LA FERTIRRIGAZIONE CON ACQUA E LIQUAMI ZOOTECNICI

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1 Opuscolo C.R.P.A N. 4/2011 (spedito nel maggio 2011) ISSN C.R.P.A. NOTIZIE - C.so Garibaldi, 42 - REGGIO EMILIA - Periodico mensile - Autorizzazione del Tribunale di Reggio Emilia n. 387 del Proprietario: Giuseppe Veneri - Direttore responsabile: Adelfo Magnavacchi - Spedizione in A.P. 45% Art. 2 comma 20 / B.L. 662/96 Reggio Emilia - Tassa riscossa - Taxe Percu - Stampa: Tipolitografia Tecnograf Il bollettino CRPA notizie è pubblicato nell ambito dei programmi di diffusione dei risultati della ricerca della Regione Emilia-Romagna LA FERTIRRIGAZIONE CON ACQUA E LIQUAMI ZOOTECNICI Tra i principali obiettivi di sostenibilità ambientale, energetica ed economica dell agricoltura moderna troviamo il risparmio idrico e la riduzione dei consumi di concimi di sintesi. Si persegue inoltre il recupero di matrici che costituiscono scarti di diversi settori produttivi. Al soddisfacimento di questi obiettivi potrebbe contribuire in modo significativo la fertirrigazione con liquami zootecnici. Si tratta di abbinare l irrigazione con la distribuzione dei liquami o meglio delle loro frazioni chiarificate ottenute attraverso la separazione solido/liquido. Si possono così ottenere dei vantaggi significativi sia di ordine agronomico che ambientale ma anche economico. La normativa che disciplina l utilizzazione agronomica degli effluenti di allevamento (DM 7 aprile 2006) ammette in modo implicito la possibilità di miscelare i liquami alle acque di irrigazione. Di più, la fertirrigazione è presa in considerazione nell ambito della revisione del Protocollo di Göteborg tra le tecniche in grado di ridurre le emissioni ammoniacali in atmosfera nella fase di spandimento dei liquami. Questo opuscolo riprende alcuni elementi fondamentali da considerare ai fini dell utilizzo fertirriguo dei liquami. Le tecniche presentate sono state sperimentate e verificate su scala reale dal CRPA, nell ambito di progetti finanziati dalla Regione Emilia-Romagna. La fertirrigazione Le migliori tecniche disponibili Caratteristiche dei liquami da utilizzare Impianti pilota Limiti e possibilità dei sistemi fertirrigui Rispetto della normativa LA FERTIRRIGAZIONE La fertirrigazione è una tecnica che abbina l irrigazione e la concimazione. La sua importanza è in costante aumento, stante la necessità di tarare in modo sempre più preciso gli apporti irrigui e fertilizzanti e i buoni risultati produttivi che si possono ottenere. La fertirrigazione permette di frazionare gli apporti di nutrienti sulle colture in fase di crescita attiva e di rendere omogenea la loro distribuzione in campo. Così è possibile elevare al massimo le capacità produttive delle coltivazioni, anche in termini qualitativi, se si dosano con attenzione l acqua e i nutrienti basandosi sui bilanci idrici per la prima e le curve di assorbimento per i secondi. UTILIZZO DEI LIQUAMI La fertirrigazione può essere realizzata, oltre che con l aggiunta di concimi chimici, anche con l addizione controllata alle acque irrigue di quote più o meno elevate di effluenti di allevamento. Il rapporto di miscelazione può essere regolato attraverso appositi sistemi e può risultare necessaria la filtrazione della miscela ottenuta, in relazione al tipo di impianto irriguo e alle caratteristiche della miscela acqua-liquame. Di rilievo i vantaggi del sistema: miscelando all acqua di irrigazione i liquami oppure le frazioni chiarificate che se ne possono ricavare, si ottiene una penetrazione più rapida nel terreno, per la maggiore fluidità della miscela risultante e per il permanere di una buona infiltrabilità nel suolo che, invece, nel caso di liquami tal quali, si riduce rapidamente per l occlusione dei pori conseguente alla deposizione delle frazioni solide sospese e alla formazione di croste sulla superficie trattata; nel contempo, l abbassamento del tenore ammoniacale dovuto alla diluizione con acqua irrigua limita sensibilmente il potenziale emissivo dell azoto in atmosfera, riducendo l impatto negativo dell utilizzo agronomico dei liquami; l aumento della velocità di infiltrazione, inoltre, favorisce l apporto di azoto prontamente assimilabile a livello dell apparato radicale delle colture fertirrigate. L effetto complessivo è un incremento dell efficienza dell azoto e, quindi, una diminuzione dei rilasci di questo elemento nell aria e nelle acque superficiali e di falda. L azoto che si distribuisce con i liquami zootecnici è prevalentemente sotto forma ammoniacale e organica, mentre la quota nitrica, più utile ai fini della nutrizione vegetale, è praticamente nulla ma il processo di nitrificazione risulta favorito dalle condizioni di umidità e temperatura che si instaurano nel terreno a seguito degli apporti fertirrigui. Anche il rischio sanitario per la diffusione di eventuali microrganismi patogeni è molto contenuto se lo spargimento avviene in assenza di infezioni del parco animali soggette a denuncia; resta comunque il rischio di contaminazione fecale per la residua carica batterica (Escherichia coli e coliformi totali), minore se si utilizzano frazioni di liquami sottoposte a separazione dei solidi e stabilizzate per lunga permanenza negli stoccaggi o per digestione anaerobica o per aerazione in appositi reattori, specie se a loro volta ulteriormente diluite. È buona norma in ogni caso limitare questo tipo di applicazione alle prime fasi di sviluppo vegetativo delle colture (nel caso del mais, ad esempio, in pre-fioritura) onde evitare possibili contaminazioni dei prodotti raccolti. Va inoltre tenuto in considerazione il grado di salinità della miscela che si distribuisce, che potrebbe favorire la selezione di alcune specie vegetali a scapito di altre (ad esempio le graminacee rispetto alle leguminose nei prati polifiti) oppure, nel lungo periodo, influenzare la salinità del terreno. Riguardo all economia dell uso in fertirrigazione di miscele di acqua e liquami, va evidenziato il beneficio derivante sia dalla riduzione dei costi di trasporto degli effluenti con carrobotte che dalla diminuzione dei costi per l acquisto dei fertilizzanti di sintesi, il cui utilizzo può essere ridotto o annullato potendo operare in copertura con i nutrienti di origine zootecnica. 1

2 LE MIGLIORI TECNICHE DISPONIBILI La fertirrigazione è da considerare tra le migliori tecniche disponibili per la distribuzione dei liquami quando praticata con sistema a pioggia a bassa pressione (ali piovane e pivot) oppure con microirrigazione. Qualche problema si ha invece con la fertirrigazione per scorrimento o per infiltrazione da solco laterale, con sversamento del liquame nel canale adacquatore; ciò per l elevato rischio di disomogeneità di applicazione dell azoto e il suo possibile trasporto al di sotto dell orizzonte di suolo esplorato dalle radici. I lanci in pressione da macroirrigatori semoventi (i cosiddetti «gettoni»), invece, sono oggetto di divieto nei regolamenti di igiene di molti comuni. FERTIRRIGAZIONE A PIOGGIA A BASSA PRESSIONE La miscela di acque irrigue e liquami viene aspersa sulle coltivazioni con appositi sistemi meccanici quali i pivot o le ali piovane, queste ultime dette pure barre irrigatrici, che permettono anche importanti risparmi energetici non essendo richieste elevate pressioni in uscita dall impianto. Tali sistemi, se dotati di opportune calate, permettono di indirizzare i getti d acqua vicino al terreno, riducendo la formazione di aerosol e la bagnatura delle piante e quindi la perdita di acqua per evaporazione ed eventuali rischi di contaminazione. I sistemi pivot sono utilizzabili in aziende che dispongono di appezzamenti accorpati e di dimensioni sufficientemente ampie. Le ali piovane, sostenute da un carrello semovente, possono essere trainate da rotolone ed essere dotate di ugelli oppure calate flessibili. La loro adozione su vasta scala presuppone un ulteriore messa a punto rispetto alle attrezzature ad oggi disponibili: in primo luogo sarebbe necessario sviluppare carrelli che possano muoversi agevolmente a scavalco delle file coltivate, senza calpestarne alcuna. Il CRPA ha sviluppato e utilizzato su prato un sistema per l iniezione controllata dei liquami in una linea irrigua con rotolone e ala piovana trainata (vedi schede impianti pilota). MICROIRRIGAZIONE CON ALI GOCCIOLANTI Una miscela di acque irrigue e frazione chiarificata di liquami, sottoposta a opportuna filtrazione, può essere distribuita con ali gocciolanti posizionate nelle interfile delle coltivazioni. Tale tecnica è già stata sperimentata dal CRPA su mais, utilizzando sia liquami suini che bovini in entrambe i casi sottoposti a digestione anaerobica e separazione solido/liquido (vedi schede impianti pilota). Il contenuto di solidi presente nella miscela acqua-liquami, valore dal quale dipende il dimensionamento dei filtri, è il valore cardine per la funzionalità del sistema; la sua mancata valutazione potrebbe avere come conseguenza la compromissione dell efficienza del sistema irriguo, anche a breve termine. In generale l elevato contenuto di solidi delle miscele di acqua e liquami chiarificati comporta un dimensionamento delle stazioni di filtraggio superiore a quanto tradizionalmente utilizzato nei sistemi irrigui alimentati da altre tipologie di acque. Va specificato inoltre che la matrice organica, se non opportunamente filtrata e trattata, può portare ad occlusione da mucillagine batterica all interno delle linee erogatrici nell intervallo tra due interventi e anche il filtro può venire parzialmente occluso o possono crearsi vie preferenziali se il controlavaggio non viene effettuato in maniera conforme. Al fine di contenere il rischio di formazione di mucillagini è possibile ricorrere alla disinfezione dei filtri al termine di ogni intervento di fertirrigazione, ad esempio con soluzione diluita (circa 20 mg/l) di ipoclorito di sodio da controlavare prima di riattivare il sistema. Il limite legato alla filtrazione dovrebbe essere superato facendo uso di tecnologie di più larga scala, da applicare già a livello di stoccaggi aziendali. Successivamente il liquame chiarificato potrebbe venire immesso nella rete irrigua aziendale ove sistemi automatici possono provvedere a mantenere il contenuto di solidi sospesi all interno della miscela costante e minore di mg/l, considerabile come soglia di assoluta sicurezza. CARATTERISTICHE DEI LIQUAMI DA UTILIZZARE L utilizzo dei liquami in fertirrigazione con le tecniche consigliate, a pioggia a bassa pressione e microirrigazione, presuppone almeno il trattamento di separazione solido/liquido. In fertirrigazione, infatti, è opportuno utilizzare le frazioni chiarificate alleggerite del carico di solidi, al fine di ridurre i rischi di occlusione delle attrezzature. FRAZIONI CHIARIFICATE La separazione solido/liquido dei liquami zootecnici è una tecnica piuttosto diffusa negli allevamenti perché offre indubbi vantaggi di ordine gestionale ed agronomico. Con la separazione è possibile ottenere una frazione ispessita, di consistenza pastosa o palabile, e una parte liquida chiarificata destinabile alla fertirrigazione. Come avviene per il liquame tal quale, entrambe le frazioni devono essere sottoposte al periodo di stoccaggio richiesto per legge, durante il quale avvengono processi utili ai fini della fertirrigazione, come la stabilizzazione e l eventuale ulteriore separazione per sedimentazione di particelle solide. Le frazioni chiarificate dei liquami ai fini fertirrigui offrono diversi vantaggi: il convogliamento mediante tubazioni è più agevole e richiede consumi energetici ridotti; grazie alla riduzione del contenuto di N e P si possono distribuire sui terreni volumi superiori rispetto al liquame tal quale; la distribuzione in copertura risulta particolarmente efficace perché l azoto è prevalentemente sotto forma ammoniacale e quindi prontamente assimilabile e l imbrattamento fogliare è ridotto. Attrezzature idonee alla separazione dei solidi grossolani dai liquami sono i vagli (rotativi, statici, vibrovagli), il separatore a compressione elicoidale e quello cilindrico rotante. Una separazione più spinta a carico dei solidi sia grossolani sia fini può essere effettuata mediante flottatori, centrifughe e nastropresse oppure per gravità utilizzando sedimentatori. Per la fertirrigazione a pioggia a bassa pressione può essere sufficiente la separazione dei solidi grossolani mentre la microirrigazione non può prescindere dalla separazione anche dei solidi più fini, da rimuovere con l utilizzo di appositi filtri dopo la miscelazione dei liquami con l acqua di irrigazione. In questo ultimo caso però i filtri dovranno essere periodicamente ripuliti attraverso i cosiddetti controlavaggi, cioè dei flussi di acqua in pressione che vengono fatti circolare nei filtri in senso contrario a quello normale che sia ha nel corso della fertirrigazione. Le acque di controlavaggio, che contengono i solidi fini trattenuti dai filtri, dovrebbero essere indirizzate ad un contenitore di stoccaggio di liquami, possibilmente non quello di prelievo per la fertirrigazione. 2

3 IMPIANTI PILOTA PER LA MICROIRRIGAZIONE CON ALI GOCCIOLANTI CON LIQUAME SUINO L impianto è stato sviluppato e utilizzato nel 2005 presso l azienda Campo Bo di Montechiarugolo (PR). Il CRPA ne ha monitorato il funzionamento. Schema dell impianto Controlavaggio Gruppo filtrante Valvola con riduttore pressione Linea acqua Trattore Linea liquame Pompa Ali gocciolanti Componenti dell impianto Stoccaggio per il contenimento del liquame chiarificato; pompa collegata a giunto cardanico per l iniezione del liquame nella linea di irrigazione; sistema a botte pressurizzata per la miscelazione di acqua e liquame; gruppo filtrante a dischi con controlavaggio automatico; valvola da 1 1/2 con riduttore di pressione; condotta in Lay Flat da 3 ; ali gocciolanti (manichette monouso passo 30 cm, portata erogatore 1,14 l/ora). Superficie fertirrigata La supeficie fertirrigata è stata pari a 3 settori da m 2 ciascuno, fertirrigati uno alla volta. Materiali distribuiti Acqua e liquami suini digeriti e chiarificati (per sedimentazione), con rapporto di miscelazione acqua:liquami di circa 3:1. La portata della linea fertirrigua era di circa 300 l/min. Caratteristiche chimiche dei materiali utilizzati negli interventi di fertirrigazione con ali gocciolanti (valori medi) Parametro Unità di misura Liquami suini digeriti e chiarificati Acque di irrigazione Miscela acque e liquami ph - 8,2 7,6 8,2 Conducibilità ms/cm 20,6 0,4 6,4 Sostanza secca % 0,95-0,31 Solidi sospesi totali g/l 1,4 0,08 0,27 Azoto totale mg/kg tq Azoto ammoniacale mg/kg tq ,3 540 Nitrati mg/kg tq Fosforo totale mg/kg tq 98 0,8 40 Potassio totale mg/kg tq ,

4 CON LIQUAME BOVINO L impianto è stato sviluppato e utilizzato nel 2010 presso l azienda sperimentale Vittorio Tadini di Gariga di Podenzano (PC), da CRPA con la collaborazione della ditta Toro Ag Irrigation. Sistema per lo stoccaggio temporaneo a piè di campo dei liquami (in secondo piano) e per la filtrazione della miscela acqua/liquami (in primo piano) Distribuzione della miscela acqua/liquami, dopo filtrazione, in manichetta nelle interfile del mais Componenti dell impianto Stoccaggio per il contenimento del liquame chiarificato; pompa con gruppo di regolazione per l iniezione del liquame nella linea di irrigazione; filtri a sabbia con controlavaggio automatico (corpo diametro 500 mm riempito con 100 kg di sabbia 0,7-1,2 mm, superficie filtrante 0,2 m 2 ); filtro a dischi XD mesh; valvola da 1 1/2 con riduttore di pressione; condotta in Lay Flat da 3 ; ali gocciolanti (manichette in tape Aquatraxx 508 passo 30 cm, portata erogatore 1,14 l/ora). Superficie fertirrigata La superficie fertirrigata è stata pari a m 2. Materiali distribuiti Acqua e liquami bovini digeriti e chiarificati, con rapporto di miscelazione acqua:liquame di circa 10:1. La portata della linea irrigua era di circa 250 l/min, quella della pompa per liquami è stata regolata tra 20 e 30 l/min. Caratteristiche chimiche dei materiali utilizzati negli interventi di fertirrigazione con ali gocciolanti (valori medi) Parametro Unità di misura Liquami bovini digeriti e chiarificati Acque di irrigazione Miscela acque e liquami ph - 7,9 7,9 7,9 Conducibilità ms/cm 13,3 0,9 2,2 Sostanza secca % 1,35-0,19 Solidi sospesi totali g/l 6,7 0,01 0,7 Azoto totale mg/kg tq Azoto ammoniacale mg/kg tq 992 0,7 96 Nitrati mg/kg tq - 1,1 0,6 Fosforo totale mg/kg tq 150 <0,01 12 Potassio totale mg/kg tq Liquami suini e bovini a confronto Le caratteristiche fisiche e chimiche dei liquami bovini differiscono da quelle dei liquami suini, per cui risulta più complesso ottenere una frazione chiarificata da utilizzare in microirrigazione quando si hanno a disposizione i liquami bovini. Le differenza che si riscontrano dipendono dalla specie allevata, dal tipo di alimentazione e digestione (monogastrico il suino, ruminante il bovino), dalla modalità di stabulazione e di asportazione delle deiezioni e dai consumi di acqua. Generalmente il contenuto di sostanza secca è maggiore nel liquame bovino rispetto al liquame suino e per questo, nonostante le efficienze ottenibili nella rimozione della sostanza secca possano risultare più elevate, le frazioni chiarificate da liquami bovini mantengono un tenore più elevato di solidi e questo ne penalizza l utilizzo in fertirrigazione (in particolare in microirrigazione). Se si aggiunge che le concentrazioni di azoto nelle frazioni chiarificate dei liquami bovini risultano generalmente inferiori a quelle delle frazioni chiarificate dei liquami suini, è evidente la maggiore convenienza che si ha ad utilizzare in microirrigazione queste ultime. 4

5 IMPIANTO PILOTA PER LA FERTIRRIGAZIONE A PIOGGIA A BASSA PRESSIONE Per verificare gli effetti della fertirrigazione a pioggia a bassa pressione, un impianto pilota è stato sviluppato e utilizzato dal CRPA nel 2010 presso l azienda agricola Cotti Luca e Silvio di Pilastro di Langhirano (PR), in collaborazione con la ditta Agrimotor di Felino (PR). Schema dell impianto Rotolone Ala piovana Linea acqua Trattore Linea liquame Pompa Filtro di sicurezza per liquame Componenti dell impianto Stoccaggio per il contenimento del liquame chiarificato; filtro di sicurezza per trattenere materiale grossolano (costituito dalla sola cartuccia metallica di sostegno per filtri a rete da 4, con fori delle dimensioni di 3 mm); pompa a membrana collegata a giunto cardanico con gruppo di regolazione per l iniezione del liquame nella linea di irrigazione (portata massima 120 l/min, pressione massima 20 bar); rotolone con tubo diametro 90 mm; ala piovana di 26 m di larghezza con ugelli da 8 mm (27 l/min a 2 bar sull ala). Materiali distribuiti Acqua e liquami bovini digeriti e chiarificati (separatore a rulli e sedimentazione), con rapporto di miscelazione acqua:liquami di circa 10:1. La portata della linea irrigua era di circa 600 l/min, quella della pompa a membrana per liquami è stata regolata attorno a 60 l/min. Caratteristiche chimiche dei materiali utilizzati negli interventi di fertirrigazione a pioggia a bassa pressione (valori medi) Parametro Unità di misura Liquami bovini digeriti e chiarificati Acque di irrigazione Miscela acque e liquami ph - 8,1 7,5 7,9 Conducibilità ms/cm 17,7-3,05 Sostanza secca % 3,1-0,3 Azoto totale mg/kg tq Azoto ammoniacale mg/kg tq ,1 165 Nitrati mg/kg tq - 59,8 54,8 Fosforo totale mg/kg tq 358 0,02 31 Potassio totale mg/kg tq

6 LIMITI E POSSIBILITÀ DEI SISTEMI FERTIRRIGUI Le esperienze di monitoraggio di impianti pilota che sono state condotte hanno permesso di ricavare dei parametri di dimensionamento e funzionamento dei sistemi fertirrigui con liquami zootecnici. La seguente tabella mette a confronto le principali limitazioni e le performance ottenibili con diversi impianti e miscele di acqua/ liquame. Tecnica Liquami Limitazioni Apporti di azoto Pioggia a bassa pressione Bovini o suini dopo separazione dei solidi grossolani Solidi grossolani che possono occludere ugelli e intasare sistemi di distribuzione Sino a kg/ha/ora Suini dopo separazione dei solidi grossolani e fini Solidi sospesi che possono occludere i filtri. Si consiglia diluizione liquami:acqua di almeno 1:3 Sino a 20 kg/ha/ora Microirrigazione Bovini dopo separazione dei solidi grossolani e fini Solidi sospesi che possono occludere i filtri. Si consiglia diluizione liquami:acqua di almeno 1:10 e concentrazioni di solidi sospesi nel liquame inferiori a 8 g/l Sino a 5 kg/ha/ora Per le tecniche di separazione solido/liquido utilizzabili con liquami bovini oppure suini si faccia riferimento all opuscolo CRPA 6.11 N. 10/2001 su La separazione dei solidi nei liquami zootecnici. RISPETTO DELLA NORMATIVA Il Decreto Ministeriale 7 aprile 2006 su Criteri e norme tecniche generali per la disciplina regionale dell utilizzazione agronomica degli effluenti di allevamento, di cui all articolo 38 del decreto legislativo 11 maggio 1999, n. 152, all articolo 2 definisce la fertirrigazione come l applicazione al suolo effettuata mediante l abbinamento dell adacquamento con la fertilizzazione, attraverso l addizione controllata alle acque irrigue di quote di liquame. Quindi ammette implicitamente la possibilità di miscelare i liquami alle acque di irrigazione. Anche nell utilizzo fertirriguo dei liquami devono però essere rispettati i criteri generali e i divieti di utilizzazione dei liquami specificati agli articoli 3 e 5 del decreto e le modalità di utilizzazione agronomica di cui agli articoli 9 e 10 e al Titolo V su utilizzazione agronomica in zone vulnerabili da nitrati. L efficienza dell azoto da liquami in funzione delle colture, delle modalità ed epoche di distribuzione, come specificata in tabella 1 dell Allegato V su comunicazione e piano di utilizzazione agronomica, per la fertirrigazione viene definita media. A livello europeo le tecniche di fertirrigazione sono anche prese in considerazione nell ambito della revisione del Protocollo di Göteborg, tra le tecniche consolidate (Category 1) in grado di ridurre le emissioni ammoniacali in atmosfera nella fase di spandimento dei liquami (rif. Draft guidance document for preventing and abating ammonia emissions from agricultural sources). L utilizzo di tali tecniche di riduzione potrà in futuro essere reso obbligatorio per tutte le aziende zootecniche di una certa dimensione. Già oggi in alcune Autorizzazioni Integrate Ambientali (AIA) rilasciate alle aziende sopra soglia IPPC queste tecniche vengono prescritte al fine di conseguire livelli di abbattimento delle emissioni ammoniacali, che non potrebbero invece essere raggiunti con interventi sulla stabulazione e sugli stoccaggi, dati gli oneri insostenibili che tali interventi comportano. C.R.P.A. notizie Direttore Responsabile Adelfo Magnavacchi. Testi e realizzazione grafica di Paolo Mantovi, Giuseppe Bonazzi. Revisione testi di Magda C. Schiff. Stampa Tecnograf - Reggio Emilia. Ogni riproduzione, integrale o parziale, deve essere autorizzata dal CRPA 6