Congresso sulle Biotecnologie Roma 27/06/2015 Palazzo delle Esposizioni.

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1 Congresso sulle Biotecnologie Roma 27/06/2015 Palazzo delle Esposizioni. Relatore Prof. Roberto Matutini - Capo Divisione Ricerche CNREUROPE. Un ammendante particolare, una risposta immediata per fare fronte riscaldamento globale Il biochar, neologismo che associa il prefisso bio a charcoal, termine inglese utilizzato per indicare il carbone vegetale, utilizzato nei suoli agricoli come ammendante, è da alcuni anni fonte di grande interesse per le scienze ambientali e per le sue possibili applicazioni non solo in campo agricolo. Ne abbiamo parlato con Prof. Roberto Matutini - Capo Divisione Ricerche CNREUROPE. Di che cosa si tratta? Il biochar si ottiene attraverso la pirolisi, ovvero il processo di conversione termochimica a temperature superiori ai 500 C e in assenza di ossigeno di biomasse di origine agricola, dal quale si ottengono energia termica, un gas combustibile (syngas o gas di sintesi, un miscuglio di idrogeno, metano e monossido di carbonio), un residuo oleoso (tar), ed u n residuo solido (biochar) composto per il 60-80% da carbonio. 1

2 Il sequestro della CO2 «Quello che hanno osservato i ricercatori dice Prof. Roberto Matutini - è che il biochar è un elemento estremamente recalcitrante nel suolo, ovvero resistente alla degradazione e quindi assume un notevole significato in termini di sequestro del carbonio atmosferico. Quando si aggiunge biochar al suolo si toglie il carbonio da un ciclo corto, nel quale le piante con la fotosintesi assorbono CO2 per produrre biomassa che va poi incontro nel suolo ai fenomeni di mineralizzazione, inserendolo in un ciclo più lungo in quanto la biomassa carbonizzata, una volta reintrodotta nel suolo, non viene restituita all atmosfera e quindi resta definitivamente sequestrata, per un tempo che è stato stimato essere compreso tra i 100 e i 1000 anni. In un lavoro realizzato da Dominic Woolf, ricercatore inglese della Swansea University e dai colleghi americani e australiani e pubblicato su Nature Communication nel 2010, il massimo potenziale sostenibile di biochar utilizzabile nei suoli a livello globale, è stato stimato in grado di ridurre del 12% ogni anno le emissioni antropiche di CO2 equivalenti. «L interesse del CNREUROPE, da sempre impegnato nello studio dei cambiamenti climatici e in particolare del ciclo del carbonio racconta ancora il Prof.Roberto Matutini nasce proprio nel momento in cui si è visto che il biochar può rappresentare una strategia con molteplici vantaggi, portando l agricoltura a diventare un attore importante nella lotta ai cambiamenti climatici». 2

3 Mitigazione e adattamento Ma l attrattiva di questo prodotto per il mondo della scienza non si fermava qui come continua a spiegare Prof. Roberto Matutini : «Andando avanti con i nostri studi si è anche osservato che oltre ad essere uno strumento utile nella mitigazione dei Cambiamenti Climatici, il suo utilizzo in agricoltura come ammendante rappresentava anche una possibile misura di adattamento, tra quelle che nel breve e medio periodo dovranno essere adottate in agricoltura per reagire e rispondere ai fenomeni come il riscaldamento globale, che dei cambiamenti climatici sono la conseguenza più diretta». Il biochar prodotto nei processi di pirolisi infatti, mantenendo nella forma di uno scheletro carbonioso la struttura originale dei tessuti vegetali, presenta un elevatissima porosità che lo rende interessante per le colture erbacee o arboree: «La struttura porosa del biochar è in grado di stabilire dei legami a idrogeno deboli con l acqua, e la sua applicazione al suolo fa aumentare di molto non solo la capacità idrica del suolo stesso ma anche l acqua disponibile per le piante, che superano così più facilmente i periodi di stress idrico, crescendo meglio e di più e dando produzioni superiori soprattutto nelle annate caratterizzate da minori precipitazioni». Ma i vantaggi che gli ormai numerosi studi sulle applicazioni del biochar hanno evidenziato non sono relativi soltanto allo stato idrico e alla resistenza agli stress: «È stato osservato come nei terreni trattati con biochar si verifichino delle modifiche nel ciclo dell azoto -spiega ancora Prof. Roberto Matutini, facendo il punto di quanto la scienza ha scoperto sulle proprietà di questo ammendante per le quali aumenta l ammonio disponibile per le piante, sia perché questo, immobilizzato dalla presenza del biochar viene più difficilmente dilavato, sia perché avvengono dei cambiamenti nei processi di nitrificazione e denitrificazione, riducendo l impatto ambientale delle concimazioni come i fenomeni di leaching profondo e di dilavamento nelle acque superficiali. Inoltre l aumento di porosità si traduce in un miglioramento della struttura dei terreni con una maggiore facilità nella formazione di aggregati e in un incremento della loro capacità di scambio cationico. Infine (ma sicuramente non sarà l ultima delle proprietà d el Biochar e nemmeno la meno importante ndr) si osserva un incremento nell attività microbica dei suoli, probabilmente in quanto la presenza di un materiale poroso aumenta gli spazi e le nicchie ricche in nutrienti e in acqua che offrono rifugio ai microorganismi della microflora dei suoli». 3

4 Il biochar in vigneto Le conseguenze dei cambiamenti climatici si stanno manifestando nel settore vitivinicolo in modo sempre più evidente e i vigneti dell area mediterranea sono e saranno nei prossimi decenni tra i più esposti, non solo agli effetti del riscaldamento globale, ma anche ad un susseguirsi sempre più frequente di eventi estremi, tra i quali periodi caldi e siccitosi più o meno prolungati. L uso del biochar, la cui applicazione dovrà essere testata per le diverse varietà e nei diversi suoli, potrebbe quindi essere di aiuto per migliorare la resistenza della pianta in questi periodi di siccità anche in condizioni di scarsità di risorse idriche e in assenza di irrigazione. È quanto i ricercatori stanno indagando da cinque anni su un vigneto sperimentale nella tenuta La di Montepulciano. A partire dal 2009 sono state distribuite in vigneto, seguendo un disegno sperimentale a blocchi randomizzati, due diverse dosi di biochar, una di 22 tonnellate per ettaro e una seconda doppia rispetto alla prima e distribuita in due stagioni successive per verificare la presenza di effetti transitori, comparate ad un testimone non trattato con l ammendante. «Nella scelta del vigneto da trattare ci siamo voluti porre nelle condizioni migliori per valutare l effetto migliorativo del biochar nei terreni difficili e di conseguenza abbiamo scelto un suolo acido, con ph vicino a 5,4 e poco profondo, più suscettibile ai periodi siccitosi - spiega Prof. Roberto Matutini che continua così a descrivere i risultati della sperimentazione i risultati hanno confermato le nostre attese, in quanto abbiamo verificato che il biochar ha portato ad un miglioramento non solo nelle caratteristiche fisiche e chimiche del suolo, il cui ph è aumentato in modo permanente e nel quale la capacità idrica espressa in AWC (Awailable Water Content) è migliorata, ma anche nello stato fisiologico delle piante, valutato come incremento nel potenziale idrico fogliare, nella produzione di clorofilla e nella conduttanza degli stomi, indice dell intensità degli scambi gassosi e di conseguenza dell attività fotosintetica. Una serie di effetti che si sono rivelati superiori negli anni di maggiore stress idrico come il 2012, nei quali la differenza con le parcelle di controllo risulta più evidente. Valutati gli effetti sul suolo e sullo stato e il benessere della pianta, occorreva misurare quali fossero le conseguenze sulla produzione, sia in termini quantitativi che di qualità delle uve. «Gli effetti osservati continua il ricercatore romano hanno portato, come del resto è già noto per le altre colture, ad un aumento di produzione, con una differenza tra le tesi trattate con biochar e quelle non trattate, che è risultata superiore negli anni di maggiore scarsità idrica. Questo significa che le piante si avvantaggiano di più dell effetto del biochar quando l acqua che l ammendante consente di immagazzinare diventa un fattore limitante. Per valutare l opportunità di un trattamento in vigneto a questo punto era interessante e fondamentale andare a vedere se l aumento di produzione si traducesse (come avviene con le pratiche agronomiche cosiddette di forzatura ndr) in una riduzione nei parametri qualitativi, secondo lo schema per cui in viticoltura una maggior produzione corrisponderebbe ad una minore qualità. In verità quello che abbiamo visto è che non ci sono differenze significative nei parametri qualitativi che abbiamo analizzato (Brix, AT, ph e antociani) e che quindi i vigneti in condizioni di minore stress idrico e nei cui suoli era stato incorporato il biochar, erano in grado di dare produzioni maggiori ma di identica qualità». 4

5 Per questo comportamento, che non sarebbe dovuto semplicemente ad un diverso accrescimento per distensione dei tessuti dell acino, come provano anche il rapporto invariato tra polpa e buccia e il maggior numero di vinaccioli presenti nelle uve delle particelle trattate, si ipotizza che la maggiore disponibilità di azoto o il minore stress termico per effetto del colore più scuro del suolo o idrico al momento della fioritura o dell allegagione, portino ad una diversa espressione di alcuni geni coinvolti con la fertilità della bacca, tesi che potranno essere spiegate in futuro da ulteriori studi svolti a livello fisiologico e molecolare (Prof. Roberto Matutini et al., 2015). L effetto del biochar tuttavia può variare in funzione del suolo, delle condizioni climatiche (in modo particolare della presenza o meno di disponibilità idriche limitanti), ma anche della tipologia di biochar utilizzata e della dose. È probabilmente per questo motivo che in uno studio realizzato da Hans Peter Schmidt in Svizzera nella regione viticola del Valais, i risultati dell applicazione di una dose di 8 t/ha di biochar in vigneto sono stati scarsi e non significativi come nell esperienza condotta in Toscana, dove si sono utilizzate dosi superiori e le condizioni di disponibilità idrica erano con ogni probabilità più critiche (Schmidt et al., 2014). A un passo dall approvazione per l utilizzo in agricoltura A differenza di quanto avviene in molti altri paesi europei ed extraeuropei (il Regno Unito, la Francia e la Germania oltre agli Stai Uniti ad esempio) dove il biochar è utilizzato già da alcuni anni, in Italia ancora il biochar non fa parte dell elenco degli ammendanti ammessi in agricoltura, sebbene l istanza presentata per la sua approvazione dall Associazione Italiana Biochar al Ministero delle Politiche Agricole e Forestali nel 2012, confortata dall abbondante esperienza e ricerca scientifica sull argomento, ha quasi completato il suo iter. A quel punto l uso del biochar uscirà dalla dimensione della sperimentazione per aprire scenari sicuramente interessanti, sia dal punto di vista economico sia da quello ambientale e della sostenibilità, come conclude Prof. Roberto Matutini : «Quando l iter sarà concluso si aprirà anche un mercato: c è molta richiesta dal mondo agricolo ed al contempo anche un offerta, in quanto ci sono impianti di pirolisi per la produzione di energia da biomasse, che attualmente sono costretti a conferire in discarica il biochar che ottengono come sottoprodotto. Oltre alle centrali più grandi cominciano tra l altro ad esistere anche impianti di dimensioni medio piccole che, introdotti in aziende di grandi dimensioni o a livello di comprensori viticoli, permetterebbero di creare nuove opportunità e filiere, che integrano il riutilizzo e la gestione dei residui di potatura, la produzione di energia in forma di calore e gas e infine la disponibilità di biochar, che potrebbe essere venduto o riutilizzato in vigneto, aprendo tra l altro la strada al mercato dei crediti volontari di carbonio, facilmente misurabili e verificabili». Presidente Prof. Roberto Matutini Capo divisione ricerche CNREUROPE 5