Progetto LIFE CarbOnFarm

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1 Progetto LIFE CarbOnFarm (LIFE12 ENV/IT ) Rapporto tecnico di medio termine Sommario Il problema di riferimento e obiettivi progettuali... 2 Dati del progetto... 4 Interventi progettuali... 5 Valutazione degli interventi progettuali Risultati progettuali Compostaggio Qualità dei compost Monitoraggio suoli Monitoraggio delle produzioni Attività di diffusione e trasferimento

2 Il problema di riferimento e obiettivi progettuali Il progetto LIFE CarbOnFarm riguarda l adozione di metodi sostenibili per la gestione della sostanza organica dei suoli agrari al fine di preservarne la fertilità di lungo periodo. Le tematiche del progetto prendono spunto dalle indicazioni fornite dalla Commissione Europea attraverso la Direttiva denominata Soil Thematic Strategy ( three_en.htm), contenente studi, programmazioni e strumenti applicativi per il sostegno alle politiche di salvaguardia della risorsa suolo nei paesi europei. Un aspetto centrale della Soil Thematic Strategy riguarda l uso dei suoli negli ecosistemi agrari e forestali, dove l utilizzo di tecniche intensive ha portato nel tempo ad un progressivo degrado della qualità dei suoli, caratterizzati dalla diminuzione delle proprietà chimiche (e.g. nutrienti), fisiche (e.g. struttura) e biologiche (biodiversità microbica) e intensificazione dei processi di alterazione (marginalità produttiva, erosione, desertificazione). Tale problematiche, diffuse nella maggior parte dei paesi europei, sono maggiormente evidenziate per metodologie gestionali, politiche agrarie e/o condizioni pedo-climatiche (tipologie, proprietà e suscettibilità dei suoli), nei paesi dell areale mediterraneo (Grecia, Italia, Spagna, Francia meridionale) e alcuni paesi Nord Europei (Danimarca, Paesi Bassi, Irlanda) e dell Europa Centro-Orientale (Figura 1). Organic Carbon (%) Figura 1. Stima delle riserve di Carbonio organico nei suoli della Unione Europea (2006) Gli studi condotti nell ambito della Soil Thematic Strategy hanno evidenziato il ruolo centrale svolto dalla sostanza organica nel mantenimento della qualità e della fertilità dei suoli e negli equilibri degli agro-ecosistemi (Reports of the Technical Working Groups Established Under the Thematic Strategy for Soil Protection Volume III Organic Matter EUR EN/3 2004). Un punto importante delle politiche 2

3 comunitarie è quindi rappresentato dal supporto verso pratiche sostenibili di gestione e coltivazione dei suoli, basate sull aumento del contenuto e della stabilità biochimica della sostanza organica nel lungo periodo, noto come Carbon Sequestration (European Commission, DG Environment Final Report Soil organic matter management across the EU best practices, constraints and trade-offs 2011 Figura 2). Italia kg/ha kg/ha EU Figura 2. Quantitativi di Carbonio umificato (t/ha) derivante da compost verdi nei suoli agrari europei: stimati (2005), potenziali (2005) e attesi (2030, min. & max) Un aspetto importante della perdita di carbonio organico dai suoli è relativo alle emissioni di gas serra (CO2) dagli agro ecosistemi (Figura 3). Questo problema è spesso sottovalutato per il carattere estensivo delle emissioni dai suoli, con caratteristiche di limitata intensità e di lungo periodo. Suoli agrari Figura 3 Emissioni di gas serra in CO2 eq. (10 9 kg) dal settore agricolo-ispra 2016 ( 3

4 Una stima fornita dall International Panel on Climate Change evidenzia un contributo annuo di CO2 derivante dall uso dei suoli pari a circa il 20% delle emissioni da combustibili fossili (Figura 4) Vegezione e micro+mesoflora Pg C Suoli Pg C Uso dei suoli : +1.5 Pg C yr -1 Combustibili fossili Pg C +7.5 Pg C yr -1 Intergovernmental Panel on Climate Change report 2013 Figura 4 Ciclo del Carbonio nella biosfera: riserve di carbonio ed emissioni annuali (P=10 15 ) ( Lo sviluppo e l attuazione del progetto LIFE CarbOnFarm si situano all interno di queste tematiche aventi come nucleo la gestione sostenibile dei suoli ad uso agrario. Gli obiettivi prefissati riguardano il miglioramento del contenuto e della stabilità di sostanza organica del suolo (sequestro del carbonio), recupero della fertilità chimica e biologica dei suoli, mantenimento delle rese produttive con minori input energetici (fertilizzanti chimici, prodotti fitosanitari, irrigazione), e contenimento delle emissioni di CO2 Tali obiettivi sono in linea con le indicazioni contenute nella Soil Thematic Strategy e nel programma Land Use, Land Use Change and Forestry (LULUCF relativamente alla gestione sostenibile degli agro ecosistemi. Dati del progetto Il progetto coinvolge tre regioni: Basilicata, Campania e Piemonte, con la partecipazione di sette partner (Beneficiari): Coordinamento: CERMANU Centro Interdipartimentale di Risonanza Magnetica Nucleare per l Ambiente, l Agroalimentare e i Nuovi Materiali, Università di Napoli Federico II 4

5 AGROSELVIT-DISAFA Dipartimento di Scienze Agrarie, Forestali e Ambientali, Università di Torino ALSIA Agenzia Lucana per lo Sviluppo l Innovazione in Agricoltura, Regione Basilicata CREA-ORT Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura e l Analisi dell Economia Agraria - Centro di Ricerca per l Orticoltura - Pontecagnano (SA) PRIMA LUCE Società Agricola Eboli (SA) REGCAMP Assessorato all Agricoltura, Regione Campania UNIBAS Dipartimento delle Culture Europee e del Mediterraneo: Architettura, Ambiente, Patrimoni Culturali (DICEM) - Università della Basilicata Le attività progettuali vedono inoltre la partecipazione della ditta Marcopolo Engineering SpA (CN), per la fornitura di compost da biodigestato solido, e della Azienda Agricola Idea Natura, Eboli (SA) per le prove progettuali sui frutteti La durate del progetto è di cinque anni (Luglio 2013-Luglio 2018) con un costo complessivo di 3,051,265 di cui il 49% ( 1,495,027) è rappresentato dal contributo comunitario Interventi progettuali Gli interventi dei progetti LIFE si esplicano tramite azioni denominate di implementazione che hanno lo scopo di mettere in pratica il programma progettuale al fine di dimostrarne la realizzabilità e di sostenere la diffusione ed il trasferimento sul territorio di obiettivi e risultati e la possibile replicazione delle tecniche e delle soluzioni proposte. Le azioni progettuali del LIFE CarbOnFarm riguardano due linee di intervento: -attività dimostrativa, è l azione di intervento principale, rappresentata da pratiche colturali conosciute ma di limitato impiego e diffusione, basate sull utilizzazione di compost, aventi come scopo la dimostrazione pratica dell efficacia delle modalità sostenibili di gestione della sostanza organica. Al fine di assicurare la sostenibilità delle azioni progettuali i compost utilizzati sono ottenuti dal riciclaggio delle biomasse agrarie (sottoprodotti, residui colturali, reflui zootecnici etc.) prodotte localmente. In questo ambito una linea di intervento specifica è rappresentata dalla realizzazione di un impianto di compostaggio aziendale per attività agricole di medie dimensioni per la produzione di ammendante compostato verde. -attività innovativa, riguardanti il trasferimento di metodologie di ricerca applicata con l introduzione in pieno campo di tecnologie avanzate per il sequestro di carbonio organico. La tecnica comprende l apporto ai suoli di prodotti biocompatibili (metallo porfirine) che incrementano la stabilità del carbonio organico. Le molecole utilizzate hanno la stessa composizione di molecole di origine naturale (e.g. clorofilla) e svolgono una attività analoga, cioè con le stesse modalità di azione (mimetica), a quella operata 5

6 dai sistemi enzimatici naturali. Per le loro caratteristiche tali sostanze vengono quindi definite bio-mimetiche Gli interventi progettuali sono effettuati in cinque aziende agrarie, di cui due Universitarie e tre commerciali, localizzate in Piemonte e in Campania che coprono una diversità di sistemi produttivi (Figure 5, 6, 7): Piemonte: Azienda Commerciale Grandi di Grugliasco (TO)- sistema colturale: ortive da pieno campo (Lattuga, Brassicaceae) Azienda sperimentale Tetto Frati di Carmagnola (TO) (DISAFA Università di Torino) sistema colturale erbacee da pieno campo (Mais da granella) Campania: Azienda Agraria Prima Luce Eboli (SA) sistema colturale: ortive da pieno campo (Scarola, Zucca, Broccoli) Azienda Agraria Idea Natura Eboli (SA) sistema colturale: fruttiferi (Pesco e Kiwi) Azienda Sperimentale di Castel Volturno (Dipartimento di Agraria Università di Napoli) sistema colturale erbacee da pieno campo (Mais da granella) Figura 5 Prove progettuali presso Azienda Grandi I compost utilizzati nel progetto sono ottenuti da biomasse e residui delle attività agricole prodotti localmente. In Piemonte dove esiste una rete di aziende produttrici di biogas da reflui zootenici e sussiste il problema dello smaltimento del residuo digestato solido. L uso di tale materiale organico come ammendante per i suoli, sia tal quale che dopo compostaggio (ammendante compostato misto), rappresenta una valida alternativa allo smaltimento, con il vantaggio economico ed ambientale di reinserire la sostanza organica nel ciclo produttivo. Per le attività progettuali che si svolgono in Piemonte quindi l apporto di sostanza organica viene effettato con il residuo digestato solido, fresco e dopo compostaggio (12 mesi) fornito dall azienda Marcopolo Engineering. In Campania il problema del reperimento di sostanza organica da apportare ai suoli è stato affrontato con la creazione di impianti di compostaggio aziendali (on-farm) in 6

7 grado di riciclare gli scarti produttivi e i residui colturali dell azienda coinvolta, unitamente a quelli delle aziende circostanti. Tale metodica consente di effettuare un controllo costante sulla qualità delle biomasse utilizzate nella produzione del compost, sul processo e sulla qualità del compost, fornendo contemporaneamente, almeno in parte, una soluzione al problema della gestione degli scarti e dei residui delle attività agricole e/o agroindustriali del territorio circostante. Per le aziende coinvolte nelle attività progettuali in Campania, i compost aziendali sono ottenuti, rispettivamente, dall impiego di letame bovino/bufalino miscelato con residui (paglia) di mais (ammendante compostato misto) per l azienda di CastelVolturno, e dal compostaggio di residui di colture orticole e potature di fruttiferi (ammendante compostato verde) per le aziende Prima Luce e Idea Natura. Figura 6 Prove progettuali presso l Azienda Idea Natura: distribuzione compost nel pescheto 7

8 Figura 7 Prove progettuali presso le Azienda dell Università di Napoli (Castel Volturno) e Torino (Tetto Frati) Le tecniche con apporti di compost e catalizzatori biomimetici (metallo porfirine) sono messi a confronto con i sistemi di gestione tradizionali usati nella aziende, che comprendono l uso di fertilizzanti chimici, organo-minerali e misti (fertilizzazione minerale ed inerbimento/sovescio). Gli apporti effettivi di compost alle dosi più basse, per tutti i siti progettuali, sono determinati in base al contenuto di N totale in modo da fornire la concimazione azotata in un'unica soluzione. Le prove di campo sono riassunte nello schema seguente (Figure 8 e 9): Piemonte: Tetto Frati: 0 N (senza azoto), CMPB, CMPA (1000 e 2000 kg ha -1 di C da compost da biodigestato); SSMPB, SSMPA (1000 and 2000 kg di C ha -1 da digestato solido tal quale); PORF (applicazione di catalizzatore biomimetico 0.5 g/m2, e fertilizzazione con compost ad elevato dosaggio); TRAD (tecnica tradizionale con fertilizzazione minerale). Estensione della prova: 1700 m2 (Figura) Grandi: 0 N (senza azoto), CMPB, CMPA (1000 e 2000 kg ha -1 di compost da biodigestato); SSMPB, SSMPA (1000 e 2000 kg di C ha -1 di digestato solido tal quale); TRAD (tecnica tradizionale con fertilizzazione minerale). L apporto di azoto previsto varia a seconda delle colture e.g. Melone 110 kg N ha -1, Pomodoro 82 kg N ha -1, Melanzane 90 kg N ha -1, Brassicaceae 175 kg N ha -1, Lattuga 120 kg N ha -1. Estensione della prova: 720 m2 8

9 compost Marco Polo basso compost Marco Polo alto matrice di partenza Marco Polo basso matrice di partenza Marco Polo alto concime N testimone 0N gestione porfirina CMPB CMPA SSMPB SSMPA N 0N PORF Figura 8 Schema prove progettuali presso l Azienda Tetto Frati dell Università di Torino Campania: Prima Luce: A (controllo senza fertilizzazione); B (tradizionale con concime organo-minerale); C (apposto di compost verde on-farm 10 t ha -1 ); D (apposto di compost verde on-farm 20 t ha -1 ) Estensione della prova 3400 m2 Idea Natura: due tipologie di compost verde on-farm in funzione del ciclo di compostaggio A estivo (compost leggero più ricco in nutrienti); B invernale (compos pesante più ricco in lignina e sostanza organica stabile). Tre trattamenti per ogni tipologia di compost: A0, B0 (fertilizzazione minerale), A1, B1 (compost A 10 t ha -1 ) A2, B2 (compost 20 t ha -1 ). Estensione della prova: m2 (3,2 ha) Castel Volturno: TRAD (fertilizzazione minerale); CMP-B e CMP-A (apporto di compost on-farm da letame 10 e 20 t ha -1 ); PORF (applicazione di catalizzatore biomimetico 0.5 kg ha -1, e fertilizzazione minerale). Estensione della prova 800 m2 9

10 13C Compost marcato Kiwi Area m2 Compost t/ha K_A K_A K_A K_A K_A K_A K_A K_A K_A K_B K_B K_B K_B K_B K_B K_B K_B K_B Figura 9 Schema prova progettuale presso azienda Idea Natura: Kiwi Valutazione degli interventi progettuali Contemporaneamente alla implementazione degli interventi programmati, i progetti LIFE prevedono la messa a punto di azioni e metodologie dedicate ad una verifica e valutazione periodica (monitoraggio) delle attività e dei risultati ottenuti dal progetto. Le azioni di monitoraggio previste e attuate nel progetto LIFE CarbOnFarm riguardano la caratterizzazione dei compost prodotti ed utilizzati, le variazioni quantitative e qualitative della sostanza organica dei suoli, quantità e qualità delle produzioni, misurazione delle emissioni di gas serra e la valutazione degli impatti ambientali ed economici delle soluzioni progettuali. A tale scopo sono utilizzate sia metodologie classiche (analisi del carbonio e azoto dei suoli, rese produttive ed asporti di azoto e fosforo delle colture, contenuto in nitrati delle colture ortive, qualità della frutta etc.), combinate con analisi tramite tecniche avanzate che forniscono informazioni sulle proprietà strutturali ed idrologiche dei suoli, sulla variazione della qualità della sostanza organica e degli effetti dei trattamenti sulla biodiversità microbica. In breve il monitoraggio del LIFE CarbOnFarm prevede le seguenti analisi e valutazioni: qualità e caratteristiche dei compost: contenuto di carbonio, azoto e fosforo; ph; conducibilità, metalli pesanti; fitotossicità; fitostimolazione e biostimolazione; analisi microbiche: composizione molecolare della sostanza organica; valutazione della sostanza organica dei suoli: valutazione delle proprietà strutturali ed idriche dei suoli; determinazione della stabilità strutturale dei suoli; contenuto di 10

11 carbonio organico e azoto totale; composizione molecolare della sostanza organica; dinamica della sostanza organica nel suolo; analisi dei microorganismi e delle attività enzimatiche valutazione delle quantità e della qualità delle produzioni: rese produttive; biomassa prodotta; contenuto di azoto e fosforo; qualità della frutta (solidi solubili, grado Brix, azoto totale, antiossidanti, compattezza, polifenoli et,) stima delle emissioni di gas serra: misurazioni dei gas serra emessi dai compost utilizzati; stima delle emissioni dei suoli valutazione degli impatti delle attività progettuali: l LCA (Life Cyle Assessment) della produzione di compost e delle tecniche colturali adottate consente di determinare i dati ambientali (consumi/risparmi energetici, aumento/diminuzione dei fattori inquinanti) ed economici legati agli interventi progettuali Penetrometro, calibro e classi commerciali (kiwi) per le determinazioni qualitative della frutta Size Weight (g) / / / / / / / / / / / /60 Unitamente alle valutazioni tecnico-scientifiche rappresentate dalle azioni di monitoraggio, i progetti LIFE, in quanto finalizzati alla realizzazione di interventi pratico-applicativi con l auspicabile trasferimento ed ampliamento sul territorio delle metodologie utilizzate, prevedono l attuazione di attività che promuovano la conoscenza degli obiettivi e degli interventi progettuali e consentano contemporaneamente di registrare il riscontro, la ricezione e la valutazione delle informazioni da parte dei soggetti e delle figure professionali interessate, coinvolti nelle tematiche affrontate dal progetto. Il progetto LIFE CarbOnFarm prevede diverse azioni di diffusione, divulgazione e trasferimento delle informazioni e degli interventi progettuali, dedicate al coinvolgimento di agricoltori, studenti, associazioni di categoria, figure professionali (periti, agronomi), personale tecnico e rappresentanti politici degli enti regionali. Tali azioni si esplicano con la produzione di materiale informativo e divulgativo (sito web del progetto, manuali, video, brochure, questionari) e l organizzazione di incontri divulgativi a livello locale, giornate dimostrative e visite in campo, conferenze regionali. 11

12 I risultati e i dati ottenuti dalle valutazioni del monitoraggio e delle attività di trasferimento rappresentano degli indicatori dei progressi del progetto che svolgono il ruolo di strumenti di verifica della efficacia o delle carenze degli interventi progettuali, consentendo di apportare modifiche migliorative in tempo reale alle attività programmate. Risultati progettuali Compostaggio Il primo obiettivo raggiunto dal LIFE CarbOnFarm riguarda la realizzazione di un impianto di compostaggio aziendale (on-farm), presso l azienda Prima Luce di Eboli (SA), per la produzione di compost verde da residui colturali, di circa 4000 m2 (Figura 10). L impianto è costituito da 12 linee di compostaggio, con sistema di aerazione misto comprendente aerazione forzata da canaline interrate e rivoltamento cumuli (Figura 11). L impianto è dotato di sistema elettronico di controllo delle temperature, umidità e ossigenazione dei cumuli, sistema di bagnatura e canaline e pozzi di raccolta delle frazioni liquide. Figura 10 Impianto LIFE di Compostaggio on-farm presso l azienda Prima Luce 12

13 Figura 11 Sistema di arieggiamento misto: aerazione forzata (canaline interrate) e rivoltamento cumuli La progettazione si è basata sulla analisi dell offerta degli scarti aziendali in termini di distribuzione temporale, tipologia, quantità e dalla scelta di un processo di compostaggio con requisiti tecnologici adatti alle esigenze delle aziende agricole e nettamente differenziato dagli impianti di tipo industriale. Nelle valutazioni delle scelte tecnico-strutturali dell impianto si è quindi tenuto conto dell intera filiera gestionale dei sottoprodotti (l impianto dista solo 500 m da una struttura di trasformazione di prodotti ortofrutticoli, maggiore rifornitrice degli scarti vegetali che vengono compostati) ai fini dell ottimizzazione della catena di alimentazione e della la necessità di acquistare e/o adattare macchinari idonei al processo. Le soluzioni tecniche adottate consentono la massima flessibilità di sistema a fronte della variazione stagionali delle quantità e della qualità di materiale fresco conferito e di compost prodotto. A fronte di una potenzialità produttiva stimata di 5000 tonnellate/anno, data l elevata incidenza sulle biomasse iniziali di residui a basso contenuto di sostanza secca (e.g. insalate) e il minor contributo di residui di colture a maggior contenuto lignina e cellulosa (pomodori, carciofi etc.), la produzione attuale si attesta sulle 2000 tonnellate/anno di compost, utilizzabile per eseguire ammendamenti su una superficie media di circa 150 ha. Il processo produttivo dell ammendante compostato verde aziendale (ACV) è sintetizzato nel diagramma di flusso in Figura

14 Wood residues Trimming residues Orchard explant Mixing Fresh crop residues Composting Pile storage Retrieval of woody materials(starter) screening 14 Bags storage Figura 12 Diagramma di flusso del processo di compostaggio presso l impianto LIFE dell azienda Prima Luce La miscelazione dei substrati costituiti dagli scarti di lavorazione e dal materiale strutturante (scarti lignocellulosici) è eseguita mediante pala meccanica. La mescola è poi trasferita sulla platea di compostaggio, con fori di aereazione, in andane a sezione trapezoidale lunghe 40m con una permanenza di circa 60 giorni. Durante la fase termofila è garantita l ossigenazione del cumulo mediante insufflazione forzata dell aria rivoltamenti settimanali allo scopo di raggiungere temperature elevate, (65 C), che consentano anche la sanificazione del materiale e l eliminazione di eventuali agenti patogeni. Seguono 4 settimane circa di fase mesofila per la maturazione e stabilizzazione della sostanza organica e il processo finale di vagliatura per l omogenizzazione del compost ed il recupero dei residui lignocellulosici grossolani che sono reimpiegati in successivi cicli produttivi con funzione di strutturante/starter. L ultima fase prevede lo stoccaggio per ulteriori quattro settimane nell area adibita alla cura finale, realizzato in sacconi (bags) o cumulo sfuso, che precede la distribuzione ai

15 produttori. Sono prodotte due tipologie di compost: compost pesante e compost leggero. La prima tipologia è ottenuta da matrici nutrizionali ad elevato contenuto in sostanza secca (es. piante di pomodoro, peperone, mallo di noce, carciofo, ecc.) che quindi portano ad una resa in compost elevata pari a circa il 50%: 20 t di materiale in ingresso producono circa 10 t di compost in uscita. Il secondo tipo di compost è ottenuto da matrici a basso contenuto di sostanza secca (es. lattughe, rucola, finocchi, ecc.) che determinano basse rese in prodotto finale tra il 15 e il 20% (circa 7 t di compost per 40 t di materiale in ingresso). Ne consegue che tempi e costi di gestione risultano essere estremamente influenzati dai materiali trattati. La sostenibilità economica e ambientale della intera filiera di compostaggio aziendale (dall acquisizione delle matrici fino alla distribuzione in campo) mostrata nella Tabella 1, è stata condotta secondo la metodologia LCA e considerando l impatto sul Global Warming (riscaldamento globale). L impatto più significativo per entrambi i tipi di compost è il processo di gestione, che richiede 208 kg CO2-eq per tonn di compost mentre quella del pesante necessita 150 kg CO2-eq. Secondo l analisi economica la produzione di un kg di compost leggero richiede 0,18, mentre 0,11 sono necessari per la produzione di un kg del compost pesante. Tabella 1. Costi di produzione, analisi energetica e ambientale nella produzione di ammendante compostato verde presso l'azienda agricola Prima Luce Operazione Costi di produzione ( /t) compost leggero compost pesante Consumi energetici (MJ) compost leggero compost pesante Global Warming (kg di CO 2 eq emessa) compost leggero compost pesante Costruzione impianto Gestione Raccolta strutturante Raccolta nutrizionale Distribuzione Totale Qualità dei compost Le attività di valutazione hanno riguardato il digestato solido e due compost da letame e 15 compost verdi prodotti nell impianto di Prima Luce. I dati in Tabella 2 mostrano una composizione elementare tipica di compost maturi e ben stabilizzati con un buon contenuto di carbonio organici e azoto totale ed un rapporto C/N compreso tra 15 e 27, con il valore più alto che corrisponde al residuo digestato solido non compostato. 15

16 Tabella 2 Composizione e contenuto di C e N dei compost prodotti e utilizzati nelle attività progettuali Compost Composizione OC N (%) C/N a (%) SSMP Biodigestatp solido da reflui zootecnici CMP Compost da biodigestato solido CV Letame bovino/bufalino, paglia di mais L1 quercia; basilico; melone; insalate; pomodoro L3 carciofo ; quercia ; basilico; melone; insalate L4 quercia; insalate; melone L1A quercia; sorgo; lattuga; insalate; rucola; zucca; basilico; solanacee L2A quercia; insalate; scarola; rucola; zucca; basilica L3A Potatura fruttiferi; basilica; lattuga; scarola; rucola; zucca; broccoli L4A Quercia; carciofo; rucola; prezzemolo; mandarino L5/6A Quercia; finocchio: rucola; insalate; mandarino; broccoli L7A Quercia; noce; rucola; scarola; cavolo; spinaci; prezzemolo; mandarino L7/8 Potatura olivo; basilica; insalate; scarola L2C Quercia; finocchio; rucola; spinacio; mandarino; bietola Tutti i compost hanno evidenziato l assenza di metalli pesanti e di agenti patogeni. Viceversa la maggior parte delle matrici organiche ha mostrato una positivo effetto di biostimolazione nei test su piante in vivo effettuati in camera di crescita (Tabella 3 ) e una buona attività di contrasto (suppressività) verso agenti patogeni per le colture agrarie come Rhizoctonia e Sclerotinia (Figura 13). 16

17 Tabella 3 Attività idrolasica (FDA), bioattività e determinazione di batteri (Totali Tot B Pseudomonas Ps Lb e Bacillus BLb) e funghi totali Tot F. Compost Biostimulation (%) FDA Tot B Ps Lb BLb Tot F (µg/g - d.m) g/l a g/l a g/l a (Log10 CFU b g -1 ) SSMP CMP CV L L L L L1A L2A L3A L4A L5/6A L7A L7/ L2C Figura 13 Attività soppressiva (%) dei compost verso Rhictonia solani e Sclerotinia minor Le analisi di determinazione della composizione molecolare dei compost (Figura 14) hanno evidenziato la prevalenza di molecole di origine vegetale derivanti da cellulosa, lignina cere e biopoliesteri vegetali (cutina e suberina). In particolare tutti i compost hanno mostrato un contenuto ottimale di polifenoli, di derivati della lignina e dei biopoliesteri (Tabella 4); queste molecole sono in diretta correlazione sia con l effetto pseudo-ormonale di biostimolazione verso l attività fisiologica delle colture agrarie, sia 17

18 con la stabilità biochimica dei compost e con il conseguente potenziale incremento della quantità e della stabilità del carbonio organico dei suoli (sequestro). Cellulosa Lignina + C-N Lignina Lipidi (cere e biopoliesteri) Figura 14 Esempio di caratterizzazione molecolare dei compost tramite spettroscopia NMR allo stato solido 18

19 Tabella 4 Pirolisi Gas Cromatografia Spettrometria di massa: principali componenti molecolari delle biomasse iniziali e dei compost finali (µg g-1) Componenti SSMP CMP CV t0 CV L1 t0 L1 Lignina Ad/Al G a Γ G a Ad/Al S a Γ S a Acidi grassi lineari C 12 -C Acidi grassi microbici C 15 -C Biopoliesteri C 16 -C Alcani C 17 -C Alcoli C 22 -C Steroli a Indici strutturali positivamente correlati allo stato di degradazione della lignina Tabella 4 (continua) Componenti L2 t0 L2 L3 t0 L3 L4 t0 L4 Lignina a Ad/Al G a Γ G a Ad/Al S a Γ S Acidi grassi lineari C 12 -C Acidi grassi microbici C 15 -C Biopoliesteri C 16 -C Alcani C 17 -C Alcoli C 22 -C Componenti a Indici strutturali positivamente correlati allo stato di degradazione della lignina Monitoraggio suoli Una metodologia innovativa è stata adottata nel progetto LIFE CarbOnFarm relativamente alla la valutazione delle proprietà e delle caratteristiche dei suoli. Tale tecnica denominata EMI (Elettro Magnetismo Indotto) consente di rilevare le caratteristiche fisiche di composizione del suolo (tessitura, struttura, aggregazione, porosità) e le proprietà idrologiche (contenuto idrico, capacità di campo) mediante misurazioni indirette in situ dei campi elettrici e magnetici senza interventi di rimozione di suolo e analisi di laboratorio (Tabella 5). Tale metodica è stata utilizzate nella definizione delle parcelle di fruttiferi dell azienda Idea Natura da utilizzare nelle prove progettuali (Figure 15, 16, 17). 19

20 Figura 15 Copertura delle misurazioni, mappe EMI e punti di campionamento su kiwi e pesco (Idea Natura). I colori sono relativi alla diversa conducibilità elettrica (rosso < > azzurro Tabella 5 Relazione tra valori EMI e proprietà dei suoli delle prove progettuali su kiwi EMI ms/m ph Kiwi System ECe Skeleton Coarse S Fine S µs/cm (%) (%) (%) Coarse L (%) Fine L Clay (%) (%)

21 Figura 16 Esempio di correlazione tra misure EMI e proprietà dei suoli Figura 17 Distribuzione dei valori di C, N e C/N su pesco in funzione dei punti di campionamento selezionati con le mappe EMI 21

22 Per quanto riguarda la sostanza organica dei suoli i risultati, nei primi due anni di attività di campo, indicano un incremento medio del contenuto di carbonio organico variabile tra 1.2 e 2.5 g C per kg suolo a seconda della tipologia di suolo e del tipo di ammendante organico (Figura 18). Tali valori estrapolati per un suolo di media tessitura (e.g. 40% sabbia, 35% limo, 25% argilla) con una densità di 1.4 g/cm3, corrispondono ad un aumento di circa 4/8 tonnellate di C/ha per uno strato arabile di 25 centimetri year Carbonio organico g kg- 1 Carbonio organico g kg TRAD Fe-P 0 N SSB SSA CMPB CMPA bulk < 0.25 Figura 18a Contenuto di Carbonio organico (suoli totali e aggregati) nelle prove progettuali dell azienda Tetto Frati (Trad: tradizionale; FeP: catalizzatore biomimetico; 0N no azoto; SSB, SSA: digestato solido; CMPA CMPB: compost da digestato solido) 2 year 2 year 0 TRAD 0 N SSB SSA CMPB CMPA bulk < 0.25 Figura 18b Contenuto di Carbonio organico (suoli totali e aggregati) nelle prove progettuali dell azienda Grandi (Trad: tradizionale; 0N no 22 azoto; SSB, SSA: digestato solido; CMPA CMPB: compost da digestato solido)

23 Le valutazioni della qualità e della composizione molecolare della sostanza organica, tramite pirolisi-cg-ms (Figure 19), indicano un incremento di componenti organici derivanti dai compost aggiunti ai suoli come lignina e idrossiacidi derivati delle suberina e della cutina (Tabelle 6, 7). Tali molecole sono le principali responsabili della stabilizzazione di lungo periodo della sostanza organica e del progressivo incremento del contenuto di carbonio organico (sequestro) 100 % % Lig Lig Lig Lig sterol Lig Lig Lig Lig Lig Lig sterol Tetto Frati Time Grandi % Time Lig Lig Lig Lig Lig sterol Figura 19 Caratterizzazioe della sostanza organica dei suoli mediante Pirolisi GC-MS: Lg Lignina, Acidi grassi, Biopoliesteri Castel Volturno Time 23

24 Lipidi Lignina Lipidi Lignina Tabella 6 Pirolisi-GC-ME: principali composti (µg g -1 ) ottenuti dal sito progettuale Grandi Compounds t0 Trad 0N SSB SSA CMPB CMPA 24 1 anno Acidi grassi C 12 C Microbici (%) Idrossi acidi C 16, C ω-idrossi acidi C 16 C Alcani C 25 C Alcoli C 16 -C Steroli Totale Guaiacil (Ad/Al) G a (Γ G ) b p-idrossifenil Siringil (Ad/Al) S b (Γ S ) b Totale anno Acidi grassi C 12 C Microbici (%) Idrossi acidi C 16, C ω-idrossi acidi Alcani (C C C 25 C ) Alcoli C 16 -C Steroli Totale Guaiacil (Ad/Al) G a (Γ G ) a p-idrossifenil Siringil (Ad/Al) S a (Γ S ) a Totale a Indici strutturali positivamente correlati allo stato di degradazione della lignina

25 Lipids Lignin Lipids Tabella 7 Pirolisi-GC-ME: principali composti (µg g -1 ) ottenuti dal sito progettuale Prima Luce Compounds t0 A B C D 1 year Acidi grassi C 12 C Microbici (%) Idrossi acidi C 16, C ω-idrossi acidi C 16 C Alcani C 25 C Alcoli C 16 -C Steroli Totale Guaiacil a (Ad/Al) G (Γ G ) b p-idrossifenil Siringil b (Ad/Al) S (Γ S ) b Totale anno Acidi grassi C 12 C Microbici (%) Idrossi acidi C 16, C ω-idrossi acidi C 16 C Alcani C 25 C Alcoli C 16 -C Steroli Totale Guaiacil a (Ad/Al) G (Γ G ) a p-idrossifenil Siringil a (Ad/Al) S (Γ S ) a Totale a Indici strutturali positivamente correlati allo stato di degradazione della lignina Lignin 25

26 Le analisi isotopiche al 13C confermano l effettiva incorporazione della sostanza organica derivante dal compost in tutte le frazioni di suolo dei diversi siti progettuali (Figure 20, 21). Le determinazioni basate sul contenuto di 13C dei suoli nei diversi trattamenti mostrano una buona coincidenza tra l effettiva quantità di sostanza organica derivante dai compost e dal biogestato determinato tramite metodi analitici, e gli apporti teorici, dimostrando la affidabilità della metodologia analitica CMPB CMPA goc/kg % 13C g13c/kg goc/kg % 13C g13c/kg bulk < 0.25 Figura 20 Tetto Frati: 13C-OC carbonio totale e derivato dal compost (% e assoluto g kg - 1 ) nei suoli totali e negli aggregati. Carbonio aggiunto: teorico CMPB 1000 kg ha -1 CMPA 2000 kg ha -1 calcolato CMPB 1012 kg ha -1 CMPA 2052 kg ha CMPB CMPA goc/kg % 13C g13c/kg goc/kg % 13C g13c/kg bulk < 0.25 Figura 21 Castel Volturno: 13C-OC carbonio totale e derivato dal compost (% e assoluto g kg -1 ) nei suoli totali e negli aggregati. Carbonio aggiunto: teorico CMPB 2250 kg ha -1 CMPA 4500 kg ha -1 calcolato CMPB 2268 kg ha -1 CMPA 4489 kg ha -1 26

27 Una ulteriore attività di monitoraggio importante per gli obiettivi del progetto è rappresentata dalla valutazione delle emissioni di gas serra (GHG) dai suoli e dalle matrici organiche utilizzate nelle prove progettuali. I compost da letame, il compost verde e il biodigestato solido sono stati valutati in una prova di laboratorio di 4 mesi di incubazione con due soli modello al fine di stimare la stabilità delle matrici organiche (Figure 22, 23). Figura 22 Emissioni di CO2 delle matrici organiche in due suoli modello Per entrambi i suoli utilizzati le emissioni di CO2 più alte (Figura 22) sono state rilevate per il biodigestato solido fresco non stabilizzato, mentre per le misure di N2O anche il biodigestato mostrava valori minori in confronto al fertilizzante minerale rappresentato dall urea (Figura 23). 27

28 Tutti i compost hanno mostrato una buona stabilità delle componenti organiche, confermando che la fase più labile della sostanza organica viene allontanata durante il processo di compostaggio e il compost maturo rappresenta un prodotto estremamente stabile, utile per incrementare la stabilità della sostanza organica dei suoli Figura 23 Emissioni di N2O delle matrici organiche in due suoli modello Le misurazioni effettuate in pieno campo (Figura 24) hanno confermato la stabilità della sostanza organica aggiunta con i compost. Nonostante l aumento del contenuto di carbonio, le misurazioni delle emissioni di gas serra non evidenziano differenze significative tra i suoli con aggiunta di materiale organico rispetto ai sistemi tradizionali né in presenza delle colture né su suolo nudo (Figura 25). 28

29 Figura 24 Camere di campionamento e sistema di rilevamento (foto acustico ) per la misurazione delle emissioni in pieno campo C-CO2 200 Kg ha Trad FeP CMPB CMPA Figura 25 Emissioni di CO2 dalle prove progettuali presso il sito di Castel Volturno ( 2015) Monitoraggio delle produzioni Il controllo delle rese e della qualità delle produzioni per i primi due anni di progetto ha rivelato differenza nelle risposte ai trattamenti in funzione delle diverse coltivazioni. In generale una minor produzione di mais da granella (Figura 26) si è riscontrata per i suoli ammendati con materiali organici in confronto al sistema di gestione tradizionale (fertilizzanti minerali) per le aziende dell Università di Torino (Tetto Frati) e Napoli (Castel Volturno), mentre minori variazioni tra i diversi trattamenti è stata trovata nelle concentrazioni di azoto e fosforo nella granella e nelle stato fisiologico delle piante (Tabella 8) Tale risposta è presumibilmente da attribuire alla minore e/o ritardata disponibilità di azoto durante il ciclo colturale del mais nei trattamenti con sostanza organica, nei quali tutto l azoto è fornito in unica soluzione durante le fasi di preparazione del suolo. La modifica sostanziale del sistema di gestione dei suoli comporta infatti una fase di transizione necessaria per il raggiungimento di un nuovo equilibrio eco sistemico 29

30 Figura 26 Produzione di mais nelle prove progettuali presso il sito di Tetto Frati Tabella 8 Valori dell indice NDVI (Normalizes Difference Vegetation Index) misurato su piante di mais nelle prove progettuali presso il sito di Tetto Frati MAIZE Treatment 20/06/ /06/ /05/ /06/ /06/ /06/ /07/2016* 0N 794,0 c 756,2 b 98,0 b 691,6 b 706,5 b 474,0 e 543,4 e CMPA 821,9 abc 837,8 a 129,1 a 742,1 ab 810,6 a 616,0 ab 647,6 b CMPB 830,6 ab 865,1 a 121,8 a 736,9 ab 787,1 a 545,5 d 613,1 cd PORF 824,4 abc 835,5 a 129,3 a 753,5 a 796,8 a 600,4 b 596,2 d SSMPA 803,8 bc 836,6 a 119,5 a 758,3 a 809,8 a 636,0 a 643,8 b SSMPB 807,8 bc 853,0 a 128,6 a 766,6 a 795,2 a 607,1 b 619,1 c TRAD 851,4 a 871,3 a 132,3 a 755,6 a 824,0 a 577,3 c 725,4 a La preliminare mineralizzazione dei materiali organici (compost e biodigestato solido) è il requisito necessario per il rilascio dell azoto organico; la prosecuzione dell apporto di materiali organici dovrebbe consentire a fine sperimentazione di raggiungere una nuova situazione di equilibrio dinamico tra degradazione della sostanza organica e esigenze nutrizionale della coltura, che consentirà di stabilizzare i cicli produttivi sulle mutate condizione di fertilità chimica e biologica. Una migliore risposta all aggiunta di compost è stata evidenziata nelle tre aziende commerciali sia per le colture ortive sia per i fruttiferi. Sistemi di gestione basati sull apporto periodico di diversi materiali organici, come concimi organo-minerali (Prima Luce), letame (Grandi) e inerbimento/sovescio (Idea Natura), vengono attuati in queste aziende da un periodo di circa dieci anni. E quindi ipotizzabile che in questo periodo si siano raggiunti nuovi equilibri nel sistema di interazione suolo-pianta basati sullo sviluppo di biomasse microbiche adattate all utilizzo dei materiali organici complessi. Questo potrebbe quindi aver facilitato la migliore e pronta risposta di questi suoli all utilizzo dei compost aggiunti nelle attività progettuali 30

31 Figura 27 Produzione di lattuga nelle prove progettuali presso l azienda Grandi Nell azienda Grandi nessuna differenza è stata notata nella produzione di Brassicaceae nei due anni di sperimentazione, mentre un incremento significativo è stato registrato per al secondo e terzo ciclo produttivo nelle rese della lattuga (Figura 27), senza variazioni nelle asportazioni di azoto e fosforo. Miglioramenti nella produzione totale o nei parametri commerciali sono stati riscontrati anche per le colture ortive fertilizzate con gli ammendamenti di compost verde nell azienda Prima Luce (Figure 28, 29). Figura 28 Produzione commerciale (t/ha) e peso medio (gr) delle piante di scarola nelle prove progettuali presso l azienda Prima Luce (A=0N; B=concime organominerale; C=compost verde 10 t/ha; D=compost verde 20 t/ha) 31

32 Figura 29 Indice vegetativo (SPAD),numero di frutti commercializzabili per pianta e produzione totale di zucca (t/ha) nelle prove progettuali presso l azienda Prima Luce (A=0N; B=concime organo-minerale; C=compost 32 verde 10 t/ha; D=compost verde 20 t/ha)

33 Le prove effettuate su fruttiferi (kiwi e pesco) nell azienda Idea Natura hanno evidenziato un sostanziale mantenimento o incrementi nelle rese. Un miglioramento significativo è stato riscontrato per i parametri qualitativi dei prodotti (e.g. contenuto in polifenoli, grado zuccherino, pezzatura media dei frutti etc.) già dopo il primo anno di tratttameno, suggerendo un azione di stimolazione fisiologica da parte delle componenti organiche aggiunte ai suoli con il compost verde prodotto nell impianto di compostaggio on farm di Prima Luce (Figura 30, Tabelle 9, 10, 11) Figure 30 Dati produttivi su kiwi e pesco ottenuti dalle prove progettuali presso l azienda Idea Natura K/P0: controllo; K/PA1: compost leggero 10 t ha -1 ; K/PA2: compost leggero 20 t ha -1 ; 33 K/PB1: compost pesante 10 t ha -1 ; KB2: compost pesante 20 t ha -1

34 Tabella 9 Parametri qualitativi su kiwi dopo 66 giorni di conservazione Fruit fresh weight Firmness Solid soluble content Total polyphenols Antioxidant activity (g fruit -1 ) (Kg cm -2 ) ( Brix) (mg 100 g -1 )* (mmol 100 g -1 )** K a 3.83 a b 53.2 bc 0.17 a KA b 3.55 a ab 55.8 abc 0.15 a KA a 3.38 a a 57.2 ab 0.18 a KB b 3.46 a a c 0.21 a KB a 3.34 a a 58.2 a 0.23 a Mean Tabella 10 Parametri qualitativi determinati su pesco alla raccolta Firmness Total soluble solids (TTS) Titrable acidity (TA) Mean total N Total N (kg cm -2 ) ( Brix) (% malic acid) (%) (Kg ha -1 ) PO 4.74 a 14.2 a a b b PA a 13.4 a a a a PA a 13.6 a a cd cd PB a 13.5 a a bc bc PB a 14.1 a a d d Mean Tabella 11 Parametri qualitativi determinati su pesco alla raccolta Colour Total polyphenols Lx (lightness) C (chroma) H (hue) (mg 100g -1 )* PO 53.6 a a 0.8 a 36.5 ab PA1 57 a a 0.9 a 34.1 ab PA a a 1 a 25 b PB a a 0.8 a 32.1 ab PB a 521 a 0.7 a 45.3 a Mean

35 Attività di diffusione e trasferimento Il primo obiettivo delle attività di divulgazione è rappresentato dal sito web del progetto LIFE CarbOnFarm, realizzato a Dicembre 2013: Il sito web riporta le informazioni su obiettivi e attività del progetto con l aggiornamento degli eventi, e dei risultati degli interventi. Nei primi due anni di attività sono stati realizzati i seguenti prodotti divulgativi: Roll-up di presentazione del progetto Roll-up con i risultati a metà progetto Prima brochure con la presentazione del progetto e dei partner Seconda brochure con i risultati dopo i primi due anni di attività Manuale sulle procedure di compostaggio aziendale Questi materiali sono disponibili alla pagina di Download del sito web: 2 video sull impianto e sul processo di compostaggio on-farm del progetto visualizzabili sui seguenti link: Nei primi due anni del progetto sono stati organizzati seminari, incontri divulgativi, visite aziendali press i vari siti progettuali e interventi in Convegni regionali, nazionali ed internazionali (Tabella 11). A Maggio 2016 si è svolta la Conferenza Intermedia del Progetto LIFE CarbOnFarm; il programma della giornata, i video e le diapositive degli li interventi sono pagina di Download del sito web: La realizzazione dell impianto di compostaggio on-farm presso l azienda Prima Luce e lo svolgimento degli interventi progettuali con il coinvolgimento di aziende pubbliche e commerciali ha consentito di raggiungere già a metà progetto alcuni obiettivi di trasferimento e ampliamento delle attività progettuali. Attualmente sono circa 10 le aziende agrarie che hanno chiesto di collaborare con i partner del progetto per lo sviluppo delle attività di compostaggio on farm; tre aziende della provincia di Salerno hanno già avviato, in collaborazione con UNIBAS, la realizzazione di impianti di compostaggio 35

36 Tabella 11 Eventi di divulgazione delle attività progettuali nei primi due anni di attività Type of events Date Location Attendance/Objective Action D3 Press Conferences and workshop/demonstration days Initial Press Conference 14 Workshops 4 Workshops Demonstratio n day 4 Demonstration day 24/02/2014 9/10/ /11/ /12/ /1/ /3/ /06/ /06/ /07/ /08/ /09/2015 7/7/ /11/ /12/2015 Napoli Centro Congressi Dept of University of Basilicata Visit of the on farm composting plant at Prima Luce Visit of the project sites of Castel Volturno Visit of the on farm composting plant at Prima Luce Number of participants: 105 Presentation of LIFE CarbOnFarm project Number of participants: 180 Seminars focusing on main project themes dedicated to Technician, Agronomist, Farmers Number of participants: 69 Seminars focusing on main project themes dedicated to Agronomist and Farmers Number of visitors: 54 Majors of Castel Volturno and Cancello Arnone; Director of Agricultural Dept; Rector of University of Napoli; Farmers; Technicians Number of visitors: 135 Agronomist Farmers; Technicians of Regione Basilicata Info day 03/11/2014 Info day 30/11/2014 Info days 7, 9, 12, 13, 14, 15, 16 October Visit of the Project site of Tetto Frati Visit of the Project site of Castel Volturno Visit of the on Fam Composting Number of students 84 Dedicated to students of Agricultural Department of University of Torino Number of students 26 Dedicated to students of Agricultural Department of University of Napoli Number of students 292 Dedicated to students of Higher School for 36

37 Info day 27/05/ plant of Prima Luce Regional park CEA Oasi Alento Agricultural Technicians/Agricultural Engineers Number of students: 95 Domestic composting techniques Visit to Prima Luce composting plant Demonstration to middle school students Info day 14/05/2015 Info day 6/9/2015 Info day 26/02/ Workshops from18/11/201 5 to 10/02/2016 University campus Visit of the Project site of Tetto Frati Istituto Agrario Solimene Lavello (PZ) Agricultural Dept of University of Napoli Number of students: 60 Domestic composting techniques Demonstration to middle school students within TREND-EXPO 2015 activities Number of students 90 Dedicated to University students of Agricultural Department of University of Torino Number of students: 85 Composting technologies-som Dedicated to students of Higher School for Agricultural Technicians/Agricultural Engineers Number of students: about 15 for each seminar Seminars dedicated to PhD students of Agricultural Dept of University of Napoli Mid term conference 26/27 May Potenza Aula Magna University of Basilicata Potenza Participants about 150 LIFE CarbOnFarm - Mid Term conference Presentation of intermediate results Round Table on biomass recycling: Agronomical, Environmental, Legislative issues 37