skjelvåg, A.O.; Seguin, B.; Peltonen‐sainio, P.; Rossi, F.; Kozyra, J.; Micale, F. Impacts  and  Adaptation  of  European  Crop  Production  Systems  to  Climate  Change.  Eur.  J.  Agron.  2011,  34,  96–112.  https://doi.org/10.1016/j.eja.2010.11.003.  56. Olesen, J.E.; Trnka, M.; Ewert, F.; Siebert, S.; Brisson, N.; Eitzinger, J.; Asselt, E.D. van; Oberforster, M. Changes in Time of  Sowing, Flowering and Maturity of Cereals in Europe under Climate Change. Food Addit. Contam. Part A Chem. Anal. Control  Expo. Risk Assess. 2012, 29,1527–1542. https://doi.org/10.1080/19440049.2012.712060.  57. Hernández, L.; Sánchez de Dios, R.; Montes, F.; Sainz‐Ollero, H.; Cañellas, I. Exploring Range Shifts of Contrasting Tree Species  across a Bioclimatic Transition Zone. Eur. J. For. Res. 2017, 136. https://doi.org/10.1007/s10342‐017‐1047‐2.  58. Hatfield, J.L.; Prueger, J.H. Temperature Extremes: Effect on Plant Growth and Development. Weather Clim. Extrem. 2015, 10.  https://doi.org/10.1016/j.wace.2015.08.001.  59. Michaelides, S.; Karacostas, T.; Sánchez, J.L.; Retalis, A.; Pytharoulis, I.; Homar, V.; Romero, R.; Zanis, P.; Giannakopoulos, C.;  Bühl, J.; et al. Reviews and Perspectives of High Impact Atmospheric Processes in the Mediterranean. Atmos. Res. 2018, 208, 4– 44. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2017.11.022.    Agronomy 2021, 11, 2102  19  of  20  60. Bocchiola, D. Impact of Potential Climate Change on Crop Yield and Water Footprint of Rice in the Po Valley of Italy. Agric.  Syst. 2015, 139, 223–237. https://doi.org/10.1016/j.agsy.2015.07.009.  61. Lionello, P.; Abrantes, F.; Gacic, M. The Climate of the Mediterranean Region: Research Progress and Climate Change Impacts.  Reg. Environ. Chang. 2014, 14, 1679–1684. https://doi.org/10.1007/s10113‐014‐0666‐0.  62. Hossain, A.; el Sabagh, A.; Barutcular, C.; Bhatt, R.; Çiğ, F.; Seydoşoğlu, S.; Turan, N.; Konuskan, O.; Iqbal, M.A.; Abdelhamid,  M.; et al. Sustainable Crop Production to Ensuring Food Security under Climate Change: A Mediterranean Perspective. Aust. J.  Crop Sci. 2020, 14, 439–446. https://doi.org/10.21475/ajcs.20.14.03.p1976.  63. Bartolini, G.; Morabito, M.; Crisci, A.; Grifoni, D.; Torrigiani, T.; Petralli, M.; Orlandini, S. Recent Trends in Tuscany ( Italy )  Summer Temperature and Indices of Extremes. Int. J. Climatol. 2008, 1760, 1751–1760. https://doi.org/10.1002/joc.  64. Altman, J.; Fibich, P.; Santruckova, H.; Dolezal, J.; Stepanek, P.; Kopacek, J.; Hunova, I.; Oulehle, F.; Tumajer, J.; Cienciala, E.  Environmental Factors Exert Strong Control over the Climate‐Growth Relationships of Picea Abies in Central Europe. Sci. Total  Environ. 2017, 609, 506–516. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.07.134.  65. Juhász, C.; Gálya, B.; Kovács, E.; Nagy, A.; Tamás, J.; Huzsvai, L. Seasonal Predictability of Weather and Crop Yield in Regions  of  Central  European  Continental  Climate.  Comput.  Electron.  Agric.  2020,  173,  105400.  https://doi.org/10.1016/j.compag.2020.105400.  66. Sutton,  R.T.;  Dong,  B.  Atlantic  Ocean Influence  on  a  Shift in  European  Climate  in  the  1990s.  Nat.  Geosci. 2012,  5,  788–792.  https://doi.org/10.1038/ngeo1595.  67. European  Environmental  Agency.  Average  Annual  Precipitation.  Available  online:  https://www.eea.europa.eu/data‐and‐ maps/figures/average‐annual‐precipitation (accessed on 1 September 2021).  68. European Environmental Agency. Trend in the Number of Frost‐Free Days. Available online: https://www.eea.europa.eu/data‐ and‐maps/figures/rate‐of‐change‐of‐frost‐1 (accessed on 5 July 2021).  69. Peltonen‐sainio, P.; Jauhiainen, L.; Hakala, K. Crop Responses to Temperature and Precipitation. J. Agric. Sci. 2011, 149, 49–62.  https://doi.org/10.1017/S0021859610000791.  70. Peltonen‐sainio, P.; Jauhiainen, L.; Laurila, I.P. Field Crops Research Cereal Yield Trends in Northern European Conditions :  Changes in Yield Potential and Its Realisation. Field Crops Res. 2009, 110, 85–90. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2008.07.007.  71. European Commission. Eurostat. Available online: https://ec.europa.eu/eurostat/data/database (accessed on 8 June 2021).  72. Han, J.; Zhang, Z.; Luo, Y.; Cao, J.; Zhang, L.; Zhang, J.; Li, Z. The RapeseedMap10 Database: Annual Maps of Rapeseed at a  Spatial Resolution of 10 m Based on Multi‐Source Data. Earth Syst. Sci. Data 2021, 13, 2857–2874. https://doi.org/10.5194/essd‐ 13‐2857‐2021.  73. Grillo,  F.;  Piccoli,  I.;  Furlanetto,  I.;  Ragazzi,  F.;  Obber,  S.;  Bonato,  T.;  Meneghetti,  F.;  Morari,  F.  Agro‐Environmental  Sustainability of Anaerobic Digestate Fractions in Intensive Cropping Systems: Insights Regarding the Nitrogen Use Efficiency  and Crop Performance. Agronomy 2021, 11, 745. https://doi.org/10.3390/agronomy11040745.  74. DAL; CRPA. Biogas, Potenziale Energetico Dei Cereali Autunno‐Vernini; L’informatore Agrario: Verona, Italy, 2015.  75. Campiglia, E.; Mancinelli, R. Legume Cover Crops and Mulches: Effects on Nitrate Leaching and Nitrogen Input in a Pepper  Crop (Capsicum annuum L.). Nutr. Cycl. Agroecosyst. 2011, 89, 399–412. https://doi.org/10.1007/s10705‐010‐9404‐2.  76. Debaeke, P. A Rule‐Based Method for the Development of Crop Management Systems Applied to Grain Sorghum in South‐ Western France. Agric. Syst. 2006, 90, 180–201. https://doi.org/10.1016/j.agsy.2006.01.001.  77. Marsac, S.; Quod, C.; Leveau, V.; Heredia, M.; Delaye, N.; Labalette, F.; Lecomte, V.; Bazet, M.; Sanner, E.A. Optimization of  French  Energy  Cover  Crop  Production  in  Double  Cropping  Systems  for  On‐Farm  Biogas  Use.  In  Proceedings  of  the  27th  European Biomass Conference and Exhibition, Lisbon, Portugal, 27–30 May 2019; pp. 27–30.  78. Hartmann,  S.;  Hofmann,  D.;  Lichti,  F.;  Gehring,  K.  Weidelgras‐Untersaaten  in  Wintergetreide  Zur  GPS‐Nutzung  Als  Biogassubstrat.  Available  online:  https://www.lfl.bayern.de/mam/cms07/ipz/dateien/leitfaden_2011‐16_biogasforum.pdf  (accessed on 7 July 2021).  79. LfL  Grünroggen  Als  Biogassubstrate.  Available  online:  https://www.lfl.bayern.de/mam/cms07/ipz/dateien/leitfaden_2009‐ 07_biogasforum.pdf (accessed on 9 June 2021).  80. LfL Weidelgras‐Untersaat in Wintergetreide Als Ganzpflanzensilage. Available online: http://www.biogas‐forum‐bayern.de  (accessed on 15 July 2021).  81. Murphy, J.; Bochmann, G.; Weiland, P.; Wellinger, A. Biogas from Crop Digestion. In IEA Bioenergy—Task 37; IEA Bioenergy:  Paris, France, 2011; p. 24.  82. Dinuccio, E.; Balsari, P.; Gioelli, F.; Menardo, S. Evaluation of the Biogas Productivity Potential of Some Italian Agro‐Industrial  Biomasses. Bioresour. Technol. 2010, 101, 3780–3783. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.12.113.  83. Guy,  C.L.  Low  Temperature  and  Crop  Yield.  Physiol.  Determ.  Crop  Yield  1994,  417–424.  https://doi.org/10.2134/1994.physiologyanddetermination.c28.  84. Campillo, C.; Fortes, R.; Prieto, H. Solar Radiation Effect on Crop Production. Sol. Radiat. 2012. https://doi.org/10.5772/34796.  85. Meza, F.J.; Silva, D.; Vigil, H. Climate Change Impacts on Irrigated Maize in Mediterranean Climates: Evaluation of Double  Cropping as an Emerging Adaptation Alternative. Agric. Syst. 2008, 98, 21–30. https://doi.org/10.1016/j.agsy.2008.03.005.  86. Kaye, J.P.; Quemada, M. Using Cover Crops to Mitigate and Adapt to Climate Change. A Review. Agron. Sustain. Dev. 2017, 37,  4. https://doi.org/10.1007/s13593‐016‐0410‐x.  87. Walter Stinner Deutsches Biomasseforschungszentrum. Personal Communication, 31 May 2021.  88. Sinclair, T.R. Limits to Crop Yield? Physiol. Determ. Crop Yield 1994, 509–532. https://doi.org/10.2134/1994.    Agronomy 2021, 11, 2102  20  of  20  89. Terlouw, W.; Peters. D.; van Tilburg, J.; Schimmel, M.; Berg, T.; Cihlar, J.; Ur Rehman Mir, G.; Spöttle, M.; Staats, M.; Buseman,  M.;  et  al.  Gas  for  Climate.  The  Optimal  Role  for  Gas  in  a  Net‐Zero  Emissions  Energy  System.  Available  online:  https://www.europeanbiogas.eu/wp‐content/uploads/2019/11/GfC‐study‐The‐optimal‐role‐for‐gas‐in‐a‐net‐zero‐emissions‐ energy‐system.pdf (accessed on 7 July 2021).  90. European Commission. Quarterly Report Energy on European Gas Markets with Focus on the European Barriers in Retail Gas  Markets  Market  Observatory  for  Energy  DG  Energy.  Available  online:  https://ec.europa.eu/energy/sites/default/files/quarterly_report_on_european_gas_markets_q4_2020_final.pdf  (accessed  on  1  October 2021).  91. Zahan,  Z.;  Georgiou,  S.;  Muster,  T.H.;  Othman,  M.Z.  Semi‐Continuous  Anaerobic  Co‐Digestion  of  Chicken  Litter  with  Agricultural and Food Wastes: A Case Study on the Effect of Carbon/Nitrogen Ratio, Substrates Mixing Ratio and Organic  Loading. Bioresour. Technol. 2018, 270, 245–254. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.09.010.  92. Karki, R.; Chuenchart, W.; Surendra, K.C.; Shrestha, S.; Raskin, L.; Sung, S.; Hashimoto, A.; Kumar Khanal, S. Anaerobic Co‐ Digestion: Current Status and Perspectives. Bioresour. Technol. 2021, 330, 125001. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125001.  93. Paustian, K.; Larson, E.; Kent, J.; Marx, E.; Swan, A. Soil C Sequestration as a Biological Negative Emission Strategy. Front. Clim.  2019, 1, 1–11. https://doi.org/10.3389/fclim.2019.00008.  94. Aguilera,  E.;  Díaz‐Gaona,  C.;  García‐Laureano,  R.;  Reyes‐Palomo,  C.;  Guzmán,  G.I.;  Ortolani,  L.;  Sánchez‐Rodríguez,  M.;  Rodríguez‐Estévez, V. Agroecology for Adaptation to Climate Change and Resource Depletion in the Mediterranean Region.  A Review. Agric. Syst. 2020, 181, 102809. https://doi.org/10.1016/j.agsy.2020.102809.  95. Béghin‐Tanneau, R.; Guérin, F.; Guiresse, M.; Kleiber, D.; Scheiner, J.D. Carbon Sequestration in Soil Amended with Anaerobic  Digested Matter. Soil Tillage Res. 2019, 192, 87–94. https://doi.org/10.1016/j.still.2019.04.024.  96. EIP‐AGRI.  Focus  Group  Moving  from  Source  to  Sink  in  Arable  Farming.  Available  online:  https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/default/files/eip‐ agri_fg_carbon_storage_in_arable_farming_final_report_2019_en.pdf (accessed on 18 August 2021).  97. European  Commission.  Technical  Guidance  Handbook  Setting  up  and  Implementing  Result‐Based  Carbon  Farming  Mechanisms  in  the  EU.  Available  online:  https://op.europa.eu/en/publication‐detail/‐/publication/10acfd66‐a740‐11eb‐9585‐ 01aa75ed71a1/language‐en (accessed on 1 October 2021).  98. European  Commission.  Farm  to  Fork  Strategy.  Available  online:  https://ec.europa.eu/food/system/files/2020‐05/f2f_action‐ plan_2020_strategy‐info_en.pdf (accessed on 1 June 2021).  99. Consorzio  Italiano  Biogas  Farming  For  Future—10  Azioni  per  Coltivare  Il  Futuro.  Available  online:  https://farmingforfuture.it/wp‐content/uploads/2021/03/Farming_for_Future_Position_Paper_web.pdf (accessed on 1 October  2021). 

Journal

AgronomyMultidisciplinary Digital Publishing Institute

Published: Oct 20, 2021

Keywords: Biogasdoneright™; biomethane; carbon sequestration; circular bioeconomy; sequential cropping

There are no references for this article.