Cristos Xiloyannis DiCEM - Università degli Studi della Basilicata. L impronta di carbonio in agricoltura: il ruolo del compost

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1 Agreenment s.r.l. Spin Off Accademico Università degli Studi della Basilicata Cristos Xiloyannis DiCEM - Università degli Studi della Basilicata L impronta di carbonio in agricoltura: il ruolo del compost BARI 8 ottobre 2014

2 Free carbon* supplies on the Earth (G tons) Lal, 1997; Zucconi 1999) Hydrosphere 39 x % Plants Fungi 0.43 x % Animals Protozoa Bacteria 0.12 x % Atmosphere 0.75 x 10 3 Biosphere Pedosphere 1.8% 0.55 x x % 3.7% * (except for sedimentary carbonates and fossil fuels)

3 Three possible paths for future carbon emissions: Consequences after 2057 over 800 ppm atmospheric CO C ppm Atmosphere CO 2 Maintain current rate and adopting reducing strategies REDUCE current rate and adopting reducing strategies 525 ppm atmospheric CO C 1957 today 1957 today 450 ppm atmospheric CO C Past 50 years Next 50 years 2057 Source: National Geographic. Oct 2007

4 IPCC DURING THE MEETING OF LAST SEPTEMBER IN STOCKOLM -50 billlions tonnes of CO2 eq/year EMISSIONS -TO MANTAIN THE INCREASE OF TEMP. AROUND 2C WE MUST EMMIT NO MORE THAN BILLIONS TONNES OF CO2 eq TO THE ATMOSPHERE DURING THE REST OF THE CENTURY. -GLOBAL TEMPERATURES ARE LIKELY TO RISE BY 0.3 TO 5 C BY THE END OF THE CENTURY. -SEA LEVELS ARE EXPECTED TO RISE A FURTHER 26-82cm BY THE OCEANS HAVE ACIDIFIED HAVING ABSORBED ABOUT A THIRD OF THE CO2 EMITTED.

5 Total and per capita GHG emissions in various country (source: UNFCCC, EEA, DIW Berlin, World Bank ) Total emissions (Mt CO2eq) Per capita emissions (t CO2eq/year) Australia Canada USA 4,844 6, Arabia Saudita EU 3,152 4, Sud Africa Cina (+ Hong Kong) 2,389 10, India

6 The potential role of agriculture in mitigating climate change Other Sources of expected GHG emission reductions Agriculture Forestry Source: Smith, et al., Agriculture is expected to contribute 18% of total GHG emission reductions Together with better forest management, the two sources are 33% of the total abatement potential

7 What is Climate-Smart Agriculture? CSA is agriculture that increases yields (poverty reduction & food security), makes yields more resilient in the face of worsening weather conditions (adaptation), and transforms the farm into a solution to the climate change problem (mitigation). (World Bank, 2012)

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10 The global human population will rise substantially in the next years The population will grow from the present 7 billion to reach 8 billion in the most optimistic (low fertility) scenario or 12 billion in the worst scenario (constant fertility) The global food demand is expected to double over this period, and thus a further increase in agricultural production is needed

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12 ha / person WORLD ARABLE LAND PER PERSON ,4 0,37 0,35 0,32 0,3 0,27 0,25 0,2 0,24 0,23 0,20 0,15 0,1 0, Source: World Bank (Development Indicators Tables)

13 Source:

14 Soil fertility Organic matter in South Italy 0,8-1,3%

15 % Sostanza Organica 4,5 Inizio della coltivazione 3,8 Gestione convenzionale Gestione sostenibile Frazione della SO labile Inversione della tendenza 1.9 Frazione della SO duratura Anni dall inizio della coltivazione Rielaborato da WBGU Special Report: The Accounting of Biological Sinks and Sources Under the Kyoto Protocol

16 Tempo di dimezzamento delle principali frazioni di S.O. (da: Jenkinson et al., 1977) Frazione Descrizione Dimezzamento (anni) Biomassa del terreno Vivente 1,69 S.O. finemente stabilizzata S.O. chimicamente stabilizzata Fisicamente protetta ma decomponibile Sostanza organica libera, resistente all'attacco biologico 49,5 1980

17 .agricoltura e ambiente nell ultimo ½ secolo - Bruciatura residui colturali Riduzione livello SO vicino soglia desertificazione (1%)

18 CO 2 Emission in Italy (Source: EEA 2004) (Total annual Mt) Industry 50.6% Urban (Transport, waste + Other ) 40.0% Agriculture 9.4% GREENHOUSE GAS SOURCE AND SINK CATEGORIES 2011 CO 2 equivalent (Gg) 1. Energy ,53 2. Industrial Processes ,92 Source: NIR 2011 (UNFCCC CRF) 3. Solvent and Other Product Use 1.656,28 4. Agriculture ,43 5. Land Use, Land-Use Change and Forestry (5) ,07 6. Waste ,85 7. Other NA Total (including LULUCF) (5) ,95

19 Sostenibile convenzionale Soil management Compost (15 t ha-1) Mineral N if necessary Fertilization Mineral fertilizers Pruning material

20 increase C input limit C output

21 increase C input carbon sources internal external cover crops pruning material senescent leaves stabilised manure compost Biochar, others

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23 COMPOST Contribution Chemical Properties Umidity % 25,64 ph 8,1 C org % C dm 44,6 Organic Acids % d.m. 20 C/N 14,9 Density Kg/dm 3 1,3 Conducibility µs/cm 2700 Salinity meq/100gr 22,7 Clorides mg/kg 2580 N tot %N d.m. 3,5 P tot % P d.m. 0,4 Na mg/kg d.m K mg/kg d.m Other Carbon resource % C Quantity (Tons/ha) dry matter (Tons/ha) C tot (Tons/ha) Compost 44,06 15,84 11,00 4,85

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25 Input di materiale organico esterno all oliveto t/ha C t/ha CO compost (%P.S) Humidity % 24.8 ph 7.98 N (total) % 1.52 Carbon organ. % 33.8 Organic matter % 58.3 Humus % 10.4 C/N 22.2 P 2 O 5 % 0.7 K 2 O % 1.4

26 cost for unit of fertilizzer in the compost unità fertilizzanti distribuite con il compost N P K total ,8 130,8 392,6 N P 2 O 5 K 2 0 total average cost Compost Concimazione minerale 104,62 15,60 60,41 180,65 0,46 273,60 28,09 156,96 458,61 1,20 Il costo del Compost è di 12.5 /t Se si considera il costo di trasporto (Veneto) il costo per unità fertilizzante arriva ad 1,97euro

27 Contenuto elementi minerali per t di compost (kg) Emissioni di CO 2 (kg CO 2 eq) N tot ,16 P 2 O 5 6,8 10,88 K ,29

28 Veneto Lombardia Trentino Piemonte Toscana milia Romagna Liguria Friuli Val D'Aosta Umbri Marche Abruzzo Campania Calabria Lazio Puglia Basilicata Sicilia Sardegna Molise Raccolta differenziata (RD) anno 2004 (fonte ONR - APAT) 45% 40% 35% L aumento della RD riduce lo smaltimento in discarica. RECUPERARE LA MATRICE ORGANICA! 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0%

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30 numero di posti di lavoro creati per la gestione diretta degli impianti di compostaggio: Anni 90 = circa 100 addetti Attuale circa 2500 lavoratori (escluso indotto laboratori) (fonte CIC)

31 ON-FARM Compost production Approx. 60 days to achieve a stabilised product

32 Residue quality based on different quality index methods (Praveen-Kumar et al., 2003) Residue quality C/N Lignin/N highly decomposable < 18 < 5 moderate slow least > 60 > 15

33 use polygenic organic material!!!

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36 .. Carbon balance Carbon Input CO2 = DM 0,45 3,67 (Norby et al., 2004) Net Carbon allocated in soil Carbon output (respiration roots e microbics) suolo Critical point to measure

37 limit C output Reduction of natural CO 2 emissions from soil heterotrophic and autotrophic soil respiration soil water availability soil temperatures soil microbiological fertility factors which affect soil respiration

38 effect of soil water availability

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40 CO 2 Balance in a Mature Peach Orchard fissato t/ha di CO Sustainable Conventional

41 Carbon Balance in a Mature Peach Orchard t ha -1-30, -20, -10, 0 t/ha +1 di 0 CO fissato sustainable conventional

42 Carbonio Organico (%) The increase of carbon in the soil of olive trees: (sustainable management without compost) Equivalent of about cm 5-10 cm cm cm 61 t ha -1 of CO 2 In the top 30 cm of soil

43 mean ( ) Annual Net Primary Productivity (CO 2 eq, t ha -1 year -1 ) Net Primary Productivity (NPP) Sustainable System Conventional System CO 2 eq (t ha -1 year -1 ) Above Ground NPP Yield Olive permanent structures Pruning material Senescent leaves Spontaneous vegetation epigean biomass Below Ground NPP Olive root biomass Spontaneous vegetation root biomass Total NPP calculated according to Almagro et al. (2010). 2 estimated according to Sofo et al. (2005). 3 estimated as the 50% of the annual biomass production of olive trees (Cannell, 1985). 4 estimated as 20% of the above-ground part (Celano et al., 2003).

44 CO 2 eq emissions and stock variations in the 2 systems Sustainable System Conventional System CO 2 eq (t ha -1 year -1 ) Total emissions Anthropogenic Fertilizers, pesticides Farm operations and transport Pruning residues burning Soil respiration Total NPP Difference elaborated from data reported by Almagro et al. (2009) and Testi et al. (2008)

45 Sustainable CO 2 Balance in the Orchard Conventional Oil yield 1552 Kg Oil yield 672 Kg Kg CO 2 equivalent/kg oil Kg CO 2 equivalent/kg oil

46 Kg of CO 2 per L of Extra Vergin Oil Sustain. Conven. CO 2 in orchard CO 2 in Mill Packing Balance

47 To increase the Carbon content in the soil of one hectare of orchard (30 cm depth) from 1% to 2% are necessary about 10 years and the soil will fix about 15 t ha -1 year -1 of CO 2

48 % sul totale Conoscere la dinamica dell assorbimento durante il ciclo annuale (1/2) N P K Ca Mg Raccolta Giorni dal germogliamento

49 N (kg ha-1) Azoto apportato con le irrigazioni (totale 30 kg ha -1 ) maggio giugno luglio agosto settembre

50 ppm NO 3- (0-40 cm ) Conoscenza del processo di mineralizzazione Kg /ha N % N compost 50% N 75% N sustainable conventional % N Disponibilità di N stabile 1-feb 28-mar sostenibile convenzionale

51 Esempio di un piano di fertirrigazione per l Azoto in un impianto di albicocco in piena produzione kg ha Settimane dopo il germ. N raccolta TOTAL 80 (prod. 17 t ha-1) materiale di potatura trinciato in azienda, 80% di efficienza del metodo di distribuzione e riciclato il 50% dell Azoto delle foglie, legno della potatura e biomassa dell inerbimento.

52 Maggior numero di funghi (e anche di batteri, non mostrati qui) nel sistema sostenibile (diluizione 10-2 ) Sostenibile Convenzionale

53 Generi più rappresentati di funghi e di Streptomyces Sostenibile Aspergillus Streptomices Phaeoacremonium Convenzionale Aspergillus Mucor Penicillium Armillaria Cladosporium Acremonium Rosellinia Mucor Cladosporium Alternaria Phaeoacremonium Rosellinia Phyalophora Cylindrocarpon Microdochium

54 Organic soil management SPECIFIC BACTERIAL COUNTS * * Bacteria involved in nitrogen cycle (Azotobacter, proteolytic bacteria, ammonifying bacteria and Pseudomonas) were identified and counted in specific culture media. * Figure. Ammonifying bacteria (A), proteolytic bacteria (B), Azotobacter (C) and Pseudomonas (D) in the CT (white bars) and ST (grey bars). Asterisk: significant difference at P 0.05.

55 .as intestinal flora for humans

56 roots with ifes and spores of glomus intraradices (10 X).

57 SUSTAINABLE SOIL MANAGEMENT AND soil water holding capacity

58 Depth cm profondità (cm) profondità (cm) sustainable Inerbito 0-10 a 0-10 cm Depth cm Depth cm Lavorato a a a a Macroporosità (%) a b b b Regolari Irregolari Allungati Regolari Irregolari Allungati cm 0-10 cm ab Macroporosità (%) Macroporosity % cm

59 Tesi K sat (Guelph) (mm d -1 ) Classe di Conducibilità satura (Rossi Pisa 1997) Inerbito (tubo) 160 media Lavorato (tubo) 13 molto bassa

60 ETo - Precipitazioni (mm) deficit = 855 mm ET precipitazioni apr giu ago ott dic feb mesi dell'anno Massimizzare l immagazzinamento delle acque meteoriche nel suolo esplorato dalle radici

61 Agire su scala aziendale per ridurre l incidenza della componete BLUE BLUE WF BLUE WF GREEN WF GREEN WF GREY WF GREY WF Aumentare la capacità di immagazzinamento idrico da parte del suolo Migliorare l assorbimento/trasporto da parte della pianta (es. micorrizze) Integrare attuali conoscenze di fisiologia del trasporto idrico e dello stress idrico Migliorare la gestione dei contenitori

62 Contenuto idrico del suolo (fino a 2 m profondità) in due sistemi di gestione (media 2 anni) SOSTENIBILE 4250 m 3 /ha CONVENZIONALE 2934 m 3 /ha

63 conventional sustainable Soil losses t ha -1 y -1 (a soil layer of about 1 cm) Soil losses < 1 t ha -1 y -1

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65 ..soil management Was it only a rainfall intensity effect?????

66 S. Giuliano s Dam

67 Infrastrutture FONTE INEA

68 .vantaggio economico GESTIONE SOSTENIBILE GESTIONE convenzionale CO CO 2 CO 2 2 CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 CO 2???? Euro per t CO 2

69 Agreenment s.r.l. Spin Off Accademico Università degli Studi della Basilicata

70 CERTIFICAZIONE DELLA QUALITÀ AMBIENTALE Risparmiare risorse a partire da ciò che esiste

71 Programma nazionale per la valutazione dell impronta ambientale

72 BANDO PER L ACCESSO AL FINANZIAMENTO, IN REGIME DI DE MINIMIS, DI PROGETTI PER L ANALISI DELL IMPRONTA DI CARBONIO NEL CICLO DI VITA DEI PRODOTTI DI LARGO CONSUMO «Impronta del carbonio della filiera di produzione e commercializzazione della fragola Candonga e dell albicocca di Basilicata» Dott. Egidio Lardo Roma 27/03/2014

73 Gruppo di Frutticoltura e viticoltura C. Xiloyannis B. Dichio V. Nuzzo G. Montanaro G. Celano D. Palese A. Sofo G. Tataranni A.Tuzio E. Lardo A. Mininni A. Fiore E. Xylogiannis Thank you Agreenment s.r.l. Spin Off Accademic University of Basilicata