Back to report · Publisher record

Prăvălie (2021). Exploring the multiple land degradation pathways across the planet

Page 1

Figures and page graphics, page 1

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

Available online 25 May 2021

0012-8252/© 2021 Elsevier B.V. All rights reserved.

Review article 

Exploring the multiple land degradation pathways across the planet 

Remus Pr

˘

av

˘

alie

a

,

b 

a

University of Bucharest, Faculty of Geography, 1 Nicolae B

˘

alcescu str., 010041 Bucharest, Romania 

b

University of Bucharest, Research Institute of the University of Bucharest (ICUB), 90

–

92 Sos. Panduri, 5th District, 050663 Bucharest, Romania   

A R T I C L E  I N F O    

Keywords: 

Land systems 

Land degradation processes 

Ecosystem functions and services 

Global impact 

Control measures 

A B S T R A C T    

Land degradation has become one of the biggest environmental challenges human society is currently facing, 

which is why understanding the global pattern of this land crisis is absolutely necessary. However, so far, the 

multiple forms of this environmental issue have mainly been analysed in international scientific literature in a 

narrow traditional manner, frequently based on approaching a relatively low number of ordinary land degra-

dation processes. Consequently, as this complex process has not been sufficiently well explored, this study aims 

to investigate global land degradation in an interdisciplinary and holistic manner, in terms of the multidimen-

sional nature, causes, spatial footprint, multiple consequences (for the ecological and anthropogenic systems 

worldwide,  but  also  for  the  global  climate system)  and  various  solutions  to  mitigate  worldwide  land multi- 

degradation. Based on various information investigated in more than 500 reliable scientific papers, the find-

ings of this review paper showed that there currently are 17 land degradation pathways (aridity, biological 

invasions, coastal erosion, land erosion by water, land erosion by wind, land pollution, land subsidence, land-

slides, permafrost thawing, salinization, soil acidification, soil biodiversity loss, soil compaction, soil organic 

carbon loss, soil sealing, vegetation degradation and waterlogging), which are active on various spatial scales 

across the planet. Five of the seventeen land degradation dimensions were considered major land degradation 

pathways and explored in detail in this study (aridity, land erosion by water, salinization, soil organic carbon loss 

and vegetation degradation), considering several relevant criteria outlined in the paper (global spatial footprint, 

data availability, and impact on agricultural, ecological and climate systems). Essentially, it was found that the 

five global degradation processes significantly erode the multiple ecosystem functions and services of worldwide 

land systems, which are crucial for human wellbeing, life support and the Earth systems

’ 

stability. Nonetheless, 

other land degradation processes can also be considered major land degradative pathways, although a main 

current impediment in their detailed investigation is the general lack of global data availability. Therefore, the 

study highlights the complexity and severity of global land degradation, and draws attention to the need for 

other studies to approach land degradation multidimensionally, which goes beyond the traditional perspectives 

focused on the conventional processes of water erosion, wind erosion or soil salinization. At the same time, the 

study highlights the fact that land degradation must be an urgent priority in governmental and international 

policies, which can rely on a wide range of control measures that are currently available (some of the relevant 

ones are explored in this paper) for combating this disrupting environmental process rapidly, efficiently and on a 

large scale throughout the world.   

1. Introduction 

Land is a vital foundation for life and human civilization, through its 

soil,  water,  and  biodiversity  resources.  The  role  of  these  resources, 

which define the concept of land in a broad perspective (

Zdruli, 2014

; 

Blaikie and Brookfield, 2015

; 

UNCCD, 2017

; 

Gao et al., 2019

; 

Pr

˘

av

˘

alie 

et al., 2020a, 2020b

), is often underestimated or perceived as of sec-

ondary importance for the development of human society. However, 

through its three major components, land plays an astonishing role for 

human wellbeing, life support and for the Earth

’

s systems

’ 

stability. 

Land resources are crucial for direct human wellbeing as they pro-

vide a wide range of ecosystem services, such as provisioning services 

(

MEA, 2005

). They include food (via harvesting, fishing and hunting), 

raw materials (timber, biofuel or fiber), freshwater (clean surface water/ 

groundwater), medicinal plants (natural products used for medicinal or 

pharmacological purposes) or genetic resources (genes used for plant 

E-mail address: 

pravalie_remus@yahoo.com

.  

Contents lists available at 

ScienceDirect 

Earth-Science Reviews 

journal homepage: 

www.elsevier.com/locate/earscirev 

https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2021.103689 

Received 12 March 2021; Received in revised form 20 May 2021; Accepted 22 May 2021   

Page 2

Figures and page graphics, page 2

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

2

breeding or for biotechnology) (

Keith et al., 2017

; 

Díaz et al., 2018

). 

Alongside the other eco-services that have a direct or indirect impact on 

the quality of human life, i.e. regulating (regulation of climate, floods, 

erosion, disease or water quality), supporting (soil formation, primary 

production  or  nutrient  cycling)  and  cultural  (recreation,  spiritual 

enrichment,  aesthetic  experiences  or  heritage  preservation)  services 

(

MEA, 2005

; 

Kinzig et al., 2011

; 

Soliveres et al., 2016

), these benefits 

generated by various land ecosystems worldwide are fundamental for 

the survival, economic development and prosperity of humanity. 

Through the wide range of benefits they provide to human society, 

land resources are realistically considered key components for meeting 

several Sustainable Development Goals (SDGs) of the United Nations 

(UN)  by  2030.  A  few  relevant  examples  in  this  respect  include  "No 

poverty" (SDG 1, which fundamentally relies on the provisioning ser-

vices  of  lands),  "Zero  hunger"  (SDG  2,  provisioning  services),  "Clean 

water  and  sanitation"  (SDG  6,  regulating  services),  "Climate  action" 

(SDG 13, regulating services) or "Life on land" (SDG 15, in direct link to 

almost  all  ecosystem  services)  (

Bouma,  2014

; 

Keesstra  et  al.,  2016

; 

Bünemann  et  al.,  2018

; 

Keesstra  et  al.,  2018a

; 

Visser  et  al.,  2019

). 

Therefore,  land  systems are  crucial for  reaching a sustainable  global 

society by the end of this decade. 

Land is also a fundamental support for life. It is a biological foun-

dation for terrestrial biodiversity, providing various biotic habitats and 

gene reserves for flora and fauna (

MEA, 2005

), but also for many mi-

croorganisms  (abundant  in  soil)  that  govern  multifunctionality  in 

terrestrial ecosystems (

Tedersoo et al., 2014

; 

Delgado-Baquerizo et al., 

2016

; 

Crowther et al., 2019

; 

Phillips et al., 2019

; 

van den Hoogen et al., 

2019

). Also, it plays a major role in stabilizing certain Earth systems, 

such as the climatic system. For instance, the world

’

s forestlands stabi-

lize  the  global  climate  system  through  atmosphere  decarbonization, 

carbon sequestration (e.g. these terrestrial systems are able to store over 

a  quarter  of  annual  carbon  anthropogenic  emissions)  (

Bonan,  2008

; 

Anderegg et al., 2013

) or evaporative cooling processes that can miti-

gate climate warming (

Lewis et al., 2015

; 

Pr

˘

av

˘

alie, 2018

; 

De Frenne 

et al., 2021

). 

Nonetheless, the lands

’ 

positive multidimensional role was heavily 

altered over the past decades, amid large-scale land degradation that has 

affected numerous regions and ecosystems across the globe. It seems 

that roughly 60% of the world

’

s major ecosystem services have been 

degraded or used unsustainably, especially in terrestrial systems, where 

lands have been subjected to multiple pressures associated to large-scale 

increases in agriculture, fisheries, forestry, industries, and urbanization 

(

MEA, 2005

; 

Kinzig et al., 2011

). Considering the fact this estimation is 

sourced  from  a  comprehensive  global  assessment  conducted  over  a 

decade ago (

MEA, 2005

), it is possible that global ecosystem services are 

even more degraded in present times. 

Economic losses resulting from the decline of ecosystem services are 

astonishing  and  impossible  to  estimate  accurately.  Relatively  recent 

studies have shown that, in the last decades, annual economic losses 

associated to the degradation of terrestrial (and marine) eco-services, as 

a result of global land use changes, ranged from US$4.3 to US$20.2 

trillion (

Costanza et al., 2014

). According to other estimations, losses in 

ecosystem services caused strictly by land degradation range between 

US$6.3 and US$10.6 trillion annually (

ELD Initiative, 2015

; 

UNCCD, 

2017

).  Therefore,  the  economic  impact  of  land  degradation  is  over-

whelming  globally  and  determines  multiple  negative  socio-economic 

consequences, in  addition to the  previously mentioned ecological ef-

fects, associated to the overall decline of ecosystem services. 

With a global footprint that roughly ranges between 1 billion ha (10 

million km

2

) and 6 billion ha (60 million km

2

), it is estimated that the 

degradation of the Earth

’

s land surface (through various pathways of 

anthropogenic activities) affects the well-being of at least 3.2 billion 

people (

Gibbs and Salmon, 2015

; 

UNCCD, 2019a

). Moreover, this major 

global  environmental  threat  is  largely  responsible  for  the  over  800 

million people that currently suffer from malnutrition globally (

UNCCD, 

2019a

). These adverse socio-economic implications, directly associated 

to the lands

’ 

agricultural productivity decline, are amplified by other 

negative indirect effects of land degradation, such as the increase in 

atmospheric carbon (C) emissions and, consequently, the acceleration of 

global climate change. For instance, in the first decade of the 21st cen-

tury, land degradation caused annual global emissions of 3.6

–

4.4 Pg 

(petagrams or billion tonnes) of CO

2 

(

UNCCD, 2019a

), which represents 

between 10 and 12% of the current global carbon emissions (estimated 

in 2017 at ~37 Pg CO

2 

or ~10 Pg C) (

Le Qu

´

er

´

e et al., 2018

). 

Currently,  land  degradation  and  climate  change  significantly 

decrease the agricultural productivity of lands, from global/continental 

(

Lobell et al., 2011

; 

Moore and Lobell, 2015

; 

Montanarella et al., 2016

; 

Barbier and Hochard, 2018

; 

Heino et al., 2018

; 

Wuepper et al., 2020a

; 

Pr

˘

av

˘

alie et al., 2021

) to regional/national (

Sun et al., 2012

; 

Zhang et al., 

2016a

; 

Panagos et al., 2018

; 

Fenta et al., 2020

; 

Pr

˘

av

˘

alie et al., 2020c

) or 

local (

Pr

˘

av

˘

alie et al., 2014, 2016, 2017

; 

Ver

´

on et al., 2015

; 

Welle and 

Mauter,  2017

)  scale.  The  two  major  causes  also  contribute  to  the 

intensification of socio-economic imbalances, via increases in poverty 

and social inequality, as a result of disturbances triggered in land-based 

activities, which are the main sources of income of hundreds of millions 

of people who currently live in many rural degraded environments of the 

world (

UNCCD, 2019b

). But in the following decades, the two general 

stressors will be an even more critical threat to global food security and 

social welfare. Throughout this century, the worldwide food production 

would need to increase by at least 60

–

70% to feed the over 9 billion 

people estimated by 2050 (

Pardey et al., 2014

; 

Rockstr

¨

om et al., 2017a

; 

Springmann et al., 2018

; 

Tian et al., 2021a

). This global food demand 

will be an immense challenge for humanity, considering the expected 

cumulated impact of the acceleration of land degradation and climate 

change, which will generate mean crop yield losses of 10% globally, and 

up to 50% in some regions of the planet (

IPBES, 2018

). 

Given the importance, complexity and severity of this global-scale 

environmental issue, this review paper aims to analyze land degrada-

tion in an interdisciplinary and complex manner, based on examining 

more than 500 relevant scientific sources and processing representative 

data  of  some  major  land  degradation  processes.  By  analyzing  the 

immense number of scientific papers based on which seventeen land 

degradation processes were identified, the paper attempts to synthesize 

all the different environmental conditions that fall under the complex 

concept of land degradation. In this respect, special attention was paid to 

five  major land  degradation pathways,  which were  investigated  in  a 

more  detailed  manner  in  this  paper,  considering  several  relevant 

criteria,  i.e.  global  spatial  footprint,  data  availability  on  a  planetary 

scale,  impact  on  the  arable  systems,  intensity  of  ecological  effects 

generated, and consequences produced in global climate change. At the 

same time, twelve other dimensions of land degradation were identified 

and  deemed  important  land  degradative  processes,  with  multiple 

ecological, climatic and socio-economic consequences, at global, conti-

nental or regional scale. 

Essentially, this study aims to 1) identify all forms of land degrada-

tion by analysing a vast and recent international literature, 2) explore 

the entire spectrum of land degradation processes in terms of relevant 

aspects  such as causes, occurrence patterns, extent or environmental 

consequences they generate, 3) tackle the main solutions to control land 

degradation pathways, 4) contribute to a more solid scientific founda-

tion for the land degradation multidimensional concept and 5) create a 

better cohesion between land degradation science and global policies 

aiming  to  fight  this  complex  environmental  issue.  By  meeting  these 

objectives, the paper features a high degree of scientific novelty, since 

most/all international studies focused on a single/at most a few pro-

cesses (dimensions) of land degradation. Therefore, from observations 

based on hundreds of scientific papers, this is the first review paper 

attempting to approach, in a holistic, integrated and unified manner, all 

processes that are grouped under the complex concept of land degra-

dation. Such a unifying approach to land degradation is necessary not 

only to reach a better scientific understanding of this environmental 

issue,  but  also  for  a  possibly  more  efficient  and  coordinated 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 3

Figures and page graphics, page 3

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

3

implementation of certain SDGs of the UN or of other important inter-

national policies that aim to control this environmental disruption and 

which will be discussed in detail in this paper. 

2. Land degradation concept from a multidimensional 

perspective 

Understanding land degradation firstly requires comprehending the 

"land" concept. Holistically, this concept is defined as "a delineable area 

of  the  Earth

’

s  terrestrial  surface,  encompassing  all  attributes  of  the 

biosphere immediately above or below this surface, including those of 

the  near-surface  climate,  the  soil  and  terrain  forms,  the  surface  hy-

drology  (including  shallow  lakes,  rivers,  marshes  and  swamps),  the 

near-surface  sedimentary  layers  and  associated  groundwater  reserve, 

the plant and animal populations, the human settlement pattern and 

physical results of past and present human activities" (

UNCCD, 1994

; 

FAO, 1998

). While there are other similar, albeit simpler, definitions 

that define land, for instance as a "terrestrial system that comprises the 

natural resources (soil, near surface air, vegetation and other biota, and 

water), the ecological processes, topography, and human settlements 

and infrastructure that operate within that system" (

Henry et al., 2018

), 

the former is the most complex perspective on the notion of "land" and 

essentially covers all terrestrial environmental components. 

In  this  study,  the  approach  to  land  degradation  is  based  on  the 

broader concept of land, while focusing however on soils, vegetation 

and inland water resources, as defining elements of the "land" concept, 

which are most frequently analysed in the international scientific liter-

ature focused on land degradation (

Dregne, 2002

; 

Bai et al., 2008

; 

Lal, 

2012

; 

D

’

Odorico et al., 2013

; 

Zdruli, 2014

; 

Blaikie and Brookfield, 2015

; 

Pr

˘

av

˘

alie,  2016

; 

Borrelli  et  al.,  2017

; 

Cherlet  et  al.,  2018

; 

Xie  et  al., 

2020

).  Consequently,  the  definition  of  land  degradation  and  the 

approach to this environmental issue are closely connected to the three 

constituting systems of lands. 

While land degradation is defined in various ways within the scien-

tific  literature,  one  of  the  most  pertinent  perspectives  defines  this 

concept as a "a negative trend in land condition, caused by direct or 

indirect  human-induced  processes  including  anthropogenic  climate 

change, expressed as long-term reduction or loss of at least one of the 

following:  biological  productivity,  ecological  integrity,  or  value  to 

humans" (

Olsson et al., 2019

). Other sources identify this environmental 

issue based on land "which due to natural processes or human activity is 

no  longer  able  to  sustain  properly  an  economic  function  and/or  the 

original natural ecological function" (

FAO, 1998

). 

Also, another complex definition looks at land degradation from the 

perspective of "many processes that drive the decline or loss in biodi-

versity, ecosystem functions or services, and includes the degradation of 

all terrestrial ecosystems, including associated aquatic ecosystems that 

are impacted  by land  degradation" (

IPBES,  2018

). The  same reliable 

scientific source defines degraded land as "land in a state that results 

from the persistent decline or loss of biodiversity, ecosystem functions 

and  services  that  cannot  fully  recover  unaided  within  decadal  time 

scales"  (

IPBES,  2018

).  Moreover,  it  is  important  to  clarify  that  land 

degradation corresponds to desertification when occurring under aridity 

conditions, according to the widely accepted definition of the United 

Nations Convention to Combat Desertification (UNCCD), which defines 

desertification as "land degradation in arid, semi-arid and dry sub-humid 

areas resulting from various factors, including climatic variations and 

human activities" (

UNCCD, 1994

). 

Therefore,  land  degradation pathways essentially  correspond to a 

wide  spectrum  of  environmental  processes  that  generate  long-term 

negative effects on ecological and anthropogenic systems. This multi-

dimensional  process  must  be  addressed  far  beyond  the  traditional 

analysis of soil erosion, for instance, and must be approached through 

multiple processes that generate long-term decline or loss of biological 

productivity  and  ecosystem  functions  and  services.  Consequently, 

identifying  these  diverse  processes  is  the  key  for  analyzing  the 

multidimensional nature of land degradation. 

In this review paper, aridity, land erosion (by water), salinization, 

soil organic carbon loss and vegetation degradation are approached as 

major  land  degradation  pathways  (

Fig.  1

),  considering  five  relevant 

criteria.  Firstly  (1),  the  five  degradation  processes  have  a  trans-

continental presence (except Antarctica, which was not included in this 

study), therefore occurring globally (

Cherlet et al., 2018

; 

Pr

˘

av

˘

alie et al., 

2021

). This first criterion is essential considering the fact the five pro-

cesses affect all continents (i.e. not only one specific continent or re-

gion), unlike other degradation processes, which are active exclusively/ 

mostly on certain continents (e.g. permafrost thawing in Eurasia and 

North America, according to the information that will be presented in 

this paper). 

Secondly (2), the five land degradative pathways were deemed more 

important  considering  the  possibility  to  collect  planetary-scale  geo-

spatial data, used to produce a series of cartographic representations and 

to  analyze  their  spatial  pattern  across  the  globe.  Such  analyses  are 

necessary keeping in mind that spatial extent (absolute and percentage 

values) is currently the most relevant geostatistical tool being used for 

monitoring degraded lands in the "Land degradation Neutrality" (LDN) 

framework, the most important UNCCD initiative launched for fighting 

land degradation across the planet (

IAEG-SDGs, 2016

; 

Wunder et al., 

2018

).  Consequently,  global  data  availability  and  accessibility,  at 

optimal spatial and temporal resolutions, was an essential reason for 

paying special attention to the aforementioned processes, as opposed to 

other  processes  for  which  planetary-scale  data  was  unavailable  (e.g. 

land pollution, soil compaction or waterlogging). 

Thirdly (3), the five selected processes are particularly important for 

arable  landscapes,  as  they  are  critical  for  the  productivity  of  arable 

systems. According to a very recent global study, the five processes are 

highly  relevant  to  the  multi-degradation  of  arable  lands  worldwide, 

unlike other processes such as wind erosion, with a global occurrence, 

but with a high intensity especially in global arid and hyper-arid areas 

(generally dominated by desert environments), where arable lands are 

usually limited or absent (

Pr

˘

av

˘

alie et al., 2021

). Essentially, this crite-

rion highlights the processes

’ 

importance in decreasing agro-ecological 

productivity, which, in turn, can amplify the food security issue in the 

world (

Pr

˘

av

˘

alie et al., 2021

). 

Fourthly (4), all five processes are able to generate many negative 

effects  on  ecological  systems,  which  will  be  explored  in  this  paper. 

Unlike the ecological effects triggered by other degradation processes, 

the ones associated to the five land degradative pathways can be deemed 

more relevant, considering the previously mentioned global presence of 

the  major  processes.  Fifthly  (5),  it  was  considered  that  aridity,  land 

erosion (by water), salinization, soil organic carbon loss and vegetation 

degradation could be approached as major processes, given their con-

sequences related to global climate change (by modifying carbon fluxes 

between  terrestrial  systems  and  the  atmosphere),  which  will  also  be 

assessed in this study. 

Therefore,  the  five  land  degradation  pathways/processes  were 

selected and analysed in a more detailed manner in this study, consid-

ering  the simultaneous  achievement  of  all five criteria.  Most  criteria 

presented in this study were also used in a global study that approached 

the five processes as major pathways of land degradation (

Pr

˘

av

˘

alie et al., 

2021

),  the  results  of  which  were  recently  promoted  on  the  UNCCD 

website (

UNCCD, 2021

). However, there are other remarkable degra-

dation processes in addition to the 5 already mentioned, which do not 

directly  meet  at  least  one  criterion  of  the  five,  but  which  can  be 

considered major (in some cases, if one or more criteria are removed) in 

the overall land degradation spectrum (e.g. wind erosion). 

As evinced by international literature, there currently are about 12 

other  land  degradation  processes  that  affect  various  ecological  and 

anthropogenic systems worldwide, which are also (briefly) addressed in 

this  paper.  They  are  (alphabetically)  biological  invasions,  coastal 

erosion, land erosion (by wind), land pollution, land subsidence, land-

slides, permafrost thawing, soil acidification, soil biodiversity loss, soil 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 4

Figures and page graphics, page 4

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

4

compaction, soil sealing and waterlogging (

Fig. 1

). This selection fea-

tures all other/almost all other individual degradation processes that 

can be found in addition to the five major processes, and was conducted 

by searching various key information in recent comprehensive scientific 

sources (

FAO, 2015

; 

Cherlet et al., 2018

; 

IPBES, 2018

; 

Wunder et al., 

2018

; 

Olsson et al., 2019 

and others). All 12 degradation processes were 

very briefly assessed, considering their high number, secondary impor-

tance  (in  relation  to  the  five  previously  mentioned  criteria)  and  the 

study

’

s main goal, i.e. primarily investigating major land degradation 

pathways currently occurring across the Earth

’

s terrestrial area. 

3. Major land degradation pathways 

3.1. Aridity 

A first major pathway of land degradation is aridity, a key climatic 

feature of drylands characterized by constant water deficit conditions, 

where precipitation values are 

<

65% of evaporative demand (

Berdugo 

et al., 2020

). Aridity, identified based on climatic values 

<

0.65 mm/mm 

(a ratio between precipitation and potential evapotranspiration, on a 

multiannual  temporal  scale)  can  be  approached  as  a  cause  of  land 

degradation by inducing low water availability (

Middleton and Stern-

berg, 2013

; 

Pr

˘

av

˘

alie, 2016

; 

Pr

˘

av

˘

alie et al., 2019

), but also as a form of 

land degradative conditions in itself (

Pr

˘

av

˘

alie et al., 2021

). In the latter 

case, if considering the concept of "land" in a broad sense, as mentioned, 

which also covers near-surface climate conditions (

UNCCD, 1994

; 

FAO, 

1998

),  then  it  is  relevant  for  aridity  to  be  approached  as  a  major 

degradation process, with multiple major implications, such as accel-

erating desertification (

Huang et al., 2017

) or intensifying numerous 

structural and functional ecosystem changes around the world (

Berdugo 

et al., 2020

). 

In this context, the knowledge of the spatial pattern of global aridity 

is highly important. The spatial footprint of worldwide aridity, analysed 

in detail in a relatively recent study (

Pr

˘

av

˘

alie, 2016

) and reanalysed in 

this paper (based on a global high-resolution database) as cartographic 

and statistical syntheses (

Fig. 2

), highlighted the fact that drylands of the 

world already affect 66.7 million  km

2

,  which equates  to 45% of the 

Earth

’

s terrestrial area (~147 million km

2

). Although aridity is present 

extensively on all continents, Africa and Asia are particularly vulnerable 

to this land degradation process, considering the absolute affected area 

(of  almost  23  million  km

2 

on  each  continent)  (

Fig.  2

a).  In  terms  of 

percentages, Africa remains one of the main hotspots of drylands (which 

Fig. 1.

Schematic approach to land degradation pathways currently occurring globally. Note: sections in red indicate land degradation pathways/processes that were 

considered to be major globally, according to the five previously mentioned criteria; however, there are also other remarkable degradation processes in addition to 

the 5 highlighted, which do not directly meet at least one criterion of the aforementioned five, but which can be considered major (in some cases, if one or several 

criteria are removed) in the overall spectrum of land degradation (e.g. wind erosion); this figure was created by adopting the style used in 

Rockstr

¨

om et al. (2009) 

for 

delimiting the planetary boundaries. 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 5

Figures and page graphics, page 5

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

5

(caption on next page) 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 6

Figures and page graphics, page 6

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

6

cover  75%  of  its  surface),  which  makes  it  the  second  most  heavily 

affected continent in the world, after Australia (over 90% affected area 

by aridity conditions). 

A detailed analysis of absolute statistical data in the world

’

s most 

heavily  affected  countries  showed  that  Australia  is  the  most  highly 

threatened by this environmental issue (with ~7 million km

2

, this state 

accounts for 11% of global drylands) (

Fig. 2

b). It is followed by China 

(~5.3  million  km

2

,  8%),  the  United  States  (~4.3  million  km

2

,  6%), 

Russia (~3.7 million km

2

, 5%), Kazakhstan (~2.7 million km

2

, 4%), 

Algeria (~2.3 million km

2

, 3%) and Argentina (~2.2 million km

2

, 3%) 

(

Fig. 2

b). Together, the seven countries total about 40% of worldwide 

drylands. Other states with extensive drylands, ranging between 1 and 2 

million km

2 

(that together account for another ~30% of global aridity), 

are Saudi Arabia, Sudan, India, Canada, Libya, Iran, Mongolia, Mexico, 

Chad, Mali, Brazil, Niger, South Africa and Mauritania (

Fig. 2

b). 

Regarding  the  percentage  values  (the  absolute  drylands  area  in 

relation to national territories), the major aridity epicenters (

>

90% of 

the total national territory affected) consist of Australia and numerous 

countries located in northern, eastern and southern Africa, but also in 

the  Middle  East  and Central  Asia  (

Fig. 2

c).  Some  of  these  states are 

extreme hotspots of global aridity, with national territories that are fully 

affected  by  dryness  conditions.  Globally,  it  was  observed  that  an 

impressive number of countries (41) are affected on more than 90% of 

their territories by this land degradation pathway, while, continentally, 

Africa and Asia hold by far the largest number of countries the drylands 

of which exceed this percentage threshold (

Fig. 2

d). 

Aridity  is  therefore  a  restrictive  environmental  process  of  global 

proportions that currently generates dryland conditions in 126 states 

worldwide. While it may seem surprising, dryland systems can generate 

positive effects for certain planetary systems/ecosystems. For the cli-

matic system, dryland systems can cool/stabilize the climate via dust 

particles that can decrease incoming solar radiation (

Zhao et al., 2015

) 

or through the remarkable carbon stock stored in dryland soils. In the 

latter case, recent estimations showed that global drylands contain 470 

Pg of organic C down to a depth of 1 m, which represents about a third of 

the global soil organic C pool found in the same depth profile (

Plaza 

et  al.,  2018

).  Moreover,  drylands  hold  huge  amounts  of  inorganic  C 

(generally present as carbonates, which play a more limited role in soil 

– 

atmosphere carbon fluxes), which equate to 578 Pg C down to a depth of 

1 m or to over 80% of worldwide soil inorganic C pool in the top one 

meter layer (

Plaza et al., 2018

). Also, for certain ecological systems, 

drylands provide crucial nutrients (e.g. iron or phosphorus) to marine (e. 

g. Caribbean coral reefs or Atlantic phytoplankton) and terrestrial (e.g. 

Amazon  rainforests)  ecosystems,  through  wind  dispersion  of  dust 

sourced from deserts worldwide (e.g. Sahara Desert, one of largest dust 

sources of the planet) (

Pr

˘

av

˘

alie, 2016

; 

Mahowald et al., 2018

; 

Jewell 

et al., 2021

). 

Nonetheless, the presence of these extensive critical environments 

affected by aridity, which in the past decades have expanded by almost 

4% globally (

Pr

˘

av

˘

alie et al., 2019

), is associated in most cases with a 

wide  range  of  environmental  disturbances  across  the  planet.  For 

instance, through water stress, aridity affects approximately 7.8 million 

km

2 

of global arable lands (~55% of the worldwide arable area of about 

14 million km

2

), which is alarming considering both the extent of the 

affected area and the fact that arable lands are a component of agri-

cultural systems of primary importance for global food security (

Pr

˘

av

˘

alie 

et al., 2021

). Desertification or land degradation under aridity condi-

tions (

UNCCD, 1994

) is another negative environmental consequence, 

which appears to affect, in one way or another, ~70% of global agri-

cultural drylands (

Huang et al., 2017

), possibly causing annual global 

costs of up to 10% of agricultural gross domestic products (

IPBES, 2018

). 

Due to its spatial extent, desertification is a relevant issue in a global 

context, considering certain sources that estimate that 10

–

20% of the 

total drylands area is severely affected by degradation/desertification, 

impacting 250 million people directly or about 1 billion people indi-

rectly, generally in developing countries (

Reynolds et al., 2007

). Other 

analyses,  conducted recently,  indicate that  areas with  high  and very 

high desertification risk cover 7% and 9%, respectively, of the global 

land area (

Huang et al., 2020

). 

Desertification, a hot topic of land degradation, can take the form of 

numerous degradation processes explored in this study, if land degra-

dative pathways act singularly or synergistically in arid, semi-arid and 

dry sub-humid categories of worldwide drylands. For instance, vegeta-

tion loss or degradation (and the associated increase in bare ground), 

driven by human-induced climate change and direct human activities, is 

an important vector of desertification that affects many arid and semi- 

arid  areas  of  global  drylands,  such  as  southern  Argentina,  south-

western  United  States,  Sahel  and  eastern  Africa,  Afghanistan, 

Kazakhstan, Mongolia, northeastern China, or northwestern India (

Song 

et al., 2018

; 

Abel et al., 2021

). According to a very recent study, it ap-

pears  that  anthropogenic  climate  change  has  degraded  more  than  5 

million  km

2 

of  dryland  vegetation  between  1982  and  2015,  thus 

contributing to large-scale desertification and affecting more than 200 

million people (especially in developing countries) across the world

’

s 

drylands (

Burrell et al., 2020

). 

Other  important  issues  can  emerge  under  aridity  conditions. 

Frequent dryland dust storms can cause considerable negative effects 

not only on human health (e.g. via PM

10 

and PM

2.5 

particles, linked to 

respiratory  problems),  but  also  on  agricultural  productivity (through 

mechanical damage to crops), soil quality (soil erosion) or water quality 

(contamination of drinking water supplies) (

Middleton and Sternberg, 

2013

; 

Goudie, 2014

). The decline of groundwater resources is another 

critical issue, as it was already signaled that the major global aquifers in 

dryland areas, such as Northwestern India, North China Plain, Arabian, 

Northern Middle East or California Central Valley aquifers, have recor-

ded high groundwater depletion rates over the past decades, under the 

pressure of aridity and anthropic groundwater overexploitation (

Fami-

glietti,  2014

; 

Dalin  et  al.,  2017

; 

Martínez-Valderrama  et  al.,  2020

; 

Dangar et al., 2021

). Decoupling of numerous nutrients in drylands (e.g. 

decreasing soil organic C and total N concentrations, amid declining 

plant  cover,  and  increasing  inorganic  P  concentrations,  due  to  the 

amplification of the mechanical rock weathering process in drier con-

ditions),  is  another  serious  ecological  consequence,  which  seems  to 

already be threatening the stoichiometry stability of dryland ecosystems 

(

Delgado-Baquerizo et al., 2013

; 

Moreno-Jim

´

enez et al., 2019

). 

Exacerbating certain social issues, such as food insecurity, increase of 

Fig. 2.

Global spatial pattern of aridity, approached as a major land degradation pathway across the Earth

’

s terrestrial area. Spatial representation of aridity 

(drylands) across the globe (a), graphic distribution of aridity areas in the world

’

s most heavily affected states (b), spatial representation, expressed in percentages, of 

world states affected by aridity (c) and graphic distribution of the number of states affected globally and continentally by aridity, at different percentage thresholds 

(d). Note: in figure a, the aridity data were processed through the Global Aridity Index, which delimits drylands based on values under the 0.65 mm/mm threshold, 

obtained as a ratio between mean multiannual precipitation and potential evapotranspiration values; in figure b, the world

’

s most heavily affected countries were 

considered those that account, in total, for 

>

95% of the global aridity area (countries with an area of at least 100,000 km

2 

of drylands, which were ordered from 

north to south, along the continents North America, South America, Europe, Africa, Asia, and Australia and Oceania); in figure c, percentages were computed by 

relating absolute aridity areas to national territories; in figure d, the statistics of world states affected by aridity at various percentage thresholds were obtained based 

on the number of states featured in figure c; abbreviations: W. Sahara 

– 

Western Sahara, CAR 

– 

Central African Republic, DRC 

– 

Democratic Republic of the Congo, 

N

&

C America 

– 

North and Central America, S America 

– 

South America, Australia

&

Oc 

– 

Australia and Oceania; all the data processing was based on the global aridity 

database (using the equal-area Mollweide projection, Central Meridian 0.00), which was computed at an original spatial resolution of approximately 1 km 

×

1 km for 

the 1950

–

2000 period (

Trabucco and Zomer, 2009

; 

Pr

˘

av

˘

alie, 2016

). 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 7

Figures and page graphics, page 7

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

7

poverty, human migration or war conflicts escalation, is another nega-

tive impact associated in many cases with the aridity pathway of land 

degradation (

Kniveton et al., 2012

; 

Hsiang et al., 2013

; 

Wheeler and von 

Braun, 2013

; 

Pr

˘

av

˘

alie, 2016

). The extent of these anthropogenic im-

balances is alarming, both at present, when over 2 billion people live in 

global  drylands,  and  especially  for  the  decades  to  come,  when  the 

human population may increase in these restrictive environments by 

40

–

50%  by  2050  (

Stavi  et  al.,  2021

).  This  expected  demographic 

growth,  coupled  with  the  environmental  degradation  that  will  most 

likely worsen in the coming years, will amplify socio-economic issues 

such  as  poverty,  land  abandonment,  unemployment,  armed  conflicts 

and  food  insecurity,  already  present  in  many  drylands  of  the  world 

(

Hoover et al., 2020

; 

Chimwamurombe and Mataranyika, 2021

; 

Stavi 

et al., 2021

). 

Consequently, all these socio-economic and environmental distur-

bances will intensify by the end of the century, when more drier con-

ditions are expected across the globe (

Feng and Fu, 2013

; 

Huang et al., 

2016

; 

Lin et al., 2018

; 

Park et al., 2018

; 

Lian et al., 2021

). According to 

some reliable estimations, by 2100, a dryland expansion of up to 56% of 

the Earth

’

s terrestrial surface is expected, under the pessimistic Repre-

sentative Concentration Pathway (RCP) 8.5 scenario, or of up to 50%, 

considering  the  relatively  optimistic  RCP4.5  scenario  (

Huang  et  al., 

2016

). An important consequence of higher aridity will consist of the 

intensification of desertification globally, which will have profound ef-

fects, among others, on the decline of carbon sequestration, a process 

that is already occurring in numerous dryland areas of the globe (

Lal, 

2019a

). 

3.2. Land erosion (by water) 

Soil erosion by water, much more widely present globally than wind 

erosion, is considered one of the most important forms of land degra-

dation,  and  is  directly  associated  to  this  global  environmental  issue 

(

Ravi et al., 2010

; 

Panagos et al., 2014

; 

Panagos et al., 2015a

; 

Stavi and 

Lal, 2015

; 

Poesen, 2018

; 

de Nijs and Cammeraat, 2020

; 

Vanmaercke 

et al., 2021

). Soil erosion, which can consist of sheet, rill or gully erosion 

(

Batista et al., 2019

; 

Mushi et al., 2019

; 

de Nijs and Cammeraat, 2020

; 

Ou et al., 2021

; 

Vanmaercke et al., 2021

), is a major land degradation 

pathway through soil displacement from its original formation place, 

amid aggressive water action (

Poesen, 2018

). Soil erosion by water is 

currently a serious threat to soil health worldwide, due to the multitude 

of negative effects it generates, such as reducing the water-holding ca-

pacity and infiltration rates, decreasing the content of organic matter 

and  nutrients,  degrading  soil  structure  or  reducing  soil  depth  and 

fertility (

Ravi et al., 2010

; 

Panagos et al., 2015b

; 

Borrelli et al., 2017

; 

Poesen, 2018

; 

Sartori et al., 2019

). These ecological consequences are all 

the more profound if soils are under the action of severe water erosion, 

defined by rates that exceed the generic tolerable soil erosion threshold 

of 10 t/ha/yr (

Borrelli et al., 2017

; 

Sartori et al., 2019

). 

The analysis of the spatial data of this major degradation process 

(

Fig. 3

), based on processing a geospatial database freely available at 

global  scale  (

Borrelli et  al., 2017

),  indicated that  severe soil  erosion 

(

>

10 t/ha/yr) covers ~10 million km

2 

(~7% of the global terrestrial 

area) worldwide. As it accounts for almost half of this affected global 

area, Asia is by far the most heavily affected continent in terms of water 

erosion 

– 

it features a total area with erosion rates 

>

10 t/ha/yr more 

than twice as large as the next affected continent, Africa (

Fig. 3

a). As 

expected, this continent holds the world

’

s most important hotspot of 

severe water erosion, China, with highly eroded lands that total almost 

1.5 million km

2 

(

Fig. 3

b) or 14% of the  worldwide area affected by 

intense  erosion. It  is followed by  other remarkable  hotspots,  namely 

Brazil  (almost  1  million  km

2

,  9%),  Russia  (~900,000  km

2

,  9%),  the 

United  States  (~760,000  km

2

,  7%)  and  India  (~736,000  km

2

,  7%) 

(

Fig. 3

b). It is therefore remarkable that these five countries alone hold 

about 47% of the world

’

s highly eroded lands. 

Looking at heavily affected countries in terms of the area of severely 

eroded lands in relation to national territories, it can be noticed that 

tropical countries are generally the most intensively eroded countries in 

the world, with over 20

–

30% of national territories affected by high 

levels of soil erosion (

Fig. 3

c). In extreme cases, these percentages reach 

or even exceed the 60% threshold, as seen in the South Asian state, 

Bangladesh  (

Fig. 3

c). It  was generally found  that  most countries are 

affected by high rates of water erosion that cover up to 10% of the na-

tional territory, except for those located in Africa and Asia, continents 

with a high number of countries that are affected by high levels of soil 

erosion to an extent that exceeds 30% (

Fig. 3

d). 

Seeing as this spatial analysis of water erosion was conducted using a 

coarser database compared to the other four geospatial databases used 

in this study, it must be mentioned that, in this instance, results may 

overestimate, to certain degree, the spatial extent of this land degrada-

tion process. In fact, recent modelling based on processing global data at 

an unprecedentedly high spatial resolution, one hundred times higher 

than the data used in this paper (250 

×

250 m, the data was not available 

for this study), showed that the global extent of severe water erosion 

totals about 7.5 million km

2 

(

Borrelli et al., 2017

), which indeed con-

firms an overestimation of about 25% of the worldwide area affected by 

high levels of soil erosion. However, the more general estimations ob-

tained  in  this  instance  are  somewhat  consistent  with  older  scientific 

sources that estimated the global extent of this process at 10.9 million 

km

2 

(

Oldeman,  1994

; 

Middleton  and  Thomas,  1997

),  but  without 

delimiting severe erosion based on the 10 t/ha/yr threshold (which is 

why this comparison must be regarded with caution). 

Regardless  of  the  actual  extent  of  this  process,  which  is  nearly 

impossible to delimit accurately, considering it not only depends on the 

spatial resolution of the data, but also on the range of models used for 

erosion assessment (

Batista et al., 2019

), it is clear that water erosion is 

an active environmental issue at planetary scale, according to plenty 

international studies that confirm (directly or indirectly) the presence of 

this process all over the world (

Haregeweyn et al., 2015

; 

Novara et al., 

2016

; 

Cerd

`

a et al., 2017

; 

Li et al., 2018a

; 

Novara et al., 2018

; 

Patriche, 

2019

; 

Teng et al., 2019

; 

Rodrigo-Comino et al., 2020a

; 

Falcao et al., 

2020

; 

Maltsev and Yermolaev, 2020

; 

Sannigrahi et al., 2020

; 

Wuepper 

et al., 2020b

). In fact, for decades, this process has been considered the 

most widespread form of land degradation (

Oldeman, 1994

; 

Middleton 

and Thomas, 1997

; 

Ravi et al., 2010

; 

Stavi and Lal, 2015

; 

Poesen, 2018

). 

However,  this  must  be  regarded  with  caution  in  the  context  of  this 

analysis, where aridity approached as a land degradation process is far 

more  extensive  globally.  Compared  to  water  erosion,  even  aridity- 

induced desertification (which can be associated more directly to the 

concept  of  land  degradation  process)  could  be  a  more  widespread 

pathway of global land degradation, if considering the maximum limit of 

the estimated extent of the process, i.e. 20% of total drylands (

Reynolds 

et al., 2007

). This percentage indicates the fact that desertification could 

cover up to ~12 million km

2 

across the planet, if considering an older 

estimation of the global drylands

’ 

area (~61 million km

2

), and up to 

~13 million km

2

, if considering a recent estimation (~67 million km

2

) 

(

Pr

˘

av

˘

alie et al., 2019

). 

Soil erosion is caused by several factors of either geomorphological 

(e.g.  steep  slopes),  climatic  (e.g.  rainfall  erosivity)  or  anthropogenic 

(deforestation, tillage, overgrazing or agricultural intensification) na-

ture (

Pimentel and Burgess, 2013

; 

Panagos et al., 2016

; 

Keesstra et al., 

2018b

; 

Poesen,  2018

; 

Rodrigo-Comino,  2018

).  In  many  cases,  the 

occurrence and amplification of erosion are a consequence of the syn-

ergistic action of these factors, but anthropogenic factors generally play 

a more important role in the large-scale intensification of erosion. The 

role of anthropogenic factors in the dynamics of this process and other 

important aspects of soil erosion (e.g. strategies necessary to fight this 

major land degradation process) have been intensely studies over recent 

years (

Borrelli et al., 2017

; 

Keesstra et al., 2018b, 2019

; 

Rodrigo-Comino 

et  al.,  2020b

; 

Cerd

`

a  and  Rodrigo-Comino,  2021

; 

Cerd

`

a  et  al.,  2021

; 

Novara et al., 2021

). For instance, it was reported that, between 2001 

and  2012,  water  erosion  increased  by  2.5%  globally,  especially  as  a 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 8

Figures and page graphics, page 8

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

8

(caption on next page) 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 9

Figures and page graphics, page 9

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

9

result of land use changes (particularly cropland expansion) (

Borrelli 

et al., 2017

). 

But climate change seems to have an increasingly apparent role in 

the occurrence of this disruptive process, by changes in the amount, 

intensity  and  spatio-temporal  distribution  patterns  of  rainfall  values 

across  global  terrestrial  areas  (

Li  and  Fang,  2016

).  Statistically,  in 

certain regions of the planet (East Asia), it was found that every 1% 

change in precipitation has triggered a 1.3% change in water discharge, 

simultaneously with a 2% change in sediment loads (

Lu et al., 2013

). 

While  this  sensitivity  may  vary  significantly  globally,  there  is  a 

consensus on the fact that rainfall is the most direct climatic factor that 

influences  soil  erosion  (

Li  and  Fang,  2016

).  Climate  change  also  in-

fluences water erosion patterns through changes in vegetation cover, 

caused  by  climate  warming.  Since  vegetation  controls  erosion  by 

intercepting  precipitation,  diminishing  raindrop  kinetic  energy  and 

reducing  surface  runoff,  any  decrease  in  vegetation  cover  tends  to 

accelerate water erosion (

Li and Fang, 2016

). It seems that, over the past 

decades, climate warming has decreased erosion at high latitudes, while 

increasing it at middle and low latitudes (

Ma et al., 2021

), and simu-

lations show that climate change will significantly intensify global water 

erosion  during  this  century,  especially  in  tropical  and  subtropical 

countries (

Borrelli et al., 2020

). 

Unsurprisingly, soil erosion has considerable implications for agri-

cultural systems. In terms of affected areas, recent analyses showed that 

~30% of global arable lands (~4.3 million km

2

) are affected by severe 

soil erosion (

Pr

˘

av

˘

alie et al., 2021

). In terms of the total amount of soil 

displaced through water (and wind) erosion, some sources suggest losses 

of  75  Pg/yr of  soil eroded from  global arable  lands, with associated 

economic costs of US$400 billion annually (

Montanarella, 2015

). Other 

estimations indicate smaller global cropland soil losses, of ~17 Pg/yr, 

which represents however about half of the total predicted soil erosion 

across the globe (~36 Pg/yr in 2012) (

Borrelli et al., 2017

). Regardless 

of  the  actual  annual  rate  of  this  process,  it  is clear  that  soil  erosion 

currently is a serious threat to global food security, and has the potential 

to amplify socio-economic disruptions in many countries of the world by 

decreasing  agricultural  yields,  increasing  food  prices  or  by  reducing 

trade in agri-food commodities (

Sartori et al., 2019

). 

Erosion acceleration also has implications on global biogeochemical 

cycles, by modifying storage, distribution and flux rates of key elements 

– 

carbon, nitrogen or phosphorus (

Chappell et al., 2016

; 

Berhe et al., 

2018

; 

Martínez-Mena et al., 2020

). Changes in soil organic carbon have 

attracted  much  attention  lately,  considering  that  the  impact  of  soil 

erosion on the terrestrial carbon cycle is still the subject of heated de-

bates (

Amundson et al., 2015

; 

Doetterl et al., 2016

; 

Lugato et al., 2016

; 

Sanderman and Berhe, 2017

; 

Wang et al., 2017

; 

Borrelli et al., 2018

; 

Naipal et al., 2018

; 

Lal, 2019b

), as studying these changes is extremely 

important for a clearer understanding of their effects on climate change. 

Considering that the carbon distributed laterally by soil erosion can lead 

to an effective carbon burial in some depositional environments, but at 

the same time to atmospheric leakage, if the eroded carbon is largely 

oxidized (

Amundson et al., 2015

), divergent scientific opinions on the 

net effect of erosion in carbon sinks or sources have so far suggested 

dynamics  of  approximately  1  Pg  C/yr  globally  in  both  instances 

(

Doetterl et al., 2016

). While it is difficult to draw a conclusion with 

regard to the current net impact of erosion in climate change dynamics, 

future developments seem more likely to feature net losses of soil car-

bon, amid erosion and other synergistic pressures onto soils, such as 

climate warming (

Crowther et al., 2016

; 

He et al., 2016

; 

Lugato et al., 

2018

). 

3.3. Salinization 

Another widespread form of land degradation, recognized as a major 

pathway of land degradation across the planet, is soil salinization (

Payen 

et al., 2016

; 

Cherlet et al., 2018

; 

Ivushkin et al., 2019

; 

Kaushal et al., 

2021

). This important environmental disruption causes significant lim-

itations to the ecological/agroecological productivity of lands, through 

the direct negative effects associated to phytotoxicity, as a result of high 

concentrations of dissolved salts (Ca

2

+

, Mg

2

+

, K

+

, Na

+

, Cl

−

and others) 

in the soil solution (

Herbert et al., 2015

; 

Munns and Gilliham, 2015

; 

Payen et al., 2016

; 

Minhas et al., 2020a

). Other indirect effects of sali-

nization, which in most cases limit plant growth, are connected to the 

degradation of soil structure, the decrease of low organic matter content, 

biodiversity  loss  (except  for  salt  tolerant  plants),  reduction  of  water 

infiltration capacity or higher difficulty in water uptake by plants, in 

more intense saline conditions (

D

’

Odorico et al., 2013

; 

Herbert et al., 

2015

; 

Cherlet et al., 2018

; 

Corwin, 2021

). The negative effects of soil 

salinization depend in agricultural environments on the plants

’ 

various 

tolerance levels to salinity (

Singh, 2021

) and can occur throughout the 

world through primary (natural accumulation of salts in the environ-

ment) or secondary (occurrence or increase of salt concentrations in the 

environment,  due  to  anthropogenic  activities)  salinization  (

Cherlet 

et al., 2018

; 

Corwin, 2021

). 

With a worldwide spatial coverage of almost 2.6 million km

2

, which 

equates  to  ~2%  of  the  Earth

’

s  terrestrial  surface,  soil  salinization  is 

therefore  another  global-scale  land  degradation  process  (

Fig.  4

). 

Although  the  process  is  present  on  all  continents,  Asia  is  the  most 

heavily affected in this case as well, totaling ~1.3 million km

2 

of sali-

nized lands or approximately 50% of the global area affected by sali-

nization (

Fig. 4

a). In terms of percentages, Australia is however the most 

heavily affected continent by salinization 

– 

6% of the continent

’

s total 

area is covered by salinized lands, vs 3% for Asia. At the same time, it is 

the world

’

s most heavily affected country 

– 

with almost 0.5 million km

2

, 

this  state  accounts  for  19%  of  global  soils  affected  by  salinization 

(

Fig.  4

b).  Three  other  major  hotspots  of  worldwide  salinization  are 

Kazakhstan (~319,000 km

2

, 12%), China (~307,000 km

2

, 12%) and 

Iran (~300,000 km

2

, 12%) (

Fig. 4

b). In this context, it is remarkable that 

these four major epicenters alone total 55% of global salinization. 

By relating absolute salinization values to national territories, it can 

be noticed that Iran is the world

’

s most salinized country, with 19% of 

its area affected by this environmental issue (

Fig. 4

c). Extreme salini-

zation, which can be defined as that affecting 

>

10% of the national 

territory,  is  also  present  in  other  Middle  Eastern  and  Central  Asian 

countries, such as Iraq, United Arab Emirates and Kazakhstan (

Fig. 4

c). 

Other intense salinization hotspots, in terms of percentages (affecting 

between 6 and 10% of the national territory), include Hungary, Somalia, 

Fig. 3.

Global spatial pattern of water erosion, approached as a major land degradation pathway across the Earth

’

s terrestrial area. Spatial representation of water 

erosion across the globe (a), graphic distribution of water erosion areas in the world

’

s most heavily affected states (b), spatial representation, expressed in per-

centages, of world states affected by water erosion (c) and graphic distribution of the number of states affected globally and continentally by water erosion, at 

different percentage thresholds (d). Note: in figure a, the water erosion data were mapped and processed considering the 

>

10 t/ha/yr threshold, which indicates 

severe soil erosion across the globe; in figure b, the world

’

s most heavily affected countries were considered those that account, in total, for 

>

95% of the global area 

of severe water erosion (countries with an area of at least 20,000 km

2 

of severe soil erosion by water, which were ordered from north to south, along the continents 

North America, South America, Europe, Africa, Asia, and Australia and Oceania); in figure c, percentages were computed by relating absolute severe erosion areas to 

national territories; in figure d, the statistics of world states affected by severe erosion at various percentage thresholds were obtained based on the number of states 

featured in figure c; abbreviations: DRC 

– 

Democratic Republic of the Congo, N

&

C America 

– 

North and Central America, S America 

– 

South America, Australia

&

Oc 

– 

Australia and Oceania; all the data processing was based on the global water erosion database (using the equal-area Mollweide projection, Central Meridian 0.00), 

which is freely available at an spatial resolution of approximately 25 km 

×

25 km for the 2012 year (

Borrelli et al., 2017

, the data were collected using the online 

platform 

https://esdac.jrc.ec.europa.eu/content/global-soil-erosion

). 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 10

Figures and page graphics, page 10

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

10

(caption on next page) 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 11

Figures and page graphics, page 11

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

11

Kenya, Turkmenistan, Kuwait, Qatar and Australia (

Fig. 4

c). While most 

countries worldwide have salinized soils on up to 2% of their territories, 

numerous states in Asia and, in part, in Africa are however affected to a 

greater extent by this major pathway of land degradation (

Fig. 4

d). 

Soil salinization is therefore an important environmental pressure 

due to its considerable extent even in the database used in this study, 

which indicates however a smaller spatial footprint of lands affected by 

salinization,  compared  to  other  scientific  sources.  For  instance,  ac-

cording to a recent study, the total extent of soil salinization is estimated 

at approximately 1 billion ha (or 10 million km

2

) globally (

Ivushkin 

et al., 2019

). These figures do however include all salinization classes 

(slight, moderate, high and extreme salinity of soils), as opposed to the 

data processed in the present paper, which is based only on selecting 

soils with high concentrations of soluble salts. Therefore, the saliniza-

tion  data  used  in  this  study  do  not  include  the  slight  and  moderate 

salinity of soils, which cover by far the largest share of the roughly 1 

billion  ha  of  soils  affected  by  salinization  globally,  estimated  in  the 

previously mentioned study (

Ivushkin et al., 2019

) or in other recent 

sources (

Cherlet et al., 2018

). In other words, the analysed soil salini-

zation data (

Fig. 4

) only correspond to intense salinization processes, 

assessed based on saline (Solonchaks, soils with high concentration of 

soluble salts at some point in the year) and sodic (Solonetz, soils with a 

dominance  of  Na

+

in  the  soil  exchange  complex  and  other  specific 

physical and chemical properties) soils (

FAO, 2006

), and on salt-covered 

areas (far less extensive worldwide than saline and sodic soils). 

Although soil salinization can have local causes, such as seawater 

intrusion in many coastal areas due to the current sea level rise (

Werner 

et al., 2013

; 

Herbert et al., 2015

; 

Zamrsky et al., 2018

; 

Corwin, 2021

), 

the spatial soil salinization pattern (

Fig. 4

a) generally corresponds to 

that of aridity (

Fig. 2

a). Therefore, soil salinization is an issue typical of 

global drylands (

Hassani et al., 2020

; 

Perri et al., 2020

; 

Wei et al., 2021

). 

The presence of this process in aridity conditions (particularly in arid 

and semi-arid climatic areas) is considered irreversible, considering the 

insufficient availability of fresh water in dryland systems for leaching 

any accumulated salts (

Rozema and Flowers, 2008

). Over the past de-

cades, the issue of salinization in dryland areas was enhanced by the 

intensification  of  irrigation,  which  lead  to  the  accumulation  of  salt 

(above  normal  concentrations)  within  the  root  zone  of  arable  lands, 

amid high rates of evapotranspiration that determined the displacement 

of soluble salts from deep layers to top soil layers (

Rozema and Flowers, 

2008

; 

Minhas et al., 2020a

). 

Therefore, saline soils generally occur in drylands, where the domi-

nance of evapotranspiration over precipitation determines an excessive 

accumulation of salts in the root zone (

Hassani et al., 2020

). Some recent 

global analyses confirmed that soil salinization is an acute ecological 

imbalance  in  arid  environments,  with  constantly  severe  values  in 

countries such as Australia, China, Kazakhstan or Iran (

Hassani et al., 

2020

; 

Perri  et  al.,  2020

),  which  is  in  agreement  with  this  paper

’

s 

cartographic results. However, a very interesting recent study, focusing 

on global salinization trends, showed that, after 1980, the countries with 

the  highest  rates  of  annual  increase  in  soil  salinity  area  are  Brazil 

(

>

5000  km

2

/yr),  Peru  (

>

2000  km

2

/yr),  Sudan  (

>

2000  km

2

/yr), 

Colombia (

>

2000 km

2

/yr) and Namibia (almost 1500 km

2

/yr), along-

side  five  other  states  that  recoded  the  largest  positive  trends  in  soil 

sodicity, namely Iran (about 3500 km

2

/yr), Saudi Arabia (

>

2000 km

2

/ 

yr), Argentina (

>

2000 km

2

/yr), Afghanistan (almost 1500 km

2

/yr) and 

the United States (

>

1000 km

2

/yr) (

Hassani et al., 2020

). It is therefore 

surprising  that  countries  such  as  Brazil  and  Colombia,  with  limited 

drylands  across  their  national  territories,  have  become  significantly 

vulnerable to soil salinization since 1980. 

Salinization is a process that has mixed causes (natural and anthro-

pogenic) across the planet, the anthropogenic forces of which are linked 

to the use of irrigation and other human activities, such as land cover/ 

use changes. For instance, it was found that, in Argentina, the replace-

ment of native grasslands with tree plantations has amplified soil sali-

nization in the Pampas landscapes, due to the high groundwater uptake 

by tree roots, which favored the storage of more salts than grasslands 

throughout the unsaturated soil profile (from groundwater level to the 

surface) (

Nosetto et al., 2013

). In Central Asia, at the border between 

Kazakhstan and Uzbekistan, salinization intensification due to the Aral 

Sea drying is widely known, largely as a result of expanding croplands 

and irrigation more than five decades ago, which drastically decreased 

the discharge from the Syr Darya and Amu Darya tributary rivers (and 

thus  enhanced  salinization  conditions)  (

Jiang  et  al.,  2019

; 

Yu  et  al., 

2019

; 

Zhou et al., 2019

). Globally, the magnitude of salinization pres-

ence in irrigated areas is alarming 

– 

it seems that more than 20% of the 

global irrigated area is currently affected by salinization (and water-

logging), an issue that may expand to over 50% by 2050 if the necessary 

measures to fight the twin disruptive processes are not implemented 

(

Singh, 2021

). 

The use of intensive and long-term irrigation, based on groundwater 

extraction from saline aquifers in areas without/with limited drainage, 

are,  alongside  favoring  natural  factors  (geological  composition, 

seawater intrusion or low rainfall and high evapotranspiration values), 

the main driving force of salinization in Iran, the main global epicenter 

of this environmental issue (

Nabiollahi et al., 2017

; 

Emadodin et al., 

2019

).  The  substantial  expansion  of  agriculture,  irrigation,  and  the 

removal  of  perennial  native  vegetation  across  Australia  (in  Western 

Australia  or  in  the  Murray-Darling  Basin),  which  generated  notable 

changes in groundwater levels (rising of saline water table), is another 

relevant example of how anthropogenic actions influence and enhance 

salinization worldwide (

Ali et al., 2012

; 

Biggs et al., 2013

; 

Kaushal et al., 

2021

). 

Soil salinization negatively affects agriculture globally, and causes 

important losses in agricultural yields. It is estimated that almost 0.3 

million km

2 

(~2%) of global arable lands are affected by soil salinization 

(high concentrations of soluble salts) (

Pr

˘

av

˘

alie et al., 2021

), an area that 

can  however  be  much  larger  globally  if  also  considering  slight  and 

moderate soil salinity. Moreover, it is estimated that the total cost of salt- 

induced land degradation in irrigated lands reaches approximately US 

$27 billion at global scale annually, as a result of significant losses in 

crop production (

Qadir et al., 2014

). In terms of percentages, agricul-

tural losses caused by salinization reach 18

–

43% across arid and semi-

arid landscapes of the world (

Singh, 2021

). 

As salinization is associated with decreases in plant productivity and 

biomass, it is clear that the effects are projected into soil organic carbon 

storage  decline  and,  implicitly,  into  climate  change  acceleration. 

Following  this  reasoning,  losing  soil  carbon  could  already  be  an 

Fig. 4.

Global spatial pattern of soil salinization, approached as a major land degradation pathway across the Earth

’

s terrestrial area. Spatial representation of soil 

salinization across the globe (a), graphic distribution of soil salinization areas in the world

’

s most heavily affected states (b), spatial representation, expressed in 

percentages, of world states affected by soil salinization (c) and graphic distribution of the number of states affected globally and continentally by soil salinization, at 

different percentage thresholds (d). Note: in figure a, the soil salinization data were mapped by extracting Solonchaks, Solonetzs and salt-covered areas across the 

globe; in figure b, the world

’

s most heavily affected countries were considered those that account, in total, for 

>

95% of the global soil salinization area (countries 

with an area of at least 5,000 km

2 

of soil salinization, which were ordered from north to south, along the continents North America, South America, Europe, Africa, 

Asia, and Australia and Oceania); in figure c, percentages were computed by relating absolute soil salinization areas to national territories; in figure d, the statistics of 

world states affected by soil salinization at various percentage thresholds were obtained based on the number of states featured in figure c; abbreviations: UAE 

– 

United Arab Emirates, N

&

C America 

– 

North and Central America, S America 

– 

South America, Australia

&

Oc 

– 

Australia and Oceania, soil salin. 

– 

soil salinization; all 

the data processing was based on the global soil salinization database (using the equal-area Mollweide projection, Central Meridian 0.00), which is freely available in 

vector format from FAO Digital Soil Map of the World, for the 2007 year (

FAO, 2007

). 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 12

Figures and page graphics, page 12

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

12

(caption on next page) 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 13

Figures and page graphics, page 13

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

13

important pressure for climatic stability, considering the current global 

expansion rate of soil salinization (

Ivushkin et al., 2019

), estimated at 2 

million ha (20,000 km

2

) per year (

Abbas et al., 2013

). Considering the 

expansion of salinization, which will most likely continue throughout 

this century amid the expected intensification of global aridity, some 

studies suggested world soils may lose 6.8 Pg C due to salinization by 

2100 (

Setia et al., 2013

). 

3.4. Soil organic carbon loss 

The loss of soil organic carbon (SOC) is another important indicator 

of land degradation (

O

’

Rourke et al., 2015

; 

Obalum et al., 2017

; 

Harden 

et  al.,  2018

; 

Chappell  et  al.,  2019

; 

Pr

˘

av

˘

alie  et  al.,  2021

).  SOC  is  a 

fundamental element of soil organic matter (SOM, which is a complex 

matter consisting of plant and/or animal organic materials in various 

stages of decomposition), which accounts for approximately 55

–

60% of 

its mass (

FAO, 2015

; 

IPBES, 2018

). Since SOM is a key attribute of soils 

that influences many physical, chemical or biological properties of soils, 

such as soil structure, water retention, nutrient storage, nutrient cycling, 

or soil biodiversity and biological activity (

Simpson and Simpson, 2012

; 

Paustian et al., 2016

; 

Obalum et al., 2017

; 

Harden et al., 2018

; 

Keesstra 

et al., 2018c

; 

Novara et al., 2019

; 

K

¨

ogel-Knabner and Amelung, 2021

), 

any losses in SOC alter the role of these beneficial properties associated 

with  SOM.  Under  these  conditions,  SOC  decline  can  determine,  to  a 

considerable extent, the perturbation of the soils

’ 

structural stability, 

water  holding  capacity,  water  infiltration,  nutrient  retention,  soil 

biodiversity,  soil  fertility  and,  finally,  of  their  ecological  and  agro- 

ecological  productivity  (

Banwart  et  al.,  2014

; 

Lal,  2015

; 

Alc

´

antara 

et al., 2017

). At the same time, SOC losses are an acceleration vector for 

climate  change,  since  soil  carbon  is  a  major  global  carbon  pool 

– 

numerous estimations indicate a worldwide stock of ~1500 Pg C (which 

equates to twice the amount of atmospheric carbon and approximately 

three times the amount of carbon present in terrestrial vegetation) in the 

top 1 m of soil (

Stockmann et al., 2013

; 

Scharlemann et al., 2014

; 

Lal, 

2018

), from which ~750 Pg C (~50%) is stored in the first 30 cm of the 

soil (

FAO, 2015

; 

Plaza et al., 2018

). 

This important land degradation indicator can therefore be quanti-

fied based on the extent of the affected area. According to recent data, 

sourced from 

Pr

˘

av

˘

alie et al. (2021) 

and processed in the present study 

(

Fig. 5

), there are ~2.7 million km

2 

(almost 2% of the global land area) 

of lands globally that have recorded decreases in SOC surface (at 0-30 

cm depth, a relevant profile for analysis, since it is directly exposed to 

anthropogenic  pressures),  since  the  beginning  of  the  21st  century 

(2001

–

2015). While decreases occurred on all continents (albeit to a less 

extent  in  Australia  and  Oceania)  (

Fig.  5

a),  only  six  states  can  be 

considered major epicentres of SOC losses 

– 

Brazil (~412,000 km

2 

or 

15% of the global area affected by SOC decline), China (~300,000 km

2

, 

11%), Russia (~289,000 km

2

, 11%), the United States (~210,000 km

2

, 

8%),  Canada  (~115,000 km

2

,  4%)  and, in  part,  Indonesia (~83,000 

km

2

, 3%) (

Fig. 5

b). Essentially, these countries account for over half of 

the global area affected by SOC losses, after the year 2001. 

Nevertheless, relating absolute areas of SOC losses to national areas 

only singles out Brazil and Indonesia (of the six previously mentioned 

states) as countries that are relatively affected by this important form of 

land degradation (

Fig. 5

c). Conversely, European countries are among 

the most heavily affected by these percentage-based decreases (espe-

cially  in  the  continent

’

s  central  and  north-western  regions,  where 

certain states recorded SOC losses across over 15

–

20% of their national 

territories),  except  for  Singapore,  located  in  Asia,  which  holds  the 

largest affected area globally 

– 

60% of its national territory (

Fig. 5

c). 

Overall, it can be noticed that, both globally and continentally, most 

countries  are  affected  on  up  to  4%  of  their  territories  by  this  land 

degradation  process,  with  the  notable  exception  of  Europe,  where 

numerous countries exceed this threshold (

Fig. 5

d). 

It  is  generally  known  that  the  primary  driver  of  global  SOC 

decreasing trends consists of land use changes. Land conversion from 

natural ecosystems into croplands is the major pathway of SOC losses, 

considering that cultivated soils can lose up to 50% or even more of the 

SOC (

Zomer et al., 2017

; 

IPBES, 2018

). This significant loss is caused by 

the  reduction  of  carbon  inputs  in  soil,  by  diminishing  plant  litter 

(considering that a large fraction of cultivated plants is harvested for 

human/animal use,  but also that the biomass  volume of agricultural 

crops can be inferior to that of the original natural vegetation), and by 

increasing carbon outputs, as a result of ploughing activities (

van der 

Esch et al., 2017

; 

IPBES, 2018

). Historically, it appears that, in the past 

two centuries, land use changes and unsustainable land management 

practices  have  caused  global  losses  of  up  to  176  Pg  C,  mainly  from 

agricultural topsoils (first 30 cm) (

IPBES, 2018

). 

Currently,  some  of  the  highest  SOC  losses  induced  by  land  use 

changes are being recorded in tropical regions (Brazil and Indonesia are 

the main hotspots), where the average carbon loss (due to rainforest 

deforestation and cropland expansion) for each converted hectare may 

be nearly twice as high compared to temperate regions (

West et al., 

2010

). In addition to agricultural expansion in tropical areas, which is a 

major pathway of land use/cover changes (and, most likely, a significant 

cause of SOC decreases) in this region of the planet (

Hansen et al., 2013

; 

Keenan et al., 2015

), other possible common drivers of SOC losses can be 

linked to urbanization in temperate zone (e.g. in temperate regions of 

the United States or China) (

Seto et al., 2012

) or forestry/logging in 

boreal environments (in boreal forests of Canada or Russia) (

Hansen 

et al., 2013

; 

Curtis et al., 2018

). Other land conversion pathways, such 

as the conversion of grasslands into croplands in numerous areas glob-

ally  (e.g.  in  certain  parts  of  the  United  States,  Mongolia  or  China) 

(

Cherlet et al., 2018

), may also cause significant carbon losses in the soil. 

In terms of vertical profiles, the top meter of global soils is the most 

heavily affected by land use changes (it is estimated that over 75% of the 

topsoil SOC is directly affected by land use activities) (

Harden et al., 

2018

),  and  the  top  30-cm  layer  is  even  more  vulnerable  to  these 

anthropogenic pressures. By 2050 it is expected that global SOC losses 

will reach 65 Pg C, due to land use changes, poor land management 

practices, peatlands drainage and burning, and climate warming (

IPBES, 

2018

). In this scenario, these losses are expected to affect global agri-

cultural productivity on a spatial scale largely exceeding the current 

one, when it is estimated that SOC losses affect ~0.5 million km

2 

(

>

3%) 

of global arable lands (

Pr

˘

av

˘

alie et al., 2021

). As SOC is a crucial indi-

cator of soil nutrient availability and of soil fertility and productivity 

(

Billings  et  al.,  2021

),  a  possible  amplification  of  ecological  (land 

degradation)  and  social  (food  insecurity,  human  migration,  land 

Fig. 5.

Global spatial pattern of soil organic carbon (SOC) loss, approached as a major land degradation pathway across the Earth

’

s terrestrial area. Spatial rep-

resentation of the SOC decline across the globe (a), graphic distribution of SOC decline areas in the world

’

s most heavily affected states (b), spatial representation, 

expressed in percentages, of world states affected by SOC decline (c) and graphic distribution of the number of states affected globally and continentally by SOC 

decline (loss), at different percentage thresholds (d). Note: in figure a, the SOC decline data were obtained based on negative statistically significant trends processed 

from global interannual series of SOC stock; in figure b, the world

’

s most heavily affected countries were considered those that account, in total, for 

>

95% of the 

global SOC decline area (countries with an area of at least 4,000 km

2 

of SOC decline, which were ordered from north to south, along the continents North America, 

South America, Europe, Africa, Asia, and Australia and Oceania); in figure c, percentages were computed by relating absolute SOC decline areas to national ter-

ritories; in figure d, the statistics of world states affected by SOC decline at various percentage thresholds were obtained based on the number of states featured in 

figure c; abbreviations: DRC 

– 

Democratic Republic of the Congo, PNG 

– 

Papua New Guinea, N

&

C America 

– 

North and Central America, S America 

– 

South America, 

Australia

&

Oc 

– 

Australia and Oceania; all the data processing was based on the global SOC trend database (using the equal-area Mollweide projection, Central 

Meridian 0.00), which was computed at a spatial resolution of approximately 1 km 

×

1 km for the 2001

–

2015 period (

Pr

˘

av

˘

alie et al., 2021

). 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 14

Figures and page graphics, page 14

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

14

(caption on next page) 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 15

Figures and page graphics, page 15

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

15

abandonment, rural depopulation, heightened poverty) imbalances is 

foreseeable, if considerable decreases occur in the C pool of the world

’ 

soils over the next decades. 

Other important causes, such as erosion and climate warming, can 

contribute to significant global SOC changes. Recent estimations showed 

that, after 1850, global water erosion has removed 74 Pg C from the soil, 

predominantly  in  agricultural  and  grassland  systems  (

Naipal  et  al., 

2018

).  Also,  while  other  estimations  indicated  a  current  gross  SOC 

displacement by water erosion of up to 2.5 Pg C/yr globally (

Borrelli 

et al., 2017

; 

Borrelli et al., 2018

), there are notable national differences 

and  high  eroded  SOC  rates  across  extensive  areas,  generally  in  the 

countries identified in the present study as major hotspots of SOC losses. 

Moreover, recent studies highlight the fact that wind erosion can also 

play  an  important  role  in  SOC  losses  in  many  countries  worldwide 

(

Chappell et al., 2019

). Although all these erosion-induced SOC changes 

can influence climate change, as already mentioned in the water erosion 

section,  the  net  impact  of  soil  erosion  on  the  climate  system  is  still 

uncertain. 

Climate warming can also be a major threat to the SOC pool, due to 

the imbalance it creates in the main carbon input (plant carbon pro-

duction  generated  from photosynthesis)  and the  main  carbon  output 

(respiratory losses resulted from microbial decomposition of SOM) in 

the soil (

Davidson, 2016

). While the impact of climate warming on this 

balance is at present still limited/relatively limited, over the following 

decades the effects of temperature increases are expected to determine 

large-scale SOC losses especially in the planetary regions holding the 

largest carbon stocks, currently concentrated at high latitudes in the 

Northern Hemisphere (

Crowther et al., 2016

; 

Davidson, 2016

). It ap-

pears that, by 2050, climate warming will generate a global SOC decline 

of at least 30 Pg C in the upper soil horizons (largely affecting permafrost 

soils), with potentially substantial consequences for positive soil car-

bon

–

climate  feedbacks  that  can  accelerate  global  climate  change 

(

Crowther et al., 2016

). 

3.5. Vegetation degradation 

Vegetation  degradation/decline  can  be  considered  another  major 

pathway of land degradation, given its diverse ecological consequences, 

global spatial footprint, and the effects it generates in climate system 

dynamics. As vegetation is an essential component of lands (

Dregne, 

2002

; 

Bai et al., 2008

; 

Blaikie and Brookfield, 2015

; 

Cherlet et al., 2018

; 

Pr

˘

av

˘

alie et al., 2021

), any form of alteration of this biotic system can be 

interpreted as an important pathway of land degradation. Consequently, 

any form of vegetation ecological damage or loss (processes that will be 

approached broadly as vegetation decline/degradation) must be inter-

preted as critical in assessing land degradation, considering that it can 

cause considerable effects on land productivity decrease, biodiversity 

decline and the disruption of biogeochemistry of land ecosystems (

Zhao 

and Running, 2010

; 

Ivits et al., 2014, 2016

; 

Schlesinger et al., 2016

; 

Pr

˘

av

˘

alie, 2018

; 

Cherlet et al., 2018

; 

Li et al., 2021

; 

Pr

˘

av

˘

alie et al., 2021

). 

The negative effects associated with vegetation degradation are all 

the more serious given the fact this land degradation pathway is present 

all  over  the  world.  By  investigating  reliable  data,  purchased  from  a 

global vegetation trend database (

Ivits et al., 2016

) and processed in 

terms of spatial extent (

Fig. 6

), it was found that the worldwide area 

affected by vegetation decline totals ~6.5 million km

2 

or over 4% of the 

global  terrestrial  surface.  With  a  transcontinental  presence,  which  is 

more pronounced in South America (almost 1.8 million km

2 

of lands 

affected by vegetation degradation, which equates to over a quarter of 

the global affected area) (

Fig. 6

a), this process considerably affects many 

countries worldwide. The detailed analysis of national data indicated 

four states largely affected by plant biomass degradation (across abso-

lute areas of 

>

0.5 million km

2

, which equates to 40% of worldwide 

vegetation degradation), namely Argentina (~820,000 km

2

, 13% din 

worldwide  vegetation  decline  area),  Brazil  (~648,000  km

2

,  10%), 

Australia (~588,000 km

2

, 9%) and the United States (~538,000 km

2

, 

8%) (

Fig. 6

b). Other considerably affected countries (with areas that 

range between 0.2 and 0.4 million km

2 

or between 3 and 6% of the 

global affected area) are Russia, Kazakhstan, China, Mexico, Mongolia 

and Zambia (

Fig. 6

b). 

However,  with  the  notable  exceptions  of  Argentina  and  Zambia, 

other states stand out as national vegetation degradation hotspots in 

terms of percentages (

Fig. 6

c). They are mainly located in the southern 

region of South America (with 48% of its national territory affected by 

vegetation degradation, Uruguay seems to be the world

’

s most heavily 

affected country) and in eastern and south-eastern Africa (

Fig. 6

c). This 

land degradation process affects most countries on up to 5% of their 

national  territories,  except,  in  part,  for  Africa,  where  a  considerable 

number of states see higher percentages (

Fig. 6

d). 

While vegetation degradation can occur through various pathways 

globally, such as forest die-off/dieback (

Allen et al., 2010, 2015

; 

Bennett 

et al., 2015

), vegetation fires (

Brando et al., 2014

; 

Jolly et al., 2015

) or 

plant net primary productivity decrease (

Zhao and Running, 2010

; 

Chen 

et al., 2013

), in this analysed case, the changes (decline) in vegetation 

biomass are essentially a response of ecosystems to long-term drought 

conditions  (

Ivits  et  al.,  2016

).  Due  to  water  and/or  heat  stress,  this 

response can occur through different pathways in various regions across 

the world, such as biomass loss or the limitation of vegetation growth, 

decreasing photosynthesis rates or devitalization/withering of vegeta-

tion (

Zhao and Running, 2010

; 

Anderegg et al., 2013

; 

Ivits et al., 2014, 

2016

; 

Jump  et  al.,  2017

).  These  vegetation  degradation  forms  can 

therefore be deemed to be typical of the vegetation decline areas map-

ped globally (

Fig. 6

). 

Various  studies  confirm  biomass  degradation  in  the  vegetation 

decline hotspots identified worldwide. For instance, the relatively recent 

effects of long droughts on vegetation degradation in the Chaco and 

Pampas regions of Argentina were well documented, especially in the 

case of the intense drought recorded in 2008

–

2009 (connected to the 

2008

–

2009 La Ni

˜

na event), which appears to be one of the country

’

s 

worst in the past century (

Barros et al., 2015

; 

Naumann et al., 2019

). 

Other  representative  and  documented  examples  of  drought-induced 

vegetation  decline,  featured  in  the  global  vegetation  trend  database 

Fig. 6.

Global spatial pattern of vegetation decline (degradation), approached as a major land degradation pathway across the Earth

’

s terrestrial area. Spatial 

representation of vegetation decline across the globe (a), graphic distribution of vegetation decline areas in the world

’

s most heavily affected states (b), spatial 

representation, expressed in percentages, of world states affected by vegetation decline (c) and graphic distribution of the number of states affected globally and 

continentally by vegetation decline, at different percentage thresholds (d). Note: in figure a, the vegetation decline data were derived by correlating FAPAR (Fraction 

of Absorbed Photosynthetically Active Radiation, a reliable indicator of plant ecological productivity) anomalies with the negative values of SPEI (Standardized 

Precipitation  and  Evaporation  Index, a  suggestive indicator  of  drought events), and  the negative statistically  significant trends  resulting from the  correlations 

indicated decline/degradation of biomass in drought-affected areas; in figure b, the world

’

s most heavily affected countries were considered those that account, in 

total, for 

>

95% of the global vegetation decline area (countries with an area of at least 10,000 km

2 

of vegetation decline, which were ordered from north to south, 

along the continents North America, South America, Europe, Africa, Asia, and Australia and Oceania); in figure c, percentages were computed by relating absolute 

vegetation decline areas to national territories; in figure d, the statistics of world states affected by vegetation decline at various percentage thresholds were obtained 

based on the number of states featured in figure c; abbreviations: DRC 

– 

Democratic Republic of the Congo, PNG 

– 

Papua New Guinea, N

&

C America 

– 

North and 

Central America, S America 

– 

South America, Australia

&

Oc 

– 

Australia and Oceania, veg. decl. 

– 

vegetation decline; all the data processing was based on the global 

vegetation trend database (using the equal-area Mollweide projection, Central Meridian 0.00), which was computed at an original spatial resolution of approximately 

8 km 

×

8 km for the 1982

–

2011 period (

Ivits et al., 2016

). 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 16

Figures and page graphics, page 16

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

16

(

Fig. 6

a), include areas located at the border between the United States 

and Mexico (

Allen et al., 2010

), Central Asia (especially border areas 

between Kazakhstan and Russia) (

de Beurs et al., 2015

; 

Horion et al., 

2016

) or north-eastern China (

Pei et al., 2018

). 

Global studies based on remote sensing data (NDVI) also signaled 

some of the global hotspots in vegetation degradation (

Fig. 6

a) (e.g. 

Argentina or Central Asia), although these satellite-based monitoring 

studies indicate an overall vegetation greening at global scale, and thus 

an improvement in vegetation quality over the past decades, possibly 

due to certain major driving factors like atmospheric CO

2 

fertilization 

(

Ding et al., 2020

). Nevertheless, other studies based on similar satellite 

observations  recently  reported  contrasting  browning  (degradation) 

trends, which dominated the global dynamics of the ecological state of 

vegetation especially after the year 2000, most likely due to intensified 

drought stress (

Pan et al., 2018

). Also, agro-ecosystems in numerous 

regions worldwide seem to be vulnerable, to a certain extent, to the 

degradation of agricultural vegetation 

– 

recent estimations showed that 

drought  conditions  affect  worldwide  arable  landscapes  across  ~1.2 

million  km

2

,  which  equates  to  more  than  8%  of  global  arable  lands 

(

Pr

˘

av

˘

alie et al., 2021

). 

The danger associated to drought-induced vegetation degradation is 

all  the  greater  considering  that  this  biotic  disturbance  increases  the 

susceptibility of certain ecosystems to other disturbances such as fires or 

insect outbreaks (

Seidl et al., 2017

), which widens the specter of vege-

tation degradation and, implicitly, that of land degradation pathways. 

For instance, forest ecosystems in western North America were affected 

after  1980  by  a  considerable  increase  in  tree  mortality  rates,  amid 

synergistic  effects  of  more  intense  droughts  and  higher  temperature 

stress, but also of escalating insect outbreaks (bark beetle outbreaks) and 

wildfires, which were facilitated by the intensification of drought and 

heat conditions in the past decades (

Carswell, 2014

; 

Pr

˘

av

˘

alie, 2018

). 

Another  telling  example  consists  of  the  Amazonian  forests,  affected 

extensively by intense droughts in the past decade (e.g. major droughts 

in 2010 and 2015), which created favorable conditions for widespread 

fires in many parts of the Amazon region (

Brando et al., 2014

; 

Jim

´

enez- 

Mu

˜

noz et al., 2016

). Another highly suggestive example consists of the 

widespread  fires  of  1997

–

1998,  during  the  El  Ni

˜

no-induced  drought 

event, which devastated extensive areas of tropical forests (in Indonesia) 

and generated forest fire emissions of over 40% of the global anthro-

pogenic  carbon  emissions  recorded  in  this  time  interval  (

Pr

˘

av

˘

alie, 

2018

). 

It seems that many global areas have become more vulnerable to 

vegetation fires over the past decades, due to the complex interaction 

between  drought,  dryness  and  anthropogenic  (human  ignitions,  land 

clearance,  urbanization  and  other  causes)  conditions  (

Kelley  et  al., 

2019

; 

Bowman et al., 2020

; 

van Wees et al., 2021

). With a mean global 

area  affected  annually  of  approximately  4

–

5  million  km

2 

(400

–

500 

million hectares), vegetation fires can trigger or amplify numerous land 

degradation  pathways  in  various  regions  globally,  even  though  this 

ecological process plays an important role in the Earth system

’

s func-

tionality via biogeochemical processes (

Bowman et al., 2020

). Accord-

ing to an interesting review paper, land degradation effects associated 

with  vegetation  fires  can  include soil  erosion  intensification,  aquatic 

system eutrophication (as a result of the increase in fluvial sediment and 

nutrient transport 

– 

nitrogen, phosphorus 

– 

in lakes, for example, which 

can trigger algal blooms) or permafrost thawing (

Bowman et al., 2020

). 

The consequences of vegetation fires also have a direct anthropogenic 

dimension,  affecting life,  human health  and property,  and triggering 

major  economic  costs  in  numerous  regions  worldwide,  such  as  the 

United States (California), Australia or Indonesia 

– 

e.g. the 2017

–

2018 

fires in California alone caused immense economic damages, estimated 

at US$40 billion (

Bowman et al., 2020

). 

There are a series of uncertainties regarding the response of vege-

tation to future climate change, linked to certain important variables 

that  are  difficult  to  estimate,  such  as  ecosystem  resilience  to  distur-

bances, the possible interference of other environmental stressors and 

even climate dynamics over the following decades. In the latter case, it is 

however highly likely that the acceleration of drier and hotter condi-

tions (through changes in drought and aridity patterns) will continue 

throughout  this  century  in  numerous  regions  worldwide  (

Dai,  2013

; 

Huang  et  al.,  2016

; 

Xu  et  al.,  2019

),  which  will  determine  further 

vegetation decline and land degradation. In this scenario, any form of 

vegetation degradation in the following decade will not only alter the 

state of lands, but also the Earth

’

s climatic stability, considering that 

terrestrial  vegetation is a major global  carbon pool 

– 

it stores  about 

610Pg C above ground, an amount of carbon that is almost comparable 

to that present in the atmosphere (~750Pg C) (

Petrokofsky et al., 2012

; 

Pütz  et  al.,  2014

).  This  potential  danger  for  climate  stability  was 

confirmed during the major 2010 drought in South America that caused 

losses of 2.2 Pg C in the Amazonian forest vegetation, which equates to 

the impressive share of 22% of global annual carbon emissions (

Pr

˘

av

˘

alie, 

2018

). More recent negative implications of vegetation degradation for 

the climate system can be highlighted by the major forest fires of 2019 in 

the  Amazon,  Australia  and  Indonesia,  which  accounted  for  large 

amounts of carbon dioxide emissions at global scale (

Folke et al., 2021

). 

4. Other important land degradation pathways 

As previously mentioned, approximately 12 other land degradation 

pathways can currently be identified, which can synthetically be called 

biological  invasions,  coastal  erosion,  land  erosion  (by  wind),  land 

pollution, land subsidence, landslides, permafrost thawing, soil acidifi-

cation, soil biodiversity loss, soil compaction, soil sealing and water-

logging (

Fig. 1

). These multiple land degradation forms occur in diverse 

regions worldwide and were intensely studied in numerous scientific 

papers, but generally in a singular and isolated manner. Therefore, as 

scientific papers that approach all these multidimensional pathways of 

land degradation simultaneously are still rare/lacking internationally, 

this study also briefly assesses these mechanisms that deteriorate land 

quality in numerous regions of the world. While this analysis completes 

the full picture of global land degradation, it does so in a very brief 

manner, considering the secondary priority attributed to these twelve 

processes compared to the five land degradation processes that were 

selected  and  analysed  extensively  considering  a  series  of  relevant 

criteria, previously mentioned in the present paper. 

4.1. Biological invasions 

These are intentional or unintentional introductions of exotic (non- 

native) species in a new environment, through several stages of the in-

vasion  process,  namely  transport,  establishment,  spread  and  impact 

(

Diez et al., 2012

). This ecological process can negatively affect all three 

components  of  lands 

– 

soils  (e.g.  via  invasive  earthworms)  (

Jochum 

et al., 2021

), vegetation (e.g. via tree insect pests) (

Boyd et al., 2013

) 

and inland waters (e.g. via toxic microorganisms) (

Sukenik et al., 2015

), 

and this is the reason why biological invasions can be in and of them-

selves considered a land degradation pathway. Of the three terrestrial 

systems, vegetation is probably the most visible affected component of 

lands. 

The  Earth

’

s  forest  ecosystems  are  particularly  relevant  and  note-

worthy  in  the  context  of  biological  invasions,  considering  certain 

extremely important characteristics such as the role of major hotspot of 

terrestrial biodiversity or holding the highest share of the planet

’

s total 

plant biomass (

Pr

˘

av

˘

alie, 2018

). Therefore, these attributes and other key 

attributes of forest ecosystems can be disturbed globally, since global 

forests  are  particularly  affected  by  biological  invasions  with  species 

from nearly every taxon, including woody and herbaceous plants, ver-

tebrates,  invertebrates or microorganisms (such as fungi or bacteria) 

(

Morin  and  Liebhold,  2015

; 

Liebhold  et  al.,  2017a,  2017b

; 

Pr

˘

av

˘

alie, 

2018

; 

Bello  et  al.,  2021

; 

Krivak-Tetley  et  al.,  2021

).  Therefore,  the 

presence of all these categories of non-native species in forest environ-

ments affects the productivity, stability and economic value of forests 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 17

Figures and page graphics, page 17

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

17

around the globe. 

Soils are also affected by many invasive species (

FAO, 2020

), which 

are however less visible (in the belowground environment) compared to 

biological invasions of forests and inland waters. In this case, special 

attention was given to earthworm invasions, which seem to be among 

the most widely studied groups of soil invasive organisms across the 

globe (

Xiang et al., 2015

; 

Coyle et al., 2017

; 

Ferlian et al., 2018, 2020

; 

Frelich et al., 2019

; 

Phillips et al., 2019

). Generally, all these exempli-

fied studies indicated either directly or indirectly that earthworm in-

vasions  are  an  increasing  threat  to  soils  worldwide,  due  to  multiple 

disruptive ecological effects in soil processes, soil properties and plant 

communities (

Frelich et al., 2019

; 

Ferlian et al., 2020

; 

Fleri et al., 2021

). 

In  addition  to  soils,  biological  invasions  also  account  for  a  series  of 

negative ecological consequences in inland waters, the quality of which 

is altered around the world by this disturbance (

Paerl and Paul, 2012

; 

Leuven et al., 2017

; 

Filipe et al., 2019

). 

The invasive species issue in worldwide forests or in other terrestrial 

environments (soils, inland waters) was exacerbated over the past de-

cades  amid  the  intensification  of  trade,  transport,  globalization  (

Essl 

et al., 2015

; 

Faulkner et al., 2016

; 

Seebens et al., 2021

) and climate 

change (

Diez et al., 2012

; 

Hulme, 2017

; 

Pecl et al., 2017

). These two 

categories of factors contributed to the biotic homogenization of eco-

systems  worldwide  (

Tabarelli  et  al.,  2012

; 

Folke  et  al.,  2021

),  the 

degradation of ecosystem services (

Boyd et al., 2013

; 

Walsh et al., 2016

; 

Folke et al., 2021

), including the ecosystems

’ 

capacity to store carbon 

(

Seidl et al., 2018

; 

Folke et al., 2021

), decreasing soil and water quality 

(

Paerl and Paul, 2012

; 

Frelich et al., 2019

) and finally to the deterio-

ration of the general state of lands throughout the world (

FAO, 2020

). 

These environmental disturbances will most likely intensify and expand 

spatially by mid-21st century, as recent modeling shows future consid-

erable developments of biological invasions across the continents, for a 

large number of taxonomic groups (

Seebens et al., 2021

). 

4.2. Coastal erosion 

This is a form of land degradation along coastal areas, which consists 

of a long-term loss of sediments and rocks due to natural (e.g. waves, 

currents, tides or storms) and anthropic (e.g. building dams and irriga-

tion systems that change the flux of sediments and coastal morphody-

namics or clearing of coastal ecosystems, like mangrove forests) factors 

(

Mentaschi et al., 2018

). Although coastal erosion can be considered 

borderline  a  land  degradation  pathway,  as  it  generally  implies  a 

smaller/much smaller removal of soils compared to sediments and rocks 

along coastal lands, certain reliable sources (

Olsson et al., 2019

) include 

this process in the specter of land degradation, which is why it was also 

featured  in  the  present  study.  Consequently,  coastal  erosion  can  be 

considered a degradative process, which affects the interference area 

between land and seas/oceans. 

Coastal  erosion  affects  various  coastal  landforms  worldwide,  and 

some of the most heavily affected are, for instance, sandy coasts (

Lui-

jendijk et al., 2018

; 

Le Cozannet et al., 2019

) and river deltas (

Syvitski 

et al., 2009

; 

Giosan et al., 2014

), which were massively subjected to the 

previously  mentioned  mixed  natural  and  anthropogenic  influences. 

Overall, it was found that, in the past three decades (1984

–

2015), the 

eroded land along the global coastline totaled about 28,000 km

2

, which 

is twice the area of gained land (14,000 km

2

) through accretion (

Men-

taschi et al., 2018

). Surprisingly, in the case of deltas, it seems that over 

the past three decades there has been a less intense effect of coastal 

erosion, considering that many deltas have experienced land area gains 

due to some positive effects associated to tidal influence (in the redis-

tribution and consolidation of deltaic sediment and in slightly gaining 

land area) in tide-dominated deltas (unlike wave- and river-dominated 

deltas  that  are  more  vulnerable  to  erosion)  (

Nienhuis  et  al.,  2020

). 

Additionally, even if river damming drastically reduced sediment loads 

from rivers in numerous deltaic regions, in some cases it appears that net 

anthropogenic effects were positive, through human-driven soil erosion 

(mainly via deforestation) which caused even more than 50% increase in 

sediment fluxes in some deltas of the world (

Nienhuis et al., 2020

). 

However, there is a general consensus on the fact that erosion is 

generally  intensifying  across  the  global  coastlines  (

Luijendijk  et  al., 

2018

; 

Mentaschi et al., 2018

; 

Williams et al., 2018

; 

Warrick et al., 2019

; 

Toimil et al., 2020

; 

Hzami et al., 2021

; 

Smith and Barnard, 2021

), with 

negative environmental effects in most cases, although certain partic-

ular  ecological  benefits  of  this  process  can  also  be  brought  up 

– 

for 

instance, the erosion of the Eurasian coastlines represents a major input 

of nutrients (e.g. nitrogen) in the Arctic Ocean, which is vital for the 

ocean ecosystem productivity (

Terhaar et al., 2021

). The coastal erosion 

threat is all the greater since coastal zones across the world are heavily 

populated and highly developed (

Hallegatte et al., 2013

), with 15 of the 

20 megacities worldwide (

>

10 million people) located in coastal areas 

(

Luijendijk et al., 2018

). In the future, the global coastline will undergo 

even greater pressure of severe erosion, according to a prediction that 

indicates  that  the  combined  action  of  the  aforementioned  natural/ 

anthropogenic factors and of sea level rise could determine, for instance, 

the loss of almost half of the worldwide sandy coasts (beaches) by the 

end of the century (

Vousdoukas et al., 2020

). The costs associated to the 

aggravation of this process along global coastlines are immense 

– 

for 

instance,  through  the  decline  in  coastal  ecosystem  services,  coastal 

erosion will cause in Europe alone possible annual losses of up to 42 

billion euros (

Paprotny et al., 2021

). By the end of the century, studies 

confirm  that  direct  anthropogenic  activities  and  especially  climate 

change  (with  an  increasing  influence  over  the  next  decades)  will 

continue to escalate this problem of coastal zones (

Hinkel et al., 2013

; 

Reimann et al., 2018

; 

Paprotny et al., 2021

), which may in turn amplify 

climate  change  through  positive  feedbacks,  triggered  by  permafrost 

eroding (in the Arctic coastlines) and carbon releasing into the atmo-

sphere (

Wegner et al., 2015

; 

Tanski et al., 2019

; 

Jong et al., 2020

). 

4.3. Land erosion (by wind) 

It is a severe environmental issue that occurs especially in global 

drylands  (

Pr

˘

av

˘

alie,  2016

),  where  three  environmental  conditions 

generally acknowledged to be driving forces of wind erosion (process 

that  moves  coarse/fine  particles  across  various  landscapes  by  wind 

power) are present 

– 

high wind speed, soil characteristics that are highly 

susceptible to erosion, and a general lack of protective natural vegeta-

tion (

Borrelli et al., 2016

; 

Jarrah et al., 2020

). Recent modeling showed 

that  the  intensity  and  extent  of  wind  erosion  reach  peak  values  in 

numerous  deserts  (components  of  drylands)  worldwide,  such  as  the 

Great Basin, Mojave (the United States), Atacama (Chile), Patagonia, 

Monte (Argentina), Sahara (Northern African countries), Namib, Kala-

hari (Namibia, Angola, South Africa, Botswana), Arabian (countries of 

the Arabian Peninsula, and partially Iraq and Jordan) and Syrian (Syria, 

Iraq and Jordan) deserts, Karakum (Turkmenistan), Kyzylkum (Uzbe-

kistan, Kazakhstan), Taklamakan (China), Gobi (China, Mongolia) or 

Australian deserts (

Chappell et al., 2019

; 

Borrelli et al., 2021

). In many 

parts of these desert regions, the mean wind erosion largely exceeds the 

1 t/ha/yr threshold (

Chappell et al., 2019

). 

Numerous national studies indicate the same global hotspots of wind 

erosion across the continents. For instance, in North America it is widely 

known that the United States are historically vulnerable to wind erosion, 

considering the extreme wind erosion episode called Dust Bowl, which 

occurred in the 1930s and was triggered by the simultaneous action of 

certain climatic, socio-economic and agricultural driving forces (

Lee and 

Gill, 2015

). In Africa, wind erosion is an acute issue not only in the 

countries from Sahara Desert (the world

’

s most intensely wind-eroded 

region), but also in other continental countries dominated to a lesser 

extent by desert landscapes, such as the ones in Africa

’

s eastern region 

(

Fenta et al., 2020

). Another example is Asia, with significant aeolian 

erosion  rates  in  Central (e.g.  Uzbekistan  or Turkmenistan) (

Li  et  al., 

2020

) or Eastern (e.g. China) Asia (

Chi et al., 2019

). 

A  particular  major  problem  of  this  process  in  dryland  systems  is 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 18

Figures and page graphics, page 18

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

18

linked to sand and especially dust storms, which appear to be directly 

affecting over 150 countries worldwide (

Middleton and Kang, 2017

). 

While sand storms can generate a negative impact, it is generally limited 

in terms of spatial extent, unlike dust storms which are far more prob-

lematic, considering that finer dust particles can be transported thou-

sands of kilometers from the source, in many cases across international 

boundaries (

Middleton and Kang, 2017

). It is estimated that global dust 

emissions from deserts range from 1 to 3 billion tons annually, Sahara 

contributing (mostly through the Bod

´

el

´

e Depression) probably 50% of 

this total and generating dust transport over thousands of kilometers to 

Europe, Americas and Asia (

Goudie, 2008

; 

Middleton, 2017

). Anthro-

pogenic dust emissions due to land use/cover changes or urbanization 

can  also  accelerate  the  impact  of  global  dust  emissions  (

Webb  and 

Pierre, 2018

; 

Chen et al., 2019

), which is generally considered to be 

negative, although dust particles can also generate beneficial effects on a 

planetary scale by contributing to the overall functioning of the Earth 

system (

Jewell et al., 2021

). 

In a more general perspective, there are multiple effects associated 

with intense wind erosion in drylands. Many negative effects are linked 

to  the  wind-blown  sands  and  dusts  and  include  damage  to  natural 

vegetation and crops by abrasion, disease transmission (eroded particles 

can contain a large variety of microorganisms that can cause diseases to 

plants,  animals  and  people),  air  pollution  (atmospheric  particulate 

matter  that  can  cause,  among  others,  human  respiratory  diseases), 

drinking-water contamination, disruptions of power and transportation 

infrastructure, soil carbon losses or some important climate feedbacks 

(

Middleton and Sternberg, 2013

; 

Goudie, 2014

; 

Gherboudj et al., 2017

; 

Zhao et al., 2017

; 

Chappell et al., 2019

; 

Duniway et al., 2019

; 

IPCC, 

2019

).  Essentially,  erosive  winds  are  a  major  vector  of  soil  fertility 

decrease, agricultural decline and desertification in many drylands of 

the  globe  (

IPCC,  2019

),  and  these  issues  will  probably  accentuate 

throughout this century, considering the aggravation potential of wind 

erosion under the effects of future warming (

Ma et al., 2021

). 

4.4. Land pollution 

This  is  another  land  degradation  vector  which,  through  various 

anthropogenic driving forces (agricultural, industrial, mining activities 

etc.) that introduce harmful substances into the environment, can affect 

land quality in a number of different ways across the world. For instance, 

soil pollution is a complex issue that can occur in many regions world-

wide through the considerable/excessive accumulation of substances in 

the  soil,  such  as  fertilizers  (nitrogen,  phosphorus)  (

Sun  et  al.,  2012

; 

Bruulsema,  2018

),  pesticides  (insecticides,  fungicides,  herbicides) 

(

UNCCD, 2017

; 

Tang et al., 2021

), heavy metals (cadmium, mercury and 

others) (

IPBES, 2018

; 

Liu et al., 2021

), radionuclides (

90

Sr, 

137

Cs and 

other  radioactive  isotopes)  (

Lelieveld  et  al.,  2012

; 

Pr

˘

av

˘

alie,  2014

), 

persistent organic pollutants (polychlorinated biphenyls, DDT and many 

other toxic substances that were or are still being used in some parts of 

the world) (

van den Berg, 2009

; 

IPBES, 2018

), plastic and microplastics 

(plastic  fragments 

<

5  mm  in  size)  (

Lau  et  al.,  2020

; 

Rochman  and 

Hoellein, 2020

) or electronic waste (which contain a variety of toxic 

substances,  like  heavy  metals,  polychlorinated  biphenyls,  poly-

brominated biphenyls and others) (

Kiddee et al., 2013

; 

Akram et al., 

2019

). 

Many  of  the  substances  mentioned  above,  as  well  as  others,  also 

affect many freshwater systems (lakes, rivers) worldwide (

Schwarzen-

bach et al., 2010

; 

UNCCD, 2017

; 

IPBES, 2018

), which, in the context of 

heightened anthropogenic pollution and progressive climate warming, 

have become more vulnerable to certain forms of secondary pollution, 

such as pollution with toxic microorganisms (e.g. cyanobacteria devel-

opment in phosphorus-enriched water environments) (

Sukenik et al., 

2015

; 

Garnier et al., 2021

). Also, vegetation (e.g. forest ecosystems) can 

be affected to a considerable extent by certain forms of regional or local 

pollution,  through  certain  pathways  such  as  atmospheric  nitrogen 

deposition (

Sicard et al., 2016

; 

Du et al., 2019

) or contamination with 

radionuclides (e.g. radiocesium) resulting from nuclear weapons tests 

(

Pr

˘

av

˘

alie,  2014

)  or  the  major  nuclear  accidents  Chernobyl  and 

Fukushima  (

Koarashi  et  al.,  2016

; 

Pr

˘

av

˘

alie  and  Bandoc, 2018

; 

Thiry 

et al., 2020

). 

The exemplified pollutants and others affect not only land systems 

themselves (soils, vegetation and inland water resources), but also the 

interference area between the land and sea, which consists of coastal 

ecosystems. Studies conducted in recent years showed that numerous 

coastal areas are currently threatened (in addition to climate change) by 

a wide range of pollutants, which have the highest concentrations in 

Eastern Atlantic (Western Europe) and Western Pacific (East Asia) (

Lu 

et al., 2018

). Moreover, pollution is an environmental disruption that is 

threatening land health and productivity worldwide not only latitudi-

nally  and  longitudinally,  but  also  vertically,  considering  that  many 

inland water resources are currently vulnerable to groundwater pollu-

tion (e.g. due to mining activities), which can affect surface waters (

Lall 

et al., 2020

). 

The negative consequences of land degradation through the broad 

spectrum of land pollution are complex and include various ecosystem 

damages, eutrophication, biodiversity decline, changes in biogeochem-

ical  cycles,  and  an  overall  degradation  of  ecosystem  services  (

MEA, 

2005

; 

Rockstr

¨

om  et  al.,  2009

; 

Orgiazzi  et  al.,  2016

; 

UNCCD,  2017

; 

IPBES, 2018

; 

FAO, 2020

; 

Garnier et al., 2021

). All these categories of 

negative  effects  have  been  studied  in  thousands  of  scientific  papers, 

most of which were conducted locally. Therefore, global studies tackling 

in  one  way  of  another  the  negative  ecological  consequences  of  the 

various  forms  of  land  pollution  are  generally  rare,  and  worldwide 

cartographic  representations  of  this  land  degradation  dimension  are 

even  more  rare/non-existent.  For  instance,  there  is  currently  still  no 

global map of soil pollution pathways (

FAO, 2020

), even though it is 

urgently needed for a spatial understanding of pollution (through all its 

relevant forms of manifestation) in relation with other soil degradation 

issues,  or  for  ensuring  a  more  efficient  protection  of  soils  against 

pollution  throughout  the  world.  However,  there  is  some  promising 

progress in terms of understanding certain particular pathways of global 

land pollution 

– 

for instance, a very recent study identified, quantified 

and  mapped  the  global  risk  of  pesticide  pollution  for  the  first  time, 

suggesting that ~31% of worldwide agricultural land is currently at high 

risk of pesticide pollution (

Tang et al., 2021

). 

4.5. Land subsidence 

The process essentially refers to the sinking of land as a result of soil 

compaction (

Temmerman and Kirwan, 2015

) and can be briefly defined 

as a vertical downward displacement of the ground surface (

Kok and 

Costa, 2021

). The causes of this environmental process are both natural 

and  anthropogenic.  Natural  causes  of  land  subsidence  are  linked  to 

climate  change  (e.g.  the  direct  effect  of  droughts  on  groundwater 

decrease, hydrodynamics that can lead to subsidence), tectonic subsi-

dence, karst processes or permafrost thawing (

Faunt et al., 2016

; 

Smith 

and Majumdar, 2020

; 

Kok and Costa, 2021

). 

Anthropogenic causes are however more important, according to a 

global study that recently confirmed that human-induced land subsi-

dence is predominant around the world (

Bagheri-Gavkosh et al., 2021

). 

They  include  groundwater,  gas  and  oil  extraction,  coal  mining, 

anthropogenic  drainage  or  urbanization  (

Erban  et  al.,  2014

; 

Armas¸ 

et al., 2015, 2017

; 

Sun et al., 2019

; 

Liu et al., 2020a

; 

Kok and Costa, 

2021

). Groundwater overexploitation is the main driving force of land 

subsidence worldwide (

Bagheri-Gavkosh et al., 2021

; 

Kok and Costa, 

2021

) and can be caused by excessive water extraction for agricultural 

irrigation (

Jeanne et al., 2019

) or for urban water use (

Bierkens and 

Wada, 2019

). This cause has become increasingly prominent over the 

past  decades,  as  groundwater  extraction  has  intensified  dramatically 

due to world population growth and to the expansion of irrigated agri-

culture (

Bierkens and Wada, 2019

). 

In  recent  years,  the  land  subsidence  process  has  drawn  attention 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 19

Figures and page graphics, page 19

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

19

especially in deltaic regions worldwide, as deltas are highly susceptible 

to land subsidence and densely populated areas (

Hallegatte et al., 2013

) 

– 

it is estimated that over half a billion people live on deltas, a significant 

share of which in megacities (

Giosan et al., 2014

; 

Higgins et al., 2014

). 

The presence of this issue in these coastal landforms is due to the high 

natural subsidence rates of deltas, but especially to human activities that 

exacerbate  the  sinking  of  these  areas  by  considerably/drastically 

reducing  sediment  loads  from  rivers  (by  building  dams  or  irrigation 

channels), or by accelerating soil compaction through subsurface mining 

(of groundwater, gas or oil) (

Syvitski et al., 2009

; 

Tessler et al., 2015

). In 

the first case, notable examples of sediment trapping due to dams and/or 

irrigation systems include the Nile (98% smaller sediment loads), Indus 

(94%), Rh

ˆ

one (85%), Mississippi (69%) or Danube (60%) deltas (

Giosan 

et al., 2014

). In the second case, relevant examples of subsurface mining 

and accelerated compaction are the Po delta in Italy (which sunk 3

–

5 m 

in the 20th century, mainly due to methane extraction) (

Giosan et al., 

2014

), Chao Phraya delta in Thailand (with subsidence rates of 5

–

15 

cm/yr due to intense groundwater use) (

Syvitski et al., 2009

), Yellow 

delta in China (with recent subsidence rates of up to 25 cm/yr in certain 

areas,  mainly  as  a  result  of  groundwater  extraction)  (

Higgins  et  al., 

2013

), or other important cases across the world (

Higgins, 2016

). 

Climate change will most likely aggravate this process, for instance 

through longer droughts that will accelerate domestic, agriculture or 

industry water demand, which will, in turn, result in the increasing of 

groundwater  depletion  (and  implicitly  in  land  subsidence)  in  many 

cases, both in deltaic and non-deltaic areas worldwide (

Hu et al., 2019

; 

Minderhoud  et  al.,  2020

).  In  deltaic  landforms,  subsidence  and  the 

presence of other vulnerability factors, such as a generally low altimetry 

or high rates of sea-level rise (

Syvitski et al., 2009

), will determine an 

enhancement in land degradative conditions, especially by increasing 

exposure  to  coastal  flooding.  The  perspective  of  accelerated  coastal 

flooding due to land surface subsidence and sea-level rise is alarming, 

considering  the  massive  populations  present  in  these  coastal  areas, 

currently estimated (in 2017) at 339 million people living in global river 

deltas alone (

Edmonds et al., 2020

). 

4.6. Landslides 

These are another land degradation pathway, which generally occurs 

locally in many parts of the world (

Kirschbaum et al., 2015

; 

Froude and 

Petley, 2018

). This process occurs on unstable slopes and consists of the 

detachment and downslope movement (under the influence of gravity) 

of a mixed mass (rock, various debris and/or soil), as a consequence of 

some natural (intense rainfall, seismic activity or vegetation cover loss 

after  a  fire  event)  and/or  anthropogenic  (deforestation,  removal  of 

vegetation cover or slope cutting by transport infrastructure) triggering 

factors (

Cherlet et al., 2018

; 

Reichenbach et al., 2018

). Although this 

process generally has a limited spatial extent in the affected regions, 

specialized studies showed that landslides are present on all continents, 

especially in hilly and mountainous regions (

Lin et al., 2017

; 

Stanley and 

Kirschbaum, 2017

; 

Kirschbaum and Stanley, 2018

). 

More  specifically,  recent  global  studies  based  on  susceptibility 

models showed that about 3% of the worldwide land area is very highly 

susceptible to landslides, with major landslide susceptibility hotspots 

mainly grouped along the great mountain ranges, such as Himalaya, 

Caucasus, Alps, Andes, the Rocky Mountains and others (

Stanley and 

Kirschbaum, 2017

; 

Kirschbaum and Stanley, 2018

). Although, at pre-

sent, this form of land degradation is probably most heavily influenced 

by direct human disturbances (

Li and Mo, 2019

), future climate change 

may have a significantly stronger influence (through the increase in the 

number of severe rainfall events or through other mechanisms such as 

ice and mountain snow melting or permafrost thawing) on the occur-

rence of landslide events across the world (

Gariano and Guzzetti, 2016

; 

Turetsky et al., 2019

; 

Wood et al., 2020

). In fact, through rainfall pat-

terns  determined  by  ocean-atmosphere  teleconnections  (e.g.  El  Ni

˜

no 

Southern Oscillation), climate change seems to already be playing an 

important  role  in  triggering  landslides  in  many  parts  of  the  world 

(

Emberson et al., 2021

). 

Given  the  context  that  landslides  generate  annually  thousands  of 

fatalities at global scale (

Haque et al., 2019

), it is not surprising this 

hazard has been given heightened attention in recent years, in many 

studies conducted from global/continental (

Günther et al., 2013

; 

van 

den Eeckhaut et al., 2012

; 

Haque et al., 2016

; 

Lin et al., 2017

; 

Stanley 

and Kirschbaum, 2017

) to national/local scales (

Niculiț

˘

a et al., 2016

; 

Kumar  et  al.,  2017

; 

Zhang  and  Huang,  2018

; 

Bueechi  et  al.,  2019

; 

Niculiț

˘

a et al., 2019

; 

B

˘

alteanu et al., 2020

; 

Mirus et al., 2020

). However, 

the negative ecological effects of this process are also noteworthy. While 

less widely studied compared to socio-economic effects, the ecological 

effects of landslides can be important and are linked to the creation of 

degraded depositional environments, SOC losses, removal or displace-

ment of upper fertile soil layers, habitat loss and degradation for soil 

biota, or the reduction of soil biodiversity and its overall functioning 

(

FAO, 2020

). 

4.7. Permafrost thawing 

This  process  can  lead  to  land  degradation  through  frozen  soil 

thawing in boreal and high-altitude (mountains) regions, which gener-

ates significant negative environmental effects, such as the reduction of 

vegetation cover, higher exposure of soil to erosion or releasing large 

amounts of carbon into the atmosphere (

Yang et al., 2010

; 

Schuur et al., 

2015

; 

Olsson et al., 2019

). This land degradation issue is extensively 

present in the Northern Hemisphere (especially at high latitudes), where 

permafrost  covers  broad  regions  (almost  23  million  km

2

,  of  which 

approximately 11 million km

2 

consist of continuous permafrost, with 

high carbon content) in Eurasia (for the most part) and North America 

(

Zhang  et  al.,  2008

).  In  addition  to  their  immense  extent,  the  even 

greater importance of these northern frozen soils resides in the fact that 

permafrost soils store the largest amount of terrestrial organic carbon on 

the planet, which is estimated up to almost 1600 Pg C (

Schuur et al., 

2015

). 

Yedoma  permafrost  thawing  in  northeastern  Siberia  and  Central 

Alaska  seems  to  currently  be  the  most  dangerous  form  of  this  land 

degradation pathway, as the region, with an area of over 1 million km

2 

and with a massive and deep carbon pool (estimated at ~500 Pg C) 

(

Zimov  et  al.,  2006

; 

Strauss  et  al.,  2017

),  has  started  to  destabilize, 

especially  due  to  accelerated  climate  warming  in  the  Arctic  region 

(

IPCC, 2013

). Besides the threat to critical infrastructure (e.g. oil and gas 

pipelines) (

Hjort et al., 2018

), the major danger of permafrost thawing 

in  the  Yedoma  region  and  in  other  frozen  regions  in  the  Northern 

Hemisphere consists of the release of large amounts of CO

2 

and espe-

cially CH

4

, gases with a strong greenhouse effect that can significantly 

amplify  climate  warming  over  the  course  of  the  following  decades 

(

IPCC,  2013

; 

Schuur  et al.,  2015

; 

Strauss et al., 2017

; 

Lenton et  al., 

2019

). 

Permafrost is already thawing at a global scale, as permafrost ground 

temperatures increased by 0.29 (

±

0.12) 

◦

C globally, in only one decade 

(2007

–

2016) (

Biskaborn et al., 2019

). But the major concerns are linked 

to the massive permafrost destabilization in the coming decades (due to 

climate warming and Arctic Amplification), which will cause 23

–

174 Pg 

C emissions from permafrost soils by 2100, under the RCP 8.5 scenario, 

or 6

–

33 Pg C, under the RCP 4.5 scenario, thus contributing (via positive 

feedbacks) to the acceleration of climate warming in this century (

An-

thony et al., 2018

). In a secondary manner, soil degradation and possible 

feedbacks in climate warming also result from permafrost thawing at 

lower latitudes such as in the Tibetan Plateau, which holds the largest 

permafrost area in China and in the mid- and low-latitude regions of the 

globe (

Yang et al., 2019

; 

Zou et al., 2017

; 

Hu et al., 2020

). This lower 

latitude permafrost carbon pool, which currently contains 37 Pg C, is 

also vulnerable to climate warming by 2100, and could release up to 

almost 4 Pg C or nearly 2 Pg C under scenarios RCP 8.5 or RCP 4.5, 

respectively (

Wang et al., 2020

). 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 20

Figures and page graphics, page 20

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

20

Permafrost destabilization is not only problematic in terms of global 

warming,  but  also  in  terms  of  actual  environmental  degradation. 

Permafrost thawing can trigger landslides, rapid erosion or the degra-

dation/removal of forest vegetation (due to the flooding of large areas of 

trees) (

Turetsky et al., 2019

), thus contributing to the amplification of 

other  land  degradation  processes  at  high  latitudes  in  the  Northern 

Hemisphere. The only beneficial short-term consequence of this process 

is probably linked to the enhancement of the groundwater discharge to 

rivers and thus to streamflow increasing in some high latitude regions, 

such as the Ob, Yenisei and Lena river basins, although even this positive 

effect  will  probably  be  offset  in  the  medium  and  long  term  by  the 

intensification  of  evapotranspiration  due  to  future  warming  (

Wang 

et al., 2021a

). The disturbing effects of permafrost destabilization will 

be frequent especially in unstable areas with abrupt permafrost thawing 

(which can affect several meters of permafrost soil within days, weeks or 

several months/years, as opposed to gradual thawing, which affects soils 

much slower, by a few centimeters over years or decades), which is 

estimated will occur in this century in ~20% of frozen soils located at 

high latitudes (

Turetsky et al., 2020

). Other unexpected consequences of 

permafrost  thawing  are  linked  to  the  release  of  notable  amounts  of 

mercury into the atmosphere (

Schaefer et al., 2020

), keeping in mind 

that, surprisingly, permafrost regions contain nearly twice as much Hg 

as the rest of all other soils of the planet, the atmosphere, and even ocean 

combined (

Schuster et al., 2018

). 

4.8. Soil acidification 

This is a process that occurs in regions with high precipitation and 

leaching  conditions,  which  consists  of  accumulating  hydrogen  and 

aluminum cations in the soil and/or leaching base cations such as cal-

cium,  magnesium,  potassium  and  sodium  from  the  soil  (

FAO,  2015

; 

IPBES, 2018

). In addition to natural causes, soil acidification can be a 

process  that  is  triggered/amplified  by  anthropogenic  activities,  for 

instance through acid deposition as a consequence of acid rain, which 

occurs when certain anthropogenic gases such as sulphur dioxide and 

nitrogen oxides (NO

x

) react in the atmosphere with precipitation water 

(

Liang et al., 2013

; 

Lu et al., 2014

). Essentially, the pH values of topsoil 

lower than 7 are acidic, but only the soils below the 5.5 threshold are in 

most cases unsuitable for agricultural crops (

IPBES, 2018

) 

– 

it is esti-

mated that roughly half of the worldwide potentially arable soils are 

acidic (

Kochian et al., 2015

; 

UNCCD, 2017

). Moreover, soils below the 

4.5 pH threshold are classified as severely acidic and cover extensive 

areas globally, such as the Labrador peninsula, Amazon region, Congo 

Basin, Scandinavian peninsula or vast Siberian regions (

IPBES, 2018

). 

While soil acidification can be triggered under natural conditions 

(

Delgado-Baquerizo et al., 2019

), anthropogenic soil acidification has 

become  (as  early  as  the  beginning  of  the  Industrial  Revolution)  an 

increasingly important cause of this environmental issue, via sulphur 

and nitrogen atmospheric deposition (

FAO, 2020

). Over the past de-

cades, a decrease in nitrogen and particularly in sulphur deposition has 

been  however  noticed  especially in  North  America and Europe,  as a 

result of atmospheric pollution control policies implemented in these 

regions  (

Greaver  et  al.,  2012

; 

Vet  et  al.,  2014

; 

Tan  et  al.,  2018

). 

Nevertheless, the emission and further deposition of nitrogen remains 

(alongside the usage of N fertilizers for crop growth) one of the main 

causes of soil acidification worldwide (

Wang et al., 2021b

), as global 

nitrogen deposition increased over the past decades (in contrast with 

sulphur deposition, which decreased globally), especially in East Asia 

(mainly  China)  and  South  Asia  (India),  where  NO

x 

emissions  have 

remained high (

Tan et al., 2018

). Historically, it seems that nitrogen 

deposition has reduced, on average, the soil pH by 0.24

–

0.26 units on a 

global  scale  (

Tian  and  Niu,  2015

; 

Meng  et  al.,  2019

),  or  by  up  to 

0.49

–

0.63 units in some terrestrial (grassland) ecosystems (

Yang et al., 

2012

; 

Tian and Niu, 2015

). 

The consequences of soil acidification are alarming, especially given 

the fact that ~50% of global arable landscapes are acidic (

Wang et al., 

2021b

).  The  major  negative  effects  of  this  process  include  a  lower 

availability of soil inorganic nutrients, high toxicity for plants (which 

results from the dissolved aluminum into the soil solution), disruption of 

soil microorganism activity, reducing soil biodiversity and an overall 

decline of soil fertility and productivity (

Azevedo et al., 2013

; 

Zhang 

et al., 2015

; 

Orgiazzi et al., 2016

; 

Singh et al., 2017

; 

Zhu et al., 2020

). 

Soil acidification can also lead to the hindrance of leaf litter decompo-

sition, a vital ecological process for humus formation, nutrient cycling 

and for the biogeochemical cycles of carbon (

Lv et al., 2014

; 

Tibbett 

et al., 2019

). Although, surprisingly, there are some studies that suggest 

this process could have certain beneficial ecological effects by consoli-

dating  SOC  in  some  croplands  of  the  world  (in  China),  by  reducing 

organic matter  decomposition and increasing  SOC  protection  against 

mineralization  (

Zhang  et  al.,  2020

),  it  appears  this  conclusion  is 

complicated or even erroneous, and that soil acidification does not, in 

fact, increase SOC accumulation and fertility of soils (

Kuzyakov et al., 

2021

). 

4.9. Soil biodiversity loss 

Soil biodiversity decline can be considered another land degradation 

pathway, which essentially consists of reducing the diversity of organ-

isms  in  the  soil  (bacteria,  fungi  or  invertebrates),  amid  the  local-  to 

global-scale  action  of  multiple  stressors  (

Orgiazzi  et  al.,  2016

).  It  is 

generally acknowledged that the soil biota plays a crucial ecological role 

in  maintaining  multiple  ecosystem  functions  and  services  (multi-

functionality), through the high degree of diversity of bacteria (

Delgado- 

Baquerizo et al., 2016

), fungi (

Tedersoo et al., 2014

) or earthworms 

(

Phillips  et  al.,  2019

).  Essentially,  soil  organisms  enhance  multi-

functionality  across  the  globe  (e.g.  through  nutrient  cycling,  litter 

decomposition,  primary  production  or  climate  regulation)  (

Delgado- 

Baquerizo  et  al.,  2016

; 

Phillips  et  al.,  2019

),  thus  generating  direct 

benefits for humans as well, such as influencing the quality of air, water 

and food (

Wall et al., 2015

). 

At present, a wide range of environmental threats impact soil-living 

communities (and, implicitly, ecosystem multifunctionality) and are, in 

many cases, connected to multidimensional forms of land degradation 

(

Orgiazzi et al., 2016

). For instance, while soil acidification can be an 

important constraining factor for the diversity of soil organisms in many 

circumstances  (

Delgado-Baquerizo  et  al.,  2019

),  many  other  land 

degradation  pathways,  such  as  soil  pollution,  biological  invasions  or 

even soil erosion, seem to be affecting/reducing soil biodiversity (via 

various  mechanisms,  such  as through  the  toxicity  of  pesticides  or of 

other chemical stressors in the case of soil pollution) across numerous 

regions worldwide (

Baxter et al., 2013

; 

Hayes et al., 2018

; 

Frelich et al., 

2019

; 

Beaumelle et al., 2021

; 

Liu et al., 2021

; 

Tang et al., 2021

; 

Wor-

lanyo and Jiangfeng, 2021

). Overall, planetary areas with the highest 

soil biodiversity loss risk are, as expected, the ones with the greatest 

exposure to various human activities, which determine serious threats 

(in  terms of  intensity, variety and spatial extent) to soil biodiversity 

stability across the world (

Orgiazzi et al., 2016

). 

All major threats to soil biodiversity were very recently synthesized 

in a highly complex global analysis (

FAO, 2020

), according to which soil 

biodiversity  is  currently  under  the  pressure  of  several  main  threats 

(resulting from direct or indirect effects of anthropogenic and climatic 

pressures) that act in various ecoregions worldwide, such as tropical 

regions (where threats are linked to deforestation, agricultural intensi-

fication, SOC losses, fires or erosion), dryland environments (SOC losses, 

salinization, fires, climate change or desertification), temperate zones 

(urbanization, agricultural intensification, SOC losses, invasive species 

or  fires),  tundra  (climate  change,  SOC  losses  or  invasive  species)  or 

boreal  (deforestation)  regions  (

FAO,  2020

).  These  major  threats  are 

confirmed,  in  one  way  or  another,  by  numerous  studies  conducted 

continentally (e.g. Europe) or globally (

Gardi et al., 2013

; 

Nielsen et al., 

2015

; 

Geisen  et al., 2019

; 

Guerra  et al., 2020

; 

Tibbett et al.,  2020

), 

which  highlighted  the  fact  that  global  and  regional  changes  put 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 21

Figures and page graphics, page 21

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

21

considerable  pressures  on  soil  biodiversity  and  its  ecological 

functionality. 

4.10. Soil compaction 

This is currently an important land degradation issue throughout the 

world,  and  is  caused  by  several  compressive  forces,  such  as  wheels, 

tillage machinery or excessive animal trampling on grazing lands (

FAO, 

2015

; 

Byrnes et al., 2018

; 

Lamand

´

e et al., 2018

; 

Lai and Kumar, 2020

; 

Zhang and Peng, 2021

). Essentially, this process causes an increase of 

soil bulk density and/or a decrease in soil porosity, as air is removed 

from the pores of soil grains (

Beylich et al., 2010

; 

Smith et al., 2016

). 

This densification of the soil/subsoil material significantly reduces long- 

term productivity of soils and is considered among the most persistent 

pathways of land degradation, with durations that range from decades to 

centuries (

Batey, 2009

; 

UNCCD, 2017

). 

Globally, very little is known about the extent of this degradation 

process. Estimations dating back about three decades indicated that soil 

compaction could be affecting approximately 68 million ha (i.e. under 1 

million km

2

) worldwide (

Oldeman et al., 1991

). It is very likely that this 

estimated value is still relevant (considering the persistent nature of this 

process) or even considerably higher presently (

Lamand

´

e et al., 2018

). 

However, regionally (e.g. across Europe), there is more data available on 

the spatial impact of this environmental process (

Lamand

´

e et al., 2018

). 

Europe appears to be a major hotspot of soil compaction worldwide, as it 

is estimated that this process impacts about 33 million ha in the region, 

mostly in Eastern Europe (

Oldeman et al., 1991

; 

Alaoui and Diserens, 

2018

). 

Soil compaction strongly affects many croplands (

Shah et al., 2017

), 

grasslands (

FAO, 2015

) or even forestlands (

Cambi et al., 2015

), and is 

therefore  present  in  many  terrestrial  environments.  Generally,  in  all 

environments affected by this degradation process there is a wide range 

of ecological consequences. The multiple negative effects of the process 

include disrupting the soil pore system by decreasing the macropores 

(

Lamand

´

e et al., 2018

), reducing the water supply and oxygen to plants 

and soil microorganisms (

Cambi et al., 2015

), altering soil properties 

(

Batey, 2009

), disrupting soil biota and soil biological processes (

Beylich 

et al., 2010

), reducing agricultural productivity (

Stoessel et al., 2018

), 

increasing  floods  (

Alaoui  et  al.,  2018

)  or  exacerbating  other  land 

degradation processes, such as erosion (

Alaoui et al., 2018

), which can 

be amplified by increasing surface runoff conditions (

Costache et al., 

2019

; 

Wang et al., 2019

). 

The  magnitude  of  these  transformations  is  considerable 

– 

for 

instance, crop yield losses due to soil compaction are estimated to reach 

20

–

25%, but can exceed 50% if the soil is affected simultaneously by 

compaction and other degradation processes (

Correa et al., 2019

). These 

decreases in agricultural yields are explained by the reduction of crop 

root growth and development, as a result of various stress conditions in 

compacted soils, like mechanical impedance to penetration, low levels 

of water and nutrient supply or low oxygen availability (

Correa et al., 

2019

). All the aforementioned effects, as well as others, were studied in 

depth  simultaneously  in  complex  specialized  studies  (

Nawaz  et  al., 

2013

; 

Shah  et al.,  2017

; 

Lamand

´

e  et al.,  2018

; 

Correa  et al.,  2019

), 

which confirmed that compaction is an important threat to soil health 

and productivity worldwide. 

4.11. Soil sealing 

It consists of permanently covering the soil surface with a persistent 

and impermeable material (

Gardi et al., 2015

; 

Smith et al., 2016

). This 

process,  which  has  major  negative  effects  on  soil  quality,  can  have 

various natural causes, such as raindrop impact, rapid wetting of dry 

soil, soil crusting, soil compaction or deposition of a fine and imper-

meable material to the soil surface (

Moncada et al., 2014

; 

du Preez and 

van Huyssteen, 2020

; 

FAO, 2020

). However, anthropogenic causes are 

far  more  important  as  they  entail  extensive  and permanent  artificial 

sealing conditions (with asphalt, concrete, metal and other materials), 

primarily  as a consequence of  urbanization and infrastructure devel-

opment (

Li et al., 2018b

). 

Soil sealing is therefore a major form of land degradation in urban-

ized areas worldwide (

Xiao et al., 2013

; 

Gardi et al., 2015

; 

UNCCD, 

2017

; 

Tobias et al., 2018

; 

Abd-Elmabod et al., 2019

), where soils are also 

affected by other degradation processes simultaneously, such as pollu-

tion, acidification or compaction (

Li et al., 2018b

; 

Rodríguez-Espinosa 

et al., 2021

). Over the past decades, this process has expanded at an 

alarming rate especially in states experiencing dramatic urbanization 

after 2001, namely China, the United States, Nigeria, India, Indonesia, 

Russia or Mexico (

Sun et al., 2020

). Europe is also a major global hotspot 

of this process, with a soil sealing rate of approximately 1000 km

2 

every 

year (while estimated over the 1990

–

2000 period, the rate remained 

stable around the value of 900 km

2 

per year after 2000), especially due 

to excessive urbanization (

Fini et al., 2017

; 

Ronchi et al., 2019

). When 

soils are sealed in urban regions, the dramatic effects are ecological (e.g. 

isolation/destruction  of  entire  belowground  ecosystems)  (

Pennisi, 

2020

), but also socio-economic (flooding increases, heat island inten-

sification or higher water contamination risk in urban areas) (

Pereira 

et al., 2020

). 

Global  urban  expansion  will  continue  aggressively  in  the  coming 

decades (

Chen et al., 2020

), which will cause a profound impact on soil 

sealing. For instance, it is highly likely that global urbanized areas will 

almost triple as early as 2030 (

>

1.8 million km

2

), compared to the year 

2000 (~650,000 km

2

) (

Seto et al., 2012

). Other recent modelling shows 

that the global urban area may reach between 1.1 million km

2 

and 3.6 

million  km

2 

by  2100,  depending  on  different  Shared  Socioeconomic 

Pathways (

Gao and O

’

Neill, 2020

). While it is impossible to accurately 

predict the future urbanization expansion, it is clear that soil sealing will 

intensify across this century. 

The negative implications of the soil sealing process relate to the loss 

of soil ecological and economic multifunctionality, such as the soils

’ 

water retention and purification capacity, food and fibre production, 

carbon  sequestration,  biodiversity  conservation  or  nutrient  cycling 

(

FAO, 2015

; 

O

’

Riordan et al., 2021

). Essentially, this process affects the 

soil

’

s nutrient cycles, hydrological cycle, climate regulation capacity, 

causes  habitat  loss  for  soil  organisms,  affects  soil  biodiversity  and 

generally all soil services and functions (

Li et al., 2018b

), except for its 

capacity to support infrastructure (

FAO, 2020

). 

4.12. Waterlogging 

This is a process through which soil reaches water saturation due to 

excessive  input  and/or  inadequate  drainage  (

IPBES,  2018

).  In  many 

cases  it  is  a  consequence  of  excessive  use  of  irrigation  in  numerous 

agricultural regions worldwide and generally coincides with soil sali-

nization in terms of spatial extent (

Singh, 2021

). In fact, the two pro-

cesses are regarded as a double threat to irrigated environments (

Singh, 

2015, 2020, 2021

; 

Vlotman, 2020

), affecting extensive irrigated areas 

and threatening food security in some parts of the world (

Singh, 2018

). 

But there are also other causes of this process, which are linked to the 

intensification of extreme precipitation events (amid climate change), 

soil compaction (which reduces water infiltration  in the  vertical soil 

profile), shallow water table (which maintains excessive humidity in the 

top  soil  profile),  land  topography  (which  can  determine  increasing 

surface runoff from upslope topographic areas to lowland zones with 

poor drainage conditions) or poor soil structure (which diminishes the 

downward  movement  of  water  and  the  supply  of  the  shallow  water 

table)  (

Kaur  et  al.,  2020

).  The  increase  in  frequency,  intensity  and 

severity  of  extreme  precipitation  events  is  however  an  increasingly 

important cause determining this disruptive environmental process, due 

to climate warming that triggered the increase of available atmospheric 

moisture necessary for the production of extreme rainfall events in many 

parts of the globe (

Liu et al., 2020b

). The agricultural consequences of 

this atmospheric imbalance are related not only to the occurrence of 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 22

Figures and page graphics, page 22

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

22

(caption on next page) 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 23

Figures and page graphics, page 23

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

23

waterlogging (which essentially consists of the saturation of soil pores 

with water), but also to that of flooding events, when agricultural plants 

are submerged under water partially or completely (

Kaur et al., 2020

). 

In a broader context, water excess (in soil pores or on the surface) can 

worsen the state of lands by creating acidity conditions, depleting soil 

oxygen, creating anoxic conditions in soil, or through denitrification and 

emission of N

2

O into the atmosphere, a major greenhouse gas that can 

considerably  accelerate  global  warming  (

Voesenek  and  Sasidharan, 

2013

; 

Chen et al., 2016

; 

IPBES, 2018

). Essentially, waterlogging causes a 

series of physical, chemical and biological changes in soil, which can 

aggravate other degradative processes (e.g. acidification, compaction or 

biodiversity loss) and diminish the overall biological productivity of soil 

(

Geisen et al., 2019

; 

Manik et al., 2019

). In a particular context, agri-

cultural effects can be significant. As expected, the combined effects of 

waterlogging  and  associated  processes  (salinization  and  flooding) 

strongly erode crop yields and the sustainability of agricultural lands 

(

Bailey-Serres et al., 2012

; 

Singh, 2019

; 

Du et al., 2021

). 

In agricultural landscapes, water excess is a serious issue in irrigated 

lands, the spatial footprint of which totals between approximately 3 and 

4 million km

2 

globally (

Thenkabail et al., 2009

; 

Salmon et al., 2015

; 

Meier et al., 2018

). It is estimated that at least 10% (at least 0.3 million 

km

2 

or 30 million ha) of the worldwide irrigated area is affected by 

waterlogging  and  the  related  salinity  issue  (

Ritzema,  2016

; 

Singh, 

2017a

),  especially  in  arid  and  semiarid  regions  of  the  world  (

Singh, 

2017b

; 

Minhas et al., 2020b

). With such a global extent, it is not sur-

prising that waterlogging stress can cause significant losses in agricul-

tural yields worldwide, as a result of the negative effects generated to 

agricultural crops, such as decreases in plant height, leaf area and leaf 

greenness, disruption of stomatal conductance and photosynthetic rate, 

or decreases in total carbohydrate content (

Liu et al., 2013

; 

Ren et al., 

2014

; 

Kaur et al., 2020

; 

Du et al., 2021

; 

Tian et al., 2021b

). 

5. Major international actions for combating the worldwide 

land degradation processes 

As  this  is  a  multidimensional  problem,  fighting  land  degradation 

requires multiple international actions that must address the ecological 

stability of land systems, soil, inland water resources and vegetation. 

Historically,  a  series  of  international  initiatives  have  been  launched, 

which have directly or indirectly contributed to fighting land degrada-

tion  by  ensuring  the  protection  (prevention  of  land  degradation), 

restoration (the full recovery of land ecosystems to their pre-degradation 

state) or rehabilitation (the partial recovery or stabilization of lands in a 

state that is not necessarily consistent with pre-existing ecological con-

ditions) of lands (

IPBES, 2018

). Therefore, over the past decades, in-

ternational  policies  aimed  at  fighting  land  degradation  have  been 

strengthened and, by promoting/implementing various sustainable land 

management actions worldwide (

Fig. 7

), have created a strong global 

land governance in recent years. 

The  first  international  initiative  directly  aimed  at  global  land 

degradation was the United Nations Conference on Desertification (in 

Nairobi,  1977),  which  adopted  a  set  of  actions  to  combat  global 

desertification,  based  on  the  first  worldwide  map  of  desertification 

(

Cherlet et al., 2018

). More than a decade later (in 1990), an important 

initiative of the United Nations Environment Programme (UNEP) con-

sisted of sponsoring the first complex global analysis of human-induced 

soil degradation, as part of the Global Assessment of Soil Degradation 

(GLASOD) project (

Oldeman et al., 1991

). This project was the foun-

dation for preparing the first edition of the World Atlas of Desertification 

(WAD 1) (

Middleton and Thomas, 1992

), which, at the UN Conference 

on  Environment  and  Development  (UNCED)  held  in  1992  at  Rio  de 

Janeiro, Brazil (also known as Rio de Janeiro Earth Summit), contrib-

uted  to  the  UN  General  Assembly  decision  to  establish  the  UNCCD 

(

Cherlet  et  al.,  2018

).  GLASOD  has  also  provided  a  major  scientific 

support for the development of the second edition of the World Atlas of 

Desertification (WAD 2), in 1997 (

Middleton and Thomas, 1997

). 

The UNCCD, which was adopted in 1994, in Paris, France (

UNCCD, 

1994

), and entered into force in 1996, is currently ratified by all member 

states of the UN, and is therefore the most important global political 

vector in fighting land degradation (

Pr

˘

av

˘

alie, 2016

). The Convention 

played  an  important  role  in  the  implementation  and  monitoring  of 

numerous land protection/restoration/rehabilitation actions across the 

world, via the fourteen Conferences of the Parties (COP) held between 

1997 and 2019 (four annual sessions held between 1997 and 2000, and 

ten  biannual  sessions  since  2001).  Noteworthy  examples  of  recent/ 

relatively recent UNCCD initiatives include the preparation of guidelines 

for updating WAD at COP 8 (2007, Madrid, Spain), based on which the 

third edition of the World Atlas of Desertification (WAD 3) was devel-

oped  in  2018  (

Cherlet  et  al.,  2018

),  the  launch  of  the  Changwon 

Initiative at COP 10 (2011, Changwon, South Korea), which enhanced 

the  interdisciplinary  scientific  process  for  supporting  the  UNCCD 

(

UNCCD,  2011

),  and  the  launch  of  the  Ankara  Initiative  at  COP  12 

(2015, Ankara, Turkey), which provided practical support for achieving 

the Land Degradation Neutrality (LDN) concept (

UNCCD, 2015

). 

The LDN tool adopted at COP 12 of the UNCCD currently plays a 

major role in fighting degraded lands worldwide (

Akhtar-Schuster et al., 

2017

; 

Kust et al., 2017

; 

Okpara et al., 2018

; 

Metternicht et al., 2019

; 

Smetanov

´

a et al., 2019

). This concept, defined as "a state whereby the 

amount and quality of land resources, necessary to support ecosystem 

functions and services and enhance food security, remains stable or in-

creases within specified temporal and spatial scales and ecosystems", 

essentially entails maintaining a neutral balance (or preferably a posi-

tive one) between non-degraded and degraded lands over a certain time 

interval, ideally within the same land cover/use class (

Cherlet et al., 

Fig. 7.

International (scientific and political) initiatives that supported the fight against land degradation over the past decades (left), and concrete control measures 

that can currently be applied to ensure land protection/restoration/rehabilitation, according to the specific land degradation processes worldwide (center and right). 

Note: the exemplified measures/practices can be used by governments of the world to fulfil the commitments made in international policies (e.g. as part of the 

UNCCD) or in their national strategies focused on fighting land degradation; many more specific measures to ensure land protection/restoration/rehabilitation can be 

consulted in the World Overview of Conservation Approaches and Technologies (WOCAT) database, which is officially recognized by the UNCCD as a reliable source 

for reporting the best practices in worldwide sustainable land management (

Liniger et al., 2019

); the photos in this figure were selected in order to convey a 

suggestive visual manifestation of land degradation pathways, and were sourced from various reliable sources, for aridity (

Durant et al., 2012

), biological invasions 

(

Roach, 2013

), coastal erosion (

Pontee et al., 2009

), land erosion by water (

Amundson et al., 2015

), land erosion by wind (

DPIRD, 2020

), land pollution (

WWA, 

2020

), land subsidence (

Kennedy, 2020

), landslides (

Cherlet et al., 2018

), permafrost thawing (

Zimov et al., 2006

), salinization (

Cherlet et al., 2018

), soil acidi-

fication (

AGRA, 2020

), soil biodiversity loss (

Creamer et al., 2017

), soil compaction (Big 

Ag, 2017

), soil organic carbon loss (

DPIRD, 2019a

), soil sealing (

RECARE, 

2020

), vegetation degradation (

Anderegg et al., 2013

) and waterlogging (

DPIRD, 2019b

); the superscript numbers in each section of the seventeen land degradation 

pathways are citations that support the exemplified practical measures that can fight the multiple forms of land degradation worldwide (1 

– 

Rockstr

¨

om et al., 2017b

; 

2 

– 

Pr

˘

av

˘

alie, 2016

; 3 

– 

Zhang et al., 2016b

; 4 

– 

Hulme, 2017

; 5 

– 

Diez et al., 2012

; 6 

– 

Men

´

endez et al., 2020

; 7 

– 

van Rijn, 2011

; 8 

– 

Prosdocimi et al., 2016

; 9 

– 

Chen 

et al., 2017

; 10 

– 

Wang et al., 2010

; 11 

– 

Hugenholtz et al., 2012

; 12 

– 

Wang et al., 2015

; 13 

– 

Paleari, 2017

; 14 

– 

Cherlet et al., 2018

; 15 

– 

Temmerman and Kirwan, 

2015

; 16 

– 

Giosan et al., 2014

; 17 

– 

Gariano and Guzzetti, 2016

; 18 

– 

Piciullo et al., 2018

; 19 

– 

Zimov et al., 2006

; 20 

– 

Vincent et al., 2017

; 21 

– 

Cherlet et al., 2018

; 

22 

– 

Qadir et al., 2014

; 23 

– 

Wang et al., 2016

; 24 

– 

Dai et al., 2017

; 25 

– 

Veresoglou et al., 2015

; 26 

– 

Orgiazzi et al., 2016

; 27 

– 

Chamen et al., 2015

; 28 

– 

Batey, 

2009

; 29 

– 

Poeplau and Don, 2013

; 30 

– 

Villarino et al., 2017

; 31 

– 

Bradford et al., 2019

; 32 

– 

Gardi et al., 2015

; 33 

– 

Rodríguez-Rojas et al., 2018

; 34 

– 

Pr

˘

av

˘

alie, 

2018

; 35 

– 

Trumbore et al., 2015

; 36 

– 

Singh, 2019

; 37 

– 

Valipour, 2014

). 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 24

Figures and page graphics, page 24

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

24

2018

). This unique approach of UNCCD allows for a concrete counter-

balance  of  anticipated  losses  in  productive  lands  with  measures  to 

achieve equivalent gains in land productivity, through land restoration 

and rehabilitation. Monitoring LDN achievement is possible by using 

environmental indicators, based on which the net balance between the 

area of gains and area of losses in land productivity is quantified within 

individual land types (

Cowie et al., 2018

; 

Dallimer and Stringer, 2018

; 

Easdale et al., 2019

; 

Gilbey et al., 2019

; 

Sciortino et al., 2020

). So far, 

more than 120 countries of the world have committed to setting LDN 

targets (

UNCCD, 2020

), and, in coming years, other states are expected 

to join this international mechanism, which has proven to be efficient in 

stabilizing the complex land degradation process. 

Other  UN  policies  have  indirectly  contributed  to  fighting  land 

degradation over the past decades. The UN Framework Convention on 

Climate Change (UNFCCC) and the Convention on Biological Diversity 

(CBD), the other two 1992 UNCED conventions, also played an impor-

tant  role in  protecting  lands  worldwide, through sustained efforts  to 

fight  climate change  and protect  biodiversity. For instance,  with the 

"Reducing emissions from deforestation and forest degradation and the 

role of conservation, sustainable management of forests and enhance-

ment of forest carbon stocks in developing" program (REDD

+

), launched 

in 2008 by the UNFCCC, this convention aims to reduce carbon emis-

sions in developing countries, through deforestation reduction, forest 

protection,  sustainable  forestlands  management  and  carbon  bio-

sequestration (

Romijn et al., 2012

; 

Streck, 2021

). It is therefore apparent 

that  through  the  objectives  aimed  at  protecting  forest  ecosystems, 

components of lands, the convention also contributes to the protection 

of land itself. Another example consists of the 2015 Paris Agreement, 

through which UNFCCC

’

s effort to stabilize global warming under 2 

◦

C 

by  2100,  relative  to  preindustrial  levels  (

Fawcett  et  al.,  2015

),  will 

generate multiple positive effects, including in terms of land protection 

(e.g.  by  reducing  climate  warming,  global  aridity  and,  therefore,  by 

mitigating the decline of water resources and desertification conditions) 

by the end of this century. CBD could also play an important role in land 

ecosystems stability through the Nagoya protocol (2010, Nagoya, Aichi 

Prefecture, Japan), Aichi Biodiversity Target 15, which aims to restore 

at least 15% of the world degraded ecosystems (

Navarro et al., 2017

), or 

even through Target 11, which aims to ensure the formal protection of at 

least 17% of the global terrestrial area by 2020 (

Joppa et al., 2013

). 

In addition to these conventions, the UN has also developed other 

actions  that  converge  towards  land  protection.  With  the  New  York 

Declaration on Forests (2014, New York, United States), inspired by the 

Bonn Challenge (2011, Bonn, Germany), the UN aims to restore 150 

million ha of degraded forestlands and other landscapes by 2020, but 

also an additional 200 million ha (i.e. 350 million hectares in total) by 

2030 (

Suding et al., 2015

). The 2030 Agenda for Sustainable Develop-

ment  of  the  UN,  adopted  in  2015,  is  another  international  policy 

framework with direct relevance for land degradation, through SDG 15 

("Protect, restore and promote sustainable use of terrestrial ecosystems, 

sustainably manage forests, combat desertification, and halt and reverse 

land degradation and halt biodiversity loss"), Target 15.3 ("By 2030, 

combat desertification, restore degraded land and soil, including land 

affected by desertification, drought and floods, and strive to achieve a 

land  degradation-neutral  world")  (

United  Nations,  2020

).  Another 

important vector of UN

’

s influence on fighting land degradation consists 

of the Food and Agriculture Organization (FAO), which, through the 

2011 Global Soil Partnership initiative, addresses the various issues and 

conservation  solutions that  pertain  to  global  soils (

Montanarella and 

Vargas, 2012

; 

Koch et al., 2013

). 

In addition to these aforementioned UN-driven international policies 

(which are the most relevant, considering that the UN is the global au-

thority in the management of land degradation and other worldwide 

environmental issues), regional policies can also be crucial. The policies 

of  the  European  Union  (EU)  are  a  relevant  example  in  this  respect, 

considering that, for many years, they have been paying special atten-

tion to controlling numerous forms of land degradation explored in this 

paper.  One  of  the  most  important  policies  aimed  at  fighting  land 

degradation within European borders is the EU Soil Thematic Strategy, 

which addresses the main threats to soil health on the continent, namely 

soil  erosion,  soil  salinization,  soil  organic  matter  (carbon)  loss,  soil 

contamination, soil biodiversity loss, soil sealing, soil compaction, soil 

acidification, landslides and desertification (

Montanarella and Panagos, 

2021

). In a broader context of EU policies, these land degradation pro-

cesses are considered directly or indirectly in the European Green Deal 

major policy, which has the ambitious goal of making the EU the world

’

s 

first  climate-neutral  continent  by  2050  (

Montanarella  and  Panagos, 

2021

). 

The  national  policy  actions  to  fight  land  degradation  are  also  of 

major importance for land protection around the world. In order to fulfil 

the commitments made as part of the above international initiatives or 

of their own national policies, world governments have at their disposal 

a  wide  range  of  measures  for  addressing  the  multiple  forms  of  land 

degradation present within national boundaries (

Fig. 7

). If appropriately 

implemented locally or regionally, based on sound scientific grounds, 

these  measures  can  efficiently  fight  the  various  pathways  of  land 

degradation (

Fig. 7

) and can ensure the sustainable protection/resto-

ration/rehabilitation of lands across the planet. 

6. Conclusions 

Through the multiple ecosystem functions and services they provide, 

land systems (soils, vegetation and inland water resources) are crucial 

for the survival and prosperity of humanity, life support and the Earth 

systems

’ 

stability. In terms of human wellbeing, these terrestrial systems 

are vital given the wide range of eco-services that fundamentally in-

fluence the quality of human life across the planet. Lands are also a vital 

foundation for terrestrial biodiversity, supporting various biotic habitats 

and gene reserves for fauna, microorganisms and flora from all over the 

world.  Land  systems  are  at  the  same  time  an  essential  pillar  for  the 

stability of the global climatic system, especially by controlling carbon 

fluxes between terrestrial systems and the atmosphere, and by storing 

huge carbon amounts in soil and vegetation biomass pools. 

All  these  physical  and  ecological  attributes  of  land  systems  are 

constantly eroded by the multitude of land degradation pathways/pro-

cesses that occur on various spatial scales throughout the world. The 

findings of this study, based on the analysis of over 500 international 

scientific  papers,  show  that  the  spectrum  of  global  land  degradation 

pathways  goes  well  beyond  traditional  knowledge  and  approaches, 

which usually focus on several conventional degradation processes, such 

as water erosion, wind erosion or soil salinization. Starting from the 

official definitions of land degradation and upon analysis of the most 

relevant papers in the field, it was found that there currently are 17 land 

degradation processes around the globe, a surprisingly high number that 

confirms the extremely high complexity of land degradation globally 

and  draws  attention  to  the  multiple  ecological  and  socio-economic 

threats that are associated with the global land multi-degradation. 

Essentially,  identifying  the  17  land  degradation  pathways 

throughout  the  world  confirms  that  land  multi-degradation  is  un-

doubtedly one of the most critical global environmental issues humanity 

is currently facing. Therefore, this review brings forward the fact that 

land degradation should be deemed a major environmental issue in in-

ternational policies, which must be urgently addressed by UNCCD and 

governments worldwide, by applying a series of measures (in a rapid, 

efficient  and  coordinated  manner)  which  can  efficiently  control  the 

global  land  degradation  processes.  The  results  of  this  review  should 

firstly draw the attention of the UN, which is the international authority 

(through UNCCD) in the worldwide management of land degradation. 

Such  urgent  measures  are  not  only  necessary  for  the  five  major 

degradation  processes  prioritized  in  the  present  study  (aridity,  land 

erosion by water, salinization, soil organic carbon loss and vegetation 

degradation). While, in this paper, the five land degradation pathways 

were  considered  major  and  analysed  extensively,  based  on  the  five 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 25

Figures and page graphics, page 25

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

25

aforementioned criteria, it is possible that other land degradation di-

mensions may actually be major globally-reaching threats too. In fact, 

other land degradative processes can already also be considered major 

across the planet (e.g. wind erosion, land pollution, soil compaction or 

soil  acidification),  but  the  global  data  needed  to  conduct  detailed 

planetary-scale analyses is currently not available for many such facets 

of land degradation. 

Depending on the availability and accessibility of such additional 

global data in the coming years, future studies should also approach 

other forms of land degradation, as major land degradation pathways on 

global  scale.  These  future  analyses  can  be  of  crucial  importance  for 

gaining a more detailed understanding of the multidimensional pattern 

of land degradation. Such a deep understanding is vital for enhancing 

the scientific support used in the implementation of international and 

national  policies  designed  to  protect/restore/rehabilitate  degraded 

lands across the globe. 

Declaration of Competing Interest 

The authors declare that they have no known competing financial 

interests or personal relationships that could have appeared to influence 

the work reported in this paper. 

Acknowledgements 

The article has enjoyed the support of the CLIMFOREST project (No. 

20/2020) financed by UEFISCDI program, Romania. Also, the article 

was supported by the Romanian Young Academy, which is funded by 

Stiftung Mercator and the Alexander von Humboldt Foundation for the 

period 2020

–

2022. The author would like to thank the anonymous re-

viewers  for  their  highly  constructive  comments  and  suggestions  that 

helped improve this paper. 

References 

Abbas, A., Khan, S., Hussain, N., Hanjra, M.A., Akbar, S., 2013. Characterizing soil 

salinity in irrigated agriculture using a remote sensing approach. Phys. Chem. Earth 

55-57, 43

–

52

. 

Abd-Elmabod, S.K., Fitch, A.C., Zhang, Z., Ali, R.R., Jones, L., 2019. Rapid urbanisation 

threatens fertile agricultural land and soil carbon in the Nile delta. J. Environ. 

Manag. 252 

https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.109668

. 

Abel, C., Horion, S., Tagesson, T., De Keersmaecker, W., Seddon, A.W., Abdi, A.M., 

Fensholt, R., 2021. The human

–

environment nexus and vegetation

–

rainfall 

sensitivity in tropical drylands. Nat. Sustain. 4, 25

–

32

. 

Ag, Big, 2017. Bigger equipment isn

’

t always better when soil compaction is involved. 

Accessed April 30, 2020, at. 

http://www.bigag.com/topics/equipment/bigger 

-equipment-isnt-better-soil-compaction/

. 

AGRA, 2020. Alliance for a Green Revolution in Africa 

– 

Using lime to reduce soil acidity 

and increase productivity in Rwanda. Accessed April 28, 2020, at. 

https://agra. 

org/using-lime-to-reduce-soil-acidity-and-increase-productivity-in-rwanda/

. 

Akhtar-Schuster, M., Stringer, L.C., Erlewein, A., Metternicht, G., Minelli, S., Safriel, U., 

Sommer, S., 2017. Unpacking the concept of land degradation neutrality and 

addressing its operation through the Rio Conventions. J. Environ. Manag. 195, 4

–

15

. 

Akram, R., Fahad, S., Hashmi, M.Z., Wahid, A., Adnan, M., Mubeen, M., Khan, N., 

Rehmani, M.I., et al., 2019. Trends of electronic waste pollution and its impact on 

the global environment and ecosystem. Environ. Sci. Pollut. Res. 26, 16923

–

16938

. 

Alaoui, A., Diserens, E., 2018. Mapping soil compaction 

– 

a review. Curr. Opin. Environ. 

Sci. Health. 5, 60

–

66

. 

Alaoui, A., Rogger, M., Peth, S., Bl

¨

oschl, G., 2018. Does soil compaction increase floods? 

A review. J. Hydrol. 557, 631

–

642

. 

Alc

´

antara, V., Don, A., Vesterdal, L., Well, R., Nieder, R., 2017. Stability of buried carbon 

in deep-ploughed forest and cropland soils 

– 

implications for carbon stocks. Sci. Rep. 

7 

https://doi.org/10.1038/s41598-017-05501-y

. 

Ali, R., Viney, N.R., Hodgson, G., Aryal, S., Dawes, W., 2012. Modelling the impact of 

subcatchment and regional scale drainage in the Blackwood Basin. Western 

Australia. Agric. Water Manag. 115, 252

–

266

. 

Allen, C.D., Macalady, A.K., Chenchouni, H., Bachelet, D., McDowell, N., Vennetier, M., 

Kitzberger, T., Rigling, A., et al., 2010. A global overview of drought and heat- 

induced tree mortality reveals emerging climate change risks for forests. For. Ecol. 

Manag. 259, 660

–

684

. 

Allen, C.D., Breshears, D.D., McDowell, N.G., 2015. On underestimation of global 

vulnerability to tree mortality and forest die-off from hotter drought in the 

Anthropocene. Ecosphere 6, 1

–

55

. 

Amundson, R., Berhe, A.A., Hopmans, J.W., Olson, C., Sztein, A.E., Sparks, D.L., 2015. 

Soil and human security in the 21st century. Science 348. 

https://doi.org/10.1126/ 

science.1261071

. 

Anderegg, W.R.L., Kane, J.M., Anderegg, L.D.L., 2013. Consequences of widespread tree 

mortality triggered by drought and temperature stress. Nat. Clim. Chang. 3, 30

–

36

. 

Anthony, K.W., von Deimling, T.S., Nitze, I., Frolking, S., Emond, A., Daanen, R., 

Anthony, P., Lindgren, P., et al., 2018. 21st-century modeled permafrost carbon 

emissions accelerated by abrupt thaw beneath lakes. Nat. Commun. 9 

https://doi. 

org/10.1038/s41467-018-05738-9

. 

Armas¸, I., Necsoiu, M., Mendes, D.A., Gheorghe, M., Gheorghe, D., 2015. Ground 

displacement trends in an urban environment using multi-temporal InSAR analysis 

and two decades of multi-sensor satellite-based SAR imagery. In: Proceedings of 9th 

International Workshop Fringe. 

https://doi.org/10.13140/RG.2.1.1202.3847

. 

Armas¸, I., Mendes, D.A., Popa, R.G., Gheorghe, M., Popovici, D., 2017. Long-term ground 

deformation patterns of Bucharest using multi-temporal InSAR and multivariate 

dynamic analyses: a possible transpressional system? Sci. Rep. 7 

https://doi.org/ 

10.1038/srep43762

. 

Azevedo, L.B., van Zelm, R., Hendriks, A.J., Bobbink, R., Huijbregts, M.A.J., 2013. Global 

assessment of the effects of terrestrial acidification on plant species richness. 

Environ. Pollut. 174, 10

–

15

. 

Bagheri-Gavkosh, M., Hosseini, S.M., Ataie-Ashtiani, B., Sohani, Y., Ebrahimian, H., 

Morovat, F., Ashrafi, S., 2021. Land subsidence: a global challenge. Sci. Total 

Environ. 778 

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146193

. 

Bai, Z.G., Dent, D.L., Olsson, L., Schaepman, M.E., 2008. Proxy global assessment of land 

degradation. Soil Use Manag. 24, 223

–

234

. 

Bailey-Serres, J., Lee, S.C., Brinton, E., 2012. Waterproofing crops: effective flooding 

survival strategies. Plant Physiol. 160, 1698

–

1709

. 

B

˘

alteanu, D., Micu, M., Jurchescu, M., Malet, J.P., Sima, M., Kucsicsa, G., Dumitric

˘

a, C., 

Petrea, D., et al., 2020. National-scale landslide susceptibility map of Romania in a 

European methodological framework. Geomorphology 371. 

https://doi.org/ 

10.1016/j.geomorph.2020.107432

. 

Banwart, S., Black, H., Cai, Z., Gicheru, P., Joosten, H., Victoria, R., Milne, E., 

Noellemeyer, E., et al., 2014. Benefits of soil carbon: report on the outcomes of an 

international scientific committee on problems of the environment rapid assessment 

workshop. Carbon Manag. 5, 185

–

192

. 

Barbier, E.B., Hochard, J.P., 2018. Land degradation and poverty. Nat. Sustain. 1, 

623

–

631

. 

Barros, V.R., Boninsegna, J.A., Camilloni, I.A., Chidiak, M., Magrín, G.O., Rusticucci, M., 

2015. Climate change in Argentina: trends, projections, impacts and adaptation. 

Wiley Interdiscip. Rev. Clim. Chang. 6, 151

–

169

. 

Batey, T., 2009. Soil compaction and soil management 

– 

A review. Soil Use Manag. 25, 

335

–

345

. 

Batista, P.V.G., Davies, J., Silva, M.L.N., Quinton, J.N., 2019. On the evaluation of soil 

erosion models: are we doing enough? Earth Sci. Rev. 197 

https://doi.org/10.1016/ 

j.earscirev.2019.102898

. 

Baxter, C., Rowan, J.S., McKenzie, B.M., Neilson, R., 2013. Understanding soil erosion 

impacts in temperate agroecosystems: bridging the gap between geomorphology and 

soil ecology. Biogeosci. Discuss. 10, 7491

–

7520

. 

Beaumelle, L., Thouvenot, L., Hines, J., Jochum, M., Eisenhauer, N., Phillips, H.R., 2021. 

Soil fauna diversity and chemical stressors: a review of knowledge gaps and roadmap 

for future research. Ecography 44. 

https://doi.org/10.1111/ecog.05627

. 

Bello, C., Cintra, A.L., Barreto, E., Vancine, M.H., Sobral-Souza, T., Graham, C.H., 

Galetti, M., 2021. Environmental niche and functional role similarity between 

invasive and native palms in the Atlantic Forest. Biol. Invasions 23, 741

–

754

. 

Bennett, A.C., McDowell, N.G., Allen, C.D., Anderson-Teixeira, K.J., 2015. Larger trees 

suffer most during drought in forests worldwide. Nat. Plants 1. 

https://doi.org/ 

10.1038/nplants.2015.139

. 

Berdugo, M., Delgado-Baquerizo, M., Soliveres, S., Hern

´

andez-Clemente, R., Zhao, Y., 

Gait

´

an, J.J., Gross, N., Saiz, H., et al., 2020. Global ecosystem thresholds driven by 

aridity. Science 367, 787

–

790

. 

Berhe, A.A., Barnes, R.T., Six, J., Marin-Spiotta, E., 2018. Role of soil erosion in 

biogeochemical cycling of essential elements: carbon, nitrogen, and phosphorus. 

Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 46, 521

–

548

. 

Beylich, A., Oberholzer, H.R., Schrader, S., Hoper, H., Wilke, B.M., 2010. Evaluation of 

soil compaction effects on soil biota and soil biological processes in soils. Soil Tillage 

Res. 109, 133

–

143

. 

Bierkens, M.F.P., Wada, Y., 2019. Non-renewable groundwater use and groundwater 

depletion: a review. Environ. Res. Lett. 14 

https://doi.org/10.1088/1748-9326/ 

ab1a5f

. 

Biggs, A.J.W., Silburn, D.M., Power, R.E., 2013. Catchment salt balances in the 

Queensland Murray

–

Darling Basin. Australia. J. Hydrol. 500, 104

–

113

. 

Billings, S.A., Lajtha, K., Malhotra, A., Berhe, A.A., de Graaff, M.A., Earl, S., Fraterrigo, J., 

Georgiou, K., et al., 2021. Soil organic carbon is not just for soil scientists: 

measurement recommendations for diverse practitioners. Ecol. Appl. 31 

https://doi. 

org/10.1002/eap.2290

. 

Biskaborn, B.K., Smith, S.L., Noetzli, J., Matthes, H., Vieira, G., Streletskiy, D.A., 

Schoeneich, P., Romanovsky, V.E., 2019. Permafrost is warming at a global scale. 

Nat. Commun. 10 

https://doi.org/10.1038/s41467-018-08240-4

. 

Blaikie, P.M., Brookfield, H.C., 2015. Land Degradation and Society. Routledge, Oxon, 

United Kingdom

.  

Bonan, G.B., 2008. Forests and climate change: forcings, feedbacks, and the climate 

benefits of forests. Science 320, 1444

–

1449

. 

Borrelli, P., Panagos, P., Ballabio, C., Lugato, E., Weynants, M., Montanarella, L., 2016. 

Towards a pan-European assessment of land susceptibility to wind erosion. Land 

Degrad. Dev. 27, 1093

–

1105

. 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 26

Figures and page graphics, page 26

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

26

Borrelli, P., Robinson, D.A., Fleischer, L.R., Lugato, E., Ballabio, C., Alewell, C., 

Meusburger, K., Modugno, S., et al., 2017. An assessment of the global impact of 21st 

century land use change on soil erosion. Nat. Commun. 8 

https://doi.org/10.1038/ 

s41467-017-02142-7

. 

Borrelli, P., Panagos, P., Lugato, E., Alewell, C., Ballabio, C., Montanarella, L., 

Robinson, D.A., 2018. Lateral carbon transfer from erosion in noncroplands matters. 

Glob. Chang. Biol. 24, 3283

–

3284

. 

Borrelli, P., Robinson, D.A., Panagos, P., Lugato, E., Yang, J.E., Alewell, C., Wuepper, D., 

Montanarella, L., et al., 2020. Land use and climate change impacts on global soil 

erosion by water (2015-2070). PNAS 117, 21994

–

22001

. 

Borrelli, P., Alewell, C., Alvarez, P., Anache, J.A., Baartman, J., Ballabio, C., Bezak, N., 

Biddoccu, M., et al., 2021. Soil erosion modelling: a global review and statistical 

analysis. Sci. Total Environ. 780 

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146494

. 

Bouma, J., 2014. Soil science contributions towards Sustainable Development Goals and 

their implementation: linking soil functions with ecosystem services. J. Plant Nutr. 

Soil Sci. 177, 111

–

120

. 

Bowman, D.M.J., Kolden, C.A., Abatzoglou, J.T., Johnston, F.H., van der Werf, G.R., 

Flannigan, M., 2020. Vegetation fires in the Anthropocene. Nat. Rev. Earth Environ. 

1, 500

–

515

. 

Boyd, I.L., Freer-Smith, P.H., Gilligan, C.A., Godfray, H.C.J., 2013. The consequence of 

tree pests and diseases for ecosystem services. Science 342. 

https://doi.org/ 

10.1126/science.1235773

. 

Bradford, M.A., Carey, C.J., Atwood, L., Bossio, D., Fenichel, E.P., Gennet, S., 

Fargione, J., Fisher, J.R.B., et al., 2019. Soil carbon science for policy and practice. 

Nat. Sustain. 2, 1070

–

1072

. 

Brando, P.M., Balch, J.K., Nepstad, D.C., Morton, D.C., Putz, F.E., Coe, M.T., Silv

´

erio, D., 

Macedo, M.N., et al., 2014. Abrupt increases in Amazonian tree mortality due to 

drought

–

fire interactions. PNAS 111, 6347

–

6352

. 

Bruulsema, T., 2018. Managing nutrients to mitigate soil pollution. Environ. Pollut. 243, 

1602

–

1605

. 

Bueechi, E., Klime

ˇ

s, J., Frey, H., Huggel, C., Strozzi, T., Cochachin, A., 2019. Regional- 

scale landslide susceptibility modelling in the Cordillera Blanca, Peru 

– 

A 

comparison of different approaches. Landslides 16, 395

–

407

. 

Bünemann, E.K., Bongiorno, G., Bai, Z., Creamer, R.E., De Deyn, G., de Goede, R., 

Fleskens, L., Geissen, V., et al., 2018. Soil quality 

– 

a critical review. Soil Biol. 

Biochem. 120, 105

–

125

. 

Burrell, A.L., Evans, J.P., De Kauwe, M.G., 2020. Anthropogenic climate change has 

driven over 5 million km

2 

of drylands towards desertification. Nat. Commun. 11 

https://doi.org/10.1038/s41467-020-17710-7

. 

Byrnes, R.C., Eastburn, D.J., Tate, K.W., Roche, L.M., 2018. A global meta-analysis of 

grazing impacts on soil health indicators. J. Environ. Qual. 47, 758

–

765

. 

Cambi, M., Certini, G., Neri, F., Marchi, E., 2015. The impact of heavy traffic on forest 

soils: a review. For. Ecol. Manag. 338, 124

–

138

. 

Carswell, C., 2014. Don

’

t blame the beetles. Science 346, 154

–

156

. 

Cerd

`

a, A., Rodrigo-Comino, J., 2021. Regional farmers

’ 

perception and societal issues in 

vineyards affected by high erosion rates. Land 10. 

https://doi.org/10.3390/ 

land10020205

. 

Cerd

`

a, A., Rodrigo-Comino, J., Gim

´

enez-Morera, A., Keesstra, S.D., 2017. An economic, 

perception and biophysical approach to the use of oat straw as mulch in 

Mediterranean rainfed agriculture land. Ecol. Eng. 108, 162

–

171

. 

Cerd

`

a, A., Daliakopoulos, I.N., Terol, E., Novara, A., Fatahi, Y., Moradi, E., Salvati, L., 

Pulido, M., 2021. Long-term monitoring of soil bulk density and erosion rates in two 

Prunus Persica 

(L) plantations under flood irrigation and glyphosate herbicide 

treatment in La Ribera district. Spain. J. Environ. Manage. 282 

https://doi.org/ 

10.1016/j.jenvman.2021.111965

. 

Chamen, W.C.T., Moxey, A.P., Towers, W., Balana, B., Hallett, P.D., 2015. Mitigating 

arable soil compaction: a review and analysis of available cost and benefit data. Soil 

Tillage Res. 146, 10

–

25

. 

Chappell, A., Baldock, J., Sanderman, J., 2016. The global significance of omitting soil 

erosion from soil organic carbon cycling schemes. Nat. Clim. Chang. 6, 187

–

191

. 

Chappell, A., Webb, N.P., Leys, J.F., Waters, C.M., Orgill, S., Eyres, M.J., 2019. 

Minimising soil organic carbon erosion by wind is critical for land degradation 

neutrality. Environ. Sci. Pol. 93, 43

–

52

. 

Chen, T., van der Werf, G.R., de Jeu, R.A.M., Wang, G., Dolman, A.J., 2013. A global 

analysis of the impact of drought on net primary productivity. Hydrol. Earth Syst. 

Sci. 17, 3885

–

3894

. 

Chen, Z., Ding, W., Xu, Y., Müller, C., Yu, H., Fan, J., 2016. Increased N

2

O emissions 

during soil drying after waterlogging and spring thaw in a record wet year. Soil Biol. 

Biochem. 101, 152

–

164

. 

Chen, D., Wei, W., Chen, L., 2017. Effects of terracing practices on water erosion control 

in China: a meta-analysis. Earth Sci. Rev. 173, 109

–

121

. 

Chen, S., Jiang, N., Huang, J., Zang, Z., Guan, X., Ma, X., Luo, Y., Li, J., et al., 2019. 

Estimations of indirect and direct anthropogenic dust emission at the global scale. 

Atmos. Environ. 200, 50

–

60

. 

Chen, G., Li, X., Liu, X., Chen, Y., Liang, X., Leng, J., Xu, X., Liao, W., et al., 2020. Global 

projections of future urban land expansion under shared socioeconomic pathways. 

Nat. Commun. 11 

https://doi.org/10.1038/s41467-020-14386-x

. 

Cherlet, M., Hutchinson, C., Reynolds, J., Hill, J., Sommer, S., von Maltitz, G. (Eds.), 

2018. World Atlas of Desertification, third edition. Publication Office of the 

European Union, Luxembourg, Luxembourg

.  

Chi, W., Zhao, Y., Kuang, W., He, H., 2019. Impacts of anthropogenic land use/cover 

changes on soil wind erosion in China. Sci. Total Environ. 668, 204

–

215

. 

Chimwamurombe, P.M., Mataranyika, P.N., 2021. Factors influencing dryland 

agricultural productivity. J. Arid Environ. 189 

https://doi.org/10.1016/j. 

jaridenv.2021.104489

. 

Correa, J., Postma, J.A., Watt, M., Wojciechowski, T., 2019. Soil compaction and the 

architectural plasticity of root systems. J. Exp. Bot. 70, 6019

–

6034

. 

Corwin, D.L., 2021. Climate change impacts on soil salinity in agricultural areas. Eur. J. 

Soil Sci. 72, 842

–

862

. 

Costache, R., Hong, H., Wang, Y., 2019. Identification of torrential valleys using GIS and 

a novel hybrid integration of artificial intelligence, machine learning and bivariate 

statistics. Catena 183. 

https://doi.org/10.1016/j.catena.2019.104179

. 

Costanza, R., de Groot, R., Sutton, P., van der Ploeg, S., Anderson, S.J., Kubiszewski, I., 

Farber, S., Turner, R.K., 2014. Changes in the global value of ecosystem services. 

Glob. Environ. Chang. 26, 152

–

158

. 

Cowie, A.L., Orr, B.J., Sanchez, V.M.C., Chasek, P., Crossman, N.D., Erlewein, A., 

Louwagie, G., Maron, M., et al., 2018. Land in balance: the scientific conceptual 

framework for Land Degradation Neutrality. Environ. Sci. Pol. 79, 25

–

35

. 

Coyle, D.R., Nagendra, U.J., Taylor, M.K., Campbell, J.H., Cunard, C.E., Joslin, A.H., 

Mundepi, A., Phillips, C.A., et al., 2017. Soil fauna responses to natural disturbances, 

invasive species, and global climate change: current state of the science and a call to 

action. Soil Biol. Biochem. 110, 116

–

133

. 

Creamer, R., Stone, D., Massey, P., 2017. Understanding the role of biodiversity in our 

soils. Accessed April 28, 2020, at. 

https://www.globalsoilbiodiversity.org/blog-bene 

ath-our-feet/2017/2/24/understanding-the-role-of-biodiversity-in-our-soils

. 

Crowther, T.W., Todd-Brown, K.E.O., Rowe, C.W., Wieder, W.R., Carey, J.C., 

Machmuller, M.B., Snoek, B.L., Fang, S., et al., 2016. Quantifying global soil carbon 

losses in response to warming. Nature 540, 104

–

108

. 

Crowther, T.W., van den Hoogen, J., Wan, J., Mayes, M.A., Keiser, A.D., Mo, L., 

Averill, C., Maynard, D.S., 2019. The global soil community and its influence on 

biogeochemistry. Science 365. 

https://doi.org/10.1126/science.aav0550

. 

Curtis, P.G., Slay, C.M., Harris, N.L., Tyukavina, A., Hansen, M.C., 2018. Classifying 

drivers of global forest loss. Science 361, 1108

–

1111

. 

Dai, A., 2013. Increasing drought under global warming in observations and models. Nat. 

Clim. Chang. 3, 52

–

58

. 

Dai, Z., Zhang, X., Tang, C., Muhammad, N., Wu, J., Brookes, P.C., Xu, J., 2017. Potential 

role of biochars in decreasing soil acidification - a critical review. Sci. Total Environ. 

581

–

582, 601

–

611

. 

Dalin, C., Wada, Y., Kastner, T., Puma, M.J., 2017. Groundwater depletion embedded in 

international food trade. Nature 543, 700

–

704

. 

Dallimer, M., Stringer, L.C., 2018. Informing investments in land degradation neutrality 

efforts: a triage approach to decision making. Environ. Sci. Pol. 89, 198

–

205

. 

Dangar, S., Asoka, A., Mishra, V., 2021. Causes and implications of groundwater 

depletion in India: a review. J. Hydrol. 596 

https://doi.org/10.1016/j. 

jhydrol.2021.126103

. 

Davidson, E.A., 2016. Projections of the soil-carbon deficit. Nature 540, 47

–

48

. 

de Beurs, K.M., Henebry, G.M., Owsley, B.C., Sokolik, I., 2015. Using multiple remote 

sensing perspectives to identify and attribute land surface dynamics in Central Asia 

2001

–

2013. Remote Sens. Environ. 170, 48

–

61

. 

De Frenne, P., Lenoir, J., Luoto, M., Scheffers, B.R., Zellweger, F., Aalto, J., Ashcroft, M. 

B., Christiansen, D.M., et al., 2021. Forest microclimates and climate change: 

importance, drivers and future research agenda. Glob. Chang. Biol. 27, 2279

–

2297

. 

de Nijs, E.A., Cammeraat, E.L.H., 2020. The stability and fate of soil organic carbon 

during the transport phase of soil erosion. Earth Sci. Rev. 201 

https://doi.org/ 

10.1016/j.earscirev.2019.103067

. 

Delgado-Baquerizo, M., Maestre, F.T., Gallardo, A., Bowker, M.A., Wallenstein, M.D., 

Quero, J.L., Ochoa, V., Gozalo, B., et al., 2013. Decoupling of soil nutrient cycles as a 

function of aridity in global drylands. Nature 502, 672

–

676

. 

Delgado-Baquerizo, M., Maestre, F.T., Reich, P.B., Jeffries, T.C., Gaitan, J.J., Encinar, D., 

Berdugo, M., Campbell, C.D., et al., 2016. Microbial diversity drives 

multifunctionality in terrestrial ecosystems. Nat. Commun. 7 

https://doi.org/ 

10.1038/ncomms10541

. 

Delgado-Baquerizo, M., Bardgett, R.D., Vitousek, P.M., Maestre, F.T., Williams, M.A., 

Eldridge, D.J., Lambers, H., Neuhauser, S., et al., 2019. Changes in belowground 

biodiversity during ecosystem development. PNAS 116, 6891

–

6896

. 

Díaz, S., Pascual, U., Stenseke, M., Martín-L

´

opez, B., Watson, R.T., Moln

´

ar, Z., Hill, R., 

Chan, K.M.A., et al., 2018. Assessing nature

’

s contributions to people. Science 359, 

270

–

272

. 

Diez, J.M., D

’

Antonio, C.M., Dukes, J.S., Grosholz, E.D., Olden, J.D., Sorte, C.J.B., 

Blumenthal, D.M., Bradley, B.A., et al., 2012. Will extreme climatic events facilitate 

biological invasions? Front. Ecol. Environ. 10, 249

–

257

. 

Ding, Z., Peng, J., Qiu, S., Zhao, Y., 2020. Nearly half of global vegetated area 

experienced inconsistent vegetation growth in terms of greenness, cover, and 

productivity. Earth

’

s Future 8. 

https://doi.org/10.1029/2020EF001618

. 

D

’

Odorico, P., Bhattachan, A., Davis, K.F., Ravi, S., Runyan, C.W., 2013. Global 

desertification: drivers and feedbacks. Adv. Water Resour. 51, 326

–

344

. 

Doetterl, S., Berhe, A.A., Nadeu, E., Wang, Z., Sommer, M., Fiener, P., 2016. Erosion, 

deposition and soil carbon: a review of process-level controls, experimental tools and 

models to address C cycling in dynamic landscapes. Earth Sci. Rev. 154, 102

–

122

. 

DPIRD, 2019a. Department of Primary Industries and Regional Development 

– 

Measuring and reporting soil organic carbon. Accessed April 30, 2020, at. 

https 

://www.agric.wa.gov.au/soil-carbon/measuring-and-reporting-soil-organic-carbon

. 

DPIRD, 2019b. Department of Primary Industries and Regional Development 

– 

Waterlogging: The science. Accessed April 30, 2020, at. 

https://www.agric.wa.gov. 

au/waterlogging/waterlogging-science

. 

DPIRD, 2020. Department of Primary Industries and Regional Development 

– 

Wind 

erosion control after fire. Accessed April 25, 2020, at. 

https://www.agric.wa.gov. 

au/fire/wind-erosion-control-after-fire

. 

Dregne, H.E., 2002. Land degradation in the drylands. Arid Land Res. Manag. 16, 

99

–

132

. 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 27

Figures and page graphics, page 27

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

27

du Preez, C.C., van Huyssteen, C.W., 2020. Threats to soil and water resources in South 

Africa. Environ. Res. 183 

https://doi.org/10.1016/j.envres.2019.109015

. 

Du, E., Fenn, M.E., De Vries, W., Ok, Y.S., 2019. Atmospheric nitrogen deposition to 

global forests: status, impacts and management options. Environ. Pollut. 250, 

1044

–

1048

. 

Du, X., He, W., Wang, Z., Xi, M., Xu, Y., Wu, W., Gao, S., Liu, D., et al., 2021. Raised bed 

planting reduces waterlogging and increases yield in wheat following rice. Field 

Crop Res. 265 

https://doi.org/10.1016/j.fcr.2021.108119

. 

Duniway, M.C., Pfennigwerth, A.A., Fick, S.E., Nauman, T.W., Belnap, J., Barger, N.N., 

2019. Wind erosion and dust from US drylands: a review of causes, consequences, 

and solutions in a changing world. Ecosphere 10. 

https://doi.org/10.1002/ 

ecs2.2650

. 

Durant, S.M., Pettorelli, N., Bashir, S., Woodroffe, R., Wacher, T., De Ornellas, P., 

Ransom, C., Ab

´

aigar, T., et al., 2012. Forgotten biodiversity in desert ecosystems. 

Science 336, 1379

–

1380

. 

Easdale, M.H., Fari

˜

na, C., Hara, S., Le

´

on, N.P., Uma

˜

na, F., Tittonell, P., Bruzzone, O., 

2019. Trend-cycles of vegetation dynamics as a tool for land degradation assessment 

and monitoring. Ecol. Indic. 107 

https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2019.105545

. 

Edmonds, D.A., Caldwell, R.L., Brondizio, E.S., Siani, S.M.O., 2020. Coastal flooding will 

disproportionately impact people on river deltas. Nat. Commun. 11 

https://doi.org/ 

10.1038/s41467-020-18531-4

. 

ELD Initiative, 2015. The Economics of Land Degradation 

– 

The Value of Land: 

Prosperous Lands and Positive Rewards Through Sustainable Land Management. 

ELD Secretariat, Bonn, Germany

.  

Emadodin, I., Reinsch, T., Taube, F., 2019. Drought and desertification in Iran. 

Hydrology 6. 

https://doi.org/10.3390/hydrology6030066

. 

Emberson, R., Kirschbaum, D., Stanley, T., 2021. Global connections between El Nino 

and landslide impacts. Nat. Commun. 12 

https://doi.org/10.1038/s41467-021- 

22398-4

. 

Erban, L.E., Gorelick, S.M., Zebker, H.A., 2014. Groundwater extraction, land 

subsidence, and sea-level rise in the Mekong Delta, Vietnam. Environ. Res. Lett. 9 

https://doi.org/10.1088/1748-9326/9/8/084010

. 

Essl, F., Bacher, S., Blackburn, T.M., Booy, O., Brundu, G., Brunel, S., Cardoso, A.C., 

Eschen, R., et al., 2015. Crossing frontiers in tackling pathways of biological 

invasions. BioScience 65, 769

–

782

. 

Falcao, K.S., Panachuki, E., Monteiro, F.N., Menezes, R.S., Rodrigues, D.B.B., Sone, J.S., 

Oliveira, P.T.S., 2020. Surface runoff and soil erosion in a natural regeneration area 

of the Brazilian Cerrado. Int. Soil Water Conserv. Res. 8, 124

–

130

. 

Famiglietti, J.S., 2014. The global groundwater crisis. Nat. Clim. Chang. 4, 945

–

948

. 

FAO, 1998. Terminology for Integrated Resources Planning and Management. UN Food 

and Agriculture Organization, Rome, Italy

.  

FAO, 2006. World Reference Base for Soil Resources 2006. A Framework for 

International Classification, Correlation and Communication. UN Food and 

Agriculture Organization of the United Nations, Rome, Italy

.  

FAO, 2007. Digital Soil Map of the World, Version 3.6. UN Food and Agriculture 

Organization of the United Nations, Rome, Italy

.  

FAO, 2015. Status of the World

’

s Soil Resources. Main Report. UN Food and Agriculture 

Organization, Rome, Italy

.  

FAO, 2020. State of Knowledge of Soil Biodiversity. Status, Challenges and Potentialities, 

Report 2020. UN Food and Agriculture Organization, Rome, Italy

.  

Faulkner, K.T., Robertson, M.P., Rouget, M., Wilson, J.R., 2016. Understanding and 

managing the introduction pathways of alien taxa: South Africa as a case study. Biol. 

Invasions 18, 73

–

87

. 

Faunt, C.C., Sneed, M., Traum, J., Brandt, J.T., 2016. Water availability and land 

subsidence in the Central Valley, California, USA. Hydrogeol. J. 24, 675

–

684

. 

Fawcett, A.A., Iyer, G.C., Clarke, L.E., Edmonds, J.A., Hultman, N.E., McJeon, H.C., 

Rogelj, J., Schuler, R., et al., 2015. Can Paris pledges avert severe climate change? 

Science 350, 1168

–

1169

. 

Feng, S., Fu, Q., 2013. Expansion of global drylands under a warming climate. Atmos. 

Chem. Phys. 13, 10081

–

10094

. 

Fenta, A.A., Tsunekawa, A., Haregeweyn, N., Poesen, J., Tsubo, M., Borrelli, P., 

Panagos, P., Vanmaercke, M., et al., 2020. Land susceptibility to water and wind 

erosion risks in the East Africa region. Sci. Total Environ. 703 

https://doi.org/ 

10.1016/j.scitotenv.2019.135016

. 

Ferlian, O., Eisenhauer, N., Aguirrebengoa, M., Camara, M., Ramirez-Rojas, I., Santos, F., 

Tanalgo, K., Thakur, M.P., 2018. Invasive earthworms erode soil biodiversity: a 

meta-analysis. J. Anim. Ecol. 87, 162

–

172

. 

Ferlian, O., Thakur, M.P., Gonzalez, A.C., San Emeterio, L.M., Marr, S., Rocha, B., 

Eisenhauer, N., 2020. Soil chemistry turned upside down: a meta-analysis of invasive 

earthworm effects on soil chemical properties. Ecology 101. 

https://doi.org/ 

10.1002/ecy.2936

. 

Filipe, A.F., Feio, M.J., Garcia-Ravent

´

os, A., Rami

˜

ao, J.P., Pace, G., Martins, F.M., 

Magalh

˜

aes, M.F., 2019. The European Water Framework Directive facing current 

challenges: recommendations for a more efficient biological assessment of inland 

surface waters. Inland Waters 9. 

https://doi.org/10.1080/20442041.2018.1494973

. 

Fini, A., Frangi, P., Mori, J., Donzelli, D., Ferrini, F., 2017. Nature based solutions to 

mitigate soil sealing in urban areas: results from a 4-year study comparing 

permeable, porous, and impermeable pavements. Environ. Res. 156, 443

–

454

. 

Fleri, J.R., Martin, T.G., Rodewald, A.D., Arcese, P., 2021. Non-native earthworms alter 

the assembly of a meadow plant community. Biol. Invasions. 

https://doi.org/ 

10.1007/s10530-021-02513-8

. 

Folke, C., Polasky, S., Rockstrom, J., Galaz, V., Westley, F., Lamont, M., Scheffer, M., 

Osterblom, H., et al., 2021. Our future in the Anthropocene biosphere. Ambio 50, 

834

–

869

. 

Frelich, L.E., Blossey, B., Cameron, E.K., D

´

avalos, A., Eisenhauer, N., Fahey, T., 

Ferlian, O., Groffman, P.M., et al., 2019. Side-swiped: ecological cascades emanating 

from earthworm invasions. Front. Ecol. Environ. 17, 502

–

510

. 

Froude, M.J., Petley, D.N., 2018. Global fatal landslide occurrence from 2004 to 2016. 

Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 18, 2161

–

2181

. 

Gao, J., O

’

Neill, B.C., 2020. Mapping global urban land for the 21st century with data- 

driven simulations and Shared Socioeconomic Pathways. Nat. Commun. 11 

https:// 

doi.org/10.1038/s41467-020-15788-7

. 

Gao, L., Ma, C., Wang, Q., Zhou, A., 2019. Sustainable use zoning of land resources 

considering ecological and geological problems in Pearl River Delta Economic Zone, 

China. Sci. Rep. 

https://doi.org/10.1038/s41598-019-52355-7

. 

Gardi, C., Jeffery, S., Saltelli, A., 2013. An estimate of potential threats levels to soil 

biodiversity in EU. Glob. Chang. Biol. 19, 1538

–

1548

. 

Gardi, C., Panagos, P., Van Liedekerke, M., Bosco, C., De Brogniez, D., 2015. Land take 

and food security: assessment of land take on the agricultural production in Europe. 

J. Environ. Plan. Manag. 58, 898

–

912

. 

Gariano, S.L., Guzzetti, F., 2016. Landslides in a changing climate. Earth Sci. Rev. 162, 

227

–

252

. 

Garnier, J., Billen, G., Lassaletta, L., Vigiak, O., Nikolaidis, N.P., Grizzetti, B., 2021. 

Hydromorphology of coastal zone and structure of watershed agro-food system are 

main determinants of coastal eutrophication. Environ. Res. Lett. 16 

https://doi.org/ 

10.1088/1748-9326/abc777

. 

Geisen, S., Wall, D.H., van der Putten, W.H., 2019. Challenges and opportunities for soil 

biodiversity in the Anthropocene. Curr. Biol. 29 

https://doi.org/10.1016/j. 

cub.2019.08.007

. 

Gherboudj, I., Beegum, S.N., Ghedira, H., 2017. Identifying natural dust source regions 

over the Middle-East and North-Africa: estimation of dust emission potential. Earth 

Sci. Rev. 165, 342

–

355

. 

Gibbs, H.K., Salmon, J.M., 2015. Mapping the world

’

s degraded lands. Appl. Geogr. 57, 

12

–

21

. 

Gilbey, B., Davies, J., Metternicht, G., Magero, C., 2019. Taking Land Degradation 

Neutrality from concept to practice: early reflections on LDN target setting and 

planning. Environ. Sci. Pol. 100, 230

–

237

. 

Giosan, L., Syvitski, J., Constantinescu, S., Day, J., 2014. Protect the world

’

s deltas. 

Nature 516, 31

–

33

. 

Goudie, A.S., 2008. The history and nature of wind erosion in deserts. Annu. Rev. Earth 

Planet. Sci. 36, 97

–

119

. 

Goudie, A.S., 2014. Desert dust and human health disorders. Environ. Int. 63, 101

–

113

. 

Greaver, T.L., Sullivan, T.J., Herrick, J.D., Barber, M.C., Baron, J.S., Cosby, B.J., 

Deerhake, M.E., Dennis, R.L., et al., 2012. Ecological effects of nitrogen and sulfur 

air pollution in the US: what do we know? Front. Ecol. Environ. 10, 365

–

372

. 

Guerra, C.A., Heintz-Buschart, A., Sikorski, J., Chatzinotas, A., Guerrero-Ramírez, N., 

Cesarz, S., Beaumelle, L., Rillig, M.C., et al., 2020. Blind spots in global soil 

biodiversity and ecosystem function research. Nat. Commun. 11 

https://doi.org/ 

10.1038/s41467-020-17688-2

. 

Günther, A., Reichenbach, P., Malet, J.P., van den Eeckhaut, M., Herv

´

as, J., 

Dashwood, C., Guzzetti, F., 2013. Tier-based approaches for landslide susceptibility 

assessment in Europe. Landslides 10, 529

–

546

. 

Hallegatte, S., Green, C., Nicholls, R.J., Corfee-Morlot, J., 2013. Future flood losses in 

major coastal cities. Nat. Clim. Chang. 3, 802

–

806

. 

Hansen, M.C., Potapov, P.V., Moore, R., Hancher, M., Turubanova, S.A., Tyukavina, A., 

Thau, D., Stehman, S.V., et al., 2013. High-resolution global maps of 21st-century 

forest cover change. Science 342, 850

–

853

. 

Haque, U., Blum, P., da Silva, P.F., Andersen, P., Pilz, J., Chalov, S.R., Malet, J.P., 

Aufli

ˇ

c, M.J., et al., 2016. Fatal landslides in Europe. Landslides 13, 1545

–

1554

. 

Haque, U., da Silva, P.F., Devoli, G., Pilz, J., Zhao, B., Khaloua, A., Wilopo, W., 

Andersen, P., et al., 2019. The human cost of global warming: deadly landslides and 

their triggers (1995

–

2014). Sci. Total Environ. 682 

https://doi.org/10.1016/j. 

scitotenv.2019.03.415

. 

Harden, J.W., Hugelius, G., Ahlstrom, A., Blankinship, J.C., Bond-Lamberty, B., 

Lawrence, C.R., Loisel, J., Malhotra, A., et al., 2018. Networking our science to 

characterize the state, vulnerabilities, and management opportunities of soil organic 

matter. Glob. Chang. Biol. 24, 705

–

718

. 

Haregeweyn, N., Tsunekawa, A., Nyssen, J., Poesen, J., Tsubo, M., Meshesha, D.T., 

Schutt, B., Adgo, E., et al., 2015. Soil erosion and conservation in Ethiopia: a review. 

Prog. Phys. Geogr. 39, 750

–

774

. 

Hassani, A., Azapagic, A., Shokri, N., 2020. Predicting long-term dynamics of soil salinity 

and sodicity on a global scale. PNAS 117, 33017

–

33027

. 

Hayes, F., Spurgeon, D.J., Lofts, S., Jones, L., 2018. Evidence-based logic chains 

demonstrate multiple impacts of trace metals on ecosystem services. J. Environ. 

Manag. 223, 150

–

164

. 

He, Y., Trumbore, S.E., Torn, M.S., Harden, J.W., Vaughn, L.J.S., Allison, S.D., 

Randerson, J.T., 2016. Radiocarbon constraints imply reduced carbon uptake by 

soils during the 21st century. Science 353, 1419

–

1424

. 

Heino, M., Puma, M.J., Ward, P.J., Gerten, D., Heck, V., Siebert, S., Kummu, M., 2018. 

Two-thirds of global cropland area impacted by climate oscillations. Nat. Commun. 9 

https://doi.org/10.1038/s41467-017-02071-5

. 

Henry, B., Murphy, B., Cowie, A., 2018. Sustainable Land Management for 

Environmental Benefits and Food Security. A Synthesis Report for the GEF (Global 

Environmental Facility). United States, Washington, D.C.  

Herbert, E.R., Boon, P., Burgin, A.J., Neubauer, S.C., Franklin, R.B., Ardon, M., 

Hopfensperger, K.N., Lamers, L.P.M., et al., 2015. A global perspective on wetland 

salinization: ecological consequences of a growing threat to freshwater wetlands. 

Ecosphere 6, 1

–

43

. 

Higgins, S.A., 2016. Review: advances in delta-subsidence research using satellite 

methods. Hydrogeol. J. 24, 587

–

600

. 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 28

Figures and page graphics, page 28

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

28

Higgins, S.A., Overeem, I., Tanaka, A., Syvitski, J.P.M., 2013. Land subsidence at 

aquaculture facilities in the Yellow River Delta. China. Geophys. Res. Lett. 40, 

3898

–

3902

. 

Higgins, S.A., Overeem, I., Steckler, M.S., Syvitski, J.P.M., Seeber, L., Akhter, H.S., 2014. 

InSAR measurements of compaction and subsidence in the Ganges-Brahmaputra 

Delta, Bangladesh. J. Geophys. Res. Earth Surf. 119, 1768

–

1781

. 

Hinkel, J., Nicholls, R.J., Tol, R.S., Wang, Z.B., Hamilton, J.M., Boot, G., Vafeidis, A.T., 

McFadden, L., et al., 2013. A global analysis of erosion of sandy beaches and sea- 

level rise: an application of DIVA. Glob. Planet. Chang. 111, 150

–

158

. 

Hjort, J., Karjalainen, O., Aalto, J., Westermann, S., Romanovsky, V.E., Nelson, F.E., 

Etzelmüller, B., Luoto, M., 2018. Degrading permafrost puts Arctic infrastructure at 

risk by mid-century. Nat. Commun. 9 

https://doi.org/10.1038/s41467-018-07557- 

4

. 

Hoover, D.L., Bestelmeyer, B., Grimm, N.B., Huxman, T.E., Reed, S.C., Sala, O., 

Seastedt, T.R., Wilmer, H., et al., 2020. Traversing the wasteland: a framework for 

assessing ecological threats to drylands. BioScience 70, 35

–

47

. 

Horion, S., Prishchepov, A.V., Verbesselt, J., de Beurs, K., Tagesson, T., Fensholt, R., 

2016. Revealing turning points in ecosystem functioning over the Northern Eurasian 

agricultural frontier. Glob. Chang. Biol. 22, 2801

–

2817

. 

Hsiang, S.M., Burke, M., Miguel, E., 2013. Quantifying the influence of climate on human 

conflict. Science 341. 

https://doi.org/10.1126/science.1235367

. 

Hu, B., Teng, Y., Zhang, Y., Zhu, C., 2019. Review: the projected hydrologic cycle under 

the scenario of 936 ppm CO

2 

in 2100. Hydrogeol. J. 27, 31

–

53

. 

Hu, G., Zhao, L., Li, R., Wu, X., Wu, T., Pang, Q., Liu, G., Xie, C., 2020. A model for 

obtaining ground temperature from air temperature in permafrost regions on the 

Qinghai-Tibetan Plateau. Catena 189. 

https://doi.org/10.1016/j. 

catena.2020.104470

. 

Huang, J., Yu, H., Guan, X., Wang, G., Guo, R., 2016. Accelerated dryland expansion 

under climate change. Nat. Clim. Chang. 6, 166

–

172

. 

Huang, J., Li, Y., Fu, C., Chen, F., Fu, Q., Dai, A., Shinoda, M., Ma, Z., et al., 2017. 

Dryland climate change: recent progress and challenges. Rev. Geophys. 55, 719

–

778

. 

Huang, J., Zhang, G., Zhang, Y., Guan, X., Wei, Y., Guo, R., 2020. Global desertification 

vulnerability to climate change and human activities. Land Degrad. Dev. 

https://doi. 

org/10.1002/ldr.3556

. 

Hugenholtz, C.H., Levin, N., Barchyn, T.E., Baddock, M.C., 2012. Remote sensing and 

spatial analysis of aeolian sand dunes: a review and outlook. Earth Sci. Rev. 111, 

319

–

334

. 

Hulme, P.E., 2017. Climate change and biological invasions: evidence, expectations, and 

response options. Biol. Rev. 92, 1297

–

1313

. 

Hzami, A., Heggy, E., Amrouni, O., Mah

´

e, G., Maanan, M., Abdeljaouad, S., 2021. 

Alarming coastal vulnerability of the deltaic and sandy beaches of North Africa. Sci. 

Rep. 11 

https://doi.org/10.1038/s41598-020-77926-x

. 

IAEG-SDGs, 2016. Inter-Agency Expert Group on Sustainable Development Goal 

Indicators 

– 

Compilation of metadata for the proposed global indicators for the 

review of the 2030 agenda for sustainable development. 

http://unstats.un. 

org/sdgs/iaeg-sdgs/metadata-compilation/

. 

IPBES, 2018. Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem 

Services 

– 

The Assessment Report on Land Degradation and Restoration. IPBES 

secretariat, Bonn, Germany

.  

IPCC, 2013. Summary for Policymakers. Climate Change 2013: The Physical Science 

Basis Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the 

Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, 

Cambridge, United Kingdom

.  

IPCC, 2019. Climate Change and Land: An IPCC Special Report on Climate Change, 

Desertification, Land Degradation, Sustainable Land Management, Food Security, 

and Greenhouse Gas Fluxes in Terrestrial Ecosystems. In press

.  

Ivits, E., Horion, S., Fensholt, R., Cherlet, M., 2014. Global ecosystem response types 

derived from the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index and FPAR3g 

series. Remote Sens. 6, 4266

–

4288

. 

Ivits, E., Horion, S., Erhard, M., Fensholt, R., 2016. Assessing European ecosystem 

stability to drought in the vegetation growing season. Glob. Ecol. Biogeogr. 25, 

1131

–

1143

. 

Ivushkin, K., Bartholomeus, H., Bregt, A.K., Pulatov, A., Kempen, B., de Sousa, L., 2019. 

Global mapping of soil salinity change. Remote Sens. Environ. 231 

https://doi.org/ 

10.1016/j.rse.2019.111260

. 

Jarrah, M., Mayel, S., Tatarko, J., Funk, R., Kuka, K., 2020. A review of wind erosion 

models: data requirements, processes, and validity. Catena 187. 

https://doi.org/ 

10.1016/j.catena.2019.104388

. 

Jeanne, P., Farr, T.G., Rutqvist, J., Vasco, D.W., 2019. Role of agricultural activity on 

land subsidence in the San Joaquin Valley. California. J. Hydrol. 569, 462

–

469

. 

Jewell, A.M., Drake, N., Crocker, A.J., Bakker, N.L., Kunkelova, T., Bristow, C.S., 

Cooper, M.J., Milton, J.A., et al., 2021. Three North African dust source areas and 

their geochemical fingerprint. Earth Planet. Sci. Lett. 554 

https://doi.org/10.1016/j. 

epsl.2020.116645

. 

Jiang, J., Jiapaer, G., Bao, A., Li, Y., Guo, H., Zheng, G., Chen, T., De Maeyer, P., 2019. 

Assessing land degradation and quantifying its drivers in the Amudarya River delta. 

Ecol. Indic. 107 

https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2019.105595

. 

Jim

´

enez-Mu

˜

noz, J.C., Mattar, C., Barichivich, J., Santamaría-Artigas, A., Takahashi, K., 

Malhi, Y., Sobrino, J.A., van der Schrier, G., 2016. Record-breaking warming and 

extreme drought in the Amazon rainforest during the course of El Ni

˜

no 2015

–

2016. 

Sci. Rep. 6 

https://doi.org/10.1038/srep33130

. 

Jochum, M., Ferlian, O., Thakur, M.P., Ciobanu, M., Klarner, B., Salamon, J.A., Frelich, L. 

E., Johnson, E.A., et al., 2021. Earthworm invasion causes declines across soil fauna 

size classes and biodiversity facets in northern North American forests. Oikos 130, 

766

–

780

. 

Jolly, W.M., Cochrane, M.A., Freeborn, P.H., Holden, Z.A., Brown, T.J., Williamson, G.J., 

Bowman, D.M.J., 2015. Climate-induced variations in global wildfire danger from 

1979 to 2013. Nat. Commun. 6 

https://doi.org/10.1038/ncomms8537

. 

Jong, D., Br

¨

oder, L., Tanski, G., Fritz, M., Lantuit, H., Tesi, T., Haghipour, N., Eglinton, T. 

I., et al., 2020. Nearshore zone dynamics determine pathway of organic carbon from 

eroding permafrost coasts. Geophys. Res. Lett. 47 

https://doi.org/10.1029/ 

2020GL088561

. 

Joppa, L.N., Visconti, P., Jenkins, C.N., Pimm, S.L., 2013. Achieving the Convention on 

Biological Diversity

’

s goals for plant conservation. Science 341, 1100

–

1103

. 

Jump, A.S., Ruiz-Benito, P., Greenwood, S., Allen, C.D., Kitzberger, T., Fensham, R., 

Martínez-Vilalta, J., Lloret, F., 2017. Structural overshoot of tree growth with 

climate variability and the global spectrum of drought-induced forest dieback. Glob. 

Chang. Biol. 23, 3742

–

3757

. 

Kaur, G., Singh, G., Motavalli, P.P., Nelson, K.A., Orlowski, J.M., Golden, B.R., 2020. 

Impacts and management strategies for crop production in waterlogged or flooded 

soils: a review. Agron. J. 112, 1475

–

1501

. 

Kaushal, S.S., Likens, G.E., Pace, M.L., Reimer, J.E., Maas, C.M., Galella, J.G., Utz, R.M., 

Duan, S., et al., 2021. Freshwater salinization syndrome: from emerging global 

problem to managing risks. Biogeochemistry. 

https://doi.org/10.1007/s10533-021- 

00784-w

. 

Keenan, R.J., Reams, G.A., Achard, F., de Freitas, J.V., Grainger, A., Lindquist, E., 2015. 

Dynamics of global forest area: results from the FAO Global Forest Resources 

Assessment 2015. For. Ecol. Manag. 352, 9

–

20

. 

Keesstra, S.D., Bouma, J., Wallinga, J., Tittonell, P., Smith, P., Cerd

`

a, A., 

Montanarella, L., Quinton, J.N., et al., 2016. The significance of soils and soil science 

towards realization of the United Nations Sustainable Development Goals. Soil 2, 

111

–

128

. 

Keesstra, S., Mol, G., de Leeuw, J., Okx, J., Molenaar, C., de Cleen, M., Visser, S., 2018a. 

Soil-related Sustainable Development Goals: four concepts to make land degradation 

neutrality and restoration work. Land 7. 

https://doi.org/10.3390/land7040133

. 

Keesstra, S., Nunes, J.P., Saco, P., Parsons, T., Poeppl, R., Masselink, R., Cerd

`

a, A., 2018b. 

The way forward: can connectivity be useful to design better measuring and 

modelling schemes for water and sediment dynamics? Sci. Total Environ. 644, 

1557

–

1572

. 

Keesstra, S., Nunes, J., Novara, A., Finger, D., Avelar, D., Kalantari, Z., Cerd

`

a, A., 2018c. 

The superior effect of nature based solutions in land management for enhancing 

ecosystem services. Sci. Total Environ. 610

–

611, 997

–

1009

. 

Keesstra, S., Rodrigo-Comino, J., Novara, A., Gim

´

enez-Morera, A., Pulido, M., Di 

Prima, S., Cerd

`

a, A., 2019. Straw mulch as a sustainable solution to decrease runoff 

and erosion in glyphosate-treated clementine plantations in Eastern Spain. An 

assessment using rainfall simulation experiments. Catena 174, 95

–

103

. 

Keith, H., Vardon, M., Stein, J.A., Stein, J.L., Lindenmayer, D., 2017. Ecosystem accounts 

define explicit and spatial trade-offs for managing natural resources. Nat. Ecol. Evol. 

1, 1683

–

1692

. 

Kelley, D.I., Bistinas, I., Whitley, R., Burton, C., Marthews, T.R., Dong, N., 2019. How 

contemporary bioclimatic and human controls change global fire regimes. Nat. Clim. 

Chang. 9, 690

–

696

. 

Kennedy, S., 2020. Louisiana has a $50 billion plan to protect its coast. Accessed April 

27, 2020, at. 

https://www.yaleclimateconnections.org/2020/02/louisiana-h 

as-a-50-billion-dollar-plan-to-protect-its-coast/

. 

Kiddee, P., Naidu, R., Wong, M.H., 2013. Electronic waste management approaches: an 

overview. Waste Manag. 33, 1237

–

1250

. 

Kinzig, A.P., Perrings, C., Chapin III, F.S., Polasky, S., Smith, V.K., Tilman, D., 

Turner II, B.L., 2011. Paying for ecosystem services 

– 

Promise and peril. Science 334, 

603

–

604

. 

Kirschbaum, D., Stanley, T., 2018. Satellite-based assessment of rainfall-triggered 

landslide hazard for situational awareness. Earth

’

s Future 6, 505

–

523

. 

Kirschbaum, D., Stanley, T., Zhou, Y., 2015. Spatial and temporal analysis of a global 

landslide catalog. Geomorphology 249, 4

–

15

. 

Kniveton, D.R., Smith, C.D., Black, R., 2012. Emerging migration flows in a changing 

climate in dryland Africa. Nat. Clim. Chang. 2, 444

–

447

. 

Koarashi, J., Atarashi-Andoh, M., Matsunaga, T., Sanada, Y., 2016. Forest type effects on 

the retention of radiocesium in organic layers of forest ecosystems affected by the 

Fukushima nuclear accident. Sci. Rep. 6 

https://doi.org/10.1038/srep38591

. 

Koch, A., McBratney, A., Adams, M., Field, D., Hill, R., Crawford, J., Minasny, B., Lal, R., 

et al., 2013. Soil security: solving the global soil crisis. Glob. Policy 4, 434

–

441

. 

Kochian, L.V., Pineros, M.A., Liu, J., Magalhaes, J.V., 2015. Plant adaptation to acid 

soils: the molecular basis for crop aluminum resistance. Annu. Rev. Plant Biol. 66, 

571

–

598

. 

K

¨

ogel-Knabner, I., Amelung, W., 2021. Soil organic matter in major pedogenic soil 

groups. Geoderma 384. 

https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2020.114785

. 

Kok, S., Costa, A.L., 2021. Framework for economic cost assessment of land subsidence. 

Nat. Hazards. 

https://doi.org/10.1007/s11069-021-04520-3

. 

Krivak-Tetley, F.E., Lantschner, M.V., Lombardero, M.J., Garnas, J.R., Hurley, B.P., 

Villacide, J.M., Slippers, B., Corley, J.C., et al., 2021. Aggressive tree killer or natural 

thinning agent? Assessing the impacts of a globally important forest insect. For. Ecol. 

Manag. 483 

https://doi.org/10.1016/j.foreco.2020.118728

. 

Kumar, A., Asthana, A.K.L., Priyanka, R.S., Jayangondaperumal, R., Gupta, A.K., 

Bhakuni, S.S., 2017. Assessment of landslide hazards induced by extreme rainfall 

event in Jammu and Kashmir Himalaya, northwest India. Geomorphology 284, 

72

–

87

. 

Kust, G., Andreeva, O., Cowie, A., 2017. Land Degradation Neutrality: concept 

development, practical applications and assessment. J. Environ. Manag. 195, 16

–

24

. 

Kuzyakov, Y., Kuzyakova, I., Raza, S., Zhou, J., Zamanian, K., 2021. Letter-to-the-Editor: 

does acidification really increase soil carbon in croplands? How statistical analyses 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 29

Figures and page graphics, page 29

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

29

of large datasets might mislead the conclusions. Geoderma 384. 

https://doi.org/ 

10.1016/j.geoderma.2020.114806

. 

Lai, L., Kumar, S., 2020. A global meta-analysis of livestock grazing impacts on soil 

properties. PLoS One 15. 

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0236638

. 

Lal, R., 2012. Climate change and soil degradation mitigation by sustainable 

management of soils and other natural resources. Agric. Res. 1, 199

–

212

. 

Lal, R., 2015. Restoring soil quality to mitigate soil degradation. Sustainability 7, 

5875

–

5895

. 

Lal, R., 2018. Digging deeper: a holistic perspective of factors affecting soil organic 

carbon sequestration in agroecosystems. Glob. Chang. Biol. 24, 3285

–

3301

. 

Lal, R., 2019a. Carbon cycling in global drylands. Curr. Clim. Change Rep. 5, 221

–

232

. 

Lal, R., 2019b. Accelerated soil erosion as a source of atmospheric CO

2

. Soil Tillage Res. 

188, 35

–

40

. 

Lall, U., Josset, L., Russo, T., 2020. A snapshot of the world

’

s groundwater challenges. 

Annu. Rev. Environ. Resour. 45, 171

–

194

. 

Lamand

´

e, M., Greve, M.H., Schj

ø

nning, P., 2018. Risk assessment of soil compaction in 

Europe 

– 

Rubber tracks or wheels on machinery. Catena 167, 353

–

362

. 

Lau, W.W., Shiran, Y., Bailey, R.M., Cook, E., Stuchtey, M.R., Koskella, J., Velis, C.A., 

Godfrey, L., et al., 2020. Evaluating scenarios toward zero plastic pollution. Science 

369, 1455

–

1461

. 

Le Cozannet, G., Bulteau, T., Castelle, B., Ranasinghe, R., W

¨

oppelmann, G., Rohmer, J., 

Bernon, N., Idier, D., et al., 2019. Quantifying uncertainties of sandy shoreline 

change projections as sea level rises. Sci. Rep. 9 

https://doi.org/10.1038/s41598- 

018-37017-4

. 

Le Qu

´

er

´

e, C., Andrew, R.M., Friedlingstein, P., Sitch, S., Hauck, J., Pongratz, J., 

Pickers, P.A., Korsbakken, J.I., et al., 2018. Global carbon budget 2018. Earth Syst. 

Sci. Data 10, 2141

–

2194

. 

Lee, J.A., Gill, T.E., 2015. Multiple causes of wind erosion in the Dust Bowl. Aeolian Res. 

19, 15

–

36

. 

Lelieveld, J., Kunkel, D., Lawrence, M.G., 2012. Global risk of radioactive fallout after 

major nuclear reactor accidents. Atmos. Chem. Phys. 12, 4245

–

4258

. 

Lenton, T.M., Rockstr

¨

om, J., Gaffney, O., Rahmstorf, S., Richardson, K., Steffen, W., 

Schellnhuber, H.J., 2019. Climate tipping points 

– 

too risky to bet against. Nature 

575, 592

–

595

. 

Leuven, R.S., Boggero, A., Bakker, E.S., Elgin, A.K., Verreycken, H., 2017. Invasive 

species in inland waters: from early detection to innovative management 

approaches. Aquat. Invasions 12, 269

–

273

. 

Lewis, S.L., Edwards, D.P., Galbraith, D., 2015. Increasing human dominance of tropical 

forests. Science 349, 827

–

832

. 

Li, Z., Fang, H., 2016. Impacts of climate change on water erosion: a review. Earth Sci. 

Rev. 163, 94

–

117

. 

Li, Y., Mo, P., 2019. A unified landslide classification system for loess slopes: a critical 

review. Geomorphology 340, 67

–

83

. 

Li, C., Grayson, R., Holden, J., Li, P., 2018a. Erosion in peatlands: recent research 

progress and future directions. Earth Sci. Rev. 185, 870

–

886

. 

Li, G., Sun, G., Ren, Y., Luo, X., Zhu, Y., 2018b. Urban soil and human health: a review. 

Eur. J. Soil Sci. 69, 196

–

215

. 

Li, J., Ma, X., Zhang, C., 2020. Predicting the spatiotemporal variation in soil wind 

erosion across Central Asia in response to climate change in the 21st century. Sci. 

Total Environ. 709 

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.136060

. 

Li, H., Yang, X., Zhang, K., 2021. Understanding global land degradation processes 

interacted with complex biophysics and socioeconomics from the perspective of the 

Normalized Difference Vegetation Index (1982

–

2015). Glob. Planet. Chang. 198. 

https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2021.103431

. 

Lian, X., Piao, S., Chen, A., Huntingford, C., Fu, B., Li, L., Huang, J., Sheffield, J., et al., 

2021. Multifaceted characteristics of dryland aridity changes in a warming world. 

Nat. Rev. Earth Environ. 2, 232

–

250

. 

Liang, G., Liu, X., Chen, X., Qiu, Q., Zhang, D., Chu, G., Liu, J., Liu, S., et al., 2013. 

Response of soil respiration to acid rain in forests of different maturity in southern 

China. PLoS One 8. 

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0062207

. 

Liebhold, A.M., Brockerhoff, E.G., Nunez, M.A., 2017a. Biological invasions in forest 

ecosystems: a global problem requiring international and multidisciplinary 

integration. Biol. Invasions 19, 3073

–

3077

. 

Liebhold, A.M., Brockerhoff, E.G., Kalisz, S., Nunez, M.A., Wardle, D.A., Wingfield, M.J., 

2017b. Biological invasions in forest ecosystems. Biol. Invasions 19, 3437

–

3458

. 

Lin, L., Lin, Q., Wang, Y., 2017. Landslide susceptibility mapping on a global scale using 

the method of logistic regression. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 17, 1411

–

1424

. 

Lin, L., Gettelman, A., Fu, Q., Xu, Y., 2018. Simulated differences in 21st century aridity 

due to different scenarios of greenhouse gases and aerosols. Clim. Chang. 146, 

407

–

422

. 

Liniger, H., Harari, N., van Lynden, G., Fleiner, R., de Leeuw, J., Bai, Z., Critchley, W., 

2019. Achieving land degradation neutrality: the role of SLM knowledge in 

evidence-based decision-making. Environ. Sci. Pol. 94, 123

–

134

. 

Liu, Z., Liu, Z., Xiao, J., Nan, J., Gong, W., 2013. Waterlogging at seedling and jointing 

stages inhibits growth and development, reduces yield in summer maize. Trans. 

Chin. Soc. Agric. Eng. 29, 44

–

52

. 

Liu, Y., Li, J., Fasullo, J., Galloway, D.L., 2020a. Land subsidence contributions to 

relative sea level rise at tide gauge Galveston Pier 21, Texas. Sci. Rep. 10 

https://doi. 

org/10.1038/s41598-020-74696-4

. 

Liu, B., Tan, X., Gan, T.Y., Chen, X., Lin, K., Lu, M., Liu, Z., 2020b. Global atmospheric 

moisture transport associated with precipitation extremes: mechanisms and climate 

change impacts. WIREs Water 7. 

https://doi.org/10.1002/wat2.1412

. 

Liu, S., Wang, X., Guo, G., Yan, Z., 2021. Status and environmental management of soil 

mercury pollution in China: a review. J. Environ. Manag. 277 

https://doi.org/ 

10.1016/j.jenvman.2020.111442

. 

Lobell, D.B., Schlenker, W., Costa-Roberts, J., 2011. Climate trends and global crop 

production since 1980. Science 333, 616

–

620

. 

Lu, X.X., Ran, L.S., Liu, S., Jiang, T., Zhang, S.R., Wang, J.J., 2013. Sediment loads 

response to climate change: a preliminary study of eight large Chinese rivers. Int. J. 

Sediment Res. 28, 1

–

14

. 

Lu, X., Mao, Q., Gilliam, F.S., Luo, Y., Mo, J., 2014. Nitrogen deposition contributes to 

soil acidification in tropical ecosystems. Glob. Chang. Biol. 20, 3790

–

3801

. 

Lu, Y., Yuan, J., Lu, X., Su, C., Zhang, Y., Wang, C., Cao, X., Li, Q., et al., 2018. Major 

threats of pollution and climate change to global coastal ecosystems and enhanced 

management for sustainability. Environ. Pollut. 239, 670

–

680

. 

Lugato, E., Paustian, K., Panagos, P., Jones, A., Borrelli, P., 2016. Quantifying the erosion 

effect on current carbon budget of European agricultural soils at high spatial 

resolution. Glob. Chang. Biol. 22, 1976

–

1984

. 

Lugato, E., Smith, P., Borrelli, P., Panagos, P., Ballabio, C., Orgiazzi, A., Fernandez- 

Ugalde, O., Montanarella, L., et al., 2018. Soil erosion is unlikely to drive a future 

carbon sink in Europe. Sci. Adv. 4 

https://doi.org/10.1126/sciadv.aau3523

. 

Luijendijk, A., Hagenaars, G., Ranasinghe, R., Baart, F., Donchyts, G., Aarninkhof, S., 

2018. The state of the world

’

s beaches. Sci. Rep. 8 

https://doi.org/10.1038/s41598- 

018-24630-6

. 

Lv, Y., Wang, C., Jia, Y., Wang, W., Ma, X., Du, J., Pu, G., Tian, X., 2014. Effects of 

sulfuric, nitric, and mixed acid rain on litter decomposition, soil microbial biomass, 

and enzyme activities in subtropical forests of China. Appl. Soil Ecol. 79, 1

–

9

. 

Ma, X., Zhao, C., Zhu, J., 2021. Aggravated risk of soil erosion with global warming 

– 

A 

global meta-analysis. Catena 200. 

https://doi.org/10.1016/j.catena.2020.105129

. 

Mahowald, N.M., Hamilton, D.S., Mackey, K.R.M., Moore, J.K., Baker, A.R., Scanza, R.A., 

Zhang, Y., 2018. Aerosol trace metal leaching and impacts on marine 

microorganisms. Nat. Commun. 9 

https://doi.org/10.1038/s41467-018-04970-7

. 

Maltsev, K., Yermolaev, O., 2020. Assessment of soil loss by water erosion in small river 

basins in Russia. Catena 195. 

https://doi.org/10.1016/j.catena.2020.104726

. 

Manik, S.M.N., Pengilley, G., Dean, G., Field, B., Shabala, S., Zhou, M., 2019. Soil and 

crop management practices to minimize the impact of waterlogging on crop 

productivity. Front. Plant Sci. 10 

https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00140

. 

Martínez-Mena, M., Carrillo-L

´

opez, E., Boix-Fayos, C., Almagro, M., Franco, N.G., Díaz- 

Pereira, E., Montoya, I., de Vente, J., 2020. Long-term effectiveness of sustainable 

land management practices to control runoff, soil erosion, and nutrient loss and the 

role of rainfall intensity in Mediterranean rainfed agroecosystems. Catena 187. 

https://doi.org/10.1016/j.catena.2019.104352

. 

Martínez-Valderrama, J., Guirado, E., Maestre, F.T., 2020. Desertifying deserts. Nat. 

Sustain. 3, 572

–

575

. 

MEA, 2005. Ecosystems and Human Well-being: Synthesis. Washington, D.C., United 

States

.  

Meier, J., Zabel, F., Mauser, W., 2018. A global approach to estimate irrigated areas 

– 

a 

comparison between different data and statistics. Hydrol. Earth Syst. Sci. 22, 

1119

–

1133

. 

Men

´

endez, P., Losada, I.J., Torres-Ortega, S., Narayan, S., Beck, M.W., 2020. The global 

flood protection benefits of mangroves. Sci. Rep. 10 

https://doi.org/10.1038/ 

s41598-020-61136-6

. 

Meng, C., Tian, D., Zeng, H., Li, Z., Yi, C., Niu, S., 2019. Global soil acidification impacts 

on belowground processes. Environ. Res. Lett. 14 

https://doi.org/10.1088/1748- 

9326/ab239c

. 

Mentaschi, L., Vousdoukas, M.I., Pekel, J.F., Voukouvalas, E., Feyen, L., 2018. Global 

long-term observations of coastal erosion and accretion. Sci. Rep. 8 

https://doi.org/ 

10.1038/s41598-018-30904-w

. 

Metternicht, G., Akhtar-Schuster, M., Castillo, V., 2019. Implementing land degradation 

neutrality: from policy challenges to policy opportunities for national sustainable 

development. Environ. Sci. Pol. 100, 189

–

191

. 

Middleton, N., 2017. Desert dust hazards: a global review. Aeolian Res. 24, 53

–

63

. 

Middleton, N., Kang, U., 2017. Sand and dust storms: impact mitigation. Sustainability 9. 

https://doi.org/10.3390/su9061053

. 

Middleton, N., Sternberg, T., 2013. Climate hazards in drylands: a review. Earth Sci. Rev. 

126, 48

–

57

. 

Middleton, N., Thomas, D., 1992. World Atlas of Desertification. United Kingdom, 

London

.  

Middleton, N., Thomas, D., 1997. World Atlas of Desertification, Second edition. United 

Kingdom, London

.  

Minderhoud, P.S.J., Middelkoop, H., Erkens, G., Stouthamer, E., 2020. Groundwater 

extraction may drown mega-delta: projections of extraction-induced subsidence and 

elevation of the Mekong delta for the 21st century. Environ. Res. Commun. 2 

https:// 

doi.org/10.1088/2515-7620/ab5e21

. 

Minhas, P.S., Ramos, T.B., Ben-Gal, A., Pereira, L.S., 2020a. Coping with salinity in 

irrigated agriculture: crop evapotranspiration and water management issues. Agric. 

Water Manag. 227 

https://doi.org/10.1016/j.agwat.2019.105832

. 

Minhas, P.S., Yadav, R.K., Bali, A., 2020b. Perspectives on reviving waterlogged and 

saline soils through plantation forestry. Agric. Water Manag. 232 

https://doi.org/ 

10.1016/j.agwat.2020.106063

. 

Mirus, B.B., Jones, E.S., Baum, R.L., Godt, J.W., Slaughter, S., Crawford, M.M., 

Lancaster, J., Stanley, T., et al., 2020. Landslides across the USA: occurrence, 

susceptibility, and data limitations. Landslides 17, 2271

–

2285

. 

Moncada, M.P., Gabriels, D., Lobo, D., De Beuf, K., Figueroa, R., Cornelis, W.M., 2014. 

A comparison of methods to assess susceptibility to soil sealing. Geoderma 226

–

227, 

397

–

404

. 

Montanarella, L., 2015. Govern our soils. Nature 528, 32

–

33

. 

Montanarella, L., Panagos, P., 2021. The relevance of sustainable soil management 

within the European Green Deal. Land Use Policy 100. 

https://doi.org/10.1016/j. 

landusepol.2020.104950

. 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 30

Figures and page graphics, page 30

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

30

Montanarella, L., Vargas, R., 2012. Global governance of soil resources as a necessary 

condition for sustainable development. Curr. Opin. Environ. Sustain. 4, 559

–

564

. 

Montanarella, L., Pennock, D.J., McKenzie, N., Badraoui, M., Chude, V., Baptista, I., 

Mamo, T., Yemefack, M., et al., 2016. World

’

s soils are under threat. Soil 2, 79

–

82

. 

Moore, F.C., Lobell, D.B., 2015. The fingerprint of climate trends on European crop 

yields. PNAS 112, 2670

–

2675

. 

Moreno-Jim

´

enez, E., Plaza, C., Saiz, H., Manzano, R., Flagmeier, M., Maestre, F.T., 2019. 

Aridity and reduced soil micronutrient availability in global drylands. Nat. Sustain. 

2, 371

–

377

. 

Morin, R.S., Liebhold, A.M., 2015. Invasions by two non-native insects alter regional 

forest species composition and successional trajectories. For. Ecol. Manag. 341, 

67

–

74

. 

Munns, R., Gilliham, M., 2015. Salinity tolerance of crops 

– 

what is the cost? New Phytol. 

208, 668

–

673

. 

Mushi, C.A., Ndomba, P.M., Trigg, M.A., Tshimanga, R.M., Mtalo, F., 2019. Assessment 

of basin-scale soil erosion within the Congo River Basin: a review. Catena 178, 

64

–

76

. 

Nabiollahi, K., Taghizadeh-Mehrjardi, R., Kerry, R., Moradian, S., 2017. Assessment of 

soil quality indices for salt-affected agricultural land in Kurdistan Province, Iran. 

Ecol. Indic. 83, 482

–

494

. 

Naipal, V., Ciais, P., Wang, Y., Lauerwald, R., Guenet, B., Van Oost, K., 2018. Global soil 

organic carbon removal by water erosion under climate change and land use change 

during AD1850

–

2005. Biogeosciences 15, 4459

–

4480

. 

Naumann, G., Vargas, W.M., Barbosa, P., Blauhut, V., Spinoni, J., Vogt, J.V., 2019. 

Dynamics of socioeconomic exposure, vulnerability and impacts of recent droughts 

in Argentina. Geosciences 9. 

https://doi.org/10.3390/geosciences9010039

. 

Navarro, L.M., Marques, A., Proenca, V., Ceaus¸u, S., Goncalves, B., Capinha, C., 

Fernandez, M., Geldmann, J., et al., 2017. Restoring degraded land: contributing to 

Aichi Targets 14, 15, and beyond. Curr. Opin. Environ. Sustain. 29, 207

–

214

. 

Nawaz, M.F., Bourri

´

e, G., Trolard, F., 2013. Soil compaction impact and modelling. A 

review. Agron. Sustain. Dev. 33, 291

–

309

. 

Niculiț

˘

a, M., M

˘

arg

˘

arint, M.C., Santangelo, M., 2016. Archaeological evidence for 

Holocene landslide activity in the Eastern Carpathian lowland. Quat. Int. 415, 

175

–

189

. 

Niculiț

˘

a, M., M

˘

arg

˘

arint, M.C., Cristea, A.I., 2019. Using archaeological and 

geomorphological evidence for the establishment of a relative chronology and 

evolution pattern for Holocene landslides. PLoS One 14. 

https://doi.org/10.1371/ 

journal.pone.0227335

. 

Nielsen, U.N., Wall, D.H., Six, J., 2015. Soil biodiversity and the environment. Annu. 

Rev. Environ. Resour. 40, 63

–

90

. 

Nienhuis, J.H., Ashton, A.D., Edmonds, D.A., Hoitink, A.J., Kettner, A.J., Rowland, J.C., 

T

¨

ornqvist, T.E., 2020. Global-scale human impact on delta morphology has led to net 

land area gain. Nature 577, 514

–

518

. 

Nosetto, M.D., Acosta, A.M., Jayawickreme, D.H., Ballesteros, S.I., Jackson, R.B., 

Jobb

´

agy, E.G., 2013. Land-use and topography shape soil and groundwater salinity 

in central Argentina. Agric. Water Manag. 129, 120

–

129

. 

Novara, A., Keesstra, S., Cerd

`

a, A., Pereira, P., Gristina, L., 2016. Understanding the role 

of soil erosion on CO

2

-C loss using 

13

C isotopic signatures in abandoned 

Mediterranean agricultural land. Sci. Total Environ. 550, 330

–

336

. 

Novara, A., Pisciotta, A., Minacapilli, M., Maltese, A., Capodici, F., Cerd

`

a, A., Gristina, L., 

2018. The impact of soil erosion on soil fertility and vine vigor. A multidisciplinary 

approach based on field, laboratory and remote sensing approaches. Sci. Total 

Environ. 622

–

623, 474

–

480

. 

Novara, A., Pulido, M., Rodrigo-Comino, J., Prima, S.D.I., Smith, P., Gristina, L., 

Gim

´

enez-Morera, A., Terol, E., et al., 2019. Long-term organic farming on a citrus 

plantation results in soil organic carbon recovery. Geogr. Res. Lett. 45, 271

–

286

. 

Novara, A., Cerd

`

a, A., Barone, E., Gristina, L., 2021. Cover crop management and water 

conservation in vineyard and olive orchards. Soil Tillage Res. 208 

https://doi.org/ 

10.1016/j.still.2020.104896

. 

O

’

Riordan, R., Davies, J., Stevens, C., Quinton, J.N., Boyko, C., 2021. The ecosystem 

services of urban soils: a review. Geoderma 395. 

https://doi.org/10.1016/j. 

geoderma.2021.115076

. 

O

’

Rourke, S.M., Angers, D.A., Holden, N.M., McBratney, A.B., 2015. Soil organic carbon 

across scales. Glob. Chang. Biol. 21, 3561

–

3574

. 

Obalum, S.E., Chibuike, G.U., Peth, S., Ouyang, Y., 2017. Soil organic matter as sole 

indicator of soil degradation. Environ. Monit. Assess. 189 

https://doi.org/10.1007/ 

s10661-017-5881-y

. 

Okpara, U.T., Stringer, L.C., Akhtar-Schuster, M., Metternicht, G.I., Dallimer, M., 

Requier-Desjardins, M., 2018. A social-ecological systems approach is necessary to 

achieve land degradation neutrality. Environ. Sci. Pol. 89, 59

–

66

. 

Oldeman, L.R., 1994. The global extent of soil degradation. In: Greenland, D.J., 

Szabolcs, I. (Eds.), Soil resilience and Sustainable Land Use. CAB International, 

Wallingford, United Kingdom

.  

Oldeman, L.R., Hakkeling, R.T.A., Sombroek, W.G., 1991. World Map of the Status of 

Human-Induced Soil Degradation: An Explanatory Note. International Soil Reference 

and Information Centre, Wageningen, The Netherlands

.  

Olsson, L., Barbosa, H., Bhadwal, S., Cowie, A., Delusca, K., Flores-Renteria, D., 

Hermans, K., Jobbagy, E., et al., 2019. Land degradation. In: Climate Change and 

Land: An IPCC Special Report on Climate Change, Desertification, Land Degradation, 

Sustainable Land Management, Food Security, and Greenhouse Gas Fluxes in 

Terrestrial Ecosystems. In press

.  

Orgiazzi, A., Bardgett, R.D., Barrios, E., Behan-Pelletier, V., Briones, M.J.I., Chotte, J.L., 

De Deyn, G.B., Eggleton, P., et al., 2016. Global Soil Biodiversity Atlas. Publications 

Office of the European Union, Luxembourg, Luxembourg

.  

Ou, X., Hu, Y., Li, X., Guo, S., Liu, B., 2021. Advancements and challenges in rill 

formation, morphology, measurement and modeling. Catena 196. 

https://doi.org/ 

10.1016/j.catena.2020.104932

. 

Paerl, H.W., Paul, V.J., 2012. Climate change: links to global expansion of harmful 

cyanobacteria. Water Res. 46, 1349

–

1363

. 

Paleari, S., 2017. Is the European Union protecting soil? A critical analysis of Community 

environmental policy and law. Land Use Policy 64, 163

–

173

. 

Pan, N., Feng, X., Fu, B., Wang, S., Ji, F., Pan, S., 2018. Increasing global vegetation 

browning hidden in overall vegetation greening: insights from time-varying trends. 

Remote Sens. Environ. 214, 59

–

72

. 

Panagos, P., Meusburger, K., Ballabio, C., Borrelli, P., Alewell, C., 2014. Soil erodibility 

in Europe: a high-resolution dataset based on LUCAS. Sci. Total Environ. 479

–

480, 

189

–

200

. 

Panagos, P., Borrelli, P., Poesen, J., Ballabio, C., Lugato, E., Meusburger, K., 

Montanarella, L., Alewell, C., 2015a. The new assessment of soil loss by water 

erosion in Europe. Environ. Sci. Pol. 54, 438

–

447

. 

Panagos, P., Ballabio, C., Borrelli, P., Meusburger, K., Klik, A., Rousseva, S., Tadic, M.P., 

Michaelides, S., et al., 2015b. Rainfall erosivity in Europe. Sci. Total Environ. 511, 

801

–

814

. 

Panagos, P., Imeson, A., Meusburger, K., Borrelli, P., Poesen, J., Alewell, C., 2016. Soil 

conservation in Europe: wish or reality? Land Degrad. Dev. 27, 1547

–

1551

. 

Panagos, P., Standardi, G., Borrelli, P., Lugato, E., Montanarella, L., Bosello, F., 2018. 

Cost of agricultural productivity loss due to soil erosion in the European Union: from 

direct cost evaluation approaches to the use of macroeconomic models. Land Degrad. 

Dev. 29, 471

–

484

. 

Paprotny, D., Terefenko, P., Giza, A., Czapli

´

nski, P., Vousdoukas, M.I., 2021. Future 

losses of ecosystem services due to coastal erosion in Europe. Sci. Total Environ. 760 

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.144310

. 

Pardey, P.G., Beddow, J.M., Hurley, T.M., Beatty, T.K.M., Eidman, V.R., 2014. A bounds 

analysis of world food futures: global agriculture through to 2050. Aust. J. Agric. 

Resour. Econ. 58, 571

–

589

. 

Park, C.E., Jeong, S.J., Joshi, M., Osborn, T.J., Ho, C.H., Piao, S., Chen, D., Liu, J., et al., 

2018. Keeping global warming within 1.5 

◦

C constrains emergence of aridification. 

Nat. Clim. Chang. 8, 70

–

74

. 

Patriche, C.V., 2019. Quantitative assessment of rill and interrill soil erosion in Romania. 

Soil Use Manag. 35, 257

–

272

. 

Paustian, K., Lehmann, J., Ogle, S., Reay, D., Robertson, G.P., Smith, P., 2016. Climate- 

smart soils. Nature 532, 49

–

57

. 

Payen, S., Basset-Mens, C., Nú

˜

nez, M., Follain, S., Grünberger, O., Marlet, S., Perret, S., 

Roux, P., 2016. Salinisation impacts in life cycle assessment: a review of challenges 

and options towards their consistent integration. Int. J. Life Cycle Assess. 21, 

577

–

594

. 

Pecl, G.T., Araújo, M.B., Bell, J.D., Blanchard, J., Bonebrake, T.C., Chen, I.C., Clark, T.D., 

Colwell, R.K., et al., 2017. Biodiversity redistribution under climate change: impacts 

on ecosystems and human well-being. Science 355. 

https://doi.org/10.1126/ 

science.aai9214

. 

Pei, F., Wu, C., Liu, X., Li, X., Yang, K., Zhou, Y., Wang, K., Xu, L., et al., 2018. Monitoring 

the vegetation activity in China using vegetation health indices. Agric. For. Meteorol. 

248, 215

–

227

. 

Pennisi, E., 2020. Spare a thought for the teeming ecosystem beneath your feet. Science 

370, 1255

–

1256

. 

Pereira, P., Barcel

´

o, D., Panagos, P., 2020. Soil and water threats in a changing 

environment. Environ. Res. 186 

https://doi.org/10.1016/j.envres.2020.109501

. 

Perri, S., Suweis, S., Holmes, A., Marpu, P.R., Entekhabi, D., Molini, A., 2020. River basin 

salinization as a form of aridity. PNAS 117, 17635

–

17642

. 

Petrokofsky, G., Kanamaru, H., Achard, F., Goetz, S.J., Joosten, H., Holmgren, P., 

Lehtonen, A., Menton, M.C.S., et al., 2012. Comparison of methods for measuring 

and assessing carbon stocks and carbon stock changes in terrestrial carbon pools. 

How do the accuracy and precision of current methods compare? A systematic 

review protocol. Environ. Evid 1. 

http://www.environmentalevidencejournal. 

org/content/1/1/6

. 

Phillips, H.R.P., Guerra, C.A., Bartz, M.L.C., Briones, M.J.I., Brown, G., Crowther, T.W., 

Ferlian, O., Gongalsky, K.B., et al., 2019. Global distribution of earthworm diversity. 

Science 366, 480

–

485

. 

Piciullo, L., Calvello, M., Cepeda, J.M., 2018. Territorial early warning systems for 

rainfall-induced landslides. Earth Sci. Rev. 179, 228

–

247

. 

Pimentel, D., Burgess, M., 2013. Soil erosion threatens food production. Agriculture 3, 

443

–

463

. 

Plaza, C., Zaccone, C., Sawicka, K., M

´

endez, A.M., Tarquis, A., Gasc

´

o, G., Heuvelink, G.B. 

M., Schuur, E.A.G., et al., 2018. Soil resources and element stocks in drylands to face 

global issues. Sci. Rep. 8 

https://doi.org/10.1038/s41598-018-32229-0

. 

Poeplau, C., Don, A., 2013. Sensitivity of soil organic carbon stocks and fractions to 

different land-use changes across Europe. Geoderma 192, 189

–

201

. 

Poesen, J., 2018. Soil erosion in the Anthropocene: research needs. Earth Surf. Process. 

Landf. 43, 64

–

84

. 

Pontee, N., Burgess, K., Morris, K., 2009. An innovative tool for improving stakeholder 

engagement. In: The Institute of Civil Engineers Conference: Coasts, Marine 

Structures and Breakwater. United Kingdom, Edinburgh

.  

Pr

˘

av

˘

alie, R., 2014. Nuclear weapons tests and environmental consequences: a global 

perspective. Ambio 43, 729

–

744

. 

Pr

˘

av

˘

alie, R., 2016. Drylands extent and environmental issues. A global approach. Earth 

Sci. Rev. 161, 259

–

278

. 

Pr

˘

av

˘

alie, R., 2018. Major perturbations in the Earth

’

s forest ecosystems. Possible 

implications for global warming. Earth Sci. Rev. 185, 544

–

571

. 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 31

Figures and page graphics, page 31

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

31

Pr

˘

av

˘

alie, R., Bandoc, G., 2018. Nuclear energy: between global electricity demand, 

worldwide decarbonisation imperativeness, and planetary environmental 

implications. J. Environ. Manag. 209, 81

–

92

. 

Pr

˘

av

˘

alie, R., Sîrodoev, I., Patriche, C.V., Bandoc, G., Peptenatu, D., 2014. The analysis of 

the relationship between climatic water deficit and corn agricultural productivity in 

the Dobrogea plateau. Carpath. J. Earth Environ. Sci. 9, 201

–

214

. 

Pr

˘

av

˘

alie, R., Patriche, C.V., Sîrodoev, I., Bandoc, G., Dumitras¸cu, M., Peptenatu, D., 

2016. Water deficit and corn productivity during the post-socialist period. Case 

study: Southern Oltenia drylands, Romania. Arid Land Res. Manag. 30, 239

–

257

. 

Pr

˘

av

˘

alie, R., Bandoc, G., Patriche, C., Tomescu, M., 2017. Spatio-temporal trends of 

mean air temperature during 1961

–

2009 and impacts on crop (maize) yields in the 

most important agricultural region of Romania. Stoch. Env. Res. Risk A. 31, 

1923

–

1939

. 

Pr

˘

av

˘

alie, R., Bandoc, G., Patriche, C., Sternberg, T., 2019. Recent changes in global 

drylands: evidences from two major aridity databases. Catena 178, 209

–

231

. 

Pr

˘

av

˘

alie, R., Patriche, C., S

˘

avulescu, I., Sîrodoev, I., Bandoc, G., Sfîc

˘

a, L., 2020a. Spatial 

assessment of land sensitivity to degradation across Romania. A quantitative 

approach based on the modified MEDALUS methodology. Catena 187. 

https://doi. 

org/10.1016/j.catena.2019.104407

. 

Pr

˘

av

˘

alie, R., Patriche, C., Tis¸covschi, A., Dumitras¸cu, M., S

˘

avulescu, I., Sîrodoev, I., 

Bandoc, G., 2020b. Recent spatio-temporal changes of land sensitivity to 

degradation in Romania due to climate change and human activities: an approach 

based on multiple environmental quality indicators. Ecol. Indic. 118 

https://doi.org/ 

10.1016/j.ecolind.2020.106755

. 

Pr

˘

av

˘

alie, R., Sîrodoev, I., Patriche, C., Roșca, B., Piticar, A., Bandoc, G., Sfîc

˘

a, L., 

Tis¸covschi, A., et al., 2020c. The impact of climate change on agricultural 

productivity in Romania. A country-scale assessment based on the relationship 

between climatic water balance and maize yields in recent decades. Agric. Syst. 179 

https://doi.org/10.1016/j.agsy.2019.102767

. 

Pr

˘

av

˘

alie, R., Patriche, C., Borrelli, P., Panagos, P., Roșca, B., Dumitras¸cu, M., Nita, I.A., 

S

˘

avulescu, I., et al., 2021. Arable lands under the pressure of multiple land 

degradation processes. A global perspective. Environ. Res. 194 

https://doi.org/ 

10.1016/j.envres.2020.110697

. 

Prosdocimi, M., Tarolli, P., Cerd

`

a, A., 2016. Mulching practices for reducing soil water 

erosion: a review. Earth Sci. Rev. 161, 191

–

203

. 

Pütz, S., Groeneveld, J., Henle, K., Knogge, C., Martensen, A.C., Metz, M., Metzger, J.P., 

Ribeiro, M.C., et al., 2014. Long-term carbon loss in fragmented Neotropical forests. 

Nat. Commun. 5 

https://doi.org/10.1038/ncomms6037

. 

Qadir, M., Quill

´

erou, E., Nangia, V., Murtaza, G., Singh, M., Thomas, R.J., Drechsel, P., 

Noble, A.D., 2014. Economics of salt-induced land degradation and restoration. Nat. 

Resour. Forum 38, 282

–

295

. 

Ravi, S., Breshears, D.D., Huxman, T.E., D

’

Odorico, P., 2010. Land degradation in 

drylands: interactions among hydrologic

–

aeolian erosion and vegetation dynamics. 

Geomorphology 116, 236

–

245

. 

RECARE, 2020. Preventing and remediating degradation of soils in Europe through land 

care 

– 

Soil sealing. Accessed April 30, 2020, at. 

http://recare-project.eu/10 

-public-pages?start

=

12

. 

Reichenbach, P., Rossi, M., Malamud, B.D., Mihir, M., Guzzetti, F., 2018. A review of 

statistically-based landslide susceptibility models. Earth Sci. Rev. 180, 60

–

91

. 

Reimann, L., Vafeidis, A.T., Brown, S., Hinkel, J., Tol, R.S., 2018. Mediterranean 

UNESCO World Heritage at risk from coastal flooding and erosion due to sea-level 

rise. Nat. Commun. 9 

https://doi.org/10.1038/s41467-018-06645-9

. 

Ren, B., Zhang, J., Li, X., Fan, X., Dong, S., Liu, P., Zhao, B., 2014. Effects of waterlogging 

on the yield and growth of summer maize under field conditions. Can. J. Plant Sci. 

94, 23

–

31

. 

Reynolds, J.F., Smith, D.M.S., Lambin, E.F., Turner II, B.L., Mortimore, M., Batterbury, S. 

P.J., Downing, T.E., Dowlatabadi, H., et al., 2007. Global desertification: building a 

science for dryland development. Science 316, 847

–

851

. 

Ritzema, H.P., 2016. Drain for Gain: managing salinity in irrigated lands 

– 

A review. 

Agric. Water Manag. 176, 18

–

28

. 

Roach, J., 2013. Beetle Juice? Trees Killed by Bugs Eyed as Biofuel for Cars. Accessed 

April 25, 2020, at. 

https://www.nbcnews.com/sciencemain/beetle-juice-trees-ki 

lled-bugs-eyed-biofuel-cars-8C11566376

. 

Rochman, C.M., Hoellein, T., 2020. The global odyssey of plastic pollution. Science 368, 

1184

–

1185

. 

Rockstr

¨

om, J., Steffen, W., Noone, K., Persson, 

Ǻ

., Chapin III, F.S., Lambin, E.F., 

Lenton, T.M., Scheffer, M., et al., 2009. A safe operating space for humanity. Nature 

461, 472

–

475

. 

Rockstr

¨

om, J., Williams, J., Daily, G., Noble, A., Matthews, N., Gordon, L., 

Wetterstrand, H., DeClerck, F., et al., 2017a. Sustainable intensification of 

agriculture for human prosperity and global sustainability. Ambio 46, 4

–

17

. 

Rockstr

¨

om, J., Gaffney, O., Rogelj, J., Meinshausen, M., Nakicenovic, N., 

Schellnhuber, H.J., 2017b. A roadmap for rapid decarbonization. Science 355, 

1269

–

1271

. 

Rodrigo-Comino, J., 2018. Five decades of soil erosion research in 

“

terroir

”

. The State-of- 

the-Art. Earth Sci. Rev. 179, 436

–

447

. 

Rodrigo-Comino, J., Terol, E., Mora, G., Gim

´

enez-Morera, A., Cerd

`

a, A., 2020a. 

Vicia 

sativa Roth. 

can reduce soil and water losses in recently planted vineyards (

Vitis 

vinifera 

L.). Earth Syst. Environ. 4, 827

–

842

. 

Rodrigo-Comino, J., Gim

´

enez-Morera, A., Panagos, P., Pourghasemi, H.R., Pulido, M., 

Cerd

`

a, A., 2020b. The potential of straw mulch as a nature-based solution for soil 

erosion in olive plantation treated with glyphosate: a biophysical and socioeconomic 

assessment. Land Degrad. Dev. 31, 1877

–

1889

. 

Rodríguez-Espinosa, T., Navarro-Pedreno, J., Gomez-Lucas, I., Jordan-Vidal, M.M., Bech- 

Borras, J., Zorpas, A.A., 2021. Urban areas, human health and technosols for the 

green deal. Environ. Geochem. Health. 

https://doi.org/10.1007/s10653-021-00953- 

8

. 

Rodríguez-Rojas, M.I., Huertas-Fernandez, F., Moreno, B., Martínez, G., Grindlay, A.L., 

2018. A study of the application of permeable pavements as a sustainable technique 

for the mitigation of soil sealing in cities: a case study in the south of Spain. 

J. Environ. Manag. 205, 151

–

162

. 

Romijn, E., Herold, M., Kooistra, L., Murdiyarso, D., Verchot, L., 2012. Assessing 

capacities of non-Annex I countries for national forest monitoring in the context of 

REDD

+

. Environ. Sci. Pol. 19

–

20, 33

–

48

. 

Ronchi, S., Salata, S., Arcidiacono, A., Piroli, E., Montanarella, L., 2019. Policy 

instruments for soil protection among the EU member states: a comparative analysis. 

Land Use Policy 82, 763

–

780

. 

Rozema, J., Flowers, T., 2008. Crops for a salinized world. Science 322, 1478

–

1480

. 

Salmon, J.M., Friedl, M.A., Frolking, S., Wisser, D., Douglas, E.M., 2015. Global rain-fed, 

irrigated, and paddy croplands: a new high resolution map derived from remote 

sensing, crop inventories and climate data. Int. J. Appl. Earth Obs. Geoinf. 38, 

321

–

334

. 

Sanderman, J., Berhe, A.A., 2017. The soil carbon erosion paradox. Nat. Clim. Chang. 7, 

317

–

319

. 

Sannigrahi, S., Zhang, Q., Joshi, P.K., Sutton, P.C., Keesstra, S., Roy, P.S., Pilla, F., 

Basu, B., et al., 2020. Examining effects of climate change and land use dynamic on 

biophysical and economic values of ecosystem services of a natural reserve region. 

J. Clean. Prod. 257 

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120424

. 

Sartori, M., Philippidis, G., Ferrari, E., Borrelli, P., Lugato, E., Montanarella, L., 

Panagos, P., 2019. A linkage between the biophysical and the economic: assessing 

the global market impacts of soil erosion. Land Use Policy 86, 299

–

312

. 

Schaefer, K., Elshorbany, Y., Jafarov, E., Schuster, P.F., Striegl, R.G., Wickland, K.P., 

Sunderland, E.M., 2020. Potential impacts of mercury released from thawing 

permafrost. Nat. Commun. 11 

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18398-5

. 

Scharlemann, J.P.W., Tanner, E.V.J., Hiederer, R., Kapos, V., 2014. Global soil carbon: 

understanding and managing the largest terrestrial carbon pool. Carbon Manag. 5, 

81

–

91

. 

Schlesinger, W.H., Dietze, M.C., Jackson, R.B., Phillips, R.P., Rhoades, C.C., Rustad, L.E., 

Vose, J.M., 2016. Forest biogeochemistry in response to drought. Glob. Chang. Biol. 

22, 2318

–

2328

. 

Schuster, P.F., Schaefer, K.M., Aiken, G.R., Antweiler, R.C., Dewild, J.F., Gryziec, J.D., 

Gusmeroli, A., Hugelius, G., et al., 2018. Permafrost stores a globally significant 

amount of mercury. Geophys. Res. Lett. 45, 1463

–

1471

. 

Schuur, E.A.G., McGuire, A.D., Sch

¨

adel, C., Grosse, G., Harden, J.W., Hayes, D.J., 

Hugelius, G., Koven, C.D., et al., 2015. Climate change and the permafrost carbon 

feedback. Nature 520, 171

–

179

. 

Schwarzenbach, R.P., Egli, T., Hofstetter, T.B., von Gunten, U., Wehrli, B., 2010. Global 

water pollution and human health. Annu. Rev. Environ. Resour. 35, 109

–

136

. 

Sciortino, M., De Felice, M., De Cecco, L., Borfecchia, F., 2020. Remote sensing for 

monitoring and mapping Land Productivity in Italy: a rapid assessment 

methodology. Catena 188. 

https://doi.org/10.1016/j.catena.2019.104375

. 

Seebens, H., Bacher, S., Blackburn, T., Capinha, C., Dawson, W., Dullinger, S., 

Genovesi, P., Hulme, P., et al., 2021. Projecting the continental accumulation of 

alien species through to 2050. Glob. Chang. Biol. 27, 970

–

982

. 

Seidl, R., Thom, D., Kautz, M., Martin-Benito, D., Peltoniemi, M., Vacchiano, G., Wild, J., 

Ascoli, D., et al., 2017. Forest disturbances under climate change. Nat. Clim. Chang. 

7, 395

–

402

. 

Seidl, R., Klonner, G., Rammer, W., Essl, F., Moreno, A., Neumann, M., Dullinger, S., 

2018. Invasive alien pests threaten the carbon stored in Europe

’

s forests. Nat. 

Commun. 9 

https://doi.org/10.1038/s41467-018-04096-w

. 

Setia, R., Gottschalk, P., Smith, P., Marschner, P., Baldock, J., Setia, D., Smith, J., 2013. 

Soil salinity decreases global soil organic carbon stocks. Sci. Total Environ. 465, 

267

–

272

. 

Seto, K.C., Güneralp, B., Hutyra, L.R., 2012. Global forecasts of urban expansion to 2030 

and direct impacts on biodiversity and carbon pools. PNAS 109, 16083

–

16088

. 

Shah, A.N., Tanveer, M., Shahzad, B., Yang, G., Fahad, S., Ali, S., Bukhari, M.A., Tung, S. 

A., et al., 2017. Soil compaction effects on soil health and crop productivity: an 

overview. Environ. Sci. Pollut. Res. 24, 10056

–

10067

. 

Sicard, P., Augustaitis, A., Belyazid, S., Calfapietra, C., de Marco, A., Fenn, M., 

Bytnerowicz, A., Grulke, N., et al., 2016. Global topics and novel approaches in the 

study of air pollution, climate change and forest ecosystems. Environ. Pollut. 213, 

977

–

987

. 

Simpson, M.J., Simpson, A.J., 2012. The chemical ecology of soil organic matter 

molecular constituents. J. Chem. Ecol. 38, 768

–

784

. 

Singh, A., 2015. Soil salinization and waterlogging: a threat to environment and 

agricultural sustainability. Ecol. Indic. 57, 128

–

130

. 

Singh, A., 2017a. Waterlogging and salinity management for sustainable irrigated 

agriculture. II: engineering measures and biodrainage. J. Irrig. Drain. Eng. 143 

https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0001227

. 

Singh, A., 2017b. Waterlogging and salinity management for sustainable irrigated 

agriculture. I: overview, implication, and plant response. J. Irrig. Drain. Eng. 143 

https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0001226

. 

Singh, A., 2018. Alternative management options for irrigation-induced salinization and 

waterlogging under different climatic conditions. Ecol. Indic. 90, 184

–

192

. 

Singh, A., 2019. An overview of drainage and salinization problems of irrigated lands. 

Irrig. Drain. 68, 551

–

558

. 

Singh, A., 2020. Salinization and drainage problems of agricultural land. Irrig. Drain. 69, 

844

–

853

. 

Singh, A., 2021. Soil salinization management for sustainable development: a review. 

J. Environ. Manag. 277 

https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.111383

. 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 32

Figures and page graphics, page 32

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

32

Singh, S., Tripathi, D.K., Singh, S., Sharma, S., Dubey, N.K., Chauhan, D.K., Vaculík, M., 

2017. Toxicity of aluminium on various levels of plant cells and organism: a review. 

Environ. Exp. Bot. 137, 177

–

193

. 

Smetanov

´

a, A., Follain, S., David, M., Ciampalini, R., Raclot, D., Crabit, A., Le 

Bissonnais, Y., 2019. Landscaping compromises for land degradation neutrality: the 

case of soil erosion in a Mediterranean agricultural landscape. J. Environ. Manag. 

235, 282

–

292

. 

Smith, S.A., Barnard, P.L., 2021. The impacts of the 2015/2016 El Ni

˜

no on California

’

s 

sandy beaches. Geomorphology 377. 

https://doi.org/10.1016/j. 

geomorph.2020.107583

. 

Smith, R.G., Majumdar, S., 2020. Groundwater storage loss associated with land 

subsidence in Western United States mapped using machine learning. Water Resour. 

Res. 56 

https://doi.org/10.1029/2019WR026621

. 

Smith, P., House, J.I., Bustamante, M., Sobocka, J., Harper, R., Pan, G., West, P.C., 

Clark, J.M., et al., 2016. Global change pressures on soils from land use and 

management. Glob. Chang. Biol. 22, 1008

–

1028

. 

Soliveres, S., van der Plas, F., Manning, P., Prati, D., Gossner, M.M., Renner, S.C., Alt, F., 

Arndt, H., et al., 2016. Biodiversity at multiple trophic levels is needed for ecosystem 

multifunctionality. Nature 536, 456

–

459

. 

Song, X.P., Hansen, M.C., Stehman, S.V., Potapov, P.V., Tyukavina, A., Vermote, E.F., 

Townshend, J.R., 2018. Global land change from 1982 to 2016. Nature 560, 

639

–

643

. 

Springmann, M., Clark, M., D

’

Croz, D.M., Wiebe, K., Bodirsky, B.L., Lassaletta, L., de 

Vries, W., Vermeulen, S.J., et al., 2018. Options for keeping the food system within 

environmental limits. Nature 562, 519

–

525

. 

Stanley, T., Kirschbaum, D.B., 2017. A heuristic approach to global landslide 

susceptibility mapping. Nat. Hazards 87, 145

–

164

. 

Stavi, I., Lal, R., 2015. Achieving zero net land degradation: challenges and 

opportunities. J. Arid Environ. 112, 44

–

51

. 

Stavi, I., Roque de Pinho, J., Paschalidou, A.K., Adamo, S.B., Galvin, K., Sherbinin, A., 

Even, T., Heaviside, C., et al., 2021. Food security among dryland pastoralists and 

agropastoralists: the climate, land-use change, and population dynamics nexus. 

Anthropocene Rev. 

https://doi.org/10.1177/20530196211007512

. 

Stockmann, U., Adams, M.A., Crawford, J.W., Field, D.J., Henakaarchchi, N., 

Jenkins, M., Minasny, B., McBratney, A.B., et al., 2013. The knowns, known 

unknowns and unknowns of sequestration of soil organic carbon. Agric. Ecosyst. 

Environ. 164, 80

–

99

. 

Stoessel, F., Sonderegger, T., Bayer, P., Hellweg, S., 2018. Assessing the environmental 

impacts of soil compaction in Life Cycle Assessment. Sci. Total Environ. 630, 

913

–

921

. 

Strauss, J., Schirrmeister, L., Grosse, G., Fortier, D., Hugelius, G., Knoblauch, C., 

Romanovsky, V., Sch

¨

adel, C., et al., 2017. Deep Yedoma permafrost: a synthesis of 

depositional characteristics and carbon vulnerability. Earth Sci. Rev. 172, 75

–

86

. 

Streck, C., 2021. REDD

+

and leakage: Debunking myths and promoting integrated 

solutions. Clim. Pol. 

https://doi.org/10.1080/14693062.2021.1920363

. 

Suding, K., Higgs, E., Palmer, M., Callicott, J.B., Anderson, C.B., Baker, M., Gutrich, J.J., 

Hondula, K.L., et al., 2015. Committing to ecological restoration. Science 348, 

638

–

640

. 

Sukenik, A., Quesada, A., Salmaso, N., 2015. Global expansion of toxic and non-toxic 

cyanobacteria: effect on ecosystem functioning. Biodivers. Conserv. 24, 889

–

908

. 

Sun, B., Zhang, L., Yang, L., Zhang, F., Norse, D., Zhu, Z., 2012. Agricultural non-point 

source pollution in China: causes and mitigation measures. AMBIO 41, 370

–

379

. 

Sun, J., Yuan, X., Liu, H., Liu, G., Zhang, G., 2019. Emergy evaluation of a swamp dike- 

pond complex: a new ecological restoration mode of coal-mining subsidence areas in 

China. Ecol. Indic. 107 

https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2019.105660

. 

Sun, L., Chen, J., Li, Q., Huang, D., 2020. Dramatic uneven urbanization of large cities 

throughout the world in recent decades. Nat. Commun. 11 

https://doi.org/10.1038/ 

s41467-020-19158-1

. 

Syvitski, J.P.M., Kettner, A.J., Overeem, I., Hutton, E.W.H., Hannon, M.T., 

Brakenridge, G.R., Day, J., V

¨

or

¨

osmarty, C., et al., 2009. Sinking deltas due to human 

activities. Nat. Geosci. 2, 681

–

686

. 

Tabarelli, M., Peres, C.A., Melo, F.P.L., 2012. The ‘few winners and many losers

’ 

paradigm revisited: emerging prospects for tropical forest biodiversity. Biol. 

Conserv. 155, 136

–

140

. 

Tan, J., Fu, J.S., Dentener, F., Sun, J., Emmons, L., Tilmes, S., Sudo, K., Flemming, J., 

et al., 2018. Multi-model study of HTAP II on sulfur and nitrogen deposition. Atmos. 

Chem. Phys. 18, 6847

–

6866

. 

Tang, F.H., Lenzen, M., McBratney, A., Maggi, F., 2021. Risk of pesticide pollution at the 

global scale. Nat. Geosci. 14, 206

–

210

. 

Tanski, G., Wagner, D., Knoblauch, C., Fritz, M., Sachs, T., Lantuit, H., 2019. Rapid CO

2 

release from eroding permafrost in seawater. Geophys. Res. Lett. 46, 11244

–

11252

. 

Tedersoo, L., Bahram, M., P

˜

olme, S., K

˜

oljalg, U., Yorou, N.S., Wijesundera, R., Ruiz, L.V., 

Vasco-Palacios, A.M., et al., 2014. Global diversity and geography of soil fungi. 

Science 346. 

https://doi.org/10.1126/science.1256688

. 

Temmerman, S., Kirwan, M.L., 2015. Building land with a rising sea. Science 349, 

588

–

589

. 

Teng, H., Hu, J., Zhou, Y., Zhou, L., Shi, Z., 2019. Modelling and mapping soil erosion 

potential in China. J. Integr. Agric. 18, 251

–

264

. 

Terhaar, J., Lauerwald, R., Regnier, P., Gruber, N., Bopp, L., 2021. Around one third of 

current Arctic Ocean primary production sustained by rivers and coastal erosion. 

Nat. Commun. 12 

https://doi.org/10.1038/s41467-020-20470-z

. 

Tessler, Z.D., V

¨

or

¨

osmarty, C.J., Grossberg, M., Gladkova, I., Aizenman, H., Syvitski, J.P. 

M., Foufoula-Georgiou, E., 2015. Profiling risk and sustainability in coastal deltas of 

the world. Science 349, 638

–

643

. 

Thenkabail, P.S., Biradar, C.M., Noojipady, P., Dheeravath, V., Li, Y., Velpuri, M., 

Gumma, M., Gangalakunta, O.R.P., et al., 2009. Global irrigated area map (GIAM), 

derived from remote sensing, for the end of the last millennium. Int. J. Remote Sens. 

30, 3679

–

3733

. 

Thiry, Y., Tanaka, T., Dvornik, A.A., Dvornik, A.M., 2020. TRIPS 2.0: toward more 

comprehensive modeling of radiocaesium cycling in forest. J. Environ. Radioact. 

214

–

215. 

https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2020.106171

. 

Tian, D., Niu, S., 2015. A global analysis of soil acidification caused by nitrogen addition. 

Environ. Res. Lett. 10 

https://doi.org/10.1088/1748-9326/10/2/024019

. 

Tian, X., Engel, B.A., Qian, H., Hua, E., Sun, S., Wang, Y., 2021a. Will reaching the 

maximum achievable yield potential meet future global food demand? J. Clean. 

Prod. 294 

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126285

. 

Tian, L., Zhang, Y., Chen, P., Zhang, F., Li, J., Yan, F., Dong, Y., Feng, B., 2021b. How 

does the waterlogging regime affect crop yield? A global meta-analysis. Front. Plant 

Sci. 12 

https://doi.org/10.3389/fpls.2021.634898

. 

Tibbett, M., Gil-Martínez, M., Fraser, T., Green, I.D., Duddigan, S., De Oliveira, V.H., 

Raulund-Rasmussen, K., Sizmur, T., et al., 2019. Long-term acidification of pH 

neutral grasslands affects soil biodiversity, fertility and function in a heathland 

restoration. Catena 180, 401

–

415

. 

Tibbett, M., Fraser, T.D., Duddigan, S., 2020. Identifying potential threats to soil 

biodiversity. PeerJ 8. 

https://doi.org/10.7717/peerj.9271

. 

Tobias, S., Conen, F., Duss, A., Wenzel, L.M., Buser, C., Alewell, C., 2018. Soil sealing and 

unsealing: state of the art and examples. Land Degrad. Dev. 29, 2015

–

2024

. 

Toimil, A., Camus, P., Losada, I.J., Le Cozannet, G., Nicholls, R.J., Idier, D., 

Maspataud, A., 2020. Climate change-driven coastal erosion modelling in temperate 

sandy beaches: methods and uncertainty treatment. Earth Sci. Rev. 202 

https://doi. 

org/10.1016/j.earscirev.2020.103110

. 

Trabucco, A., Zomer, R.J., 2009. Global Aridity Index (Global-Aridity) and Global 

Potential Evapo-Transpiration (Global-PET) Geospatial Database. CGIAR Consortium 

for Spatial Information. CGIAR-CSI GeoPortal. 

http://www.cgiar-csi.org/data/glo 

bal-aridity-and-pet-database

. 

Trumbore, S., Brando, P., Hartmann, H., 2015. Forest health and global change. Science 

349, 814

–

818

. 

Turetsky, M.R., Abbott, B.W., Jones, M.C., Anthony, K.W., Olefeldt, D., Schuur, E.A.G., 

Koven, K., McGuire, A.D., et al., 2019. Permafrost collapse is accelerating carbon 

release. Nature 569, 32

–

34

. 

Turetsky, M.R., Abbott, B.W., Jones, M.C., Anthony, K.W., Olefeldt, D., Schuur, E.A.G., 

Grosse, G., Kuhry, P., et al., 2020. Carbon release through abrupt permafrost thaw. 

Nat. Geosci. 13, 138

–

143

. 

UNCCD, 1994. United Nations Convention to Combat Desertification in Those Countries 

Experiencing Serious Drought and/or Desertification, Particularly in Africa. Paris, 

France

. 

UNCCD, 2011. United Nations Convention to Combat Desertification 

– 

Conference of the 

Parties, Tenth session (Document ICCD/COP10). UNCCD secretariat, Bonn, 

Germany

.  

UNCCD, 2015. United Nations Convention to Combat Desertification 

– 

Conference of the 

Parties, Twelfth session (Document ICCD/COP12). UNCCD secretariat, Bonn, 

Germany

.  

UNCCD, 2017. United Nations Convention to Combat Desertification 

– 

Global land 

outlook, First edition. UNCCD secretariat, Bonn, Germany

.  

UNCCD, 2019a. United Nations Convention to Combat Desertification 

– 

Land in Numbers 

2019. Risks and Opportunities. UNCCD secretariat, Bonn, Germany

.  

UNCCD, 2019b. United Nations Convention to Combat Desertification 

– 

Land 

degradation, poverty and inequality. Accessed May 15, 2021, at. 

https://www.uncc 

d.int/sites/default/files/documents/2020-09/200909_08_Brief%20note%20%E2% 

80%93%20Poverty%20and%20Inequality.pdf

. 

UNCCD, 2020. United Nations Convention to Combat Desertification 

– 

The LDN Target 

Setting Programme. Accessed March 15, 2020, at. 

https://www.unccd.int/actions 

/ldn-target-setting-programme

. 

UNCCD, 2021. United Nations Convention to Combat Desertification 

– 

Hot off the press: 

Arable lands under the pressure of multiple land degradation processes. A global 

perspective. Accessed February 10, 2021, at. 

https://knowledge.unccd.int/publicati 

ons/hot-press-arable-lands-under-pressure-multiple-land-degradation-processes-gl 

obal

. 

United Nations, 2020. Sustainable Development Goals. Accessed March 20, 2020, at. 

http 

s://sustainabledevelopment.un.org/sdg15

. 

Valipour, M., 2014. Drainage, waterlogging, and salinity. Arch. Agron. Soil Sci. 60, 

1625

–

1640

. 

van den Berg, 2009. Global status of DDT and its alternatives for use in vector control to 

prevent disease. Environ. Health Perspect. 117, 1656

–

1663

. 

van den Eeckhaut, M., Herv

´

as, J., Jaedicke, C., Malet, J.P., Montanarella, L., Nadim, F., 

2012. Statistical modelling of Europe-wide landslide susceptibility using limited 

landslide inventory data. Landslides 9, 357

–

369

. 

van den Hoogen, J., Geisen, S., Routh, D., Ferris, H., Traunspurger, W., Wardle, D.A., de 

Goede, R.G.M., Adams, B.J., et al., 2019. Soil nematode abundance and functional 

group composition at a global scale. Nature 572, 194

–

198

. 

van der Esch, S., ten Brink, B., Stehfest, E., Bakkenes, M., Sewell, A., Bouwman, A., 

Meijer, J., Westhoek, H., et al., 2017. Exploring Future Changes in Land Use and 

Land Condition and the Impacts on Food, Water, Climate Change and Biodiversity: 

Scenarios for the UNCCD Global Land Outlook. PBL Netherlands Environmental 

Assessment Agency, The Hague, Netherlands

.  

van Rijn, L.C., 2011. Coastal erosion and control. Ocean Coast. Manag. 54, 867

–

887

. 

van Wees, D., van der Werf, G.R., Randerson, J.T., Andela, N., Chen, Y., Morton, D.C., 

2021. The role of fire in global forest loss dynamics. Glob. Chang. Biol. 27, 

2377

–

2391

. 

Vanmaercke, M., Panagos, P., Vanwalleghem, T., Hayas, A., Foerster, S., Borrelli, P., 

Rossi, M., Torri, D., et al., 2021. Measuring, modelling and managing gully erosion at 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        

Page 33

Figures and page graphics, page 33

Earth-Science Reviews 220 (2021) 103689

33

large scales: a state of the art. Earth Sci. Rev. 218 

https://doi.org/10.1016/j. 

earscirev.2021.103637

. 

Veresoglou, S.D., Halley, J.M., Rillig, M.C., 2015. Extinction risk of soil biota. Nat. 

Commun. 6 

https://doi.org/10.1038/ncomms9862

. 

Ver

´

on, S.R., de Abelleyra, D., Lobell, D.B., 2015. Impacts of precipitation and 

temperature on crop yields in the Pampas. Clim. Chang. 130, 235

–

245

. 

Vet, R., Artz, R.S., Carou, S., Shaw, M., Ro, C., Aas, W., Baker, A., Bowersox, V.C., et al., 

2014. A global assessment of precipitation chemistry and deposition of sulfur, 

nitrogen, sea salt, base cations, organic acids, acidity and pH, and phosphorus. 

Atmos. Environ. 93, 3

–

100

. 

Villarino, S.H., Studdert, G.A., Baldassini, P., Cendoya, M.G., Ciuffoli, L., 

Mastr

´

angelo, M., Pi

˜

neiro, G., 2017. Deforestation impacts on soil organic carbon 

stocks in the Semiarid Chaco Region. Argentina. Sci. Total Environ. 575, 1056

–

1065

. 

Vincent, W.F., Lemay, M., Allard, M., 2017. Arctic permafrost landscapes in transition: 

towards an integrated Earth system approach. Arct. Sci. 3, 39

–

64

. 

Visser, S., Keesstra, S., Maas, G., de Cleen, M., Molenaar, C., 2019. Soil as a basis to create 

enabling conditions for transitions towards sustainable land management as a key to 

achieve the SDGs by 2030. Sustainability 11. 

https://doi.org/10.3390/su11236792

. 

Vlotman, W.F., 2020. Present status and future prospects of drainage in relation to the 

ICID vision 2030. Irrig. Drain. 69, 218

–

229

. 

Voesenek, L.A.C., Sasidharan, R., 2013. Ethylene 

– 

and oxygen signalling 

– 

drive plant 

survival during flooding. Plant Biol. 15, 426

–

435

. 

Vousdoukas, M.I., Ranasinghe, R., Mentaschi, L., Plomaritis, T.A., Athanasiou, P., 

Luijendijk, A., Feyen, L., 2020. Sandy coastlines under threat of erosion. Nat. Clim. 

Chang. 10, 260

–

263

. 

Wall, D.H., Nielsen, U.N., Six, J., 2015. Soil biodiversity and human health. Nature 528, 

69

–

76

. 

Walsh, J.R., Carpenter, S.R., Zanden, J.V., 2016. Invasive species triggers a massive loss 

of ecosystem services through a trophic cascade. PNAS 113, 4081

–

4085

. 

Wang, X.M., Zhang, C.X., Hasi, E., Dong, Z.B., 2010. Has the Three Norths Forest 

Shelterbelt Program solved the desertification and dust storm problems in arid and 

semiarid China? J. Arid Environ. 74, 13

–

22

. 

Wang, T., Xue, X., Zhou, L., Guo, J., 2015. Combating aeolian desertification in northern 

China. Land Degrad. Dev. 26, 118

–

132

. 

Wang, X., Tang, C., Baldock, J.A., Butterly, C.R., Gazey, C., 2016. Long-term effect of 

lime application on the chemical composition of soil organic carbon in acid soils 

varying in texture and liming history. Biol. Fertil. Soils 52, 295

–

306

. 

Wang, Z., Hofmann, T., Six, J., Kaplan, J.O., Govers, G., Doetterl, S., Van Oost, K., 2017. 

Human-induced erosion has offset one-third of carbon emissions from land cover 

change. Nat. Clim. Chang. 7, 345

–

349

. 

Wang, Y., Hong, H., Chen, W., Li, S., Panahi, M., Khosravi, K., Shirzadi, A., Shahabi, H., 

et al., 2019. Flood susceptibility mapping in Dingnan County (China) using adaptive 

neuro-fuzzy inference system with biogeography based optimization and 

imperialistic competitive algorithm. J. Environ. Manag. 247, 712

–

729

. 

Wang, T., Yang, D., Yang, Y., Piao, S., Li, X., Cheng, G., Fu, B., 2020. Permafrost thawing 

puts the frozen carbon at risk over the Tibetan Plateau. Sci. Adv. 6 

https://doi.org/ 

10.1126/sciadv.aaz3513

. 

Wang, P., Huang, Q., Pozdniakov, S.P., Liu, S., Ma, N., Wang, T., Zhang, Y., Yu, J., et al., 

2021a. Potential role of permafrost thaw on increasing Siberian river discharge. 

Environ. Res. Lett. 16 

https://doi.org/10.1088/1748-9326/abe326

. 

Wang, Y., Yao, Z., Zhan, Y., Zheng, X., Zhou, M., Yan, G., Wang, L., Werner, C., et al., 

2021b. Potential benefits of liming to acid soils on climate change mitigation and 

food security. Glob. Chang. Biol. 27, 2807

–

2821

. 

Warrick, J.A., Steven, A.W., Miller, I.M., Harrison, S.R., Ritchie, A.C., Gelfenbaum, G., 

2019. World

’

s largest dam removal reverses coastal erosion. Sci. Rep. 9 

https://doi. 

org/10.1038/s41598-019-50387-7

. 

Webb, N.P., Pierre, C., 2018. Quantifying anthropogenic dust emissions. Earth

’

s Future 

6, 286

–

295

. 

Wegner, C., Bennett, K.E., de Vernal, A., Forwick, M., Fritz, M., Heikkil

¨

a, M., 

Ł

ą

cka, M., 

Lantuit, H., et al., 2015. Variability in transport of terrigenous material on the 

shelves and the deep Arctic Ocean during the Holocene. Polar Res. 34 

https://doi. 

org/10.3402/polar.v34.24964

. 

Wei, Y., Ding, J., Yang, S., Wang, F., Wang, C., 2021. Soil salinity prediction based on 

scale-dependent relationships with environmental variables by discrete wavelet 

transform in the Tarim Basin. Catena 196. 

https://doi.org/10.1016/j. 

catena.2020.104939

. 

Welle, P.D., Mauter, M.S., 2017. High-resolution model for estimating the economic and 

policy implications of agricultural soil salinization in California. Environ. Res. Lett. 

12 

https://doi.org/10.1088/1748-9326/aa848e

. 

Werner, A.D., Bakker, M., Post, V.E.A., Vandenbohede, A., Lu, C., Ataie-Ashtiani, B., 

Simmons, C.T., Barry, D.A., 2013. Seawater intrusion processes, investigation and 

management: recent advances and future challenges. Adv. Water Resour. 51, 3

–

26

. 

West, P.C., Gibbs, H.K., Monfreda, C., Wagner, J., Barford, C.C., Carpenter, S.R., Foley, J. 

A., 2010. Trading carbon for food: global comparison of carbon stocks vs. crop yields 

on agricultural land. PNAS 107, 19645

–

19648

. 

Wheeler, T., von Braun, J., 2013. Climate change impacts on global food security. 

Science 341, 508

–

513

. 

Williams, A.T., Rangel-Buitrago, N., Pranzini, E., Anfuso, G., 2018. The management of 

coastal erosion. Ocean Coast. Manag. 156, 4

–

20

. 

Wood, J.L., Harrison, S., Reinhardt, L., Taylor, F.E., 2020. Landslide databases for 

climate change detection and attribution. Geomorphology 355. 

https://doi.org/ 

10.1016/j.geomorph.2020.107061

. 

Worlanyo, A.S., Jiangfeng, L., 2021. Evaluating the environmental and economic impact 

of mining for post-mined land restoration and land-use: a review. J. Environ. Manag. 

279 

https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.111623

. 

Wuepper, D., Borrelli, P., Finger, R., 2020a. Countries and the global rate of soil erosion. 

Nat. Sustain. 3, 51

–

55

. 

Wuepper, D., Borrelli, P., Mueller, D., Finger, R., 2020b. Quantifying the soil erosion 

legacy of the Soviet Union. Agric. Syst. 185 

https://doi.org/10.1016/j. 

agsy.2020.102940

. 

Wunder, S., Kaphengst, T., Frelih-Larsen, A., McFarland, K., Albrecht, S., 2018. 

Implementing SDG Target 15.3 on "Land Degradation Neutrality". Development of an 

Indicator Based on Land Use Changes and Soil Values. Ecologic Institut, Berlin, 

Germany

.  

WWA, 2020. World Water Atlas 

– 

More people die every year due to lack of sanitation 

facilities than from conflict. Accessed April 27, 2020, at. 

https://www. 

worldwateratlas.org/narratives/sanitation/do-not-waste-poop/#impacts-of-lack-of 

-sanitation

. 

Xiang, H., Zhang, J., Zhu, Q., 2015. Worldwide earthworm research: a scientometric 

analysis, 2000

–

2015. Scientometrics 105, 1195

–

1207

. 

Xiao, R., Su, S., Zhang, Z., Qi, J., Jiang, D., Wu, J., 2013. Dynamics of soil sealing and soil 

landscape patterns under rapid urbanization. Catena 109, 1

–

12

. 

Xie, Z., Game, E.T., Hobbs, R.J., Pannell, D.J., Phinn, S.R., McDonald-Madden, E., 2020. 

Conservation opportunities on uncontested lands. Nat. Sustain. 3, 9

–

15

. 

Xu, C., McDowell, N.G., Fisher, R.A., Wei, L., Sevanto, S., Christoffersen, B.O., Weng, E., 

Middleton, R.S., 2019. Increasing impacts of extreme droughts on vegetation 

productivity under climate change. Nat. Clim. Chang. 9, 948

–

953

. 

Yang, M., Nelson, F.E., Shiklomanov, N.I., Guo, D., Wan, G., 2010. Permafrost 

degradation and its environmental effects on the Tibetan Plateau: a review of recent 

research. Earth Sci. Rev. 103, 31

–

44

. 

Yang, Y., Ji, C., Ma, W., Wang, S., Wang, S., Han, W., Mohammat, A., Robinson, D., et al., 

2012. Significant soil acidification across northern China

’

s grasslands during 

1980s

–

2000s. Glob. Chang. Biol. 18, 2292

–

2300

. 

Yang, M., Wang, X., Pang, G., Wan, G., Liu, Z., 2019. The Tibetan Plateau cryosphere: 

observations and model simulations for current status and recent changes. Earth Sci. 

Rev. 190, 353

–

369

. 

Yu, Y., Pi, Y., Yu, X., Ta, Z., Sun, L., Disse, M., Zeng, F., Li, Y., et al., 2019. Climate 

change, water resources and sustainable development in the arid and semi-arid lands 

of Central Asia in the past 30 years. J. Arid Land 11, 1

–

14

. 

Zamrsky, D., Oude Essink, G.H.P., Bierkens, M.F.P., 2018. Estimating the thickness of 

unconsolidated coastal aquifers along the global coastline. Earth Syst. Sci. Data 10, 

1591

–

1603

. 

Zdruli, P., 2014. Land resources of the Mediterranean: status, pressures, trends and 

impacts on future regional development. Land Degrad. Dev. 25, 373

–

384

. 

Zhang, F., Huang, X., 2018. Trend and spatiotemporal distribution of fatal landslides 

triggered by non-seismic effects in China. Landslides 15, 1663

–

1674

. 

Zhang, Z., Peng, X., 2021. Bio-tillage: a new perspective for sustainable agriculture. Soil 

Tillage Res. 206 

https://doi.org/10.1016/j.still.2020.104844

. 

Zhang, T., Barry, R.G., Knowles, K., Heginbottom, J.A., Brown, J., 2008. Statistics and 

characteristics of permafrost and ground-ice distribution in the Northern 

Hemisphere. Polar Geogr. 31, 47

–

68

. 

Zhang, X., Liu, W., Zhang, G., Jiang, L., Han, X., 2015. Mechanisms of soil acidification 

reducing bacterial diversity. Soil Biol. Biochem. 81, 275

–

281

. 

Zhang, Z., Song, X., Tao, F., Zhang, S., Shi, W., 2016a. Climate trends and crop 

production in China at county scale, 1980 to 2008. Theor. Appl. Climatol. 123, 

291

–

302

. 

Zhang, Y., Peng, C., Li, W., Tian, L., Zhu, Q., Chen, H., Fang, X., Zhang, G., et al., 2016b. 

Multiple afforestation programs accelerate the greenness in the ‘Three North

’ 

region 

of China from 1982 to 2013. Ecol. Indic. 61, 404

–

412

. 

Zhang, X., Guo, J., Vogt, R.D., Mulder, J., Wang, Y., Qian, C., Wang, J., Zhang, X., 2020. 

Soil acidification as an additional driver to organic carbon accumulation in major 

Chinese croplands. Geoderma 366. 

https://doi.org/10.1016/j. 

geoderma.2020.114234

. 

Zhao, M., Running, S.W., 2010. Drought-induced reduction in global terrestrial net 

primary production from 2000 through 2009. Science 329, 940

–

943

. 

Zhao, S., Zhang, H., Feng, S., Fu, Q., 2015. Simulating direct effects of dust aerosol on 

arid and semi-arid regions using an aerosol

–

climate coupled system. Int. J. Climatol. 

35, 1858

–

1866

. 

Zhao, Y., Wu, J., He, C., Ding, G., 2017. Linking wind erosion to ecosystem services in 

drylands: a landscape ecological approach. Landsc. Ecol. 32, 2399

–

2417

. 

Zhou, Y., Zhang, L., Xiao, J., Williams, C.A., Vitkovskaya, I., Bao, A., 2019. 

Spatiotemporal transition of institutional and socioeconomic impacts on vegetation 

productivity in Central Asia over last three decades. Sci. Total Environ. 658, 

922

–

935

. 

Zhu, Q., Liu, X., Hao, T., Zeng, M., Shen, J., Zhang, F., de Vries, W., 2020. Cropland 

acidification increases risk of yield losses and food insecurity in China. Environ. 

Pollut. 256 

https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.113145

. 

Zimov, S.A., Schuur, E.A.G., Chapin III, F.S., 2006. Permafrost and the global carbon 

budget. Science 312, 1612

–

1613

. 

Zomer, R.J., Bossio, D.A., Sommer, R., Verchot, L.V., 2017. Global sequestration 

potential of increased organic carbon in cropland soils. Sci. Rep. 7 

https://doi.org/ 

10.1038/s41598-017-15794-8

. 

Zou, D., Zhao, L., Sheng, Y., Chen, J., Hu, G., Wu, T., Wu, J., Xie, C., et al., 2017. A new 

map of permafrost distribution on the Tibetan Plateau. Cryosphere 11, 2527

–

2542

. 

R. Pr

˘

av

˘

alie                                                                                                                                                                                                                                        


Document Outline