CRA Centro per lo Studio delle Relazioni tra Pianta e Suolo, Roma. 2. DABAC Dipartimento Agrobiologia e Agrochimica-Università della Tuscia-Viterbo

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1 Priming effect in un suolo sottoposto a short rotation forestry con differenti trattamenti di fertilizzazione azotata: studi preliminari per una gestione sostenibile in ambiente Mediterraneo A. Maienza 1,2, S.R.Stazi 2, S. Grego 2, A. Benedetti 1, M.T. Dell'Abate 1. 1 CRA Centro per lo Studio delle Relazioni tra Pianta e Suolo, Roma. 2 DABAC Dipartimento Agrobiologia e Agrochimica-Università della Tuscia-Viterbo Giornata di studio per Dottorandi e giovani ricercatori NUTRIZIONE AZOTATA NEI SISTEMI AGRARI E FORESTALI Implicazioni nel sequestro del carbonio Mercoledì 6 Ottobre 2010 ore 9 Aula Magna - Facoltà di Agraria Università di Bologna

2 IL PROBLEMA ARBORICOLTURA DA LEGNO Con il termine arboricoltura da legno si intende la coltivazione di un semplice insieme di alberi forestali costituente un sistema artificiale temporaneo o transitorio, che può anche evolvere verso un ecosistema forestale, allo scopo di ottenere in tempi più o meno brevi prodotti legnosi in elevata quantità e con specifiche qualità.. (Ciancio, Mercurio e Nocentini, 1980). direttiva 91/676/CEE, Sotto il profilo ambientale, per evitare la lisciviazione di sostanze Necessario grande apporto di nutrienti nota come nocive nelle falde sotto-superficiali,ed ottimizzare l'uso dell'acqua, è necessario direttiva effettuare sperimentazioni all'avanguardia per elaborare soluzioni articolate nitrati in funzione del Disponibilità clima, delle specie, idrica immediata dei sistemi colturali e della qualità delle acque. Fragilità dell'ambiente mediterraneo

3 L inibitore dimetilpirazolofosfato (3,4 DMPP) associato alla fertilizzazione organica (e.g. liquami) potrebbe portare notevoli vantaggi per la coltura delle specie legnose al fine di ritardare il processo ed aumentare quindi l'efficienza nutritiva mediante una gradualità di apporto.

4 Obiettivi Valutare la risposta dei sistemi agro-forestali relativamente al ciclo del carbonio in seguito alla fertilizzazione con effluenti zootecnici in presenza o assenza di un inibitore della nitrificazione Studiare l effetto di diverse strategie di gestione delle SRF sulla produzione di biomassa vegetale e l impatto sulla qualità del suolo Verificare l effetto di prodotti bio-stimolanti che agiscono nell interfaccia suolo-pianta, concentrandosi sull incremento dell assorbimento dei nutrienti Migliorare le conoscenze per una gestione sostenibile dei sistemi agro-forestali in ambiente mediterraneo, determinando la compatibilità ambientale delle suddette pratiche.

5 Risultati attesi Ricadute applicative riciclo delle sostanze nutritive attraverso i reflui zootecnici riciclo e conservazione delle risorse idriche aumento della produttività in biomassa miglioramento della stabilità ecologica del comparto suolo

6 La qualità di un suolo può essere stimata con l uso Indicatori strumenti in grado di rappresentare, con differenti livelli di approssimazione, particolari condizioni (eventi, processi, stati complessivi di qualità o criticità) dell ambiente (Benedetti e De Bertoldi, 2000) Quali indicatori scegliere per la valutazione dell impatto dei diversi trattamenti

7 Biomassa e carica microbica Attività microbica del suolo Diversità microbica nel suolo e struttura della comunità Analisi della biomassa e carica microbica nel suolo (metodo della fumigazioneestrazione) Analisi dell'attività microbica: Respirazione Profili di utilizzo dei substrati (CLPP) Diversità microbica nel suolo e struttura della comunità Attività enzimatiche Phospholipid Fatty Acid (PLFA)

8 Disegno sperimentale: Installazione di microcosmi per la respirazione a 30 C e 20 C Aggiunta di N tot pari a 250mg/kg Suolo Soluzione Nutritiva con DMPP Refluo Bio stimolante Sol.Nutr. con DMPP Refluo Bio stimolante Refluo Installazione di mesocosmi per le analisi degli indicatori di qualità del suolo Prove in campo con le tesi più soddisfacenti Valutazione della produzione di biomassa vegetale e l impatto sulla qualità delle acque di falda Risposta della biomassa fungina e batterica

9 Materiali: Campionamento del suolo seccato all aria, setacciato a 2 mm ai fini delle analisi di caratterizzazione chimica. Umidità % 93,0 Sostanza secca % 7,0 N to t % 0,32 N/NH 4 % 0,17 Effettuato in Giugno, nelle interfile centrali dell eucalitteto di nuovo impianto alla profondità media di 0-30cm Caratteristiche del refluo N/NO 3 % 25 Quartatura del campione Analisi di caratterizzazione del suolo Corg 1,03% Ntot 0,06% C/N 16,6 ph 7,7 Limo 16% Argilla 21% Suolo Casalotti % 0-30 cm Sabbia; 63% TOC % 5,97

10 Qualsiasi perturbazione all ambiente del suolo altera l attività metabolica dei microrganismi e si può verificare un effetto priming Forti cambiamenti di breve durata nel turnover della sostanza organica del suolo causati da moderati trattamenti del suolo Kuzyakov et al., 2000

11 mgc-co2 kg terreno Giornaliera suolo tal quale (NH4)2SO4 REFLUO BOVINO Corg%=5,97 Respirazione 30 C mgc-co2 kg terreno _ EFFETTO 20 PRIMING ATTESO Respirazione 20 C 120 mgc-co2 kg terreno mgc-co2 kg terreno _

12 mg-c-co2/ kg terreno mg C-CO2 /kg terreno Giornaliera suolo tal quale biostimolante biostimolante+ refluo Respirazione 30 C m g C -C O2 k g terreno EFFETTO PRIMING ATTESO Respirazione 20 C mg C-CO2/ kg terreno

13 m g C-CO 2/ Kg terreno Giornaliera suolo tal quale soluzione con inibitore REFLUO BOVINO soluzione con inibitore+refluo Respirazione 30 C mg C-CO2 /Kg terreno Respirazione 20 C 120 mg C-CO2/Kg terreno mg C-CO2 /Kg terreno giorno

14 RESPIRAZIONE 30 C SUOLO CELIMONTANA mg C-CO2 /kg terreno SUOLO B (CELIMONTANA) Argilla 11% Limo 22% Suolo tal quale Soluzione nutritiva con inibitore 0-30 cm mg-c-co2 kg terreno Sabbia 67% Corg % 2,51 N % 0,15 ph 7,9 EFFETTO SUOLO

15 GLI ACIDI GRASSI DEI FOSFOLIPIDI COME BIO-INDICATORI AMBIENTALI: effetto del trattamento antinitrificante sulla comunità microbica del suolo I fosfolipidi,sono i costituenti principali della membrana cellulare. L analisi si basa sullo studio della composizione degli acidi grassi dei fosfolipidi. Alcuni gruppi batterici hanno specifici acidi grassi e quindi Il profilo dei fosfolipidi di membrana può essere utilizzato per caratterizzare la comunità microbica in base alle concentrazioni degli acidi trovate. Gruppo tassonomico Gruppo PLFA Marker specifico Riferimenti bibliografici Biomassa fungina Biomassa batterica Gram-negative Gram-positive Actinomiceti gruppi multipli Ciclopropil e mono PLFAs ramificati PLFAs 10Me- PLFAs 18:2w6,9 Somma di: i14:0, i15:0, a15:0, 16:1w7t, 10Me- 16:0, i17:0, a17:0, cy17:0, 17:0, 10Me-17:0, 10Me- 18:0 e cy19:0 Somma di cy17:0, 16:1ω7 Somma di i15:0, a15:0, i16:0, i17:0, and a17:0 Somma di 10Me16:0, 10Me17:0, e 10Me18:0 Frostegard and Baath 1996 Šnajdr et al., 2008 Jennifer Moore-Kucera & Richard P. Dick 2008 Jennifer Moore-Kucera & Richard P. Dick 2008 Zelles, L obiettivo è quello di determinare gli effetti della soluzione nutritiva contenente inibitore della nitrificazione sui suoli con caratteristiche chimiche differenti, sottoposti a medesimo trattamento, ovvero valutare la risposta strutturale della comunità microbica del suolo ed utilizzare gli acidi grassi come indicatori ambientali.

16 Estrazione dei PLFA successiva al trattamento a 30 C dopo 24h Casalotti Tal quale Casalotti trattato Acidi grassi Suolo Casalotti Acidi grassi Suolo Celimontana C19:0 C20:0 25,00 2 i14:0 C14:0 i15:0 C19:0 C20:0 i14:0 25,00 2 C14:0 i15:0 Cy19:0 15,00 a15:0 Cy19:0 15,00 a15:0 10Me 18:0 1 5, Me 18:0 1 5, C18:0 i16:0 C18:0 i16:0 18:1w9 t 16:1w7c18:1w9 t 16:1w7c 18:1w9C C16:0 18:1w9C C16:0 18:2w6,9 10Me 16:0 18:2w6,9 10Me 16:0 Cy17:0 i 17:0 C17:0 Celimontana Tal quale Cy17:0 i 17:0 C17:0 Celimontana trattato

17 Il rapporto degli acidi grassi fungini e batterici (FUN/BACT) è usato per studiare lo stato della comunità microbica del suolo in risposta a differenti stress ambientali, ad esempio decremento di F/B viene riscontrato ecosistemi terrestri soggetti a pascolo o successivamente ad incendio. %A 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 ab a a 18:2w6,9 Indicatore di biomassa fungina acido 9,12- Octadecadienoic (Z,Z), (18:2w6) (Kaur at al 2005). b b Fungi/Bact 3,50 Tal quale trattato Tal quale trattato Casalotti Celimontana Cy17:0 %A Tal quale trattato Tal quale trattato Casalotti Celimontana %A 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 a a b b a 0,50 Abbondanza % dell acido i 9,10 methylenehexadecanoate (Cy 17:0)(Moore-Kucera 2008), Tal quale trattato Tal quale trattato Casalotti Celimontana

18 C16:0 3 A% 25, ,00 b a a b b L acido esadecanoico (C16:0) è utilizzato come indicatore della biomassa microbica totale (Frostegard and Baath 1996). 1 5,00 Tal quale trattato Tal quale trattato Casalotti Tal quale Casalotti trattato Casalotti Celimontana La somma dei PLFA specifici dei gruppi tassonomici dei batteri Gram positivi (i15:0, a15:0, i16:0, i17:0, and a17:0) e Gram negativi(somma di cy17:0, 16:1ω7) ha riportato un aumento dei G- a discapito dei G+ nel suolo A (Casalotti). A% G- G+

19 Studio preliminare diversità funzionale Attività enzimatiche dopo 24h dal trattamento a 30 C Cellulasi *h -1 nmolmuf*g -1 * xylosidasi βglucosidasi chitinasi Casalotti tal quale Casalotti trattato Celimontana tal quale Celimontana trattato

20 Conclusioni Il trattamento con antinitrificante genera un effetto priming sul ciclo del C nel suolo, che è più evidente a temperature elevate (30 C). I trattamenti volti a rallentare il processo di nitrificazione sembrano avere un effetto diverso sull attività metabolica a seconda delle caratteristiche del suolo. La struttura della comunità microbica del suolo sembra determinare la sensibilità del suolo al trattamento. Ulteriori analisi di tipo biochimico e microbiologico potranno fornire maggiori informazioni.

21 Si ringrazia il Dr. Giovanni Mughini del CRA- PLF per aver messo a disposizione il sito sperimentale di Casalotti La ricerca presentata è parte dell attività di dottorato condotta con il finanziamento di K+S Agricoltura Spa e Timac Italia

22 Contatti: Skype: anita maienza..vi sono più cose in cielo ed in terra, di quante se ne sognano William Shakespeare, Amleto.