Effetto della digestione anaerobica sull efficienza dell azoto dei reflui suini

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1 DIPARTIMENTO DI SCIENZE AGRARIE E AMBIENTALI PRODUZIONE, TERRITORIO, AGROENERGIA Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Effetto della digestione anaerobica sull efficienza dell azoto dei reflui suini D. Cavalli, L. Bechini, P. Marino Università degli Studi di Milano Validazione di soluzioni territoriali e tecnologiche per la sostenibilità ambientale e la riduzione dei costi di gestione degli effluenti negli allevamenti suini delle regioni del bacino padano-veneto SEESPIG Grant n Filiera del suino

2 Efficienza dell azoto da reflui N-refluo N-aria (NH 3, N 2 O, N 2 ) Volatilizzazione N-acque superficiali Scorrimento superficiale N-terreno Assorbimento radicale N-coltura Lisciviazione N-falda (NO 3- )

3 Processi a carico dell azoto nel terreno N-liquame N-Biomassa N-S.O. Ammonificazione Organicazione Defissazione Nitrificazione NH 4 + NO 3 - Fissazione Denitrificazione NH 4 + fissato N 2 O, N 2 Stimare questi processi può essere utile per meglio definire Dosi, tempistiche e modalità d applicazione dei reflui Dosi di concimi minerali azotati da applicare in copertura

4 Obiettivo dell attività sperimentale Misurare la dinamica nel terreno del carbonio e dell azoto di un refluo suino tal quale o digerito anaerobicamente, in un contesto di applicazioni ripetute

5 Materiali usati nell esperimento Provenienti dal progetto NORGEF (Efficienza d uso dell azoto di origine organica in aree vulnerabili del Friuli Venezia Giulia: aspetti fisiologici, agronomici e ambientali) Refluo suino non marcato Refluo suino marcato 15 N Terreno (franco, phw 7.9, C tot 1.98%, Ntot 0,17%)

6 Produzione dei due digestati Con un sistema semi-batch di laboratorio 3 litri di capacità 40 C Cicli di agitazione di 15 9 aggiunte 74 giorni di durata E stato determinato il bilancio di C ed N

7 Bilancio di massa e variazioni compositive del liquame dopo digestione anaerobica Valori di recupero, in % rispetto all aggiunto. Sostanza secca C tot. N tot. N-NH Variazioni della composizione Materiale ph w C (% ss) N tot. (% ss) N-NH 4 (% ss) C/N N-NH 4 /N tot. (%) Liquame Digestato

8 Scala di studio delle dinamiche di C ed N Microscala, unità sperimentali di 115 g Vantaggi: Assenza di flussi idrici Possibilità di standardizzare le condizioni di umidità, temperatura e incorporazione dei reflui al terreno Dinamiche rapide e chiaramente espresse Economicità Svantaggi: Non descrive la complessità delle dinamiche rilevabili in campo

9 Disegno sperimentale 4 materiali (liquame tal quale 14 N e 15 N; digestato 14 N e 15 N) 2 controlli (non trattato; concimato con SA) Per calcolare: Le dinamiche nette dell azoto dei materiali aggiunti; il potere fertilizzante equivalente dei liquami 6 applicazioni successive: ogni 55 giorni Vari intervalli di misura di C ed N

10 Aggiunte di liquame e digestato e intervalli di misura (IM) di C ed N A1 A2 A3 A4 A5 A6 0, 1, 3, 7, 15, 28, 55 Aggiunte materiali 15N Aggiunte materiali 14N IM_1_14N IM_2_14N IM_1_15N IM_2_15N IM_3_15N Giorni cumulati

11 Preparazione delle unità sperimentali

12 Incubazione: metodo della nursery All avvio dell esperimento, si prepara un blocco di campioni per ogni intervallo di campionamento previsto. B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 Analisi terreno B2 B1 B3 B4 B5 B6 B Permanenza nella nursery dei diversi blocchi di campioni (gg)

13 N (mg N kg -1 ) Calcolo delle quantità di azoto riconducibile all applicazione di liquame e digestato Controllo Liquame Liquame al netto del controllo Tempo (gg)

14 N (mg N kg -1 ) Dinamica della nitrificazione NH4-N NO3-N Tempo (gg) Nell esempio: liquame dopo la prima applicazione

15 N (mg N kg -1 ) N potenzialmente disponibile: calcolo NH4-N NO3-N SMN Tempo (gg) Nell esempio: liquame dopo la prima applicazione

16 SMN (% N app.) Azoto potenzialmente disponibile nel breve periodo dopo una singola applicazione Solfato di ammonio Liquame Digestato Tempo (gg) 68% 57%

17 PAN giorno (%) Disponibilità di N dei reflui dopo giorni di incubazione (dati di letteratura) y = 1,23x - 20,86 R² = 0, N amm. / N tot. (%)

18 Azoto potenzialmente disponibile (% N totale applicato) Azoto potenzialmente disponibile (PAN) dopo applicazioni ripetute a a b a ab b 80 a a a a b b a a b a b c A1 A3 A6 A1 A3 A6 A1 A3 A6 A1 A3 A6 A1 A3 A6 A1 A3 A6 giorno 55 giorno 110 giorno 55 giorno 110 giorno 55 giorno 110 Digestato Liquame Solfato di ammonio

19 MFE (Mineral Fertilizer Equivalent) potenziale: calcolo MFE potenziale = PAN OM PAN MF Può essere calcolato sia facendo riferimento all azoto totale applicato con il refluo sia all azoto ammoniacale

20 MFE (% N totale applicato) MFE potenziale dell azoto totale applicato % 60 60% A1 A3 A6 A1 A3 A6 A1 A3 A6 A1 A3 A6 giorno 55 giorno 110 giorno 55 giorno 110 Digestato Liquame

21 MFE (% N-NH 4 -N applicato) MFE potenziale dell N-NH 4 applicato Media = 110 % Media = 108 % A1 A3 A6 A1 A3 A6 A1 A3 A6 A1 A3 A6 giorno 55 giorno 110 giorno 55 giorno 110 Digestato Liquame

22 Azoto potenzialmente disponibile (% N totale applicato) Effetto residuo (incremento di PAN con la ripetizione delle applicazioni): calcolo ERN dopo 2 applicazioni ERN dopo 5 applicazioni A1 A3 A6 Liquame

23 Effetto residuo Valori in % dell azoto totale applicato con il refluo Effetto residuo Refluo Giorni dall'applicazione dopo 2 applicazioni Liquame 2,3 5,1 Digestato 1,6 4,4 dopo 5 applicazioni Liquame 7,2 10,1 Digestato 2,3 6,8

24 Nitrificazione Conclusioni processo rapido che esaurisce il contributo di N-NH 4 dei reflui in pochi giorni Immobilizzazione di N minerale fenomeno temporaneo, poco limitante, lievemente più marcato nel liquame t.q. N potenzialmente disponibile per le colture sostanzialmente riconducibile al contenuto di N-NH 4 del refluo, quindi più elevato nel caso del digestato Effetto residuo rilevante nei contesti di applicazioni ripetute, mediamente più marcato nel liquame. Importante sul piano operativo.