2019
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Systemic, il progetto che studia l'effetto di biofertilizzanti da rifiuti organici sul suolo
Paolo Gamba è tra i vincitori dell'AgroInnovation Award 2018 con la tesi "Messa a punto di un protocollo innovativo per lo studio dell'effetto sul suolo di biofertilizzanti da rifiuti organici: il progetto Systemic"
Il vincitore della categoria 'nutrizione delle piante', tesi triennali
Nello scenario mondiale attuale, la produzione primaria si ritrova pesantemente dipendente dalla disponibilità di risorse non rinnovabili. A rendere più drammatico questo legame sta la sempre più pressante richiesta di cibo, combustibili e materie prime da parte della crescente popolazione e la generazione, da parte di quest'ultima, di enormi quantità di scarti e rifiuti da smaltire. Tali scarti, troppo spesso, non riescono a reinserirsi nei naturali cicli biogeochimici senza causare forti impatti.
Da queste considerazioni prendono le mosse concetti come la circular economy o la green economy, nuovi schemi di pensiero e sviluppo che tentano di allontanarsi dall'ormai insostenibile sistema economico lineare, disaccoppiando lo sviluppo dell'uomo e il consumo di risorse non rinnovabili.
In questo contesto si inserisce il progetto europeo "Systemic large scale eco-innovation to advance circular economy and mineral recovery from organic waste in Europe –Systemic" (Fig. 1), progetto finanziato nel contesto della call "EU Framework Programme per la ricerca e l'innovazione H2020" nell'ambito del quale questo lavoro di tesi si inserisce.
Tra gli ambiziosi obiettivi del progetto Systemic figura la possibilità di rispondere ad alcuni dei grandi problemi dell'agricoltura moderna (dipendenza da fonti fossili e limitare il surriscaldamento globale) attraverso il riutilizzo di fanghi di depurazione in agricoltura sfruttando la biotecnologia della digestione anaerobica che ne permette la conversione in energia e in veri e propri biofertilizzanti.
In tale contesto, se da un lato numerose esperienze sono state effettuate atte a caratterizzare e definire le qualità concimanti e ammendanti dei digestati (Tambone et al., 2009; Tambone et al., 2010; Albuquerque et al., 2012) nonché la loro surrogabilità ai comuni concimi di sintesi per la coltivazione di specie di interesse agrario (Bachmann et al., 2012; Riva et al., 2016), meno attenzione è stata posta sugli effetti che il suo utilizzo è in grado di determinare su alcune caratteristiche chiave del suolo quali la componente azotata, fosfatica, la componente organica vivente e non vivente. Quest'ultimo aspetto di fondamentale importanza, in quanto l'incremento di sostanza organica, lo stoccaggio di carbonio nei suoli e la sua attività biostimolante nei confronti delle piante, costituiscono la chiave per un approccio sostenibile alla nutrizione e produzione vegetale.
Il lavoro, sotto la guida della Prof. Tambone, della Prof. Scaglia e del Prof. Adani, ha prodotto un protocollo di valutazione (Fig. 2) da applicarsi in seguito alla somministrazione dei biofertilizzanti.
Figura 2. Schema del protocollo adottato
Il protocollo si compone di quattro tappe: frazionamento del carbonio organico per indagare l'effettivo incremento dell'elemento nel suolo e in quali forme (labile e protetta) (Mikutta et al., 2006); speciazione e analisi quantitativa del fosforo con ausilio di spettroscopia 31P-NMR (Turner and Leytem, 2004) (Fig. 3) e dell'elemento azoto così da descrivere l'evoluzione dei due nutrienti, fondamentali per la produzione agricola; attività ormonosimile della DOM (la frazione di carbonio disciolto ed estremamente attivo biologicamente, presente nella soluzione circolante del suolo) (Scaglia et al., 2017) (Fig. 3).
Quest'ultima ha infatti comprovate attività biostimolanti, le quali possono evolvere in seguito alla somministrazione di biomasse provenienti da digestione anaerobica (processo durante il quale possono generarsi diverse sostanze attive).
Figura 3. Esempio di spettro 31P-NMR su uno dei campioni di biofertilizzante studiato (sinistra) e esempio di modellizzazione delle curve di biostimolazione su ipoticole di semi di cetriolo germinati su dei campioni di DOM (destra)
Il lavoro ha riconosciuto la validità del protocollo, il quale è stato applicato, al tempo zero, a campioni di suolo provenienti dai campi sperimentali dove sono in corso le prove che dureranno per un triennio su colture di mais, frumento e riso.
La situazione descritta è quella tipica dei suoli della pianura lombarda, dove un'intensa lavorazione promuove la perdita di sostanza organica con le relative ripercussioni di ordine agronomico ed ecologico e dove l'applicazione di una biomassa di scarto, convertita grazie alle tecnologie ad oggi disponibili in un prodotto dotato di nuovo valore (cradle-to-cradle e non cradle-to-grave), può nel tempo restituire al suolo parte della fertilità perduta, chiudendo al contempo alcuni dei cicli (P,K) e della sostanza organica da tempo alterati dalle attività umane.
Per eventuali contatti: paolo.gamba1@studenti.unimi.it
Alburquerque, J.A., de la Fuente, C., Bernal, M.P., 2012. Chemical properties of anaerobic digestates affecting C and N dynamics in amended soils. Agriculture, Ecosystems and Environment, 160, 15-22.
Bachmann, S., Gropp, M., Eichler-Löbermann, B., 2014. Phosphorus availability and soil microbial activity in a 3 year field experiment amended with digested dairy slurry. Biomass and Bioenergy, 70, 429-439.
Mikutta R., Kleber M., Torn M.S., Jahn R., 2006. Stabilization of soil organic matter: association with minerals or chemical recalcitrance Biogeochemistry, 77, 25–56.
Riva, C., Orzi, V., Carozzi, M., Acutis, M., Boccasile, G., Lonati, S., Tambone, F., D'Imporzano, G., Adani, F. (2016): Short-term experiments in using digestate products as substitutes for mineral (N) fertilizer: Agronomic performance, odours, and ammonia emission impacts. Sci. Tot. Env. 547, 206-214.
Scaglia, B., Pognani, M., Adani, F., 2017.The anaerobic digestion process capability to produce biostimulant: the case study of the dissolved organic matter (DOM) vs. auxin-like property. Science of the Total Environment, 589, 36–45.
Tambone, F., Genevini, P., D'Imporzano, G., Adani, F., 2009. Assessing amendment properties of digestate by studying the organic matter composition and the degree of biological stability during the anaerobic digestion of the organic fraction of MSW. Bioresour. Technol. 100, 3140–3142.
Tambone, F., Scaglia, B., D'Imporzano, G., Schievano, A., Orzi, V., Salati, S., Adani, F., 2010. Assessing amendment and fertilizing properties of digestates from anaerobic digestion through a comparative study with digested sludge and compost. Chemosphere, 81, 577–583.
Turner, B.L., Leytem, A.B. 2004. Phosphorus Compounds in Sequential Extracts of Animal Manures: Chemical Speciation and a Novel Fractionation Procedure. Environ. Sci. Technol., 38, 6101-6108.
AgroInnovation Award è il premio di laurea istituito da Image Line in collaborazione con l'Accademia dei Georgofili al fine di promuovere la diffusione di approcci innovativi, strumenti digitali e l'utilizzo di internet in agricoltura.
Leggi le tesi vincitrici della seconda edizione.
Da queste considerazioni prendono le mosse concetti come la circular economy o la green economy, nuovi schemi di pensiero e sviluppo che tentano di allontanarsi dall'ormai insostenibile sistema economico lineare, disaccoppiando lo sviluppo dell'uomo e il consumo di risorse non rinnovabili.
In questo contesto si inserisce il progetto europeo "Systemic large scale eco-innovation to advance circular economy and mineral recovery from organic waste in Europe –Systemic" (Fig. 1), progetto finanziato nel contesto della call "EU Framework Programme per la ricerca e l'innovazione H2020" nell'ambito del quale questo lavoro di tesi si inserisce.
Tra gli ambiziosi obiettivi del progetto Systemic figura la possibilità di rispondere ad alcuni dei grandi problemi dell'agricoltura moderna (dipendenza da fonti fossili e limitare il surriscaldamento globale) attraverso il riutilizzo di fanghi di depurazione in agricoltura sfruttando la biotecnologia della digestione anaerobica che ne permette la conversione in energia e in veri e propri biofertilizzanti.
In tale contesto, se da un lato numerose esperienze sono state effettuate atte a caratterizzare e definire le qualità concimanti e ammendanti dei digestati (Tambone et al., 2009; Tambone et al., 2010; Albuquerque et al., 2012) nonché la loro surrogabilità ai comuni concimi di sintesi per la coltivazione di specie di interesse agrario (Bachmann et al., 2012; Riva et al., 2016), meno attenzione è stata posta sugli effetti che il suo utilizzo è in grado di determinare su alcune caratteristiche chiave del suolo quali la componente azotata, fosfatica, la componente organica vivente e non vivente. Quest'ultimo aspetto di fondamentale importanza, in quanto l'incremento di sostanza organica, lo stoccaggio di carbonio nei suoli e la sua attività biostimolante nei confronti delle piante, costituiscono la chiave per un approccio sostenibile alla nutrizione e produzione vegetale.
Il lavoro, sotto la guida della Prof. Tambone, della Prof. Scaglia e del Prof. Adani, ha prodotto un protocollo di valutazione (Fig. 2) da applicarsi in seguito alla somministrazione dei biofertilizzanti.
Figura 2. Schema del protocollo adottato
Il protocollo si compone di quattro tappe: frazionamento del carbonio organico per indagare l'effettivo incremento dell'elemento nel suolo e in quali forme (labile e protetta) (Mikutta et al., 2006); speciazione e analisi quantitativa del fosforo con ausilio di spettroscopia 31P-NMR (Turner and Leytem, 2004) (Fig. 3) e dell'elemento azoto così da descrivere l'evoluzione dei due nutrienti, fondamentali per la produzione agricola; attività ormonosimile della DOM (la frazione di carbonio disciolto ed estremamente attivo biologicamente, presente nella soluzione circolante del suolo) (Scaglia et al., 2017) (Fig. 3).
Quest'ultima ha infatti comprovate attività biostimolanti, le quali possono evolvere in seguito alla somministrazione di biomasse provenienti da digestione anaerobica (processo durante il quale possono generarsi diverse sostanze attive).
Figura 3. Esempio di spettro 31P-NMR su uno dei campioni di biofertilizzante studiato (sinistra) e esempio di modellizzazione delle curve di biostimolazione su ipoticole di semi di cetriolo germinati su dei campioni di DOM (destra)
Il lavoro ha riconosciuto la validità del protocollo, il quale è stato applicato, al tempo zero, a campioni di suolo provenienti dai campi sperimentali dove sono in corso le prove che dureranno per un triennio su colture di mais, frumento e riso.
La situazione descritta è quella tipica dei suoli della pianura lombarda, dove un'intensa lavorazione promuove la perdita di sostanza organica con le relative ripercussioni di ordine agronomico ed ecologico e dove l'applicazione di una biomassa di scarto, convertita grazie alle tecnologie ad oggi disponibili in un prodotto dotato di nuovo valore (cradle-to-cradle e non cradle-to-grave), può nel tempo restituire al suolo parte della fertilità perduta, chiudendo al contempo alcuni dei cicli (P,K) e della sostanza organica da tempo alterati dalle attività umane.
Per eventuali contatti: paolo.gamba1@studenti.unimi.it
Alburquerque, J.A., de la Fuente, C., Bernal, M.P., 2012. Chemical properties of anaerobic digestates affecting C and N dynamics in amended soils. Agriculture, Ecosystems and Environment, 160, 15-22.
Bachmann, S., Gropp, M., Eichler-Löbermann, B., 2014. Phosphorus availability and soil microbial activity in a 3 year field experiment amended with digested dairy slurry. Biomass and Bioenergy, 70, 429-439.
Mikutta R., Kleber M., Torn M.S., Jahn R., 2006. Stabilization of soil organic matter: association with minerals or chemical recalcitrance Biogeochemistry, 77, 25–56.
Riva, C., Orzi, V., Carozzi, M., Acutis, M., Boccasile, G., Lonati, S., Tambone, F., D'Imporzano, G., Adani, F. (2016): Short-term experiments in using digestate products as substitutes for mineral (N) fertilizer: Agronomic performance, odours, and ammonia emission impacts. Sci. Tot. Env. 547, 206-214.
Scaglia, B., Pognani, M., Adani, F., 2017.The anaerobic digestion process capability to produce biostimulant: the case study of the dissolved organic matter (DOM) vs. auxin-like property. Science of the Total Environment, 589, 36–45.
Tambone, F., Genevini, P., D'Imporzano, G., Adani, F., 2009. Assessing amendment properties of digestate by studying the organic matter composition and the degree of biological stability during the anaerobic digestion of the organic fraction of MSW. Bioresour. Technol. 100, 3140–3142.
Tambone, F., Scaglia, B., D'Imporzano, G., Schievano, A., Orzi, V., Salati, S., Adani, F., 2010. Assessing amendment and fertilizing properties of digestates from anaerobic digestion through a comparative study with digested sludge and compost. Chemosphere, 81, 577–583.
Turner, B.L., Leytem, A.B. 2004. Phosphorus Compounds in Sequential Extracts of Animal Manures: Chemical Speciation and a Novel Fractionation Procedure. Environ. Sci. Technol., 38, 6101-6108.
AgroInnovation Award è il premio di laurea istituito da Image Line in collaborazione con l'Accademia dei Georgofili al fine di promuovere la diffusione di approcci innovativi, strumenti digitali e l'utilizzo di internet in agricoltura.
Leggi le tesi vincitrici della seconda edizione.