LIFE Achieving good water QUality status in intensive Animal production areas.

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1 LIFE Achieving good water QUality status in intensive Animal production areas. Action 4: Transfer of manure solid fractions to agricultural areas with low livestock pressure Deliverable 7: Final report on agronomic activities INDICE Activity 2. analysis of the efficiency of solid-liquid separation plants...2 Descrizione delle macchine utilizzate per la separazione solido-liquido il separatore a compressione elicoidale il separatore a rulli contrapposti...3 Algoritmo per la determinazione delle efficienze di separazione...5 Le prove di separazione solido-liquido dei liquami...6 1) Separazione di liquami bovini da latte con separatore a compressione elicoidale...6 2) Separazione di liquami bovini da latte con separatore a rulli contrapposti...8 3) Separazione di liquami suini con separatore a compressione elicoidale...9 4) Separazione di liquami suini tal quali e codigeriti con insilati, con separatore a rulli contrapposti...11 Le prove di stabilizzazione delle frazioni solide dei liquami ) Frazione solida di liquami bovini da latte ottenuta con separatore a compressione elicoidale.13 2) Frazione solida di liquami suini ottenuta con separatore a compressione elicoidale ) Frazione solida di liquami suini codigeriti ottenuta con separatore a rulli contrapposti...15 Activity 3. Checking the agronomic and environmental effects of the solid fraction use...19 Prova agronomica in Lombardia...20 Prova agronomica in Piemonte...27 Prova agronomica in Emilia-Romagna...31 Sintesi delle prove agronomiche...40 Conclusioni...50 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.1

2 Activity 2. analysis of the efficiency of solid-liquid separation plants Nel corso del progetto l'efficienza del processo di separazione solido-liquido dei liquami zootecnici è stata verificata in diverse situazioni, come riportato nella tabella seguente che riepiloga tutte le prove condotte (nel corso del primo e secondo anno del progetto). Tabella 1 Riepilogo delle prove di separazione solido-liquido effettuate Liquame di bovini da latte Liquame suino Separatore a compressione elicoidale - Azienda Pinotti, liquame da cuccette con segatura (1 a annualità) - Azienda Zambelli, liquame fresco tal quale (1 a annualità) - Azienda Mori liquame da cuccette con paglia (2 a annualità) Separatore a rulli contrapposti - Azienda Mori liquame da cuccette con paglia (2 a annualità) - Azienda Biopig*, liquame codigerito con insilato di mais (2 a annualità) * Azienda Biopig non è azienda dimostrativa del progetto AQUA Nel corso delle prove sono state modificate le condizioni operative delle macchine per la separazione, come di seguito viene specificato per ognuna delle prove. Descrizione delle macchine utilizzate per la separazione solido-liquido Le due tipologie di macchine utilizzate per le prove di separazione solido-liquido (a compressione elicoidale e a rulli contrapposti) sono state scelte per la buona adattabilità che hanno dimostrato in diverse condizioni operative. Si tratta di macchine di livello medio, sia come prestazioni che come costi; questo è il motivo principale che ne ha favorito una elevata diffusione negli allevamenti zootecnici sia bovini che suini. - il separatore a compressione elicoidale In questa tipologia di separatore il liquame viene compresso da una vite senza fine entro un vaglio o filtro cilindrico, costituito da barre di acciaio: la frazione liquida passa attraverso le fessure del filtro mentre quella solida viene pressata dalla vite contro un regolatore di portata, da tarare sulla base delle caratteristiche qualitative del liquame. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.2

3 La macchina utilizzata dalla Fondazione CRPA nelle prove condotte sia sui liquami bovini che suini è stata messa a disposizione dalla ditta costruttrice CRI-MAN di Correggio (RE). Si tratta del modello serie SM 260, con motore trifase 50Hz e alimentazione 400 V, potenza del motore di 4 kw e assorbimento 9,7 A (400V). La vite senza fine compie 33 giri/minuto e il sistema di pressatura della frazione solida in uscita è costituito da ganasce di compressione la cui resistenza è dovuta ad una molla che può essere regolata attraverso una manopola. - il separatore a rulli contrapposti Questa tipologia di separatore è caratterizzata da un sistema meccanico costituito da un vaglio cilindrico rotante e due rulli pressori in gomma. La separazione avviene facendo passare in continuo il liquame attraverso la maglie del cilindro rotante. I due rulli pressori provvedono a comprimere, con forza regolabile, il liquame in ingresso e contribuiscono a disidratare ulteriormente la frazione solida che non ha attraversato le fessure del vaglio cilindrico. Quest ultima viene poi rimossa con l'aiuto di una lama fissa che sfiora la superficie laterale del cilindro. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.3

4 Di seguito sono riportate le principali caratteristiche tecniche del separatore utilizzato nelle prove seguite da IPLA-Università di Torino (DEIAFA) presso l azienda BIOPIG S.S. di Bra (CN). Si tratta del separatore a rulli contrapposti ROTA mod. SEP 97 installato presso l allevamento con impianto di biogas. Lunghezza (mm): 2000 Larghezza (mm): 1800 Altezza (mm): 1700 Peso (t): 1,2 Potenza installata (kw): 1,5 Portata idraulica massima (m 3 /h): 65 Dimensione delle maglie del vaglio (mm): 2,5 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.4

5 Algoritmo per la determinazione delle efficienze di separazione Per determinare i coefficienti di efficienza di separazione è stato utilizzato il metodo del bilancio di massa. Nei trattamenti di separazione esiste una e una sola condizione tale per cui, supposto che le perdite di sistema siano nulle, la somma dei prodotti delle quantità di ogni frazione ottenuta per la concentrazione dell'elemento indagato è pari alla rispettiva quantità trattata. Il parametro più comunemente indagato per le prove di separazione solido-liquido e anche più facilmente analizzabile è il contenuto di solidi totali. Impostando l'equazione di bilancio per i solidi totali Q tq [ ST tq ] = Q fl [ ST fl ] + Q ss [ ST dove Q tq = quantità di effluente trattato ST tq = concentrazione di sostanza secca di Q tq Q fl = quantità di frazione chiarificata ottenuta ST fl = concentrazione di sostanza secca di Q fl Q ss = quantità di frazione solida separata ottenuta ST ss = concentrazione di sostanza secca di Q ss si dimostra che ss ] Q e fl Qtq ( STtq ST = ( ST ST ) fl ss ss ) Q ss = Q tq Q fl una volta definita la quantità di frazione chiarificata e solida separata ottenuta sulla base del bilancio dei solidi totali, è possibile calcolare l'errore della prova: Q E = fl [ ST Q fl tq ] + Q [ ST ss tq [ ST ] ss ] Allo stesso modo è possibile calcolare le efficienze di separazione e gli errori degli altri parametri (SV, N, P,...). Durante le prove sono stati prelevati campioni in contemporanea dal tubo di troppo pieno del liquame tal quale, dal tubo di scarico della frazione chiarificata e dalla bocca di scarico della frazione solida. Sono stati effettuati campioni di effluenti sui quali sono state determinate le concentrazioni di sostanza secca o solidi totali (ST), solidi volatili (SV), azoto totale (NTK), azoto ammoniacale (N-NH 4 + ) e fosforo (P). DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.5

6 Le prove di separazione solido-liquido dei liquami Le prove di separazione sono state rendicontate in modo completo nei primi due Report on agronomic activity (1 st year and 2 nd year). Di seguito si riassumono i principali risultati ottenuti. 1) Separazione di liquami bovini da latte con separatore a compressione elicoidale Nel corso del primo anno le prove sono state condotte presso l'azienda dimostrativa Pinotti Luigi e Alberto a Pizzighettone (CR), operando su liquami di vacche da latte stabulate su cuccette con impiego di segatura come lettiera, opportunamente miscelati in vasca con ventolone azionato da trattrice. Le condizioni di settaggio della macchina separatrice sono state modificate facendo uso di tre diversi filtri (a maglie di 0,5 mm, 0,75 mm e 1,00 mm); per il filtro a maglie fini (0,5 mm) e per quello a maglie più larghe (1,0 mm) si è lavorato a tre diversi livelli di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. Nel corso del secondo anno le prove sono state condotte presso l'azienda dimostrativa Mori Carlo a Gattatico (RE), operando sui liquami delle vacche da latte stabulate su cuccette con impiego di paglia come lettiera, opportunamente miscelati in vasca con ventolone azionato da trattrice. Si sono confrontati gli effetti dovuti a due diversi livelli di diluizione dei liquami in ingresso alla macchina: - liquami tal quali piuttosto concentrati (tenore di solidi totali >10%, azoto totale > 4 ); - gli stessi liquami ma diluiti con acqua (a raggiungere un tenore di solidi totali di poco superiore a 8%, azoto totale > 3 ). In entrambe le situazioni le condizioni di settaggio della macchina separatrice sono state modificate facendo uso di due diversi filtri (a maglie di 0,5 mm e 1,00 mm) e si è lavorato a due diversi livelli di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. Inoltre si è operato con filtro a 0,75 mm confrontando il filtro di lunghezza standard con un filtro allungato, che permette di ottenere una frazione solida a più elevata concentrazione di sostanza secca. Risultati delle prove Nelle prove condotte presso l Azienda Pinotti è stato trattato un volume di liquame variabile tra i 17 ed i 24 m 3 /ora a seconda del filtro utilizzato e del livello di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. I quantitativi maggiori sono stati raggiunti con il filtro a maglie più larghe (1,00 mm) ed il livello di tensione della molla lento, viceversa i quantitativi minori di liquame trattato corrispondono a filtro a maglie strette (0,50 mm) e molla tesa o tirata. Il livello lento di tensione della molla permette di ottenere un quantitativo significativamente superiore di frazione solida separata ma con tenore di umidità decisamente superiore, per cui complessivamente le efficienze di separazione in termini di sostanza secca si discostano di meno. I liquami in ingresso al trattamento erano caratterizzati da un tenore di sostanza secca variabile tra 67 e 76 g/kg; il rapporto percentuale di solidi volatili sui solidi totali è risultato sempre molto vicino all'85%; il tenore di azoto totale è risultato variabile tra 2700 e 2900 mg/kg mentre il rapporto percentuale di azoto ammoniacale sul totale è risultato del 43-49%; il tenore di fosforo nei liquami trattati è risultato significativamente diverso tra le due date di prova, variabile tra 340 e 355 mg/kg il primo giorno (con rapporto N/P 2 O 5 > 3,5) e tra 425 e 445 mg/kg il secondo giorno (con rapporto N/P 2 O 5 <3). Si ritiene che tali variazioni di composizione tra le due date rientrino nel normale range di variabilità delle caratteristiche di questa tipologia di liquami. In tutte le condizioni di prova il trattamento di separazione ha permesso di ottenere dei liquami chiarificati con sostanza secca variabile tra 33 e 36 g/kg, concentrazione praticamente dimezzata DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.6

7 rispetto a quella dei liquami avviati al trattamento. Il livello di azoto totale espresso sul tal quale nelle frazioni chiarificate si discosta di poco da quello dei liquami tal quali mentre si rileva un leggero incremento della percentuale dell'azoto totale sottoforma di azoto ammoniacale, che risulta del 48-54%. Anche il livello di fosforo totale espresso sul tal quale nelle frazioni chiarificate si discosta di poco da quello dei liquami tal quali. Le caratteristiche delle frazioni solide e le efficienze di separazione dei solidi e dei nutrienti in queste sono dipese in modo evidente dalle condizioni di settaggio della macchina. Con molla tesa, vale a dire con chiusura piuttosto stretta delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore, si sono ottenute frazioni solide con un livello di sostanza secca di circa 220 g/kg ed efficienze di separazione in peso e dei solidi rispettivamente del 18-19% e del 58-60% mentre con molla lenta si è scesi sino a 160 g/kg con efficienze in peso e dei solidi che hanno raggiunto anche il 28% ed il 65% ove i livelli di sostanza secca dei liquami trattati erano superiori. Anche i livelli di efficienza dei due nutrienti sono dipesi più dal livello di tensione della molla che dal filtro utilizzato: la separazione dell'azoto è variata dal 24-25% nel caso di molla tesa sino al 31-32% nel caso di molla lenta mentre quella del fosforo sale dal 17-21% nel caso di molla tesa sino al 28% circa nel caso di molla lenta. Nelle prove condotte presso l Azienda Mori è stato trattato un volume di liquame variabile tra i 12 ed i 14 m 3 /ora nel caso del liquame tal quale concentrato e tra i 15,5 ed i 17 m 3 /ora nel caso del liquame diluito, a seconda del filtro utilizzato e del livello di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. I quantitativi maggiori sono stati raggiunti con il filtro a maglie più larghe (1,00 mm), i quantitativi minori di liquame trattato corrispondono alla condizione con molla tesa o tirata. Il livello di diluizione dei liquami ha influenzato le portate in ingresso ma anche le efficienze di separazione, in particolar modo quella in peso: maggiore è la concentrazione dei solidi nei liquami in ingresso, minore è risultata la portata trattata ma maggiore l efficienza di separazione in peso. Ha fatto eccezione a questa regola la condizione con filtro a 0,5 mm e molla lenta, che anche nel trattamento dei liquami diluiti ha garantito buone efficienze di separazione paragonabili a quelle della stessa condizione applicata su liquami concentrati. In ogni caso la concentrazione di solidi totali residua nelle frazioni chiarificate è risultata significativamente inferiore a quella dei liquami tal quali avviati al trattamento, pari a circa 6,5% nelle prove con liquami tal quali che presentavano ST>10% e pari a circa 5% nelle prove con liquami diluiti che presentavano ST>8%. Mediamente si è avuta una riduzione del 40% della concentrazione di solidi. Le concentrazioni di azoto nelle frazioni chiarificate invece non sono state modificate in modo significativo dal trattamento di separazione rispetto ai liquami tal quali. Ciò si deve imputare al fatto che le efficienze di separazione dell azoto sono risultate quasi coincidenti con le efficienze di separazione in peso della frazione solida. Come era già stato verificato in precedenti esperienze, anche in questo caso si conferma come l efficienza di separazione dell azoto possa raggiungere con questo tipo di macchine e nelle migliori condizioni il 30% circa. Nelle frazioni chiarificate la percentuale dell'azoto totale sotto forma di azoto ammoniacale non cambia in modo significativo, restando sempre al di sotto del 50%. Il livello di fosforo totale espresso sul tal quale nelle frazioni chiarificate è addirittura superiore a quello dei liquami tal quali. Le frazioni solide hanno raggiunto concentrazioni di sostanza secca superiori al 22,5% in 4 condizioni di lavoro su 6. Nelle due condizioni di lavoro con liquami concentrati, filtro a 1,00 mm e molla lenta oppure liquami diluiti, filtro a 0,5 mm e molla lenta la concentrazione di sostanza secca è risultata ridotta a 19-20% ma le efficienze di separazione sono risultate generalmente più alte. Nelle frazioni solide si sono sempre segregati oltre la metà dei solidi totali, e fino al 56%, costituiti per oltre il 90% da solidi volatili e cioè sostanza organica. Anche nelle frazioni solide le concentrazioni di azoto non sono state modificate in modo significativo dal trattamento di separazione rispetto ai liquami tal quali, ancora perché le efficienze di separazione dell azoto sono DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.7

8 risultate quasi coincidenti con le efficienze di separazione in peso della frazione solida. L efficienza di separazione del fosforo è risultata generalmente inferiore a quella dell azoto e vicina ad un livello del 20%. Ha fatto eccezione una prova ove si è raggiunta l efficienza del 27,6%. In tutte e due le aziende le efficienze di separazione raggiunte sono risultate piuttosto elevate, in particolare se confrontate con altri dati di bibliografia che indicano, in riferimento a prove condotte con il separatore a compressione elicoidale su liquame di bovine da latte (6-8% ST) proveniente dalla corsia di alimentazione e dal paddock in cemento di stalle libere in area Parmigiano-Reggiano, efficienze di separazione della sostanza secca variabili tra 30 e 40%, dell'azoto tra 15 e 25 % e del fosforo tra 10 e 20% (CRPA, 2001). Nelle prove condotte con filtro normale e allungato presso l azienda Mori: - con filtro normale si è determinata una portata del liquame in ingresso di 18,5 m 3 /ora; - con filtro allungato si è determinata una portata del liquame in ingresso decisamente inferiore e pari a circa 11 m 3 /ora. I liquami in ingresso alla macchina, sia nella condizione di filtro normale che allungato, sono risultati praticamente uguali, con tenore di ST pari a 8,5%, azoto totale di poco superiore a 3,5 e fosforo totale di circa 0,5. La concentrazione di solidi totali residua nelle frazioni chiarificate è risultata significativamente inferiore a quella dei liquami tal quali avviati al trattamento in entrambe le prove, pari a circa 5,6% con filtro normale e 5,4% con filtro allungato. La riduzione del tenore di solidi è stata di circa il 35%. Le concentrazioni di azoto totale nelle frazioni chiarificate si sono leggermente ridotte ed è aumentata da 47-48% a 49-50% la quota di azoto ammoniacale sul totale. Il livello di fosforo nelle frazioni chiarificate è risultato di poco superiore a quello dei liquami in ingresso. Le frazioni solide hanno raggiunto concentrazioni di sostanza secca del 19% circa con filtro normale mentre sono arrivate al 31-32% con filtro allungato. In entrambe i casi oltre il 90% della sostanza secca delle frazioni solide è costituita da sostanza organica mentre nei liquami in ingresso la percentuale era dell 80% circa e nelle frazioni chiarificate risulta del 70% circa. Chiaramente con filtro normale, a fronte di una minor spremitura del liquame, la frazione solida è più umida ma l efficienza di separazione in peso è risultata quasi doppia rispetto alla condizione con filtro allungato (22% vs. 12%). Anche l efficienza di separazione dei solidi è chiaramente penalizzata dall uso del filtro allungato, scendendo al 43,5% dal 49% ottenuto con filtro normale. Le efficienze di separazione dell azoto totale e del fosforo sono risultate comparabili tra loro: pari al 23% circa nel caso di filtro normale, penalizzate al 13-14% nel caso di filtro allungato. Anche in queste prove le efficienze di separazione raggiunte sono risultate in linea (filtro allungato) o talvolta superiori (filtro normale) ai già citati dati di bibliografia (CRPA, 2001). 2) Separazione di liquami bovini da latte con separatore a rulli contrapposti Anche questa prova è stata condotta presso l'azienda dimostrativa Mori Carlo a Gattatico (RE) operando sui liquami delle vacche da latte stabulate su cuccette con impiego di paglia come lettiera, opportunamente miscelati in vasca con ventolone azionato da trattrice. Risultati delle prove Nelle prove condotte con separatore a rulli contrapposti non è stato possibile pesare la quantità di frazione solida prodotta nell unità di tempo. Quindi non si sono potute determinare le portate di liquame trattate dalla macchina. I liquami in ingresso alla macchina nel corso della prova sono risultati molto omogenei, con tenore di ST di poco inferiore al 10%, sostanza organica pari all 80% della sostanza secca, azoto totale di DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.8

9 poco inferiore a 4 e fosforo totale di poco inferiore a 0,6. Anche in questa prova la concentrazione di solidi totali residua nelle frazioni chiarificate è risultata significativamente inferiore a quella dei liquami tal quali avviati al trattamento, di poco inferiore al 7%. Si è avuta quindi una riduzione del 30% della concentrazione di solidi. Le concentrazioni di azoto nelle frazioni chiarificate invece non sono state modificate in modo significativo dal trattamento di separazione rispetto ai liquami tal quali. Ciò si deve imputare al fatto che le efficienze di separazione dell azoto sono risultate quasi coincidenti con le efficienze di separazione in peso della frazione solida (18% circa). Le frazioni solide hanno raggiunto concentrazioni di sostanza secca del 22-23%. Oltre il 90% della sostanza secca delle frazioni solide è costituita da sostanza organica mentre nei liquami in ingresso la percentuale era dell 80% circa e nelle frazioni chiarificate risulta del 72% circa. L efficienza di separazione dei solidi totali è risultata mediamente del 42,5%, quella dei solidi volatili del 48% mentre l efficienza di separazione del fosforo è risultata del 15,6%, di poco inferiore a quella dell azoto (18%). Le efficienze di separazione raggiunte sono risultate inferiori rispetto ad altri dati di bibliografia che indicano, in riferimento a prove condotte con il separatore a rulli contrapposti su liquame di bovine da latte (6-8% ST) proveniente dalla corsia di alimentazione e dal paddock in cemento di stalle libere in area Parmigiano-Reggiano, efficienze di separazione della sostanza secca variabili tra 40 e 55%, dell'azoto tra 25 e 35 % e del fosforo tra 25 e 40% (CRPA, 2001). 3) Separazione di liquami suini con separatore a compressione elicoidale Le prove sono state condotte presso l'azienda dimostrativa Fratelli Zambelli a San Rocco di Guastalla (RE), operando su liquami di suini all'ingrasso, opportunamente miscelati in vasca con dispositivo ossigenatore. Le condizioni di settaggio della macchina separatrice sono state modificate facendo uso di quattro diversi filtri (a maglie di 0,25 mm, 0,50 mm, 0,75 mm e 1,00 mm); per i filtri a maglie intemedie (0,50 e 0,75 mm) si è potuto lavorato a tre diversi livelli di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore mentre per il filtro a maglie più fini (0,25 mm) e per quello a maglie più grandi (1,00 mm) si è dovuto scegliere rispettivamente di lavorare con livelli di tensione della molla lento e molto teso. In ogni caso il filtro da 0,25 mm si è dimostrato inadatto per separare questo tipo di liquame in quanto la frazione solida risulta troppo asciutta e poco scorrevole e per questo la macchina separa pochissimo materiale. Risultati delle prove In tutte le prove ad eccezione di quella condotta con il filtro da 0,25 mm è stata pesata la quantità di frazione solida prodotta, assieme alla durata della prova stessa. Ciò al fine di determinare la produzione oraria di frazione solida separata e, indirettamente attraverso le analisi dei prodotti, le portate di liquame trattate dalla macchina nelle diverse condizioni. Nelle prove condotte è stato trattato un volume di liquame variabile tra i 25 ed i 40 m 3 /ora a seconda del filtro utilizzato e del livello di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. Le caratteristiche dei liquami in ingresso al trattamento sono risultate piuttosto differenti tra le due giornate di lavoro. Il primo giorno erano caratterizzati da un tenore di sostanza secca variabile tra 21 e 35 g/kg, con valore medio di poco inferiore a 30 g/kg, il secondo giorno tra 49 e 59 g/kg, con valore medio di 53 g/kg; il rapporto percentuale di solidi volatili sui solidi totali è risultato tra 60 e 70% il primo giorno, più costante tra 74 e 76% il secondo giorno. Il tenore di azoto totale è risultato di poco inferiore a 4000 mg/kg il primo giorno, ad eccezione dell'ultima prova con filtro 0,5 mm e DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.9

10 molla tesa, dove si è portato a valori di poco inferiori a 3000 mg/kg, vicino a 4000 mg/kg il secondo giorno; il rapporto percentuale di azoto ammoniacale sul totale è risultato del 64-72% il primo giorno e del 58-64% il secondo; anche il tenore di fosforo nei liquami trattati è risultato significativamente diverso tra le due date di prova, variabile tra 530 e 850 mg/kg il primo giorno (con rapporto N/P 2 O 5 > 2) e tra circa 1100 e 1300 il secondo (con rapporto N/P 2 O 5 1,5). Si ritiene che tali variazioni di composizione tra le due date rientrino nel normale range di variabilità delle caratteristiche di questa tipologia di liquami. La significativa diversità dei liquami trattati nel corso delle due giornate ha fatto si che anche le caratteristiche delle frazioni chiarificata e solida e le relative rese di separazione siano risultate piuttosto diverse. Il primo giorno infatti si sono ottenute rese di separazione tutto sommato modeste, sempre inferiori al 2% in peso, con separazione nella frazione solida del 10-20% circa dei solidi totali e solamente del 1-4% dell'azoto e del 0,3-1,5% del fosforo contenuti nei liquami tal quali. Il secondo giorno le rese di separazione sono invece risultate decisamente interessanti, sino ad oltre il 10% in peso, con separazione nella frazione solida del 30-50% circa dei solidi totali (media 40%) e del 7-16% dell'azoto (media 12%) e del 19-23% del fosforo (media 21%) contenuti nei liquami tal quali. I risultati rendono conto di come l'aumento del tenore di sostanza secca del liquame suino possa incrementare in modo decisivo le efficienze di separazione riferite al peso, ai solidi totali ed ai due nutrienti azoto e fosforo. In effetti le efficienze di separazione raggiunte il secondo giorno di prova sono risultate piuttosto elevate, in particolare se confrontate con altri dati di bibliografia che indicano, in riferimento a prove condotte con il separatore a compressione elicoidale su liquame suino, efficienze di separazione della sostanza secca variabili tra 22 e 37%, dell'azoto tra 3 e 9 % e del fosforo tra 9 e 20% (CRPA, 2001). In tutte le condizioni di prova il trattamento di separazione ha permesso di ottenere dei liquami chiarificati con livelli di azoto e fosforo totali espressi sul tal quale inferiori a quelli dei liquami tal quali. Nelle frazioni chiarificate si riscontra altresì un incremento della percentuale dell'azoto ammoniacale sul totale, a più pronto effetto fertilizzante. Le caratteristiche delle frazioni solide da liquami suini sono risultate piuttosto differenti da quelle derivanti dai liquami bovini, come sintetizzato nello specchietto che segue. ST in solido bovino Az. Pinotti g/kg Az. Mori g/kg ST in solido suino Az. Zambelli g/kg SV in solido bovino Az. Pinotti 92-93% su ST Az. Mori 91-94% su ST SV in solido suino Az. Zambelli 80-92% su ST NTK in solido bovino Az. Pinotti g/kg Az. Mori g/kg NTK in solido suino Az. Zambelli g/kg P tot. in solido bovino Az. Pinotti g/kg Az. Mori g/kg P tot. in solido suino Az. Zambelli g/kg N/P 2 O 5 in solido bovino Az. Pinotti 3,0-4,4 Az. Mori 3,0-4,2 N/P 2 O 5 in solido suino Az. Zambelli 0,7-1,2 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.10

11 4) Separazione di liquami suini tal quali e codigeriti con insilati, con separatore a rulli contrapposti L azienda BIOPIG S.S., che non è azienda dimostrativa del progetto AQUA, è specializzata nell'allevamento di suini da riproduzione. In particolare, il numero di capi allevati raggiunge un peso vivo complessivo di circa 1000 t, così ripartito: scrofe (peso 200 kg) suinetti (fino all età di tre mesi e peso pari a 30 kg). I capi sono allevati su grigliato. Il volume di deiezioni prodotte è pari a circa 100 m 3 al giorno. L impianto di digestione anaerobica presente in allevamento, realizzato dalla ditta ROTA, è del tipo CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) ed opera in condizioni di mesofilia (40 C). Quest ultimo è schematicamente costituito da: - una pre-vasca scoperta in cemento armato di capacità pari a circa 450 m 3 e dotata di un agitatore. La vasca raccoglie il liquame prodotto nei diversi settori dell allevamento. - un primo digestore (F1) in cemento armato e isolato termicamente per mezzo di pannelli di poliuretano espanso (spessore 80 mm, densità 40 kg/m 3 ). Il digestore ha una capacità di 2280 m 3 ed è coperto con un telo in poliestere che funge da copertura gasometrica. - un secondo digestore (F2) di pari caratteristiche costruttive, ma con capacità complessiva maggiore e pari a 2710 m 3. - un sistema per la separazione solido-liquido del liquame digerito, costituito da due unità che operano in parallelo. - una vasca di stoccaggio della frazione liquida digerita, priva di copertura e avente una capacità complessiva di m 3. Complessivamente, vengono immessi giornalmente circa 35 m 3 di biomasse solide (insilato di erba, mais ed altre biomasse insilate) e circa 100 m 3 di liquame (90% suino; 10% bovino). Complessivamente sono state condotte sei prove, utilizzando due tipi di liquame (liquame suino tal quale e liquame suino co-digerito) con tre differenti portate in ingresso al separatore (una nominale, una pari a circa il 50% di quella nominale e una pari a circa il 25% di quella nominale; liquame suino tal quale con portate variabili tra 11 e 49 m 3 /ora e liquame suino co-digerito con portate variabili tra 3 e 17 m 3 /ora). Le prove sono state svolte utilizzando le strutture di stoccaggio dei liquami presenti in azienda. In particolare, per il liquame suino tal quale è stata impiegata una vasca di equalizzazione di circa 450 m 3 di capacità, mentre per il liquame co-digerito è stata utilizzata una vasca di equalizzazione di circa 600 m 3 di capacità. La portata in ingresso al separatore è stata regolata agendo sulla saracinesca posizionata sulla tubazione che collega la pompa di prelievo del liquame al separatore. La quantità di liquame in ingresso al separatore è stata determinata mediante la misura del livello del liquame nella vasca di equalizzazione ad inizio e fine prova, mentre quella delle frazioni separate (solida e liquida) per pesata. La portata in ingresso al separatore è stata calcolata dividendo il volume di liquame in alimentazione per il tempo di durata di ciascuna prova. Risultati delle prove Le concentrazioni dei ST e dei SV riscontrate nel liquame suino tal quale sono risultate, rispettivamente, di circa 2 e 3 volte inferiori rispetto a quelle nel liquame co-digerito. In particolare, il contenuto medio in ST del liquame suino tal quale in ingresso al separatore è risultato del 1,55% e quello del liquame co-digerito del 3,67%. Nel liquame suino tal quale la percentuale di azoto ammoniacale era del 68,9% dell azoto totale, mentre è risultata del 57,4% nel liquame co-digerito. In media, la concentrazione dei ST, SV e NTK riscontrata nella frazione solida separata dal liquame suino tal quale è risultata, rispettivamente, di 9,80, 13,6 e 4,40 volte superiore rispetto a quella DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.11

12 presente nel liquame suino tal quale e, nel caso della frazione solida separata dal liquame codigerito, rispettivamente, di 4,11, 5,13 e 1,66 volte maggiore rispetto al liquame co-digerito non separato. Il contenuto in ST rilevato nelle frazioni solide ottenute è risultato molto simile mentre, i tenori in NTK e N-NH 4 + nelle frazioni solide separate dal liquame suino tal quale sono risultati, rispettivamente, di circa il 114% e il 17% maggiori rispetto a quelli riscontrati nelle frazioni solide ottenute dal liquame co-digerito. Nella frazione liquida separata dal liquame co-digerito il contenuto in NTK ha raggiunto un valore medio pari a 2057 mg/kg, mentre il rapporto N/P 2 O 5 è risultato mediamente pari a 1,62. La massa di liquame, grazie alla separazione solido/liquido, è stata ridotta di valori mediamente compresi fra 0.21% (liquame suino tal quale portata ~49 m 3 /h) e 11.0% (liquame co-digerito portata ~3 m 3 /h). Indipendentemente dalla portata di ingresso, la maggior efficienza di separazione (Ef) dei parametri considerati è stata ottenuta utilizzando il liquame co-digerito. In particolare, l efficienza media di separazione dei ST e dell NTK è risultata, rispettivamente, del 42,1% e 17,2% nel caso del liquame co-digerito e, rispettivamente, del 7,26% e 3,23% per il liquame suino tal quale. Tali risultati sono da attribuire al maggior contenuto in ST del liquame codigerito. Diversi studi (es., Møller et al., 2002; Balsari et al., 2006), infatti, evidenziano una correlazione positiva tra efficienza di separazione e contenuto in ST del liquame. I risultati ottenuti confermano anche l esistenza di una correlazione negativa tra la portata in ingresso del liquame e l efficienza di separazione, soprattutto nel caso delle prove condotte con il liquame suino tal quale. Impiegando il liquame co-digerito, non sono rilevabili differenze molto evidenti tra le diverse portate in termini di efficienza di separazione dei ST e dell NTK mentre, al contrario, per quanto riguarda il P tot è stato riscontrato un miglioramento nell efficienza di separazione quando si è operato con la portata maggiore. Esperienze condotte da Balsari et al. (2006), impiegando diverse tipologie di separatori (a rulli contrapposti, a compressione elicoidale, centrifughe), fanno supporre che all aumentare del contenuto in ST nei liquami la componente portata risulti sempre meno importante in termini di incremento dell efficienza di separazione, ed evidenziano che per alcuni parametri la sua influenza può avere un effetto inverso sulla dinamica dell efficienza di separazione. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.12

13 Le prove di stabilizzazione delle frazioni solide dei liquami 1) Frazione solida di liquami bovini da latte ottenuta con separatore a compressione elicoidale Sono state utilizzate le frazioni solide ottenute dalla prova di separazione condotta presso l'azienda dimostrativa Pinotti Luigi e Alberto a Pizzighettone (CR) operando su liquami di vacche da latte stabulate su cuccette con impiego di segatura come lettiera. Le 3 frazioni solide avviate alle prove di stabilizzazione son state ottenute operando con tre diversi filtri (a maglie di 0,5 mm, 0,75 mm e 1,00 mm) e livello medio di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. Le 3 frazioni solide sono state stoccate in cassoni forati, ciascuno del volume di 500 litri circa, e si è proceduto con rivoltamenti periodici delle masse in stoccaggio (bin composting). All'interno di ognuna delle 3 frazioni solide sono state posizionate due sonde per il rilievo della temperatura con cadenza oraria, l'una al centro del cassone e l'altra più laterale, a metà tra il centro ed il lato del cassone. Nel corso dei rivoltamenti i tre materiali sono stati campionati, per la determinazione delle concentrazioni di sostanza secca o solidi totali (ST), solidi volatili (SV), azoto totale (NTK), azoto ammoniacale (N-NH 4 + ) e fosforo (P). Inoltre sui campioni prelevati a inizio, metà e fine prova è stato determinato il potenziale biochimico metanigeno (BMP Biochemical methane potental), con metodo statico (analisi in batch o in discontinuo) in piccoli digestori da laboratorio (CRPA, 2011), per verificare il grado di stabilizzazione raggiunto dai materiali. Risultati delle prove Le temperature delle tre masse in compostaggio hanno avuto un andamento piuttosto simile tra loro, raggiungendo valori superiori ai 70 C nell'arco di poche ore dal posizionamento in cassone. I valori di temperatura si sono poi mantenuti al di sopra dei 60 C per una decina di giorni e comunque al di sopra dei 40 C per ulteriori 10 giorni. Successivamente le temperature si sono portate su valori uguali o inferiori ai 10 C, senza comunque mai scendere al di sotto dei 2 C. Il quarto rivoltamento, a quasi un mese dalla preparazione dei cumuli, è risultato effettivamente inefficace al fine di riattivare la fermentazione aerobica con innalzamento della temperatura. Nel corso del processo di stabilizzazione delle tre frazioni solide si è assistito ad una leggera riduzione dei livelli di sostanza secca delle masse. Il tenore di solidi volatili, sia come concentrazione sul materiale tal quale che come rapporto percentuale sui solidi totali è diminuito in modo più marcato. Al contrario il tenore di azoto totale è incrementato sia come concentrazione sul materiale tal quale che come rapporto percentuale sui solidi totali, a testimoniare che la respirazione della massa (con conseguente emissione di CO 2 ) è stata più intensa di quanto non siano state le emissioni in atmosfera delle diverse forme di gas azotati (ammoniaca, protossido di azoto, altri ossidi). Il bilancio di massa delle tre frazioni solide, ottenuto pesando i tre cassoni a inizio e fine prova e sulla base delle caratteristiche dei materiali, indica che il peso netto si è complessivamente ridotto del 36-37% mentre il peso dei solidi totali si è ridotto del 41-43%. Ancor più importante è risultata la diminuzione percentuale del peso dei solidi volatili, che si sono ridotti del 44-46%. Il bilancio delle ceneri è risultato variabile per i 3 cassoni ma mediamente la differenza in peso tra inizio e fine prova è stata prossima allo zero. Per quanto riguarda il bilancio di massa dei nutrienti la prova ha evidenziato una riduzione dell'azoto del 20-21%, senz'altro dovuta a volatilizzazione di ammoniaca e altri gas, e di fosforo del 10-16%, quest'ultima difficilmente spiegabile. I valori di potenziale biochimico metanigeno (BMP Biochemical methane potental) ricavati sulle tre frazioni solide a inizio, metà e fine prova testimoniano della progressiva stabilizzazione delle tre frazioni solide in compostaggio, che nel tempo hanno visto diminuire in modo molto significativo i valori di BMP. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.13

14 2) Frazione solida di liquami suini ottenuta con separatore a compressione elicoidale Sono state utilizzate le frazioni solide ottenute dalla prova di separazione condotta presso l'azienda dimostrativa Fratelli Zambelli a San Rocco di Guastalla (RE), operando su liquami di suini all'ingrasso. Le 3 frazioni solide avviate alle prove di stabilizzazione son state ottenute operando con tre diversi filtri (a maglie di 0,5 mm, 0,75 mm e 1,00 mm) e livello teso di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. Il metodo di stoccaggio, misura delle temperature e campionamento delle 3 frazioni solide è lo stesso della prova n. 1 ed anche in questo caso sui campioni prelevati a inizio, metà e fine prova è stato determinato il potenziale biochimico metanigeno (BMP Biochemical methane potental), con metodo statico (analisi in batch o in discontinuo) in piccoli digestori da laboratorio (CRPA, 2011), per verificare il grado di stabilizzazione raggiunto dai materiali. Risultati delle prove Le temperature delle masse in compostaggio hanno raggiunto valori di C nell'arco di poche ore dal loro posizionamento in cassone. I valori di temperatura si sono poi mantenuti elevati sino al primo rivoltamento di 4 giorni dopo. In seguito sono tornati ad aumentare allo stesso livello per poi scendere progressivamente sino a circa 20 C alla data del secondo rivoltamento, 10 giorni dopo. In seguito al secondo rivoltamento le temperature massime raggiunte sono state di circa C ma in un lasso di tempo più lungo rispetto ai precedenti, ad eccezione del cumulo ottenuto con filtro 0,5 mm che si era riscaldato di meno in precedenza ma più rapidamente in seguito al secondo rivoltamento. Il terzo ed ultimo rivoltamento dopo altri 15 giorni (fine fase attiva con rivoltamenti) è risultato effettivamente inefficace al fine di riattivare la fermentazione aerobica con innalzamento della temperatura. Nella seconda fase del processo, di tipo statico, le temperature delle masse si sono mantenute tra 0 e 5 C e in ogni caso non sono mai scese sotto zero. Nel corso del processo di stabilizzazione delle tre frazioni solide si è assistito complessivamente ad una leggera riduzione dei livelli di sostanza secca delle masse, dopo che nel primo mese si era invece assistito ad un incremento. Il tenore di solidi volatili, sia come concentrazione sul materiale tal quale che come rapporto percentuale sui solidi totali è diminuito in modo più marcato. Al contrario il tenore di azoto totale è incrementato sia come concentrazione sul materiale tal quale che come rapporto percentuale sui solidi totali, a testimoniare che la respirazione della massa (con conseguente emissione di CO 2 ) è stata più intensa di quanto non siano state le emissioni in atmosfera delle diverse forme di gas azotati (ammoniaca, protossido di azoto, altri ossidi). Il bilancio di massa delle tre frazioni solide, ottenuto pesando i tre cassoni a inizio e fine prova e sulla base delle caratteristiche dei materiali, rende conto di come il peso netto delle 3 frazioni solide si sia complessivamente ridotto del 15-20% mentre il peso dei solidi totali si sia ridotto del 24-30%. Ancor più importante è risultata la diminuzione percentuale del peso dei solidi volatili, che si sono ridotti del 27-35%. Il bilancio delle ceneri è risultato variabile per i 3 cassoni tra il 2 ed il 4% circa, un risultato accettabile. Per quanto riguarda il bilancio di massa dei nutrienti la prova ha evidenziato una riduzione dell'azoto del 2-5%, senz'altro dovuta a volatilizzazione di ammoniaca e altri gas, ed un incremento medio di fosforo del 20% circa, difficilmente spiegabile. I valori di potenziale biochimico metanigeno (BMP Biochemical methane potental) ricavati sulle tre frazioni solide a inizio, metà e fine prova testimoniano della progressiva stabilizzazione delle tre frazioni solide in compostaggio, che nel tempo hanno visto diminuire in modo significativo i valori di BMP. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.14

15 3) Frazione solida di liquami suini codigeriti ottenuta con separatore a rulli contrapposti La prova finalizzata alla valutazione del processo di maturazione aerobica della frazione solida separata dal liquame suino co-digerito è stata attivata presso la sezione di Meccanica del DEIAFA (Università di Torino). La prova è stata effettuata impiegando frazione solida separata ottenuta con il separatore a rulli contro rotanti in uso presso l azienda BIOPIG S.S. di Bra (CN). In particolare, per l esecuzione della prova sono stati utilizzati 3 contenitori forati di materiale plastico, coperti da tettoia, del volume unitario di 0.43 m 3. Ciascun contenitore è stato riempito con circa 350 kg di frazione solida co-digerita fresca. La prova ha avuto una durata di 90 giorni, nel corso della quale i cumuli di separato solido sono stati periodicamente arieggiati mediante rivoltamento. In particolare, sono stati effettuati 5 rivoltamenti: 4 nel corso del primo mese (con frequenza settimanale) e 1 nel corso del mese successivo. Nel corso della prova sono stati monitorati: - la temperatura ambientale, mediante sensori Onset Hobo U12; - la della temperatura della massa di separato solido accumulata all interno dei tre contenitori, mediante termocoppie collegate a data loggers Onset Hobo U12; - l evoluzione dei principali parametri chimico-fisici (solidi totali, solidi volatili, azoto totale, azoto ammoniacale, fosforo) durante il processo di maturazione, mediante la raccolta e l analisi di campioni di prodotto prelevati in momenti successivi (inizio prova, in coincidenza di ciascun rivoltamento, a fine prova). Risultati ottenuti La frazione solida fresca utilizzata per la prova di maturazione in scala pilota aveva un contenuto medio di solidi totali del 16% (di cui 83% sostanza organica), oltre 4 g/kg di azoto totale e quasi 2 g/kg di fosforo. La temperatura media ambientale registrata nel corso della sperimentazione è risultata pari a 6,8 C, con valori giornalieri minimi di -1,9 C e massimi di circa 22 C. La temperatura media registrata all interno dei cumuli nell arco dei 90 giorni di prova è risultata pari a 15,6 C, con un andamento caratterizzato da un picco iniziale di 40,7 C (tre giorni dopo l allestimento dei cumuli) al quale è seguito un progressivo e costante decremento fino a raggiungere un valore di circa 11 C in coincidenza dell ultimo rivoltamento. Il monitoraggio della temperatura ha, tuttavia, evidenziato alcuni problemi per quel che riguarda la fase di innesco della fase termofila del processo, probabilmente a causa delle dimensioni ridotte dei cumuli (elevato rapporto tra superficie e volume). Sulla base di tali considerazioni si è deciso di effettuare un secondo ciclo di prove sperimentali modificando il piano sperimentale precedentemente adottato. Tale ciclo, che non era ancora stato rendicontato nei primi due Report on agronomic activity (1 st year and 2 nd year), viene descritto in dettaglio nel seguito. La seconda prova finalizzata alla valutazione del processo di maturazione aerobica della frazione solida separata dal liquame suino co-digerito è stata attivata presso l impianto di digestione anaerobica dell azienda BIOPIG S.S. di Bra (CN). In particolare, su una platea di cemento non coperta (vedi figura che segue) sono stati allestiti tre cumuli di frazione solida codigerita ottenuta con il separatore a rulli contro rotanti (ROTA mod. SEP 97) in uso presso l azienda. Ciascun cumulo, di forma tronco piramidale e del peso di circa 10 t, aveva le dimensioni iniziali di 3,7 m di larghezza per 6,2 m di lunghezza e 1,8 m di altezza, corrispondenti ad un volume di circa 14 m 3 e a una superficie esposta all aria di circa 30 m 2. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.15

16 Cumuli di frazione solida separata dal liquame suino codigerito allestiti presso l impianto di digestione anaerobica dell azienda BIOPIG S.S. di Bra (CN) La prova ha avuto una durata di 90 giorni, in condizioni primaverili-estive. Nel corso della prova i cumuli di separato solido sono stati periodicamente arieggiati mediante rivoltamento. Sono stati effettuati 3 rivoltamenti con pala meccanica: 2 nel corso del primo mese e 1 nel corso del mese successivo. Nel corso della prova sono stati monitorati: - la temperatura ambientale, mediante sensori Onset Hobo U12; - la temperatura dei cumuli a tre diverse profondità (superficie, centro e fondo) mediante termocopie collegate a data loggers Onset Hobo U12; - l evoluzione dei principali parametri chimico-fisici (ST, SV, NTK, N-NH 4 +, P) durante il processo di maturazione, mediante la raccolta e l analisi di campioni di prodotto prelevati in tre momenti successivi (inizio prova, dopo 43 giorni dall inizio della prova, a fine prova); - le emissioni di NH 3 e gas ad effetto serra (N 2 O, CO 2, CH 4 ). L attrezzatura impiegata per la misura delle emissioni gassose è schematicamente costituita da: - un captatore conico di 0,138 m 2 ; - una camera di flusso; - un misuratore di volume; - uno strumento di analisi di tipo fotoacustico ad assorbimento nella banda dell infrarosso (monitor Brüel & Kjær mod. 1312) - un flussometro; - una pompa. Il captatore viene posizionato sulla superficie da cui si devono determinare le emissioni, regolando la portata della pompa a circa 10 l/min. La concentrazione dei gas nell aria, aspirata da sotto il captatore, viene misurata in continuo dall analizzatore di gas. a b Dispositivo utilizzato per la misura delle emissioni di NH 3 e gas ad effetto serra: captatore posizionato sulla superficie del cumulo (a) e l analizzatore di gas Brüel & Kjær (b) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.16

17 La misura dei gas è stata effettuata tre volte a settimana, posizionando tre captatori sulla superficie di ciascun cumulo. Le emissioni totali rilevate nel corso delle prove sono state espresse in kg CO 2 equivalente per tonnellata di materiale stoccato, considerando che, ai fini dell effetto serra, 1 kg di metano, di protossido di azoto e di ammoniaca corrispondono rispettivamente a 25, 298, e 2,98 kg di CO 2 (IPCC, 2007). Risultati ottenuti La temperatura media ambientale registrata nel corso della sperimentazione è risultata pari a 20,4 C, con valori giornalieri minimi di 9,6 C e massimi di circa 27 C. La temperatura media registrata all interno dei cumuli nell arco dei 90 giorni di prova è risultata pari a 33 C, con un andamento caratterizzato da un picco iniziale di 52,3 C (sette giorni dopo l allestimento dei cumuli) al quale è seguito un progressivo e costante decremento fino a raggiungere un valore medio di circa 25 C dopo 60 giorni dall inizio della prova. Il profilo delle temperature registrate nel corso della prova è assimilabile a quello riportato in letteratura per processi di compostaggio di matrici organiche (Adani et al., 2004). 70 Temperatura media ( C) Temperatura media cumuli Temperatura media dell'aria Rivolatmenti Giorni Andamento delle temperature medie giornaliere dell aria e dei cumuli di frazione solida digerita rilevate nel corso della prova. Nel corso dei 90 giorni di prova la massa dei 3 cumuli si è ridotta in media del 40%. Al contrario, le concentrazioni dei ST, SV, NTK e P sono aumentate durante il processo di maturazione, raggiungendo a fine prova valori pari al 23,1%, 17,2%, 0,61% e 0,64% rispettivamente. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.17

18 Principali caratteristiche chimico fisiche rilevati nel corso della prova. 12/04/ /07/2012 Bilancio di Massa* Parametro (inizio 24/05/2012 (fine (variazione percentuale prova) prova) tra inizio e fine prova) ST g/kg Tq %tq ,6% SV g/kg Tq %ST ,2% TNK mg/kg Tq %ST ,0% + mg/kg Tq N-NH 4 %TKN ,7% Ptot mg/kg Tq %ST ,1% *Effettuato sulla base del peso dei cumuli ad inizio e fine prova. La degradazione dei SV rispetto al materiale fresco (inizio prova) è risultata pari al 26,2%. Per quanto riguarda i composti azotati, i risultati evidenziano una riduzione del contenuto di NTK e di N-NH 4 +, rispettivamente, del 19% e dell 84,7%. Tali perdite di azoto sono da attribuire principalmente alle emissioni di NH 3. In particolare, nel corso della prova sono state misurate emissioni medie complessive di NH 3 e di N 2 O corrispondenti, rispettivamente, a circa l 8% e il 2% dell azoto totale inizialmente presente. Emissioni complessive di protossido di azoto (N 2 O), ammoniaca (NH 3 ), metano (CH 4 ) e anidride carbonica (CO 2 ) rilevate nel corso della prova. Gas serra (GHG) (kg CO 2 eq/t) N 2 O g/m 2 % N tot NH 3 g/m 2 % N tot CH 4 g/m 2 % SV CO 2 g/m 2 % SV 27,3 (4,71) 1,92 (0,03) 112 (18,3) 7,91 (0,01) 759 (104) 1,73 (0,003) 25,9 (4,47) 1,06 (0,17) 60,3 (8,28) 6447 (806) 20,6 (2,56) 14,7 (0,02) Totale GHG (kg CO 2 eq/t) 108 Nel corso del periodo indagato sono state rilevate emissioni complessive di CO 2 variabili tra 8037 e 5427 g/m 2, mentre le perdite di carbonio sottoforma di CH 4 sono risultate di modesta entità e pari a circa l 1,7% dei SV inizialmente presenti (Tabella 2). Tuttavia, in termini di CO 2 eq, è quest ultimo gas che ha fornito le emissioni complessive di maggiore entità, seguito dal N 2 O, la CO 2 e l NH 3. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.18

19 Activity 3. Checking the agronomic and environmental effects of the solid fraction use Questa attività ha avuto come obiettivo quello di verificare gli effetti agronomici e ambientali dell'uso della frazione solida dei liquami su terreni con scarsa dotazione di sostanza organica. L'azione si è svolta in Lombardia, Emilia-Romagna e Piemonte ed è iniziata nel 2011 con l individuazione dei siti; ha avuto una durata di 2 annate agrarie (2012 e 2013). Le aziende prescelte sono caratterizzate da terreni con bassa dotazione di sostanza organica. Nel corso del primo anno (2011) i 3 partner (ERSAF, CRPA, IPLA) hanno individuato le aziende ed impostato le prove agronomiche. Sempre nel corso del primo anno di progetto sono stati definiti i piani colturali e di fertilizzazione, da applicare nelle due annate di prova. Su colture primaverili-estive tipiche delle aree ove sono state organizzate le tre prove si sono confrontati almeno tre diversi trattamenti: a) Testimone non fertilizzato b) Fertilizzazione con frazione solida di effluenti di allevamento c) Fertilizzazione con concimi minerali Ciascuna prova è stata organizzata in parcelle e gli stessi trattamenti fertilizzanti applicati nel 2012 sono stati ripetuti nel corso del 2013 per evidenziare gli effetti dovuti all uso delle frazioni solide. In Lombardia si è utilizzato il separato solido dell azienda dimostrativa di bovini da latte che partecipa all azione 1 e 2 del progetto. In Piemonte separato solido di suino codigerito mentre in Emilia-Romagna separato di liquame suino tal quale. Per ogni campo, oltre a tenere nota delle operazioni di tipo agronomico, si è proceduto con un analisi completa dello strato di terreno 0-30 cm, includendo tessitura, ph, calcare totale e attivo, CSC, sostanza organica, azoto totale, fosforo assimilabile Olsen, potassio assimilabile. I campionamenti sono stati a cura del partner locale e le analisi svolte presso laboratori scelti dai singoli partner. Riguardo la determinazione della sostanza organica, che era prevista da progetto alla fine dei due anni di prove, per il sito localizzato in Lombardia si è ritenuto utile procedere anche ad una caratterizzazione iniziale (vedi Report on agronomic activity, 2 nd year). Nei momenti della distribuzione del separato in campo si è proceduto alla verifica dei dosaggi delle frazioni solide stabiliti ed al campionamento per le analisi. Prima della semina in tutti e tre i siti sono stati prelevati campioni di terreno dagli strati 0-30 e Tali campionamenti sono stati ripetuti anche dopo la raccolta delle colture per valutare la variazione di nitrati e fosforo assimilabile nel terreno. A fine ciclo colturale, oltre le analisi sul terreno di cui sopra, sono state rilevate, per ogni tesi, le produzioni, peso fresco e secco dei prodotti raccolti ma anche di quelli che restano in campo (es. paglie), utilizzando i metodi di misura abituali per operazioni di pieno campo. Sui campioni di biomassa essiccati a 65 C è stato determinato il contenuto di azoto e fosforo presso il laboratorio del CRPA. Di seguito si riportano i risultati relativi all annualità 2013 ed una sintesi dei risultati dell attività su Checking the agronomic and environmental effects of the solid fraction use. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.19

20 Prova agronomica in Lombardia In Lombardia nel corso del 2013 la prova agronomica è stata condotta sempre presso l azienda Pinotti di Pizzighettone. Così come nel 2012, si è utilizzata la frazione solida separata da liquami bovini su terreno a ridotto tenore di sostanza organica. Caratteristiche del terreno della prova condotta presso l azienda Pinotti Tessitura Sabbia µm % 76 Limo 50-2 µm % 17 Argilla < 2 µm % 7 ph in acqua - 7,2 Calcare totale % 0,04 Capacità di scambio cationico meq/100 g 3,4 Sostanza organica % 1,4 Azoto totale g/kg 0,9 Fosforo assimilabile Olsen mg/kg 67 Potassio scambiabile mg/kg 113 In Lombardia l appezzamento selezionato ha una tessitura sabbioso-franco con un basso tenore di sostanza organica e di azoto, una ridotta capacità di scambio cationico mentre è particolarmente ricco in fosforo. Anche in questo secondo anno di prova è stato coltivato mais da granella in tre parcelloni gestiti in modo diverso come da protocollo del progetto: T1 testimone non concimato T2 concime chimico (230 kg N/ha totali da urea distribuita in presemina e copertura) T3 frazione solida di liquame bovino (170 kg N/ha totali distribuiti in presemina) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.20

21 Schema della prova agronomica condotta presso l azienda Pinotti di Pizzighettone Caratteristiche della frazione solida separata di liquami bovini utilizzata nella prova Parametro Unità di misura Valore ph - 7,27 Solidi totali (ST) % t.q. 14,1 Solidi volatili (SV) %ST 87,7 Azoto totale (NTK) g/kg t.q. 3,34 Azoto ammoniacale %NTK 5,2 Fosforo totale (P) g/kg t.q. 0,60 Potassio totale (K) g/kg t.q. 7,27 Il separato solido da liquami bovini è stato ottenuto con un separatore a rulli contrapposti. Tale separatore, di tipo mobile, non è di proprietà dell azienda ma è stato necessario rivolgersi ad una ditta specializzata. La matrice è stata contraddistinta da un tenore di sostanza secca relativamente basso (14 %), azoto nella norma (0,33 %) rispetto al tipo di effluente e in predominanza sotto forma organica e solo il 5,2 % in forma ammoniacale. Il fosforo ha avuto contenuti non molto alti (0,06 %). Per la prova è stato seminato mais destinato alla produzione di granella, a metà aprila prima di un periodo molto piovoso che è durato sino alla fine del mese di maggio (vedi grafico in seguito). Nella tabella che segue sono riportate le principali operazioni colturali eseguite nel corso della stagione. La coltura è stata irrigata con turni di 14 giorni. Principali operazioni eseguite sul campo prova Data Operazione 16 aprile 2013 Distribuzione fertilizzanti (frazione solida di liquame bovino e urea) 16 aprile 2013 Semina mais da granella 19 maggio 2013 Sarchiatura e seconda distribuzione urea in T2 10 ottobre 2013 Raccolta mais 29 ottobre 2013 Campionamento finale terreni DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.21

22 Immagini del campo sul quale è stata condotta la prova agronomica presso l azienda Pinotti DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.22

23 Al momento della raccolta la granella aveva un contenuto medio di sostanza secca pari all 80%. La biomassa è stata quindi essiccata a 65 C fino a peso costante per determinare il contenuto di sostanza secca e quindi la produzione per ettaro di biomassa secca. Infine è stato determinato il contenuto di azoto totale, al fine di calcolare le asportazioni della coltura. I dati di resa e le concentrazioni e asportazioni di azoto sono riportate nella tabella che segue. Rese della coltura di mais, concentrazioni e asportazioni di azoto Trattamento Resa granella s.s. granella* Resa granella N in granella* Asportazioni N granella Asportazioni N granella e stocchi (t t.q./ha) (%) (t s.s./ha) (% s.s.) (kg/ha) (kg/ha) T1 8,34 80,14 6,68 11, T2 17,58 79,43 13,96 11, T3 19,19 79,61 15,28 11, * valori medi delle 3 repliche Le rese in granella del mais sono risultate in linea con le produzioni medie dell anno tranne, come era atteso, per la tesi non concimata che ha avuto un raccolto decisamente inferiore. Pertanto si sono rilevate differenze significative tra le rese di granella delle tesi concimate rispetto alla tesi non concimata. Le concentrazioni di azoto nella granella sono risultate più alte nelle tesi concimate in particolare in quella con il separato solido. Anche le asportazioni seguono lo stesso andamento sia per la granella che per l intera pianta. Il livello di nitrati nel suolo rilevato con i due campionamenti (presemina e raccolta) è risultato piuttosto ridotto (sempre < 10 mg N-NO 3 /kg) ed omogeneo tra parcelle in corrispondenza del primo campionamento mentre alla raccolta il livello di nitrati residui è risultato un poco più elevato nelle parcelle fertilizzate, in modo particolare in quelle con concime chimico. I livelli di fosforo assimilabile sono risultati piuttosto variabili e non sembrano mostrare l influenza della fertilizzazione con il separato solido ottenuto da liquame bovino con un basso tenore di P. Contenuto di azoto nitrico nei terreni (medie per trattamento in mg N-NO 3 /kg) 16-apr ott-13 Trattamento (presemina) (post-raccolta) 0-30 cm cm 0-30 cm cm T1 - Test non fertilizzato 1,48 1,28 3,59 3,95 T2 - Concime chimico 1,62 1,61 5,97 7,26 T3 - Separato solido bovino 1,66 1,21 5,59 5,65 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.23

24 Contenuto di azoto nitrico nei terreni nello strato 0-30 cm (medie per trattamento, le barre indicano la deviazione standard) Contenuto di azoto nitrico nei terreni nello strato cm (medie per trattamento, le barre indicano la deviazione standard) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.24

25 Contenuto di fosforo assimilabile nei terreni al 29 ottobre 2013 per i due strati 0-30 e cm (medie per trattamento, le barre indicano la deviazione standard) Temperature e precipitazioni giornaliere misurate nel corso del periodo di coltivazione DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.25

26 Come si può notare dai dati relativi alle analisi del contenuto di carbonio nel suolo e alla sua caratterizzazione nell orizzonte lavorato (0-30 cm), alla fine della sperimentazione le determinazioni effettuate, sia in termini quantitativi che qualitativi, non mostrano che gli apporti delle frazioni solide dei liquami siano risultati efficaci nel determinare incremento del tenore di sostanza organica nel terreno o variazioni significative della sua qualità. Il livello del carbonio organico totale (TOC) nel terreno, al termine di due anni di prova, è risultato più alto nella parcella che ha ricevuto la frazione solida di liquami rispetto al test non fertilizzato ma più basso rispetto alla tesi concimata con il chimico. Lo stesso andamento si è avuto anche per gli altri parametri analizzati, ovvero il carbonio organico estraibile (TEC) e gli acidi umici e fulvici (HA+FA). Contenuto di carbonio nel terreno e parametri di umificazione, valori medi dei tre trattamenti Trattamento TOC (1) TEC (2) HA+FA (3) NH (4) DH (5) HR (6) HI (7) T1 - Test non fertilizzato % s.s. % s.s. % s.s. % s.s. % % - 0,66 0,39 0,24 0, ,59 T2 - Concime chimico 0,83 0,51 0,33 0, ,54 T3 - Separato solido bovino 0,73 0,46 0,29 0, ,57 (1) TOC: carbonio organico totale (2) TEC: carbonio organico estraibile (3) HA+FA: acidi umici e fulvici (4) NH: carbonio organico non umificato (5) DH: grado di umificazione = (HA+FA)/TEC (6) HR: tasso di umificazione = (HA+FA)/TOC (7) HI: indice di umificazione = NH/(HA+FA) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.26

27 Prova agronomica in Piemonte La prova agronomica è stata svolta presso un sito sperimentale dell Università di Torino Dip. Scienze Agrarie, Forestali e Alimentari a Grugliasco (TO) ed è consistita nella valutazione agronomica dell uso di frazione solida di liquame suino codigerito, prodotto presso l azienda Biopig di Bra (CN). Di seguito si riportano i dati relativi alla caratterizzazione chimico-fisica del suolo dell appezzamento nel quale è effettuata la prova agronomica. La tessitura del primo orizzonte di suolo risulta essere franca, con ph subacido, CSC basso e contenuto di sostanza organica molto basso, come previsto nel progetto. Nell orizzonte sotto superficiale il contenuto in sostanza organica risulta ancora inferiore. Caratteristiche del terreno della prova condotta in Piemonte Profondità 0-30 cm cm Tessitura Sabbia µm % 41,0 34,9 Limo 50-2 µm % 48,0 48,2 Argilla < 2 µm % 10,9 16,9 ph in acqua - 6,1 6,3 Calcare totale % 0,07 0,06 Capacità di scambio cationico meq/100 g 8,88 9,92 Sostanza organica % 1,68 0,62 Azoto totale g/kg 0,10 0,05 Fosforo assimilabile Olsen mg/kg 18,4 8,3 Nella tabella che segue si riportano i risultati relativi alla caratterizzazione chimica della frazione solida di liquame suino codigerito utilizzata nel 2013, tra parentesi i valori che erano stati rilevati nel La sostanza secca del separato solido è risultata di poco superiore al 20% e l azoto presente è in prevalenza in forma organica. Tuttavia, nei 2 anni di prova, ci sono differenze in termini di contenuto di sostanza secca, azoto e fosforo totali, più alti nel Caratteristiche chimiche del separato solido utilizzato nel 2013 (tra parentesi i dati 2012). Parametro Unità di misura 2013 Solidi totali (ST) % t.q. 21,81 (17,77) Solidi volatili (SV) %ST 82,05 (84,08) Azoto totale (NTK) g/kg t.q. 5,21 (3,49) Azoto ammoniacale g/kg t.q. 0,15 (0,11) Fosforo totale (P) g/kg t.q. 3,84 (1,84) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.27

28 Lo schema della prova agronomica ha previsto 3 trattamenti, la coltivazione del mais da granella e la randomizzazione completa con 3 replicazioni. I trattamenti posti a confronto sono: 0 NPK - Testimone non concimato Dig kgn/ha di separato solido in presemina kgn/ha di urea in copertura Min kgn/ha di urea in presemina kgn/ha di urea in copertura. Quantità di P 2 O 5 e K 2 O pari a quelle fornite dal separato solido, fornite come perfosfato triplo e cloruro di potassio. Sito sperimentale (a sinistra) e schema sperimentale (a destra) della prova agronomica con separato solido. Operazioni colturali effettuate nei 2 anni di sperimentazione. Operazione colturale Aratura campo Grugliasco 23/03/12 14/05/13 Erpicatura 06/04/12 14/05/13 Concimazione presemina 06/04/12 14/05/13 Semina Syngenta NK Famoso FAO /04/12 31/05/13* Diserbo post-emergenza 07/05/12 Diserbo post-emergenza 28/05/12 Concimazione copertura con urea 05/06/12 03/07/13 Irrigazione prova (40 mm) 11/07/12 04/07/13 Irrigazione prova (40 mm) 18/07/12 15/07/13 Irrigazione prova (60 mm) 26/07/12 05/08/13 Irrigazione prova (30 mm) 22/08/12 23/08/13 Raccolta prova 27/09/12 09/10/13 * la semina è avvenuta il 14/05/2013 ma a causa della mancata emergenza è stata effettuata una risemina il 31/05/2013 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.28

29 È da segnalare che l andamento climatico del 2013 ha fortemente penalizzato le produzioni di mais, a causa del prolungarsi delle precipitazioni in primavera che non hanno consentito di effettuare le operazioni colturali quando necessario. I risultati mostrano comunque un effetto del trattamento su diverse variabili misurate. In particolare, le variabili misurate sono risultate in genere maggiori nel trattamento Min rispetto a 0 NPK, mentre la tesi Dig ha mostrato produzioni e asporti totali intermedie. Produzioni, asporti e concentrazioni di azoto del mais. Trattamento Granella Stocchi Tutoli e brattee Biomassa totale (t/ha) (t/ha) (t/ha) (t/ha) 0 NPK 4,71 b 3,61 b 1,38 9,70 b Dig 5,88 b 3,89 b 1,77 11,53 ab Min 9,87 a 5,78 a 2,21 17,85 a Sig. Trattamento Trattamento Granella Stocchi Tutoli e brattee Biomassa totale (kg N/ha) (kg N/ha) (kg N/ha) (kg N/ha) 0 NPK 33,2 b 5,3 b 1,4 b 39,99 b Dig 50,4 b 11,7 ab 3,8 a 65,91 b Min 80,4 a 15,3 a 2,6 ab 98,29 a Sig. Trattamento Trattamento Granella Stocchi Tutoli e brattee (% N) (% N) (% N) 0 NPK 1,03 b 0,22 0,15 b Dig 1,27 a 0,44 0,33 a Min 1,21 a 0,40 0,18 ab Sig. Trattamento ns Di seguito si riportano i dati relativi alle analisi dei nitrati nel suolo prima delle fertilizzazioni e dopo la raccolta del mais. Nel 2013 le differenze tra i trattamenti non sono risultate statisticamente significative. Anche per quanto riguarda il fosforo disponibile, la misura effettuata dopo la raccolta del mais ha fatto registrare delle differenze tra i trattamenti statisticamente non significative. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.29

30 Contenuto di azoto nitrico (mg N-NO 3 - /kg) e fosforo Olsen (mg P/kg) nei terreni prima della fertilizzazione in presemina e dopo la raccolta del mais. Azoto nitrico Profondità Trattamento 20/03/ /10/ cm 0NPK 1,87 1,98 DIG 1,59 6,51 MIN 1,50 8,79 Sig. Trattamento ns ns cm 0NPK 3,42 b 0,54 DIG 3,68 ab 2,83 MIN 4,78 a 4,11 Sig. Trattamento 0,022 ns Fosforo assimilabile Profondità Trattamento 20/03/ /10/ cm 0NPK 7,76 8,34 DIG 8,56 12,64 MIN 10,05 11,79 Sig. Trattamento ns ns cm 0NPK 5,02 6,05 DIG 5,24 6,56 MIN 5,84 7,51 Sig. Trattamento ns ns Nella tabella che segue si riportano i dati relativi alle analisi del contenuto di carbonio nel suolo e alla sua caratterizzazione nell orizzonte lavorato (0-30 cm) alla fine della sperimentazione. I diversi trattamenti non hanno causato differenze statisticamente significative, anche se il trattamento fertilizzato con il separato solido evidenzia la tendenza ad un aumento del contenuto di C nel suolo. Contenuto di carbonio nel suolo e valori dei parametri di caratterizzazione della sostanza organica rilevati alla fine dei 2 anni di prova nell orizzonte 0-30cm (valori medi). Trattamento TOC (% ss) TEC (% ss) HA+FA (% ss) NH (% ss) DH (%) HR (%) HI (%) 0NPK 0,793 0,483 0,217 0,267 44,67 27,67 1,24 DIG 0,827 0,510 0,220 0,290 43,00 27,00 1,32 MIN 0,757 0,473 0,207 0,267 43,67 27,33 1,29 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.30

31 Prova agronomica in Emilia-Romagna Per quanto concerne l Emilia-Romagna, nel corso del 2013 la prova agronomica è stata condotta presso l azienda Marani di Ravenna. Infatti per questioni operative non è stato possibile proseguire sul sito attivato nel 2012 in Comune di Mirabello, provincia di Ferrara. Per questo motivo all azienda Marani è stato aggiunto un trattamento con frazione solida a dose doppia, con il fine di verificare gli effetti di un apporto più elevato di sostanza organica. Su terreno a ridotto tenore di sostanza organica si è utilizzata la frazione solida separata da liquami suini tal quali; si tratta del materiale che nella decisione di deroga concessa alle regioni del Nord Italia deve essere esportato al di fuori delle aziende in deroga, preferibilmente verso aree caratterizzate da suoli a basso contenuto di sostanza organica. Caratteristiche del terreno della prova condotta presso l azienda Marani di Ravenna Tessitura Sabbia µm % 27,2 Limo 50-2 µm % 56,8 Argilla < 2 µm % 16,0 ph in acqua - 7,7 ph in CaCl 1M 7,2 Calcare totale % 21,5 Capacità di scambio cationico meq/100 g 18,5 Sostanza organica % 1,33 Azoto totale g/kg 1,0 Fosforo assimilabile Olsen mg/kg 6 Potassio scambiabile mg/kg 157 Il terreno su cui è stata condotta la prova, a tessitura franco-limosa e ph subalcalino, presentava una elevata dotazione di calcare totale ed una dotazione bassa di sostanza organica. Anche i livelli di azoto totale e fosforo assimilabile sono risultati bassi mentre il potassio scambiabile è in concentrazione normale. È stato coltivato sorgo da granella in parcelle ove sono stati replicati per quattro volte i seguenti trattamenti (schema a blocchi randomizzati): T testimone non concimato C concime chimico (170 kg N/ha totali da urea distribuita in presemina) S1 frazione solida di liquame suino (170 kg N/ha totali distribuiti in presemina) S2 frazione solida di liquame suino a dose doppia (340 kg N/ha totali distribuiti in presemina) Il dosaggio ottimale di azoto per questa coltura e nelle specifiche condizioni di suolo e clima è stato determinato tenendo in considerazione le esigenze della coltura in funzione delle rese attese e fertilità del suolo ed è risultato pari a 170 kg N/ha (per raggiungere una resa di circa 6 t/ha di granella). DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.31

32 Schema della prova agronomica condotta presso l azienda Marani di Ravenna T Test non concimato S1 S2 C Concime chimico Solido separato Solido separato S1 Solido separato blocco 4 dose doppia blocco 4 S2 Solido separato dose doppia C Chimico T Test T Test C Chimico blocco 3 blocco 3 S2 Solido separato dose doppia S1 Solido separato S1 Solido separato T Test blocco 2 blocco 2 C Chimico S2 Solido separato dose doppia T Test S1 Solido separato blocco 1 blocco 1 S2 Solido separato dose doppia C Chimico DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.32

33 Caratteristiche della frazione solida separata di liquami suini utilizzata nella prova Parametro Unità di misura Valore ph - 8,31 Solidi totali (ST) % t.q. 33,68 Solidi volatili (SV) %ST 79,1 Azoto totale (NTK) g/kg t.q. 13,43 Azoto ammoniacale %NTK 17,3 Carbonio organico totale (TOC) %ST 41,5 Rapporto C/N - 10,4 Fosforo totale (P) g/kg t.q. 6,55 Potassio totale (K) g/kg t.q. 6,53 Carbonio organico estraibile (TEC) %ST 23,42 Acidi umici e fulvici (HA+FA) %ST 3,54 Frazione non umificata (NH) %ST 19,88 Grado di umificazione (DH) % 15 Tasso di umificazione (HR) % 9 Indice di umificazione (HI) - 5,62 Il materiale organico utilizzato, derivante dalla centrifugazione di liquami suini, aveva un discreto tenore di sostanza secca (circa 34%) e sostanza organica (quasi l 80% della sostanza secca). L azoto, in percentuale di circa l 1,3% sul prodotto tal quale, era in prevalenza (>80%) sotto forma organica e per la restante parte ammoniacale. Il rapporto tra azoto totale e anidride fosforica (P 2 O 5 ) è risultato inferiore ad 1 e quindi sbilanciato verso il fosforo, infatti il rapporto comune tra N e P 2 O 5 nella nutrizione vegetale è di circa 2,5. Dal punto di vista della stabilità della sostanza organica si può notare che si tratta di un materiale non particolarmente stabilizzato, infatti DH e HR sono risultati piuttosto bassi ed HI alto. Per la prova è stata utilizzata la varietà di sorgo Aralba di RV-Venturoli. Nella tabella che segue sono riportate le principali operazioni colturali eseguite nel corso della stagione. La coltura è stata condotta in asciutta. Principali operazioni eseguite sul campo prova Data Operazione 14 maggio 2013 Campionamento terreni e distribuzione fertilizzanti (frazione solida di liquami suini e urea) 19 maggio 2013 Semina sorgo da granella (var. Aralba RV-Venturoli) 21 giugno 2013 Sarchiatura 9 settembre 2013 Raccolta sorgo e campionamento terreni 16 settembre 2013 Campionamento finale terreni L apporto di 170 kg N/ha dovuto alla frazione solida dei liquami suini ha generato corrispondenti DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.33

34 apporti di circa 190 kg P 2 O 5 /ha e 100 kg K 2 O/ha. Immagini della prova agronomica condotta presso l azienda Marani di Ravenna DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.34

35 La valutazione delle produzioni del sorgo è stata effettuata raccogliendo la granella in corrispondenza di un contenuto medio di sostanza secca tra l 85 ed il 90%. La biomassa è stata quindi essiccata a 65 C fino a peso costante per determinare il contenuto di sostanza secca e quindi la produzione per ettaro di biomassa secca. Infine è stato determinato il contenuto di azoto totale, al fine di calcolare le asportazioni della coltura. I dati produttivi e le concentrazioni e asportazioni di azoto sono riportate nella tabella che segue. Rese della coltura di sorgo, concentrazioni e asportazioni di azoto Trattamento Replica Resa granella T Test non fertilizzato C Concime chimico S1 Solido suino S2 Solido suino dose doppia (t t.q./ha) s.s. granella (%) Resa granella (t s.s./ha) N in granella (% s.s.) Asportazioni N (kg/ha) Peso specifico (g/l) 1 5,92 87,5 5,18 1, ,47 87,4 6,53 1, ,76 87,4 5,04 1, ,61 87,7 5,80 1, ,94 88,0 3,47 1, ,12 87,1 5,33 1, ,07 87,8 6,21 1, ,30 87,6 5,52 1, ,62 87,9 5,82 1, ,17 87,4 6,26 1, ,92 87,8 6,08 1, ,19 87,4 6,29 1, ,47 87,1 4,76 1, ,02 87,7 6,16 1, ,50 87,3 4,80 1, ,19 87,8 4,56 2, T media 6,44 87,5 5,64 1,76 a C media 5,86 87,6 5,13 1,85 a,b S1 media 6,97 87,6 6,11 1,84 a,b S2 media 5,80 87,5 5,07 1,90 b Media campo 6,27 87,6 5,49 1, Le rese in granella del sorgo sono risultate piuttosto vicine a quanto era stato preventivato (6 t/ha di granella) per determinare il dosaggio ottimale di azoto pari a 170 kg N/ha. Non sono state rilevate differenze statisticamente significative tra le rese di granella mentre le concentrazioni di azoto nella granella sono risultate più alte nel trattamento con frazione solida di liquame suino a dose doppia rispetto al testimone non concimato; i trattamenti C ed S1 invece non DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.35

36 si differenziano da T né da S2. Nel trattamento con frazione solida di liquame suino a dose normale si è avuta la più alta resa in granella, superiore alle 6 t/ha preventivate, con asportazioni di azoto superiori ai 100 kg/ha. Il livello di nitrati nel suolo rilevato con i due campionamenti (pre-semina e raccolta) è risultato piuttosto ridotto (sempre < 10 mg/kg) ed omogeneo tra parcelle in corrispondenza del primo campionamento mentre alla raccolta il livello di nitrati residui è invece risultato più elevato nelle parcelle fertilizzate, in modo particolare in quelle con concime chimico. I livelli di fosforo assimilabile sono stati incrementati in modo significativo dagli apporti delle frazioni solide dei liquami suini, raggiungendo valori medi nello strato 0-30 cm vicini a 15 mg/kg che rappresentano concentrazioni normali e non basse come era a inizio prova. Temperature e precipitazioni giornaliere misurate nel corso del periodo di coltivazione (è incluso il mese precedente alla semina, aprile 2013) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.36

37 Contenuto di azoto nitrico nei terreni (medie per trattamento in mg/kg) Trattamento 9 maggio 2013 (presemina) 29 ottobre 2013 (post-raccolta) 0-30 cm cm 0-30 cm cm T - Test non fertilizzato 7,20 4,66 5,20 a 1,62 a C - Concime chimico 7,17 4,89 29,38 b 7,45 b S1 - Solido suino 7,73 4,56 17,78 b 4,94 b S2 Solido suino dose doppia 6,38 3,55 19,69 b 0,96 a Contenuto di azoto nitrico nei terreni nello strato 0-30 cm (medie per trattamento, le barre indicano la deviazione standard) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.37

38 Contenuto di azoto nitrico nei terreni nello strato cm (medie per trattamento, le barre indicano la deviazione standard) Contenuto di fosforo assimilabile nei terreni al 16 settembre 2013 per i due strati 0-30 e cm (medie per trattamento, le barre indicano la deviazione standard) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.38

39 Le determinazioni effettuate sulla sostanza organica del terreno, sia in termini quantitativi che qualitativi, hanno dimostrato come gli apporti delle frazioni solide dei liquami suini siano risultate efficaci nel determinare incremento del tenore di sostanza organica nel terreno. Infatti il livello del carbonio organico totale (TOC) nel terreno, al termine di un anno di prova, è risultato significativamente più alto nelle parcelle che avevano ricevuto la frazione solida di liquami suini rispetto al test non fertilizzato. Gli stessi trattamenti con frazione solida di liquami suini hanno anche fatto rilevare i più alti livelli di carbonio organico estraibile ed acidi umici e fulvici, sebbene non vi sia significatività dal punto di vista statistico. Anche i parametri dell umificazione derivati, e cioè il grado di umificazione (DH), il tasso di umificazione (HR) e l indice di umificazione (HI) sono risultati migliorati dagli apporti delle frazioni organiche. Contenuto di carbonio nel terreno e parametri di umificazione Trattamento TOC (1) TEC (2) HA+FA (3) NH (4) % s.s. % s.s. % s.s. % s.s. T - Test non fertilizzato 1,050 a 0,594 0,327 0,267 C - Concime chimico 1,095 a,b 0,631 0,350 0,282 S1 - Solido suino 1,175 b 0,656 0,378 0,278 S2 Solido suino dose doppia 1,187 b 0,636 0,367 0,268 Trattamento DH (5) HR (6) HI (7) % % - T - Test non fertilizzato 54,6 31,0 0,84 C - Concime chimico 55,4 31,9 0,81 S1 - Solido suino 57,5 32,2 0,74 S2 Solido suino dose doppia 57,7 30,9 0,74 (1) TOC: carbonio organico totale TEC: carbonio organico estraibile HA+FA: acidi umici e fulvici (4) NH: carbonio organico non umificato (5) DH: grado di umificazione, = (HA+FA)/TEC (6) HR: tasso di umificazione, = (HA+FA)/TOC (7) HI: indice di umificazione, = NH/(HA+FA) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.39

40 Sintesi delle prove agronomiche In Emilia Romagna le frazioni solide utilizzate nei due anni, da liquami suini, hanno avuto un buon tenore di sostanza secca e sostanza organica. L azoto è stato in prevalenza (>80%) sotto forma organica e per la restante parte ammoniacale. Il rapporto tra azoto totale e anidride fosforica (P 2 O 5 ) è risultato sbilanciato verso il fosforo essendo lontano dal rapporto comune tra N e P 2 O 5 nella nutrizione vegetale di circa 2,5. In Lombardia le frazioni solide di origine bovina sono state contraddistinte da un tenore di sostanza secca inferiore al 20%, l azoto contenuto in quantità nella norma rispetto al tipo di effluente è stato in predominanza sotto forma organica mentre il fosforo ha avuto contenuti non molto alti. Per il Piemonte i materiali utilizzati sono stati caratterizzati da sostanza secca del separato solido attorno al 20% e l azoto presente è risultato in prevalenza in forma organica. Tuttavia, nei 2 anni di sperimentazioni, ci sono state differenze in termini di contenuto di sostanza secca, azoto e fosforo totali, più alti nel Principali caratteristiche chimiche dei materiali utilizzati nelle prove Parametro Unità di misura Emilia Romagna Lombardia Piemonte Origine separato solido liquame suino liquame bovino codigerito suino ph - 7,49 8,31 7,27 Solidi totali (ST) % t.q. 49,8 33,7 18,0 14,1 17,8 21,8 Solidi volatili (SV) %ST 86,1 79,1 90,2 87,7 84,1 82,1 Azoto totale (NTK) g/kg t.q. 14,56 13,43 3,67 3,34 3,49 5,21 Azoto ammoniacale %NTK 17,4 17,3 18,1 5,2 3,2 2,9 Carbonio organico totale (TOC) %ST 42,9 41,5 Rapporto C/N - 14,7 10,4 Fosforo totale (P) g/kg t.q. 4,63 6,55 0,67 0,60 1,84 3,84 Potassio totale (K) g/kg t.q. 3,18 6,53 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.40

41 In Emilia Romagna il terreno su cui è stata condotta la prova nel 2013, a tessitura franco-limosa e ph subalcalino, presentava una elevata dotazione di calcare totale ed una dotazione bassa di sostanza organica. Anche i livelli di azoto totale e fosforo assimilabile sono risultati bassi mentre il potassio scambiabile era in concentrazione normale. In Lombardia l appezzamento selezionato aveva una tessitura sabbioso-franco con un basso tenore di sostanza organica e di azoto, una ridotta capacità di scambio cationico mentre era particolarmente ricco in fosforo. In Piemonte la tessitura del primo orizzonte di suolo è risultata essere franca, con ph subacido, CSC basso e contenuto di sostanza organica molto basso. Nell orizzonte sotto superficiale (30-60 cm) il contenuto in sostanza organica è risultato ancora inferiore. Principali caratteristiche dei terreni delle prove agronomiche Emilia Romagna Lombardia Piemonte 0-30 cm 0-30 cm 0-30 cm cm Sabbia µm % Tessitura Limo 50-2 µm % Argilla < 2 µm % ph in acqua - 7,7 7,2 6,1 6,3 Calcare totale % 21,5 0,04 0,07 0,06 Capacità di scambio cationico meq/100 g 18,5 3,4 8,9 9,9 Sostanza organica % 1,3 1,4 1,7 0,6 Azoto totale g/kg 1,0 0,9 0,1 0,1 Fosforo assimilabile Olsen mg/kg ,4 8,3 Potassio scambiabile mg/kg DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.41

42 In ognuna delle tre prove è stato impostato uno schema di suddivisione dell appezzamento cosi come riportato nelle immagini seguenti. Emilia Romagna Lombardia Piemonte T T1 0 concim = No fertilizzazione C T2 MIN = Solo minerale S1 T3 DIG = Separato solido S2 = Separato solido doppia dose S1 Solido separato S2 Solido separato blocco 4 dose doppia blocco 4 C Chimico T Test T Test C Chimico blocco 3 blocco 3 S2 Solido separato dose doppia S1 Solido separato S1 Solido separato T Test blocco 2 blocco 2 C Chimico S2 Solido separato dose doppia T Test S1 Solido separato blocco 1 blocco 1 S2 Solido separato dose doppia C Chimico Emilia Romagna Lombardia Piemonte Azienda Marani di Ravenna Azienda Pinotti di Pizzighettone (CR) Sito UniTo a Grugliasco (TO) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.42

43 Gestione agronomica La coltura utilizzata nella prova è stata il mais da granella con l eccezione dell Emilia Romagna dove è stato seminato sorgo da granella gestito in asciutta. Nel dettaglio, per ciascun trattamento, la tabella che segue riporta le colture seminate nei quattro appezzamenti nel bienno , che hanno avuto una gestione agronomica analoga pur facendo sempre riferimento alle peculiarità di ciascuna gestione aziendale corrente. Si ricorda per facilità di lettura che T1 = trattamento non concimato, T2 = trattamento solo concime minerale, T3 = trattamento con frazione solida del liquame. Colture utilizzate per la prova agronomica biennale nelle tre regioni Trattamento Lombardia Piemonte Emilia-Romagna Lombardia Piemonte Emilia-Romagna T1 Mais Gran 700 Mais Gran 500 Sorgo Granella Mais Gran 700 Mais Gran 500 Sorgo Granella T2 Mais Gran 700 Mais Grane 500 Sorgo Granella Mais Gran 700 Mais Gran 500 Sorgo Granella T3 Mais Gran 700 Mais Gran 500 Sorgo Granella Mais Gran 700 Mais Gran 500 Sorgo Granella T4 Sorgo Granella Nella tabella sottostante sono presentati gli apporti di azoto che sono stati distribuiti alle colture nei due anni. Per quanto riguarda il trattamento T3, in Lombardia non si è effettuata la concimazione di copertura con urea ma è stato solamente usata la frazione solida in ragione di 170 kg N/ha. Nel 2013 in Emilia Romagna è stato aggiunto un trattamento con frazione solida a dose doppia (T4), con il fine di verificare gli effetti di un apporto più elevato di sostanza organica. La frazione solida utilizzata era di origine bovina nell appezzamento in Lombardia, mentre era di origine suina nelle altre due regioni. Mediamente, per Lombardia e Piemonte, il separato solido utilizzato ha avuto un contenuto di sostanza secca intorno al 20%, con una dotazione di azoto totale variabile tra 0,3% e 0,5% sul tal quale, di cui una minima parte di azoto ammoniacale (3-5% sul totale). In Emilia Romagna il materiale utilizzato aveva un tenore di sostanza secca superiore (33 e 50%) con un contenuto di azoto di circa l 1,5% sul prodotto tal quale e con una frazione ammoniacale pari al 17% del totale. Apporti di azoto (kg/ha) per ciascun trattamento, nelle 3 regioni e per il biennio Trattamento Lombardia Piemonte Emilia Romagna Lombardia Piemonte Emilia Romagna T T T T4 340 Rese di granella e asporti di azoto I risultati relativi ai 2 anni di sperimentazione mostrano un effetto del trattamento sulle diverse variabili misurate. In Lombardia sono stati usati 3 parcelloni di dimensioni reali per disporre di un confronto a scala di campo. In Piemonte e Emilia Romagna si è scelto di realizzare delle repliche nello spazio (blocchi randomizzati) per poter effettuare un analisi statistica dei dati (ANOVA). L elaborazione dei dati mostra che la differenza di resa tra il mais da granella coltivato in Lombardia e in Piemonte è dovuta all utilizzo di ibridi a ciclo colturale diverso, classe 700 e 500 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.43

44 rispettivamente. L utilizzo di solo concime minerale (T2) oppure delle frazioni solide (T3) hanno determinato rese generalmente superiori alla tesi non concimata (T1), in particolare per la coltura di mais. I trattamenti non concimati hanno beneficiato nel primo anno dell effetto residuo degli anni precedenti, che si è ridotto nel secondo anno di prova determinando una forte riduzione della resa di mais. È da segnalare che l andamento climatico del 2013 ha mediamente penalizzato le produzioni di mais, a causa del prolungarsi delle precipitazioni in primavera che non hanno consentito di effettuare le operazioni colturali quando necessario. Il sorgo da granella nel 2012 (in Emilia Romagna) ha risentito della siccità estiva presentando quindi rese modeste mentre nel 2013 ha avuto rese nella norma (circa 6 t/ha di granella). Rese di granella (t/ha) ottenuto per ciascun trattamento, nelle 3 regioni e per il biennio Lettere differenti entro la colonna indicano differenze significative (p<0,05). La coltura era mais per Lombardia e Piemonte, sorgo per Emilia Romagna Trattamento Lombardia Piemonte Emilia-Romagna Lombardia Piemonte Emilia-Romagna T1 9,7 7,4 b 3,5 6,7 4,7 b 5,6 T2 13,5 11,5 a 3,4 14,0 9,9 a 5,1 T3 13,1 10,5 ab 3,3 15,3 5,9 b 6,1 T4 5,1 p(f) 0,019 ns 0,002 ns Asporti di azoto totali (granella + stocchi) (kg/ha) per ciascun trattamento, nelle 3 regioni e per il biennio Lettere differenti entro la colonna indicano differenze significative (p<0,05). Per l Emilia Romagna nel 2013 gli asporti fanno riferimento alla sola granella Trattamento Lombardia Piemonte Emilia-Romagna Lombardia Piemonte Emilia-Romagna T c c 99 T a a 95 T b b 112 T4 96 p(f) 0,001 ns 0,001 ns Anche per quanto riguarda le asportazioni di azoto si possono fare considerazioni analoghe. Sebbene in generale il contenuto di azoto nella granella di mais espresso in percentuale di sostanza secca è stato mediamente inferiore ai valori di riferimento bibliografici (1,8%), l utilizzo di concime minerale (T2) ha determinato asporti superiori al separato solido (T3) (a parte in Lombardia nel 2013). DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.44

45 Contenuto di azoto nitrico nel suolo Un altra variabile di interesse che è stata monitorata nel corso del biennio è il contenuto di nitrati nel suolo negli strati 0-30 cm e cm, misurati prima delle fertilizzazioni e dopo la raccolta del mais e del sorgo. In generale si sono trovate concentrazioni di nitrati nel suolo più basse in presemina che alla fine della stagione colturale, ad eccezione del 2012 nell appezzamento in Lombardia, probabilmente a causa dell effetto residuo degli anni precedenti la prova. In particolare si segnala che le alte concentrazioni in data 23/03/2012 per il trattamento T3 (separato solido - Lombardia) sono dovute al fatto che il campionamento è stato effettuato dopo la distribuzione del fertilizzante. In generale si può affermare che l utilizzo del concime minerale ha determinato concentrazioni di nitrati nel profilo di suolo investigato superiori agli altri due trattamenti, al termine della stagione colturale. Come conseguenza potrebbe essere maggiore il rischio di perdite di azoto per lisciviazione oltre la massima profondità degli apparati radicali durante la stagione autunnale caratterizzata da elevate precipitazioni, sempre in relazione alle caratteristiche tessiturali del suolo. Nell appezzamento coltivato a sorgo in Emilia Romagna nel 2012, le concentrazioni di nitrati nel profilo sono state inferiori al termine della stagione colturale, rispetto alle concentrazioni in pre-semina ad eccezione della tesi con concime chimico (T2) e comunque non evidenziando differenze statisticamente significative tra i trattamenti. Al contrario nel 2013, alla raccolta il livello di nitrati residui è invece risultato più elevato nelle parcelle fertilizzate, in modo particolare in quelle con concime chimico. Il contenuto in nitrati del suolo alla fine della stagione colturale può essere un utile parametro gestionale per la quantificazione di potenziali perdite o per valutare la possibilità di correzione dei piani di concimazione impostati attraverso il confronto tra i valori rilevati con valori soglia di riferimento. Nello specifico i rilievi del contenuto in nitrati dopo la raccolta alla profondità di 30 cm (Post Harvest Nitrate Test, PHNT) (Andraski et al., 2000; Sullivan e Cogger, 2003) possono fornire utili informazioni sia sul rischio potenziale di perdita di nitrati (non assorbiti dalla coltura) sia sull efficienza della gestione dell azoto. Sullivan e Cogger (2003) hanno ipotizzato 3 possibili intervalli di concentrazioni di azoto nitrico che corrispondono a differenti consigli sulla gestione dell azoto: (i) inferiore a 20 mg kg -1, (ii) compreso tra 20 e 45 mg kg -1, (iii) maggiore di 45 mg kg -1. Confrontando i valori misurati nelle tre regioni nel biennio che sono stati al di sotto del limite inferiore (20 mg kg -1 ) si può affermare che la gestione dell azoto è stato sostanzialmente corretta, a parte per il trattamento con concime chimico in Emilia Romagna nel Ovviamente esistono delle possibilità di commettere un errore nell interpretazione del dato misurato. Per esempio un valore basso di contenuto di nitrati non indica necessariamente una buona gestione ma può essere il risultato di un movimento dei nitrati a seguito di una precipitazione avvenuta prima del test. In letteratura viene quindi suggerito di fare una verifica aumentando la profondità di campionamento per misurare la quantità di nitrati in un profilo più ampio ed avere indicazioni più precise sul potenziale leaching invernale. In generale le basse concentrazioni di azoto nitrico registrate anche nel profilo cm confermano un utilizzo adeguato dell azoto somministrato alle colture. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.45

46 Contenuto di azoto nitrico (mg N-NO3/kg) negli strati di suolo 0-30, 30-60cm in Lombardia. Contenuto di azoto nitrico (mg N-NO3/kg) negli strati di suolo 0-30, 30-60cm in Piemonte Contenuto di azoto nitrico (mg N-NO3/kg) negli strati di suolo 0-30, 30-60cm in Emilia Romagna DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.46

47 Evoluzione del contenuto di carbonio organico nel suolo Le determinazioni effettuate al termine delle prove agronomiche sulla sostanza organica del terreno, sia in termini quantitativi che qualitativi, in alcuni caso hanno messo in evidenza, anche dopo un periodo di trattamento breve come quello di queste prove, che gli apporti delle frazioni solide dei liquami possono risultare efficaci nel determinare incremento del tenore di sostanza organica nel terreno. In particolare nella prova condotta a Ravenna (Emilia-Romagna) il livello del carbonio organico totale (TOC) nel terreno, già al termine di un anno di prova, è risultato significativamente più alto nelle parcelle che avevano ricevuto la frazione solida di liquami suini rispetto al test non fertilizzato. Gli stessi trattamenti con frazione solida di liquami suini hanno anche fatto rilevare i più alti livelli di carbonio organico estraibile ed acidi umici e fulvici, sebbene non vi sia significatività dal punto di vista statistico. Anche i parametri dell umificazione derivati, e cioè il grado di umificazione (DH), il tasso di umificazione (HR) e l indice di umificazione (HI) sono risultati migliorati dagli apporti delle frazioni organiche. Nella prova condotta in Piemonte i diversi trattamenti non hanno causato differenze statisticamente significative, anche se il trattamento fertilizzato con il separato solido evidenzia la tendenza ad un aumento del contenuto di carbonio organico nel suolo. Invece nella prova condotta in Lombardia il livello della sostanza organica nel terreno, al termine di due anni di prova, è risultato più alto nella parcella che ha ricevuto la frazione solida di liquami rispetto al test non fertilizzato ma più basso rispetto alla tesi concimata con il chimico. Lo stesso andamento si è avuto anche per gli altri parametri analizzati, ovvero il carbonio organico estraibile (TEC) e gli acidi umici e fulvici (HA+FA). Le dinamiche dell evoluzione della sostanza organica si possono valutare su scale temporali di medio-lungo termine entro le quali si assiste ad una stabilizzazione. Le determinazioni effettuate sulla sostanza organica del terreno, sia in termini quantitativi che qualitativi, hanno mostrato in generale che gli apporti delle frazioni solide possono risultare efficaci nel determinare incrementi DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.47

48 del tenore di sostanza organica nel terreno ma è difficile riscontrare se questo tipo di gestione, che ha avuto una durata limitata, riesca a modificare le caratteristiche del terreno in maniera permanente. Per questo motivo l evoluzione dello stock di carbonio organico nei suoli oggetti della prova è stata analizzata mediante un approccio di tipo modellistico. A tal proposito è stato utilizzato il modello ARMOSA (Perego et al., 2013a,b), un modello dinamico sviluppato dal Dipartimento di Scienze Agrarie ed Ambientali dell Università degli Studi di Milano per la simulazione dei sistemi colturali e basato su un time-step giornaliero. Il modello simula variabili agro - meteorologiche, il bilancio dell acqua, dell azoto del carbonio nel suolo e la crescita e lo sviluppo delle colture. Il modello è dotato di valori di default già calibrati in diversi ambienti, di parametri colturali per le principali colture erbacee da granella. Nello specifico il modello è stato utilizzato per la simulazione del mais da granella e sorgo da granella cosi come coltivato durante i due anni del progetto, nelle tre regioni. Per condurre le simulazioni sono stati utilizzati i dati meteo reali misurati (precipitazione, temperatura e radiazione) nelle stazioni meteorologiche adiacenti ai campi sperimentali per periodi precedenti e per almeno 8 anni. I dati meteo sono stati scaricati dai siti istituzionali dell ARPA Lombardia, dell ARPA Emilia Romagna e della Regione Piemonte (RAM - Rete Agrometeorologica Regionale). I dati del suolo sono relativi a indagini condotte in ciascun appezzamento attraverso le quali sono stati identificate le caratteristiche tessiturali, il contenuto di sostanza organica e la densità apparente. Le caratteristiche del separato solido sono state derivate dai risultati delle analisi chimiche considerando il rapporto C/N, la percentuale di carbonio sulla sostanza organica e la percentuale di azoto ammoniacale sull azoto totale. Le simulazioni non hanno previsto l interramento dei residui colturali delle colture da granella per poter evidenziare esclusivamente l effetto dovuto all apporto di matrice organica con il separato solido da refluo zootecnico. Nelle tabelle seguenti sono riportati i principali risultati delle simulazioni espressi come valori medi annui relativamente a rese della granella, asporti colturali di azoto, azoto lisciviato medio con la relativa deviazione standard nel tempo. La variazione percentuale del contenuto di carbonio organico nei primi 40 cm di suolo fa riferimento sia all intero periodo di simulazione che al valore medio annuo. Risultati di una simulazione di 20 anni con il modello ARMOSA LOMBARDIA Mais granella 700 Trattamento Resa (t/ha) Asporti N (kg/ha) N lisciviato (kg/ha) Delta CO (%) Delta CO (%) annuale T1 3,7 (0,5) 50 (5) ,8 T2 12,5 (1,6) 215 (19) ,1 T3 9,8 (1,5) 150 (13) ,7 Risultati di una simulazione di 8 anni con il modello ARMOSA PIEMONTE Mais granella 500 Trattamento Resa (t/ha) Asporti N (kg/ha) N lisciviato (kg/ha) Delta CO (%) Delta CO (%) annuale T1 4,7 (1,4) 40 (9) ,1 T2 10,4 (1,7) 230 (35) ,1 T3 10,4 (1,7) 240 (30) ,8 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.48

49 Risultati di una simulazione di 8 anni con il modello ARMOSA EMILIA ROMAGNA Sorgo da granella Trattamento Resa (t/ha) Asporti N (kg/ha) N lisciviato (kg/ha) Delta CO (%) Delta CO (%) annuale T1 1,5 (0,7) 38 (11) ,0 T2 4,4 (1,7) 180 (19) ,1 T3 4,3 (1,7) 185 (19) ,1 Analizzando i risultati si può evidenziare l effetto positivo dei trattamenti sulle variabili investigate. Per quanto riguarda il mais da granella le rese e gli asporti di N medi annui simulati sono maggiori relativamente alla tesi T2 dove è stato usato solo concime chimico. Distribuendo solo separato solido in ragione di 170 kg N/ha (Lombardia) le rese e gli asporti tendono a diminuire di circa il 20% per effetto della ridotta quantità di azoto in generale e di quello in forma ammoniacale nella matrice apportata. Integrando il separato solido con concime chimico come si è fatto nella prova in Piemonte, si sono ottenuti valori di resa e degli asporti, paragonabili alla trattamento con solo urea. In generale, il leaching medio annuo è molto contenuto in ragione del fatto che l apporto di azoto, quando in linea con le necessità colturali, non genera surplus che potrebbe potenzialmente essere perso come lisciviazione. Le simulazioni su mais mostrano l effetto positivo della distribuzione di separato solido sul contenuto di carbonio organico: l aumento medio annuo è stimato essere intorno allo 0,7-0,8%. L aumento del contenuto di carbonio organico nel caso del sorgo è stato invece più contenuto. In generale con la distribuzione di solo concime chimico il contenuto di carbonio organico è rimasto pressoché invariato. In questa tesi gli unici apporti di sostanza organica derivano esclusivamente dalle radici e dai pochi residui di stocchi che rimangono in superficie. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.49

50 Conclusioni Le attività pianificate per l'azione sono state realizzate e gli obiettivi raggiunti entro i tempi indicati dal progetto. Il Consorzio per la raccolta e il trasporto di frazioni solide separate da effluenti zootecnici ad aziende agricole cerealicole, situate in zone non vulnerabili e con carenza di sostanza organica nei suoli (Attività 1), è stato costituito ed ha potuto svolgere le attività preventivate di trasporto delle frazioni solide separate dei liquami verso terreni che abbisognano di apporti di sostanza organica, mettendo a punto ed applicando un sistema per la tracciabilità dei trasporti basato su dispositivo GPS. L "opzione energetica" per le frazioni solide o dense da liquami adottata nella seconda parte di attività del Consorzio non contrasta con la loro valorizzazione fertilizzante. Infatti, al conferimento delle frazioni solide separate ad impianto di biogas, in parziale sostituzione dell insilato di mais, è seguito il prelievo della frazione solida separata del digestato, che è stata utilizzata ai fini fertilizzanti sui terreni delle aziende non zootecniche. Nel corso delle attività di verifica dell efficienza di separazione di frazioni solide da liquami bovini e suini (Attività 2) l'attenzione si è concentrata su macchine di livello medio, sia come prestazioni che come costi, tra le poche che abbiano trovato buona diffusione negli allevamenti zootecnici sia bovini che suini: il separatore a compressione elicoidale e quello cilindrico a rulli contrapposti. In alcuni casi le efficienze di separazione raggiunte sono risultate piuttosto elevate, in particolare se confrontate con altri dati di bibliografia. In generale, il livello di diluizione dei liquami ha influenzato in modo significativo sia le portate in ingresso che le efficienze di separazione, in particolar modo quella in peso: maggiore è la concentrazione dei solidi nei liquami in ingresso, minore è risultata la portata trattata ma maggiore l efficienza di separazione in peso della frazione solida. Al termine delle prove agronomiche con le frazioni solide dei liquami (Attività 3) le determinazioni effettuate sulla sostanza organica del terreno, sia in termini quantitativi che qualitativi, hanno mostrato in generale che gli apporti delle frazioni solide possono risultare efficaci nel determinare incrementi del tenore di sostanza organica nel terreno ma è difficile riscontrare se questo tipo di gestione, che ha avuto una durata limitata, riesca a modificare le caratteristiche del terreno in maniera permanente. Le dinamiche dell evoluzione della sostanza organica si possono valutare su scale temporali di medio-lungo termine, entro le quali si assiste ad una stabilizzazione, e per questo motivo si è deciso di adottare anche un approccio modellistico (non previsto nel progetto) che ha comunque confermato l'effetto positivo degli apporti delle frazioni solide sul tenore di sostanza organica del terreno, mentre con la distribuzione di solo concime chimico il contenuto di carbonio organico è rimasto pressoché invariato. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.50

51 Riferimenti bibliografici citati nel testo, per approfondimenti Adani, F., Tambone, F., Gotti, A., Biostabilization of municipal solid waste. Waste Management 24, Andraski, T.W., Bundy, L.G., Brye, K.R., Crop management and corn nitrogen rate effects on nitrate leaching. J. Environ. Qual. 29, CRPA (2001). La separazione dei solidi nei liquami zootecnici. Opuscolo CRPA 6.11 n. 10/2001. ISSN CRPA (2011). BIOGAS Metodi di valutazione del potenziale metanigeno. Opuscolo CRPA 6.23 n. 5/2011. ISSN IPCC, Climate Change 2007: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Core Writing Team: R.K. Pachauri & A. Reisinger, eds.), p Geneva, Switzerland, IPCC. Perego, A., Giussani, A., Sanna, M., Fumagalli, M., Carozzi, M., Alfieri, L., Brenna, S., Acutis, M., 2013b. The ARMOSA simulation crop model: overall features, calibration and validation results. Ital. J. Agromet. 3, Perego, A., Giussani, A., Fumagalli, M., Sanna, M., Chiodini, M., Carozzi, M., Alfieri, L., Brenna, S., Acutis, M., 2013a. Crop rotation, fertilizer types and application timing affecting nitrate leaching in Nitrate Vulnerable Zones in Po valley. Ital. J. Agromet. 2, Sullivan, D.M., Cogger, C.G., Post harvest soil nitrate testing for manured cropping systems west of the Cascades. Oregon State University Extension Service. EM8832-E. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.51

52 LIFE Achieving good water QUality status in intensive Animal production areas. Action 4: Transfer of manure solid fractions to agricultural areas with low livestock pressure Deliverable 7: Final report on agronomic activities INDICE Activity 2. analysis of the efficiency of solid-liquid separation plants...2 Descrizione delle macchine utilizzate per la separazione solido-liquido il separatore a compressione elicoidale il separatore a rulli contrapposti...3 Algoritmo per la determinazione delle efficienze di separazione...5 Le prove di separazione solido-liquido dei liquami...6 1) Separazione di liquami bovini da latte con separatore a compressione elicoidale...6 2) Separazione di liquami bovini da latte con separatore a rulli contrapposti...8 3) Separazione di liquami suini con separatore a compressione elicoidale...9 4) Separazione di liquami suini tal quali e codigeriti con insilati, con separatore a rulli contrapposti...11 Le prove di stabilizzazione delle frazioni solide dei liquami ) Frazione solida di liquami bovini da latte ottenuta con separatore a compressione elicoidale.13 2) Frazione solida di liquami suini ottenuta con separatore a compressione elicoidale ) Frazione solida di liquami suini codigeriti ottenuta con separatore a rulli contrapposti...15 Activity 3. Checking the agronomic and environmental effects of the solid fraction use...19 Prova agronomica in Lombardia...20 Prova agronomica in Piemonte...27 Prova agronomica in Emilia-Romagna...31 Sintesi delle prove agronomiche...40 Conclusioni...50 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.1

53 Activity 2. analysis of the efficiency of solid-liquid separation plants Nel corso del progetto l'efficienza del processo di separazione solido-liquido dei liquami zootecnici è stata verificata in diverse situazioni, come riportato nella tabella seguente che riepiloga tutte le prove condotte (nel corso del primo e secondo anno del progetto). Tabella 1 Riepilogo delle prove di separazione solido-liquido effettuate Liquame di bovini da latte Liquame suino Separatore a compressione elicoidale - Azienda Pinotti, liquame da cuccette con segatura (1 a annualità) - Azienda Zambelli, liquame fresco tal quale (1 a annualità) - Azienda Mori liquame da cuccette con paglia (2 a annualità) Separatore a rulli contrapposti - Azienda Mori liquame da cuccette con paglia (2 a annualità) - Azienda Biopig*, liquame codigerito con insilato di mais (2 a annualità) * Azienda Biopig non è azienda dimostrativa del progetto AQUA Nel corso delle prove sono state modificate le condizioni operative delle macchine per la separazione, come di seguito viene specificato per ognuna delle prove. Descrizione delle macchine utilizzate per la separazione solido-liquido Le due tipologie di macchine utilizzate per le prove di separazione solido-liquido (a compressione elicoidale e a rulli contrapposti) sono state scelte per la buona adattabilità che hanno dimostrato in diverse condizioni operative. Si tratta di macchine di livello medio, sia come prestazioni che come costi; questo è il motivo principale che ne ha favorito una elevata diffusione negli allevamenti zootecnici sia bovini che suini. - il separatore a compressione elicoidale In questa tipologia di separatore il liquame viene compresso da una vite senza fine entro un vaglio o filtro cilindrico, costituito da barre di acciaio: la frazione liquida passa attraverso le fessure del filtro mentre quella solida viene pressata dalla vite contro un regolatore di portata, da tarare sulla base delle caratteristiche qualitative del liquame. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.2

54 La macchina utilizzata dalla Fondazione CRPA nelle prove condotte sia sui liquami bovini che suini è stata messa a disposizione dalla ditta costruttrice CRI-MAN di Correggio (RE). Si tratta del modello serie SM 260, con motore trifase 50Hz e alimentazione 400 V, potenza del motore di 4 kw e assorbimento 9,7 A (400V). La vite senza fine compie 33 giri/minuto e il sistema di pressatura della frazione solida in uscita è costituito da ganasce di compressione la cui resistenza è dovuta ad una molla che può essere regolata attraverso una manopola. - il separatore a rulli contrapposti Questa tipologia di separatore è caratterizzata da un sistema meccanico costituito da un vaglio cilindrico rotante e due rulli pressori in gomma. La separazione avviene facendo passare in continuo il liquame attraverso la maglie del cilindro rotante. I due rulli pressori provvedono a comprimere, con forza regolabile, il liquame in ingresso e contribuiscono a disidratare ulteriormente la frazione solida che non ha attraversato le fessure del vaglio cilindrico. Quest ultima viene poi rimossa con l'aiuto di una lama fissa che sfiora la superficie laterale del cilindro. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.3

55 Di seguito sono riportate le principali caratteristiche tecniche del separatore utilizzato nelle prove seguite da IPLA-Università di Torino (DEIAFA) presso l azienda BIOPIG S.S. di Bra (CN). Si tratta del separatore a rulli contrapposti ROTA mod. SEP 97 installato presso l allevamento con impianto di biogas. Lunghezza (mm): 2000 Larghezza (mm): 1800 Altezza (mm): 1700 Peso (t): 1,2 Potenza installata (kw): 1,5 Portata idraulica massima (m 3 /h): 65 Dimensione delle maglie del vaglio (mm): 2,5 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.4

56 Algoritmo per la determinazione delle efficienze di separazione Per determinare i coefficienti di efficienza di separazione è stato utilizzato il metodo del bilancio di massa. Nei trattamenti di separazione esiste una e una sola condizione tale per cui, supposto che le perdite di sistema siano nulle, la somma dei prodotti delle quantità di ogni frazione ottenuta per la concentrazione dell'elemento indagato è pari alla rispettiva quantità trattata. Il parametro più comunemente indagato per le prove di separazione solido-liquido e anche più facilmente analizzabile è il contenuto di solidi totali. Impostando l'equazione di bilancio per i solidi totali Q tq [ ST tq ] = Q fl [ ST fl ] + Q ss [ ST dove Q tq = quantità di effluente trattato ST tq = concentrazione di sostanza secca di Q tq Q fl = quantità di frazione chiarificata ottenuta ST fl = concentrazione di sostanza secca di Q fl Q ss = quantità di frazione solida separata ottenuta ST ss = concentrazione di sostanza secca di Q ss si dimostra che ss ] Q e fl Qtq ( STtq ST = ( ST ST ) fl ss ss ) Q ss = Q tq Q fl una volta definita la quantità di frazione chiarificata e solida separata ottenuta sulla base del bilancio dei solidi totali, è possibile calcolare l'errore della prova: Q E = fl [ ST Q fl tq ] + Q [ ST ss tq [ ST ] ss ] Allo stesso modo è possibile calcolare le efficienze di separazione e gli errori degli altri parametri (SV, N, P,...). Durante le prove sono stati prelevati campioni in contemporanea dal tubo di troppo pieno del liquame tal quale, dal tubo di scarico della frazione chiarificata e dalla bocca di scarico della frazione solida. Sono stati effettuati campioni di effluenti sui quali sono state determinate le concentrazioni di sostanza secca o solidi totali (ST), solidi volatili (SV), azoto totale (NTK), azoto ammoniacale (N-NH 4 + ) e fosforo (P). DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.5

57 Le prove di separazione solido-liquido dei liquami Le prove di separazione sono state rendicontate in modo completo nei primi due Report on agronomic activity (1 st year and 2 nd year). Di seguito si riassumono i principali risultati ottenuti. 1) Separazione di liquami bovini da latte con separatore a compressione elicoidale Nel corso del primo anno le prove sono state condotte presso l'azienda dimostrativa Pinotti Luigi e Alberto a Pizzighettone (CR), operando su liquami di vacche da latte stabulate su cuccette con impiego di segatura come lettiera, opportunamente miscelati in vasca con ventolone azionato da trattrice. Le condizioni di settaggio della macchina separatrice sono state modificate facendo uso di tre diversi filtri (a maglie di 0,5 mm, 0,75 mm e 1,00 mm); per il filtro a maglie fini (0,5 mm) e per quello a maglie più larghe (1,0 mm) si è lavorato a tre diversi livelli di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. Nel corso del secondo anno le prove sono state condotte presso l'azienda dimostrativa Mori Carlo a Gattatico (RE), operando sui liquami delle vacche da latte stabulate su cuccette con impiego di paglia come lettiera, opportunamente miscelati in vasca con ventolone azionato da trattrice. Si sono confrontati gli effetti dovuti a due diversi livelli di diluizione dei liquami in ingresso alla macchina: - liquami tal quali piuttosto concentrati (tenore di solidi totali >10%, azoto totale > 4 ); - gli stessi liquami ma diluiti con acqua (a raggiungere un tenore di solidi totali di poco superiore a 8%, azoto totale > 3 ). In entrambe le situazioni le condizioni di settaggio della macchina separatrice sono state modificate facendo uso di due diversi filtri (a maglie di 0,5 mm e 1,00 mm) e si è lavorato a due diversi livelli di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. Inoltre si è operato con filtro a 0,75 mm confrontando il filtro di lunghezza standard con un filtro allungato, che permette di ottenere una frazione solida a più elevata concentrazione di sostanza secca. Risultati delle prove Nelle prove condotte presso l Azienda Pinotti è stato trattato un volume di liquame variabile tra i 17 ed i 24 m 3 /ora a seconda del filtro utilizzato e del livello di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. I quantitativi maggiori sono stati raggiunti con il filtro a maglie più larghe (1,00 mm) ed il livello di tensione della molla lento, viceversa i quantitativi minori di liquame trattato corrispondono a filtro a maglie strette (0,50 mm) e molla tesa o tirata. Il livello lento di tensione della molla permette di ottenere un quantitativo significativamente superiore di frazione solida separata ma con tenore di umidità decisamente superiore, per cui complessivamente le efficienze di separazione in termini di sostanza secca si discostano di meno. I liquami in ingresso al trattamento erano caratterizzati da un tenore di sostanza secca variabile tra 67 e 76 g/kg; il rapporto percentuale di solidi volatili sui solidi totali è risultato sempre molto vicino all'85%; il tenore di azoto totale è risultato variabile tra 2700 e 2900 mg/kg mentre il rapporto percentuale di azoto ammoniacale sul totale è risultato del 43-49%; il tenore di fosforo nei liquami trattati è risultato significativamente diverso tra le due date di prova, variabile tra 340 e 355 mg/kg il primo giorno (con rapporto N/P 2 O 5 > 3,5) e tra 425 e 445 mg/kg il secondo giorno (con rapporto N/P 2 O 5 <3). Si ritiene che tali variazioni di composizione tra le due date rientrino nel normale range di variabilità delle caratteristiche di questa tipologia di liquami. In tutte le condizioni di prova il trattamento di separazione ha permesso di ottenere dei liquami chiarificati con sostanza secca variabile tra 33 e 36 g/kg, concentrazione praticamente dimezzata DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.6

58 rispetto a quella dei liquami avviati al trattamento. Il livello di azoto totale espresso sul tal quale nelle frazioni chiarificate si discosta di poco da quello dei liquami tal quali mentre si rileva un leggero incremento della percentuale dell'azoto totale sottoforma di azoto ammoniacale, che risulta del 48-54%. Anche il livello di fosforo totale espresso sul tal quale nelle frazioni chiarificate si discosta di poco da quello dei liquami tal quali. Le caratteristiche delle frazioni solide e le efficienze di separazione dei solidi e dei nutrienti in queste sono dipese in modo evidente dalle condizioni di settaggio della macchina. Con molla tesa, vale a dire con chiusura piuttosto stretta delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore, si sono ottenute frazioni solide con un livello di sostanza secca di circa 220 g/kg ed efficienze di separazione in peso e dei solidi rispettivamente del 18-19% e del 58-60% mentre con molla lenta si è scesi sino a 160 g/kg con efficienze in peso e dei solidi che hanno raggiunto anche il 28% ed il 65% ove i livelli di sostanza secca dei liquami trattati erano superiori. Anche i livelli di efficienza dei due nutrienti sono dipesi più dal livello di tensione della molla che dal filtro utilizzato: la separazione dell'azoto è variata dal 24-25% nel caso di molla tesa sino al 31-32% nel caso di molla lenta mentre quella del fosforo sale dal 17-21% nel caso di molla tesa sino al 28% circa nel caso di molla lenta. Nelle prove condotte presso l Azienda Mori è stato trattato un volume di liquame variabile tra i 12 ed i 14 m 3 /ora nel caso del liquame tal quale concentrato e tra i 15,5 ed i 17 m 3 /ora nel caso del liquame diluito, a seconda del filtro utilizzato e del livello di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. I quantitativi maggiori sono stati raggiunti con il filtro a maglie più larghe (1,00 mm), i quantitativi minori di liquame trattato corrispondono alla condizione con molla tesa o tirata. Il livello di diluizione dei liquami ha influenzato le portate in ingresso ma anche le efficienze di separazione, in particolar modo quella in peso: maggiore è la concentrazione dei solidi nei liquami in ingresso, minore è risultata la portata trattata ma maggiore l efficienza di separazione in peso. Ha fatto eccezione a questa regola la condizione con filtro a 0,5 mm e molla lenta, che anche nel trattamento dei liquami diluiti ha garantito buone efficienze di separazione paragonabili a quelle della stessa condizione applicata su liquami concentrati. In ogni caso la concentrazione di solidi totali residua nelle frazioni chiarificate è risultata significativamente inferiore a quella dei liquami tal quali avviati al trattamento, pari a circa 6,5% nelle prove con liquami tal quali che presentavano ST>10% e pari a circa 5% nelle prove con liquami diluiti che presentavano ST>8%. Mediamente si è avuta una riduzione del 40% della concentrazione di solidi. Le concentrazioni di azoto nelle frazioni chiarificate invece non sono state modificate in modo significativo dal trattamento di separazione rispetto ai liquami tal quali. Ciò si deve imputare al fatto che le efficienze di separazione dell azoto sono risultate quasi coincidenti con le efficienze di separazione in peso della frazione solida. Come era già stato verificato in precedenti esperienze, anche in questo caso si conferma come l efficienza di separazione dell azoto possa raggiungere con questo tipo di macchine e nelle migliori condizioni il 30% circa. Nelle frazioni chiarificate la percentuale dell'azoto totale sotto forma di azoto ammoniacale non cambia in modo significativo, restando sempre al di sotto del 50%. Il livello di fosforo totale espresso sul tal quale nelle frazioni chiarificate è addirittura superiore a quello dei liquami tal quali. Le frazioni solide hanno raggiunto concentrazioni di sostanza secca superiori al 22,5% in 4 condizioni di lavoro su 6. Nelle due condizioni di lavoro con liquami concentrati, filtro a 1,00 mm e molla lenta oppure liquami diluiti, filtro a 0,5 mm e molla lenta la concentrazione di sostanza secca è risultata ridotta a 19-20% ma le efficienze di separazione sono risultate generalmente più alte. Nelle frazioni solide si sono sempre segregati oltre la metà dei solidi totali, e fino al 56%, costituiti per oltre il 90% da solidi volatili e cioè sostanza organica. Anche nelle frazioni solide le concentrazioni di azoto non sono state modificate in modo significativo dal trattamento di separazione rispetto ai liquami tal quali, ancora perché le efficienze di separazione dell azoto sono DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.7

59 risultate quasi coincidenti con le efficienze di separazione in peso della frazione solida. L efficienza di separazione del fosforo è risultata generalmente inferiore a quella dell azoto e vicina ad un livello del 20%. Ha fatto eccezione una prova ove si è raggiunta l efficienza del 27,6%. In tutte e due le aziende le efficienze di separazione raggiunte sono risultate piuttosto elevate, in particolare se confrontate con altri dati di bibliografia che indicano, in riferimento a prove condotte con il separatore a compressione elicoidale su liquame di bovine da latte (6-8% ST) proveniente dalla corsia di alimentazione e dal paddock in cemento di stalle libere in area Parmigiano-Reggiano, efficienze di separazione della sostanza secca variabili tra 30 e 40%, dell'azoto tra 15 e 25 % e del fosforo tra 10 e 20% (CRPA, 2001). Nelle prove condotte con filtro normale e allungato presso l azienda Mori: - con filtro normale si è determinata una portata del liquame in ingresso di 18,5 m 3 /ora; - con filtro allungato si è determinata una portata del liquame in ingresso decisamente inferiore e pari a circa 11 m 3 /ora. I liquami in ingresso alla macchina, sia nella condizione di filtro normale che allungato, sono risultati praticamente uguali, con tenore di ST pari a 8,5%, azoto totale di poco superiore a 3,5 e fosforo totale di circa 0,5. La concentrazione di solidi totali residua nelle frazioni chiarificate è risultata significativamente inferiore a quella dei liquami tal quali avviati al trattamento in entrambe le prove, pari a circa 5,6% con filtro normale e 5,4% con filtro allungato. La riduzione del tenore di solidi è stata di circa il 35%. Le concentrazioni di azoto totale nelle frazioni chiarificate si sono leggermente ridotte ed è aumentata da 47-48% a 49-50% la quota di azoto ammoniacale sul totale. Il livello di fosforo nelle frazioni chiarificate è risultato di poco superiore a quello dei liquami in ingresso. Le frazioni solide hanno raggiunto concentrazioni di sostanza secca del 19% circa con filtro normale mentre sono arrivate al 31-32% con filtro allungato. In entrambe i casi oltre il 90% della sostanza secca delle frazioni solide è costituita da sostanza organica mentre nei liquami in ingresso la percentuale era dell 80% circa e nelle frazioni chiarificate risulta del 70% circa. Chiaramente con filtro normale, a fronte di una minor spremitura del liquame, la frazione solida è più umida ma l efficienza di separazione in peso è risultata quasi doppia rispetto alla condizione con filtro allungato (22% vs. 12%). Anche l efficienza di separazione dei solidi è chiaramente penalizzata dall uso del filtro allungato, scendendo al 43,5% dal 49% ottenuto con filtro normale. Le efficienze di separazione dell azoto totale e del fosforo sono risultate comparabili tra loro: pari al 23% circa nel caso di filtro normale, penalizzate al 13-14% nel caso di filtro allungato. Anche in queste prove le efficienze di separazione raggiunte sono risultate in linea (filtro allungato) o talvolta superiori (filtro normale) ai già citati dati di bibliografia (CRPA, 2001). 2) Separazione di liquami bovini da latte con separatore a rulli contrapposti Anche questa prova è stata condotta presso l'azienda dimostrativa Mori Carlo a Gattatico (RE) operando sui liquami delle vacche da latte stabulate su cuccette con impiego di paglia come lettiera, opportunamente miscelati in vasca con ventolone azionato da trattrice. Risultati delle prove Nelle prove condotte con separatore a rulli contrapposti non è stato possibile pesare la quantità di frazione solida prodotta nell unità di tempo. Quindi non si sono potute determinare le portate di liquame trattate dalla macchina. I liquami in ingresso alla macchina nel corso della prova sono risultati molto omogenei, con tenore di ST di poco inferiore al 10%, sostanza organica pari all 80% della sostanza secca, azoto totale di DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.8

60 poco inferiore a 4 e fosforo totale di poco inferiore a 0,6. Anche in questa prova la concentrazione di solidi totali residua nelle frazioni chiarificate è risultata significativamente inferiore a quella dei liquami tal quali avviati al trattamento, di poco inferiore al 7%. Si è avuta quindi una riduzione del 30% della concentrazione di solidi. Le concentrazioni di azoto nelle frazioni chiarificate invece non sono state modificate in modo significativo dal trattamento di separazione rispetto ai liquami tal quali. Ciò si deve imputare al fatto che le efficienze di separazione dell azoto sono risultate quasi coincidenti con le efficienze di separazione in peso della frazione solida (18% circa). Le frazioni solide hanno raggiunto concentrazioni di sostanza secca del 22-23%. Oltre il 90% della sostanza secca delle frazioni solide è costituita da sostanza organica mentre nei liquami in ingresso la percentuale era dell 80% circa e nelle frazioni chiarificate risulta del 72% circa. L efficienza di separazione dei solidi totali è risultata mediamente del 42,5%, quella dei solidi volatili del 48% mentre l efficienza di separazione del fosforo è risultata del 15,6%, di poco inferiore a quella dell azoto (18%). Le efficienze di separazione raggiunte sono risultate inferiori rispetto ad altri dati di bibliografia che indicano, in riferimento a prove condotte con il separatore a rulli contrapposti su liquame di bovine da latte (6-8% ST) proveniente dalla corsia di alimentazione e dal paddock in cemento di stalle libere in area Parmigiano-Reggiano, efficienze di separazione della sostanza secca variabili tra 40 e 55%, dell'azoto tra 25 e 35 % e del fosforo tra 25 e 40% (CRPA, 2001). 3) Separazione di liquami suini con separatore a compressione elicoidale Le prove sono state condotte presso l'azienda dimostrativa Fratelli Zambelli a San Rocco di Guastalla (RE), operando su liquami di suini all'ingrasso, opportunamente miscelati in vasca con dispositivo ossigenatore. Le condizioni di settaggio della macchina separatrice sono state modificate facendo uso di quattro diversi filtri (a maglie di 0,25 mm, 0,50 mm, 0,75 mm e 1,00 mm); per i filtri a maglie intemedie (0,50 e 0,75 mm) si è potuto lavorato a tre diversi livelli di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore mentre per il filtro a maglie più fini (0,25 mm) e per quello a maglie più grandi (1,00 mm) si è dovuto scegliere rispettivamente di lavorare con livelli di tensione della molla lento e molto teso. In ogni caso il filtro da 0,25 mm si è dimostrato inadatto per separare questo tipo di liquame in quanto la frazione solida risulta troppo asciutta e poco scorrevole e per questo la macchina separa pochissimo materiale. Risultati delle prove In tutte le prove ad eccezione di quella condotta con il filtro da 0,25 mm è stata pesata la quantità di frazione solida prodotta, assieme alla durata della prova stessa. Ciò al fine di determinare la produzione oraria di frazione solida separata e, indirettamente attraverso le analisi dei prodotti, le portate di liquame trattate dalla macchina nelle diverse condizioni. Nelle prove condotte è stato trattato un volume di liquame variabile tra i 25 ed i 40 m 3 /ora a seconda del filtro utilizzato e del livello di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. Le caratteristiche dei liquami in ingresso al trattamento sono risultate piuttosto differenti tra le due giornate di lavoro. Il primo giorno erano caratterizzati da un tenore di sostanza secca variabile tra 21 e 35 g/kg, con valore medio di poco inferiore a 30 g/kg, il secondo giorno tra 49 e 59 g/kg, con valore medio di 53 g/kg; il rapporto percentuale di solidi volatili sui solidi totali è risultato tra 60 e 70% il primo giorno, più costante tra 74 e 76% il secondo giorno. Il tenore di azoto totale è risultato di poco inferiore a 4000 mg/kg il primo giorno, ad eccezione dell'ultima prova con filtro 0,5 mm e DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.9

61 molla tesa, dove si è portato a valori di poco inferiori a 3000 mg/kg, vicino a 4000 mg/kg il secondo giorno; il rapporto percentuale di azoto ammoniacale sul totale è risultato del 64-72% il primo giorno e del 58-64% il secondo; anche il tenore di fosforo nei liquami trattati è risultato significativamente diverso tra le due date di prova, variabile tra 530 e 850 mg/kg il primo giorno (con rapporto N/P 2 O 5 > 2) e tra circa 1100 e 1300 il secondo (con rapporto N/P 2 O 5 1,5). Si ritiene che tali variazioni di composizione tra le due date rientrino nel normale range di variabilità delle caratteristiche di questa tipologia di liquami. La significativa diversità dei liquami trattati nel corso delle due giornate ha fatto si che anche le caratteristiche delle frazioni chiarificata e solida e le relative rese di separazione siano risultate piuttosto diverse. Il primo giorno infatti si sono ottenute rese di separazione tutto sommato modeste, sempre inferiori al 2% in peso, con separazione nella frazione solida del 10-20% circa dei solidi totali e solamente del 1-4% dell'azoto e del 0,3-1,5% del fosforo contenuti nei liquami tal quali. Il secondo giorno le rese di separazione sono invece risultate decisamente interessanti, sino ad oltre il 10% in peso, con separazione nella frazione solida del 30-50% circa dei solidi totali (media 40%) e del 7-16% dell'azoto (media 12%) e del 19-23% del fosforo (media 21%) contenuti nei liquami tal quali. I risultati rendono conto di come l'aumento del tenore di sostanza secca del liquame suino possa incrementare in modo decisivo le efficienze di separazione riferite al peso, ai solidi totali ed ai due nutrienti azoto e fosforo. In effetti le efficienze di separazione raggiunte il secondo giorno di prova sono risultate piuttosto elevate, in particolare se confrontate con altri dati di bibliografia che indicano, in riferimento a prove condotte con il separatore a compressione elicoidale su liquame suino, efficienze di separazione della sostanza secca variabili tra 22 e 37%, dell'azoto tra 3 e 9 % e del fosforo tra 9 e 20% (CRPA, 2001). In tutte le condizioni di prova il trattamento di separazione ha permesso di ottenere dei liquami chiarificati con livelli di azoto e fosforo totali espressi sul tal quale inferiori a quelli dei liquami tal quali. Nelle frazioni chiarificate si riscontra altresì un incremento della percentuale dell'azoto ammoniacale sul totale, a più pronto effetto fertilizzante. Le caratteristiche delle frazioni solide da liquami suini sono risultate piuttosto differenti da quelle derivanti dai liquami bovini, come sintetizzato nello specchietto che segue. ST in solido bovino Az. Pinotti g/kg Az. Mori g/kg ST in solido suino Az. Zambelli g/kg SV in solido bovino Az. Pinotti 92-93% su ST Az. Mori 91-94% su ST SV in solido suino Az. Zambelli 80-92% su ST NTK in solido bovino Az. Pinotti g/kg Az. Mori g/kg NTK in solido suino Az. Zambelli g/kg P tot. in solido bovino Az. Pinotti g/kg Az. Mori g/kg P tot. in solido suino Az. Zambelli g/kg N/P 2 O 5 in solido bovino Az. Pinotti 3,0-4,4 Az. Mori 3,0-4,2 N/P 2 O 5 in solido suino Az. Zambelli 0,7-1,2 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.10

62 4) Separazione di liquami suini tal quali e codigeriti con insilati, con separatore a rulli contrapposti L azienda BIOPIG S.S., che non è azienda dimostrativa del progetto AQUA, è specializzata nell'allevamento di suini da riproduzione. In particolare, il numero di capi allevati raggiunge un peso vivo complessivo di circa 1000 t, così ripartito: scrofe (peso 200 kg) suinetti (fino all età di tre mesi e peso pari a 30 kg). I capi sono allevati su grigliato. Il volume di deiezioni prodotte è pari a circa 100 m 3 al giorno. L impianto di digestione anaerobica presente in allevamento, realizzato dalla ditta ROTA, è del tipo CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) ed opera in condizioni di mesofilia (40 C). Quest ultimo è schematicamente costituito da: - una pre-vasca scoperta in cemento armato di capacità pari a circa 450 m 3 e dotata di un agitatore. La vasca raccoglie il liquame prodotto nei diversi settori dell allevamento. - un primo digestore (F1) in cemento armato e isolato termicamente per mezzo di pannelli di poliuretano espanso (spessore 80 mm, densità 40 kg/m 3 ). Il digestore ha una capacità di 2280 m 3 ed è coperto con un telo in poliestere che funge da copertura gasometrica. - un secondo digestore (F2) di pari caratteristiche costruttive, ma con capacità complessiva maggiore e pari a 2710 m 3. - un sistema per la separazione solido-liquido del liquame digerito, costituito da due unità che operano in parallelo. - una vasca di stoccaggio della frazione liquida digerita, priva di copertura e avente una capacità complessiva di m 3. Complessivamente, vengono immessi giornalmente circa 35 m 3 di biomasse solide (insilato di erba, mais ed altre biomasse insilate) e circa 100 m 3 di liquame (90% suino; 10% bovino). Complessivamente sono state condotte sei prove, utilizzando due tipi di liquame (liquame suino tal quale e liquame suino co-digerito) con tre differenti portate in ingresso al separatore (una nominale, una pari a circa il 50% di quella nominale e una pari a circa il 25% di quella nominale; liquame suino tal quale con portate variabili tra 11 e 49 m 3 /ora e liquame suino co-digerito con portate variabili tra 3 e 17 m 3 /ora). Le prove sono state svolte utilizzando le strutture di stoccaggio dei liquami presenti in azienda. In particolare, per il liquame suino tal quale è stata impiegata una vasca di equalizzazione di circa 450 m 3 di capacità, mentre per il liquame co-digerito è stata utilizzata una vasca di equalizzazione di circa 600 m 3 di capacità. La portata in ingresso al separatore è stata regolata agendo sulla saracinesca posizionata sulla tubazione che collega la pompa di prelievo del liquame al separatore. La quantità di liquame in ingresso al separatore è stata determinata mediante la misura del livello del liquame nella vasca di equalizzazione ad inizio e fine prova, mentre quella delle frazioni separate (solida e liquida) per pesata. La portata in ingresso al separatore è stata calcolata dividendo il volume di liquame in alimentazione per il tempo di durata di ciascuna prova. Risultati delle prove Le concentrazioni dei ST e dei SV riscontrate nel liquame suino tal quale sono risultate, rispettivamente, di circa 2 e 3 volte inferiori rispetto a quelle nel liquame co-digerito. In particolare, il contenuto medio in ST del liquame suino tal quale in ingresso al separatore è risultato del 1,55% e quello del liquame co-digerito del 3,67%. Nel liquame suino tal quale la percentuale di azoto ammoniacale era del 68,9% dell azoto totale, mentre è risultata del 57,4% nel liquame co-digerito. In media, la concentrazione dei ST, SV e NTK riscontrata nella frazione solida separata dal liquame suino tal quale è risultata, rispettivamente, di 9,80, 13,6 e 4,40 volte superiore rispetto a quella DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.11

63 presente nel liquame suino tal quale e, nel caso della frazione solida separata dal liquame codigerito, rispettivamente, di 4,11, 5,13 e 1,66 volte maggiore rispetto al liquame co-digerito non separato. Il contenuto in ST rilevato nelle frazioni solide ottenute è risultato molto simile mentre, i tenori in NTK e N-NH 4 + nelle frazioni solide separate dal liquame suino tal quale sono risultati, rispettivamente, di circa il 114% e il 17% maggiori rispetto a quelli riscontrati nelle frazioni solide ottenute dal liquame co-digerito. Nella frazione liquida separata dal liquame co-digerito il contenuto in NTK ha raggiunto un valore medio pari a 2057 mg/kg, mentre il rapporto N/P 2 O 5 è risultato mediamente pari a 1,62. La massa di liquame, grazie alla separazione solido/liquido, è stata ridotta di valori mediamente compresi fra 0.21% (liquame suino tal quale portata ~49 m 3 /h) e 11.0% (liquame co-digerito portata ~3 m 3 /h). Indipendentemente dalla portata di ingresso, la maggior efficienza di separazione (Ef) dei parametri considerati è stata ottenuta utilizzando il liquame co-digerito. In particolare, l efficienza media di separazione dei ST e dell NTK è risultata, rispettivamente, del 42,1% e 17,2% nel caso del liquame co-digerito e, rispettivamente, del 7,26% e 3,23% per il liquame suino tal quale. Tali risultati sono da attribuire al maggior contenuto in ST del liquame codigerito. Diversi studi (es., Møller et al., 2002; Balsari et al., 2006), infatti, evidenziano una correlazione positiva tra efficienza di separazione e contenuto in ST del liquame. I risultati ottenuti confermano anche l esistenza di una correlazione negativa tra la portata in ingresso del liquame e l efficienza di separazione, soprattutto nel caso delle prove condotte con il liquame suino tal quale. Impiegando il liquame co-digerito, non sono rilevabili differenze molto evidenti tra le diverse portate in termini di efficienza di separazione dei ST e dell NTK mentre, al contrario, per quanto riguarda il P tot è stato riscontrato un miglioramento nell efficienza di separazione quando si è operato con la portata maggiore. Esperienze condotte da Balsari et al. (2006), impiegando diverse tipologie di separatori (a rulli contrapposti, a compressione elicoidale, centrifughe), fanno supporre che all aumentare del contenuto in ST nei liquami la componente portata risulti sempre meno importante in termini di incremento dell efficienza di separazione, ed evidenziano che per alcuni parametri la sua influenza può avere un effetto inverso sulla dinamica dell efficienza di separazione. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.12

64 Le prove di stabilizzazione delle frazioni solide dei liquami 1) Frazione solida di liquami bovini da latte ottenuta con separatore a compressione elicoidale Sono state utilizzate le frazioni solide ottenute dalla prova di separazione condotta presso l'azienda dimostrativa Pinotti Luigi e Alberto a Pizzighettone (CR) operando su liquami di vacche da latte stabulate su cuccette con impiego di segatura come lettiera. Le 3 frazioni solide avviate alle prove di stabilizzazione son state ottenute operando con tre diversi filtri (a maglie di 0,5 mm, 0,75 mm e 1,00 mm) e livello medio di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. Le 3 frazioni solide sono state stoccate in cassoni forati, ciascuno del volume di 500 litri circa, e si è proceduto con rivoltamenti periodici delle masse in stoccaggio (bin composting). All'interno di ognuna delle 3 frazioni solide sono state posizionate due sonde per il rilievo della temperatura con cadenza oraria, l'una al centro del cassone e l'altra più laterale, a metà tra il centro ed il lato del cassone. Nel corso dei rivoltamenti i tre materiali sono stati campionati, per la determinazione delle concentrazioni di sostanza secca o solidi totali (ST), solidi volatili (SV), azoto totale (NTK), azoto ammoniacale (N-NH 4 + ) e fosforo (P). Inoltre sui campioni prelevati a inizio, metà e fine prova è stato determinato il potenziale biochimico metanigeno (BMP Biochemical methane potental), con metodo statico (analisi in batch o in discontinuo) in piccoli digestori da laboratorio (CRPA, 2011), per verificare il grado di stabilizzazione raggiunto dai materiali. Risultati delle prove Le temperature delle tre masse in compostaggio hanno avuto un andamento piuttosto simile tra loro, raggiungendo valori superiori ai 70 C nell'arco di poche ore dal posizionamento in cassone. I valori di temperatura si sono poi mantenuti al di sopra dei 60 C per una decina di giorni e comunque al di sopra dei 40 C per ulteriori 10 giorni. Successivamente le temperature si sono portate su valori uguali o inferiori ai 10 C, senza comunque mai scendere al di sotto dei 2 C. Il quarto rivoltamento, a quasi un mese dalla preparazione dei cumuli, è risultato effettivamente inefficace al fine di riattivare la fermentazione aerobica con innalzamento della temperatura. Nel corso del processo di stabilizzazione delle tre frazioni solide si è assistito ad una leggera riduzione dei livelli di sostanza secca delle masse. Il tenore di solidi volatili, sia come concentrazione sul materiale tal quale che come rapporto percentuale sui solidi totali è diminuito in modo più marcato. Al contrario il tenore di azoto totale è incrementato sia come concentrazione sul materiale tal quale che come rapporto percentuale sui solidi totali, a testimoniare che la respirazione della massa (con conseguente emissione di CO 2 ) è stata più intensa di quanto non siano state le emissioni in atmosfera delle diverse forme di gas azotati (ammoniaca, protossido di azoto, altri ossidi). Il bilancio di massa delle tre frazioni solide, ottenuto pesando i tre cassoni a inizio e fine prova e sulla base delle caratteristiche dei materiali, indica che il peso netto si è complessivamente ridotto del 36-37% mentre il peso dei solidi totali si è ridotto del 41-43%. Ancor più importante è risultata la diminuzione percentuale del peso dei solidi volatili, che si sono ridotti del 44-46%. Il bilancio delle ceneri è risultato variabile per i 3 cassoni ma mediamente la differenza in peso tra inizio e fine prova è stata prossima allo zero. Per quanto riguarda il bilancio di massa dei nutrienti la prova ha evidenziato una riduzione dell'azoto del 20-21%, senz'altro dovuta a volatilizzazione di ammoniaca e altri gas, e di fosforo del 10-16%, quest'ultima difficilmente spiegabile. I valori di potenziale biochimico metanigeno (BMP Biochemical methane potental) ricavati sulle tre frazioni solide a inizio, metà e fine prova testimoniano della progressiva stabilizzazione delle tre frazioni solide in compostaggio, che nel tempo hanno visto diminuire in modo molto significativo i valori di BMP. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.13

65 2) Frazione solida di liquami suini ottenuta con separatore a compressione elicoidale Sono state utilizzate le frazioni solide ottenute dalla prova di separazione condotta presso l'azienda dimostrativa Fratelli Zambelli a San Rocco di Guastalla (RE), operando su liquami di suini all'ingrasso. Le 3 frazioni solide avviate alle prove di stabilizzazione son state ottenute operando con tre diversi filtri (a maglie di 0,5 mm, 0,75 mm e 1,00 mm) e livello teso di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. Il metodo di stoccaggio, misura delle temperature e campionamento delle 3 frazioni solide è lo stesso della prova n. 1 ed anche in questo caso sui campioni prelevati a inizio, metà e fine prova è stato determinato il potenziale biochimico metanigeno (BMP Biochemical methane potental), con metodo statico (analisi in batch o in discontinuo) in piccoli digestori da laboratorio (CRPA, 2011), per verificare il grado di stabilizzazione raggiunto dai materiali. Risultati delle prove Le temperature delle masse in compostaggio hanno raggiunto valori di C nell'arco di poche ore dal loro posizionamento in cassone. I valori di temperatura si sono poi mantenuti elevati sino al primo rivoltamento di 4 giorni dopo. In seguito sono tornati ad aumentare allo stesso livello per poi scendere progressivamente sino a circa 20 C alla data del secondo rivoltamento, 10 giorni dopo. In seguito al secondo rivoltamento le temperature massime raggiunte sono state di circa C ma in un lasso di tempo più lungo rispetto ai precedenti, ad eccezione del cumulo ottenuto con filtro 0,5 mm che si era riscaldato di meno in precedenza ma più rapidamente in seguito al secondo rivoltamento. Il terzo ed ultimo rivoltamento dopo altri 15 giorni (fine fase attiva con rivoltamenti) è risultato effettivamente inefficace al fine di riattivare la fermentazione aerobica con innalzamento della temperatura. Nella seconda fase del processo, di tipo statico, le temperature delle masse si sono mantenute tra 0 e 5 C e in ogni caso non sono mai scese sotto zero. Nel corso del processo di stabilizzazione delle tre frazioni solide si è assistito complessivamente ad una leggera riduzione dei livelli di sostanza secca delle masse, dopo che nel primo mese si era invece assistito ad un incremento. Il tenore di solidi volatili, sia come concentrazione sul materiale tal quale che come rapporto percentuale sui solidi totali è diminuito in modo più marcato. Al contrario il tenore di azoto totale è incrementato sia come concentrazione sul materiale tal quale che come rapporto percentuale sui solidi totali, a testimoniare che la respirazione della massa (con conseguente emissione di CO 2 ) è stata più intensa di quanto non siano state le emissioni in atmosfera delle diverse forme di gas azotati (ammoniaca, protossido di azoto, altri ossidi). Il bilancio di massa delle tre frazioni solide, ottenuto pesando i tre cassoni a inizio e fine prova e sulla base delle caratteristiche dei materiali, rende conto di come il peso netto delle 3 frazioni solide si sia complessivamente ridotto del 15-20% mentre il peso dei solidi totali si sia ridotto del 24-30%. Ancor più importante è risultata la diminuzione percentuale del peso dei solidi volatili, che si sono ridotti del 27-35%. Il bilancio delle ceneri è risultato variabile per i 3 cassoni tra il 2 ed il 4% circa, un risultato accettabile. Per quanto riguarda il bilancio di massa dei nutrienti la prova ha evidenziato una riduzione dell'azoto del 2-5%, senz'altro dovuta a volatilizzazione di ammoniaca e altri gas, ed un incremento medio di fosforo del 20% circa, difficilmente spiegabile. I valori di potenziale biochimico metanigeno (BMP Biochemical methane potental) ricavati sulle tre frazioni solide a inizio, metà e fine prova testimoniano della progressiva stabilizzazione delle tre frazioni solide in compostaggio, che nel tempo hanno visto diminuire in modo significativo i valori di BMP. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.14

66 3) Frazione solida di liquami suini codigeriti ottenuta con separatore a rulli contrapposti La prova finalizzata alla valutazione del processo di maturazione aerobica della frazione solida separata dal liquame suino co-digerito è stata attivata presso la sezione di Meccanica del DEIAFA (Università di Torino). La prova è stata effettuata impiegando frazione solida separata ottenuta con il separatore a rulli contro rotanti in uso presso l azienda BIOPIG S.S. di Bra (CN). In particolare, per l esecuzione della prova sono stati utilizzati 3 contenitori forati di materiale plastico, coperti da tettoia, del volume unitario di 0.43 m 3. Ciascun contenitore è stato riempito con circa 350 kg di frazione solida co-digerita fresca. La prova ha avuto una durata di 90 giorni, nel corso della quale i cumuli di separato solido sono stati periodicamente arieggiati mediante rivoltamento. In particolare, sono stati effettuati 5 rivoltamenti: 4 nel corso del primo mese (con frequenza settimanale) e 1 nel corso del mese successivo. Nel corso della prova sono stati monitorati: - la temperatura ambientale, mediante sensori Onset Hobo U12; - la della temperatura della massa di separato solido accumulata all interno dei tre contenitori, mediante termocoppie collegate a data loggers Onset Hobo U12; - l evoluzione dei principali parametri chimico-fisici (solidi totali, solidi volatili, azoto totale, azoto ammoniacale, fosforo) durante il processo di maturazione, mediante la raccolta e l analisi di campioni di prodotto prelevati in momenti successivi (inizio prova, in coincidenza di ciascun rivoltamento, a fine prova). Risultati ottenuti La frazione solida fresca utilizzata per la prova di maturazione in scala pilota aveva un contenuto medio di solidi totali del 16% (di cui 83% sostanza organica), oltre 4 g/kg di azoto totale e quasi 2 g/kg di fosforo. La temperatura media ambientale registrata nel corso della sperimentazione è risultata pari a 6,8 C, con valori giornalieri minimi di -1,9 C e massimi di circa 22 C. La temperatura media registrata all interno dei cumuli nell arco dei 90 giorni di prova è risultata pari a 15,6 C, con un andamento caratterizzato da un picco iniziale di 40,7 C (tre giorni dopo l allestimento dei cumuli) al quale è seguito un progressivo e costante decremento fino a raggiungere un valore di circa 11 C in coincidenza dell ultimo rivoltamento. Il monitoraggio della temperatura ha, tuttavia, evidenziato alcuni problemi per quel che riguarda la fase di innesco della fase termofila del processo, probabilmente a causa delle dimensioni ridotte dei cumuli (elevato rapporto tra superficie e volume). Sulla base di tali considerazioni si è deciso di effettuare un secondo ciclo di prove sperimentali modificando il piano sperimentale precedentemente adottato. Tale ciclo, che non era ancora stato rendicontato nei primi due Report on agronomic activity (1 st year and 2 nd year), viene descritto in dettaglio nel seguito. La seconda prova finalizzata alla valutazione del processo di maturazione aerobica della frazione solida separata dal liquame suino co-digerito è stata attivata presso l impianto di digestione anaerobica dell azienda BIOPIG S.S. di Bra (CN). In particolare, su una platea di cemento non coperta (vedi figura che segue) sono stati allestiti tre cumuli di frazione solida codigerita ottenuta con il separatore a rulli contro rotanti (ROTA mod. SEP 97) in uso presso l azienda. Ciascun cumulo, di forma tronco piramidale e del peso di circa 10 t, aveva le dimensioni iniziali di 3,7 m di larghezza per 6,2 m di lunghezza e 1,8 m di altezza, corrispondenti ad un volume di circa 14 m 3 e a una superficie esposta all aria di circa 30 m 2. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.15

67 Cumuli di frazione solida separata dal liquame suino codigerito allestiti presso l impianto di digestione anaerobica dell azienda BIOPIG S.S. di Bra (CN) La prova ha avuto una durata di 90 giorni, in condizioni primaverili-estive. Nel corso della prova i cumuli di separato solido sono stati periodicamente arieggiati mediante rivoltamento. Sono stati effettuati 3 rivoltamenti con pala meccanica: 2 nel corso del primo mese e 1 nel corso del mese successivo. Nel corso della prova sono stati monitorati: - la temperatura ambientale, mediante sensori Onset Hobo U12; - la temperatura dei cumuli a tre diverse profondità (superficie, centro e fondo) mediante termocopie collegate a data loggers Onset Hobo U12; - l evoluzione dei principali parametri chimico-fisici (ST, SV, NTK, N-NH 4 +, P) durante il processo di maturazione, mediante la raccolta e l analisi di campioni di prodotto prelevati in tre momenti successivi (inizio prova, dopo 43 giorni dall inizio della prova, a fine prova); - le emissioni di NH 3 e gas ad effetto serra (N 2 O, CO 2, CH 4 ). L attrezzatura impiegata per la misura delle emissioni gassose è schematicamente costituita da: - un captatore conico di 0,138 m 2 ; - una camera di flusso; - un misuratore di volume; - uno strumento di analisi di tipo fotoacustico ad assorbimento nella banda dell infrarosso (monitor Brüel & Kjær mod. 1312) - un flussometro; - una pompa. Il captatore viene posizionato sulla superficie da cui si devono determinare le emissioni, regolando la portata della pompa a circa 10 l/min. La concentrazione dei gas nell aria, aspirata da sotto il captatore, viene misurata in continuo dall analizzatore di gas. a b Dispositivo utilizzato per la misura delle emissioni di NH 3 e gas ad effetto serra: captatore posizionato sulla superficie del cumulo (a) e l analizzatore di gas Brüel & Kjær (b) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.16

68 La misura dei gas è stata effettuata tre volte a settimana, posizionando tre captatori sulla superficie di ciascun cumulo. Le emissioni totali rilevate nel corso delle prove sono state espresse in kg CO 2 equivalente per tonnellata di materiale stoccato, considerando che, ai fini dell effetto serra, 1 kg di metano, di protossido di azoto e di ammoniaca corrispondono rispettivamente a 25, 298, e 2,98 kg di CO 2 (IPCC, 2007). Risultati ottenuti La temperatura media ambientale registrata nel corso della sperimentazione è risultata pari a 20,4 C, con valori giornalieri minimi di 9,6 C e massimi di circa 27 C. La temperatura media registrata all interno dei cumuli nell arco dei 90 giorni di prova è risultata pari a 33 C, con un andamento caratterizzato da un picco iniziale di 52,3 C (sette giorni dopo l allestimento dei cumuli) al quale è seguito un progressivo e costante decremento fino a raggiungere un valore medio di circa 25 C dopo 60 giorni dall inizio della prova. Il profilo delle temperature registrate nel corso della prova è assimilabile a quello riportato in letteratura per processi di compostaggio di matrici organiche (Adani et al., 2004). 70 Temperatura media ( C) Temperatura media cumuli Temperatura media dell'aria Rivolatmenti Giorni Andamento delle temperature medie giornaliere dell aria e dei cumuli di frazione solida digerita rilevate nel corso della prova. Nel corso dei 90 giorni di prova la massa dei 3 cumuli si è ridotta in media del 40%. Al contrario, le concentrazioni dei ST, SV, NTK e P sono aumentate durante il processo di maturazione, raggiungendo a fine prova valori pari al 23,1%, 17,2%, 0,61% e 0,64% rispettivamente. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.17

69 Principali caratteristiche chimico fisiche rilevati nel corso della prova. 12/04/ /07/2012 Bilancio di Massa* Parametro (inizio 24/05/2012 (fine (variazione percentuale prova) prova) tra inizio e fine prova) ST g/kg Tq %tq ,6% SV g/kg Tq %ST ,2% TNK mg/kg Tq %ST ,0% + mg/kg Tq N-NH 4 %TKN ,7% Ptot mg/kg Tq %ST ,1% *Effettuato sulla base del peso dei cumuli ad inizio e fine prova. La degradazione dei SV rispetto al materiale fresco (inizio prova) è risultata pari al 26,2%. Per quanto riguarda i composti azotati, i risultati evidenziano una riduzione del contenuto di NTK e di N-NH 4 +, rispettivamente, del 19% e dell 84,7%. Tali perdite di azoto sono da attribuire principalmente alle emissioni di NH 3. In particolare, nel corso della prova sono state misurate emissioni medie complessive di NH 3 e di N 2 O corrispondenti, rispettivamente, a circa l 8% e il 2% dell azoto totale inizialmente presente. Emissioni complessive di protossido di azoto (N 2 O), ammoniaca (NH 3 ), metano (CH 4 ) e anidride carbonica (CO 2 ) rilevate nel corso della prova. Gas serra (GHG) (kg CO 2 eq/t) N 2 O g/m 2 % N tot NH 3 g/m 2 % N tot CH 4 g/m 2 % SV CO 2 g/m 2 % SV 27,3 (4,71) 1,92 (0,03) 112 (18,3) 7,91 (0,01) 759 (104) 1,73 (0,003) 25,9 (4,47) 1,06 (0,17) 60,3 (8,28) 6447 (806) 20,6 (2,56) 14,7 (0,02) Totale GHG (kg CO 2 eq/t) 108 Nel corso del periodo indagato sono state rilevate emissioni complessive di CO 2 variabili tra 8037 e 5427 g/m 2, mentre le perdite di carbonio sottoforma di CH 4 sono risultate di modesta entità e pari a circa l 1,7% dei SV inizialmente presenti (Tabella 2). Tuttavia, in termini di CO 2 eq, è quest ultimo gas che ha fornito le emissioni complessive di maggiore entità, seguito dal N 2 O, la CO 2 e l NH 3. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.18

70 Activity 3. Checking the agronomic and environmental effects of the solid fraction use Questa attività ha avuto come obiettivo quello di verificare gli effetti agronomici e ambientali dell'uso della frazione solida dei liquami su terreni con scarsa dotazione di sostanza organica. L'azione si è svolta in Lombardia, Emilia-Romagna e Piemonte ed è iniziata nel 2011 con l individuazione dei siti; ha avuto una durata di 2 annate agrarie (2012 e 2013). Le aziende prescelte sono caratterizzate da terreni con bassa dotazione di sostanza organica. Nel corso del primo anno (2011) i 3 partner (ERSAF, CRPA, IPLA) hanno individuato le aziende ed impostato le prove agronomiche. Sempre nel corso del primo anno di progetto sono stati definiti i piani colturali e di fertilizzazione, da applicare nelle due annate di prova. Su colture primaverili-estive tipiche delle aree ove sono state organizzate le tre prove si sono confrontati almeno tre diversi trattamenti: a) Testimone non fertilizzato b) Fertilizzazione con frazione solida di effluenti di allevamento c) Fertilizzazione con concimi minerali Ciascuna prova è stata organizzata in parcelle e gli stessi trattamenti fertilizzanti applicati nel 2012 sono stati ripetuti nel corso del 2013 per evidenziare gli effetti dovuti all uso delle frazioni solide. In Lombardia si è utilizzato il separato solido dell azienda dimostrativa di bovini da latte che partecipa all azione 1 e 2 del progetto. In Piemonte separato solido di suino codigerito mentre in Emilia-Romagna separato di liquame suino tal quale. Per ogni campo, oltre a tenere nota delle operazioni di tipo agronomico, si è proceduto con un analisi completa dello strato di terreno 0-30 cm, includendo tessitura, ph, calcare totale e attivo, CSC, sostanza organica, azoto totale, fosforo assimilabile Olsen, potassio assimilabile. I campionamenti sono stati a cura del partner locale e le analisi svolte presso laboratori scelti dai singoli partner. Riguardo la determinazione della sostanza organica, che era prevista da progetto alla fine dei due anni di prove, per il sito localizzato in Lombardia si è ritenuto utile procedere anche ad una caratterizzazione iniziale (vedi Report on agronomic activity, 2 nd year). Nei momenti della distribuzione del separato in campo si è proceduto alla verifica dei dosaggi delle frazioni solide stabiliti ed al campionamento per le analisi. Prima della semina in tutti e tre i siti sono stati prelevati campioni di terreno dagli strati 0-30 e Tali campionamenti sono stati ripetuti anche dopo la raccolta delle colture per valutare la variazione di nitrati e fosforo assimilabile nel terreno. A fine ciclo colturale, oltre le analisi sul terreno di cui sopra, sono state rilevate, per ogni tesi, le produzioni, peso fresco e secco dei prodotti raccolti ma anche di quelli che restano in campo (es. paglie), utilizzando i metodi di misura abituali per operazioni di pieno campo. Sui campioni di biomassa essiccati a 65 C è stato determinato il contenuto di azoto e fosforo presso il laboratorio del CRPA. Di seguito si riportano i risultati relativi all annualità 2013 ed una sintesi dei risultati dell attività su Checking the agronomic and environmental effects of the solid fraction use. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.19

71 Prova agronomica in Lombardia In Lombardia nel corso del 2013 la prova agronomica è stata condotta sempre presso l azienda Pinotti di Pizzighettone. Così come nel 2012, si è utilizzata la frazione solida separata da liquami bovini su terreno a ridotto tenore di sostanza organica. Caratteristiche del terreno della prova condotta presso l azienda Pinotti Tessitura Sabbia µm % 76 Limo 50-2 µm % 17 Argilla < 2 µm % 7 ph in acqua - 7,2 Calcare totale % 0,04 Capacità di scambio cationico meq/100 g 3,4 Sostanza organica % 1,4 Azoto totale g/kg 0,9 Fosforo assimilabile Olsen mg/kg 67 Potassio scambiabile mg/kg 113 In Lombardia l appezzamento selezionato ha una tessitura sabbioso-franco con un basso tenore di sostanza organica e di azoto, una ridotta capacità di scambio cationico mentre è particolarmente ricco in fosforo. Anche in questo secondo anno di prova è stato coltivato mais da granella in tre parcelloni gestiti in modo diverso come da protocollo del progetto: T1 testimone non concimato T2 concime chimico (230 kg N/ha totali da urea distribuita in presemina e copertura) T3 frazione solida di liquame bovino (170 kg N/ha totali distribuiti in presemina) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.20

72 Schema della prova agronomica condotta presso l azienda Pinotti di Pizzighettone Caratteristiche della frazione solida separata di liquami bovini utilizzata nella prova Parametro Unità di misura Valore ph - 7,27 Solidi totali (ST) % t.q. 14,1 Solidi volatili (SV) %ST 87,7 Azoto totale (NTK) g/kg t.q. 3,34 Azoto ammoniacale %NTK 5,2 Fosforo totale (P) g/kg t.q. 0,60 Potassio totale (K) g/kg t.q. 7,27 Il separato solido da liquami bovini è stato ottenuto con un separatore a rulli contrapposti. Tale separatore, di tipo mobile, non è di proprietà dell azienda ma è stato necessario rivolgersi ad una ditta specializzata. La matrice è stata contraddistinta da un tenore di sostanza secca relativamente basso (14 %), azoto nella norma (0,33 %) rispetto al tipo di effluente e in predominanza sotto forma organica e solo il 5,2 % in forma ammoniacale. Il fosforo ha avuto contenuti non molto alti (0,06 %). Per la prova è stato seminato mais destinato alla produzione di granella, a metà aprila prima di un periodo molto piovoso che è durato sino alla fine del mese di maggio (vedi grafico in seguito). Nella tabella che segue sono riportate le principali operazioni colturali eseguite nel corso della stagione. La coltura è stata irrigata con turni di 14 giorni. Principali operazioni eseguite sul campo prova Data Operazione 16 aprile 2013 Distribuzione fertilizzanti (frazione solida di liquame bovino e urea) 16 aprile 2013 Semina mais da granella 19 maggio 2013 Sarchiatura e seconda distribuzione urea in T2 10 ottobre 2013 Raccolta mais 29 ottobre 2013 Campionamento finale terreni DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.21

73 Immagini del campo sul quale è stata condotta la prova agronomica presso l azienda Pinotti DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.22

74 Al momento della raccolta la granella aveva un contenuto medio di sostanza secca pari all 80%. La biomassa è stata quindi essiccata a 65 C fino a peso costante per determinare il contenuto di sostanza secca e quindi la produzione per ettaro di biomassa secca. Infine è stato determinato il contenuto di azoto totale, al fine di calcolare le asportazioni della coltura. I dati di resa e le concentrazioni e asportazioni di azoto sono riportate nella tabella che segue. Rese della coltura di mais, concentrazioni e asportazioni di azoto Trattamento Resa granella s.s. granella* Resa granella N in granella* Asportazioni N granella Asportazioni N granella e stocchi (t t.q./ha) (%) (t s.s./ha) (% s.s.) (kg/ha) (kg/ha) T1 8,34 80,14 6,68 11, T2 17,58 79,43 13,96 11, T3 19,19 79,61 15,28 11, * valori medi delle 3 repliche Le rese in granella del mais sono risultate in linea con le produzioni medie dell anno tranne, come era atteso, per la tesi non concimata che ha avuto un raccolto decisamente inferiore. Pertanto si sono rilevate differenze significative tra le rese di granella delle tesi concimate rispetto alla tesi non concimata. Le concentrazioni di azoto nella granella sono risultate più alte nelle tesi concimate in particolare in quella con il separato solido. Anche le asportazioni seguono lo stesso andamento sia per la granella che per l intera pianta. Il livello di nitrati nel suolo rilevato con i due campionamenti (presemina e raccolta) è risultato piuttosto ridotto (sempre < 10 mg N-NO 3 /kg) ed omogeneo tra parcelle in corrispondenza del primo campionamento mentre alla raccolta il livello di nitrati residui è risultato un poco più elevato nelle parcelle fertilizzate, in modo particolare in quelle con concime chimico. I livelli di fosforo assimilabile sono risultati piuttosto variabili e non sembrano mostrare l influenza della fertilizzazione con il separato solido ottenuto da liquame bovino con un basso tenore di P. Contenuto di azoto nitrico nei terreni (medie per trattamento in mg N-NO 3 /kg) 16-apr ott-13 Trattamento (presemina) (post-raccolta) 0-30 cm cm 0-30 cm cm T1 - Test non fertilizzato 1,48 1,28 3,59 3,95 T2 - Concime chimico 1,62 1,61 5,97 7,26 T3 - Separato solido bovino 1,66 1,21 5,59 5,65 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.23

75 Contenuto di azoto nitrico nei terreni nello strato 0-30 cm (medie per trattamento, le barre indicano la deviazione standard) Contenuto di azoto nitrico nei terreni nello strato cm (medie per trattamento, le barre indicano la deviazione standard) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.24

76 Contenuto di fosforo assimilabile nei terreni al 29 ottobre 2013 per i due strati 0-30 e cm (medie per trattamento, le barre indicano la deviazione standard) Temperature e precipitazioni giornaliere misurate nel corso del periodo di coltivazione DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.25

77 Come si può notare dai dati relativi alle analisi del contenuto di carbonio nel suolo e alla sua caratterizzazione nell orizzonte lavorato (0-30 cm), alla fine della sperimentazione le determinazioni effettuate, sia in termini quantitativi che qualitativi, non mostrano che gli apporti delle frazioni solide dei liquami siano risultati efficaci nel determinare incremento del tenore di sostanza organica nel terreno o variazioni significative della sua qualità. Il livello del carbonio organico totale (TOC) nel terreno, al termine di due anni di prova, è risultato più alto nella parcella che ha ricevuto la frazione solida di liquami rispetto al test non fertilizzato ma più basso rispetto alla tesi concimata con il chimico. Lo stesso andamento si è avuto anche per gli altri parametri analizzati, ovvero il carbonio organico estraibile (TEC) e gli acidi umici e fulvici (HA+FA). Contenuto di carbonio nel terreno e parametri di umificazione, valori medi dei tre trattamenti Trattamento TOC (1) TEC (2) HA+FA (3) NH (4) DH (5) HR (6) HI (7) T1 - Test non fertilizzato % s.s. % s.s. % s.s. % s.s. % % - 0,66 0,39 0,24 0, ,59 T2 - Concime chimico 0,83 0,51 0,33 0, ,54 T3 - Separato solido bovino 0,73 0,46 0,29 0, ,57 (1) TOC: carbonio organico totale (2) TEC: carbonio organico estraibile (3) HA+FA: acidi umici e fulvici (4) NH: carbonio organico non umificato (5) DH: grado di umificazione = (HA+FA)/TEC (6) HR: tasso di umificazione = (HA+FA)/TOC (7) HI: indice di umificazione = NH/(HA+FA) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.26

78 Prova agronomica in Piemonte La prova agronomica è stata svolta presso un sito sperimentale dell Università di Torino Dip. Scienze Agrarie, Forestali e Alimentari a Grugliasco (TO) ed è consistita nella valutazione agronomica dell uso di frazione solida di liquame suino codigerito, prodotto presso l azienda Biopig di Bra (CN). Di seguito si riportano i dati relativi alla caratterizzazione chimico-fisica del suolo dell appezzamento nel quale è effettuata la prova agronomica. La tessitura del primo orizzonte di suolo risulta essere franca, con ph subacido, CSC basso e contenuto di sostanza organica molto basso, come previsto nel progetto. Nell orizzonte sotto superficiale il contenuto in sostanza organica risulta ancora inferiore. Caratteristiche del terreno della prova condotta in Piemonte Profondità 0-30 cm cm Tessitura Sabbia µm % 41,0 34,9 Limo 50-2 µm % 48,0 48,2 Argilla < 2 µm % 10,9 16,9 ph in acqua - 6,1 6,3 Calcare totale % 0,07 0,06 Capacità di scambio cationico meq/100 g 8,88 9,92 Sostanza organica % 1,68 0,62 Azoto totale g/kg 0,10 0,05 Fosforo assimilabile Olsen mg/kg 18,4 8,3 Nella tabella che segue si riportano i risultati relativi alla caratterizzazione chimica della frazione solida di liquame suino codigerito utilizzata nel 2013, tra parentesi i valori che erano stati rilevati nel La sostanza secca del separato solido è risultata di poco superiore al 20% e l azoto presente è in prevalenza in forma organica. Tuttavia, nei 2 anni di prova, ci sono differenze in termini di contenuto di sostanza secca, azoto e fosforo totali, più alti nel Caratteristiche chimiche del separato solido utilizzato nel 2013 (tra parentesi i dati 2012). Parametro Unità di misura 2013 Solidi totali (ST) % t.q. 21,81 (17,77) Solidi volatili (SV) %ST 82,05 (84,08) Azoto totale (NTK) g/kg t.q. 5,21 (3,49) Azoto ammoniacale g/kg t.q. 0,15 (0,11) Fosforo totale (P) g/kg t.q. 3,84 (1,84) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.27

79 Lo schema della prova agronomica ha previsto 3 trattamenti, la coltivazione del mais da granella e la randomizzazione completa con 3 replicazioni. I trattamenti posti a confronto sono: 0 NPK - Testimone non concimato Dig kgn/ha di separato solido in presemina kgn/ha di urea in copertura Min kgn/ha di urea in presemina kgn/ha di urea in copertura. Quantità di P 2 O 5 e K 2 O pari a quelle fornite dal separato solido, fornite come perfosfato triplo e cloruro di potassio. Sito sperimentale (a sinistra) e schema sperimentale (a destra) della prova agronomica con separato solido. Operazioni colturali effettuate nei 2 anni di sperimentazione. Operazione colturale Aratura campo Grugliasco 23/03/12 14/05/13 Erpicatura 06/04/12 14/05/13 Concimazione presemina 06/04/12 14/05/13 Semina Syngenta NK Famoso FAO /04/12 31/05/13* Diserbo post-emergenza 07/05/12 Diserbo post-emergenza 28/05/12 Concimazione copertura con urea 05/06/12 03/07/13 Irrigazione prova (40 mm) 11/07/12 04/07/13 Irrigazione prova (40 mm) 18/07/12 15/07/13 Irrigazione prova (60 mm) 26/07/12 05/08/13 Irrigazione prova (30 mm) 22/08/12 23/08/13 Raccolta prova 27/09/12 09/10/13 * la semina è avvenuta il 14/05/2013 ma a causa della mancata emergenza è stata effettuata una risemina il 31/05/2013 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.28

80 È da segnalare che l andamento climatico del 2013 ha fortemente penalizzato le produzioni di mais, a causa del prolungarsi delle precipitazioni in primavera che non hanno consentito di effettuare le operazioni colturali quando necessario. I risultati mostrano comunque un effetto del trattamento su diverse variabili misurate. In particolare, le variabili misurate sono risultate in genere maggiori nel trattamento Min rispetto a 0 NPK, mentre la tesi Dig ha mostrato produzioni e asporti totali intermedie. Produzioni, asporti e concentrazioni di azoto del mais. Trattamento Granella Stocchi Tutoli e brattee Biomassa totale (t/ha) (t/ha) (t/ha) (t/ha) 0 NPK 4,71 b 3,61 b 1,38 9,70 b Dig 5,88 b 3,89 b 1,77 11,53 ab Min 9,87 a 5,78 a 2,21 17,85 a Sig. Trattamento Trattamento Granella Stocchi Tutoli e brattee Biomassa totale (kg N/ha) (kg N/ha) (kg N/ha) (kg N/ha) 0 NPK 33,2 b 5,3 b 1,4 b 39,99 b Dig 50,4 b 11,7 ab 3,8 a 65,91 b Min 80,4 a 15,3 a 2,6 ab 98,29 a Sig. Trattamento Trattamento Granella Stocchi Tutoli e brattee (% N) (% N) (% N) 0 NPK 1,03 b 0,22 0,15 b Dig 1,27 a 0,44 0,33 a Min 1,21 a 0,40 0,18 ab Sig. Trattamento ns Di seguito si riportano i dati relativi alle analisi dei nitrati nel suolo prima delle fertilizzazioni e dopo la raccolta del mais. Nel 2013 le differenze tra i trattamenti non sono risultate statisticamente significative. Anche per quanto riguarda il fosforo disponibile, la misura effettuata dopo la raccolta del mais ha fatto registrare delle differenze tra i trattamenti statisticamente non significative. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.29

81 Contenuto di azoto nitrico (mg N-NO 3 - /kg) e fosforo Olsen (mg P/kg) nei terreni prima della fertilizzazione in presemina e dopo la raccolta del mais. Azoto nitrico Profondità Trattamento 20/03/ /10/ cm 0NPK 1,87 1,98 DIG 1,59 6,51 MIN 1,50 8,79 Sig. Trattamento ns ns cm 0NPK 3,42 b 0,54 DIG 3,68 ab 2,83 MIN 4,78 a 4,11 Sig. Trattamento 0,022 ns Fosforo assimilabile Profondità Trattamento 20/03/ /10/ cm 0NPK 7,76 8,34 DIG 8,56 12,64 MIN 10,05 11,79 Sig. Trattamento ns ns cm 0NPK 5,02 6,05 DIG 5,24 6,56 MIN 5,84 7,51 Sig. Trattamento ns ns Nella tabella che segue si riportano i dati relativi alle analisi del contenuto di carbonio nel suolo e alla sua caratterizzazione nell orizzonte lavorato (0-30 cm) alla fine della sperimentazione. I diversi trattamenti non hanno causato differenze statisticamente significative, anche se il trattamento fertilizzato con il separato solido evidenzia la tendenza ad un aumento del contenuto di C nel suolo. Contenuto di carbonio nel suolo e valori dei parametri di caratterizzazione della sostanza organica rilevati alla fine dei 2 anni di prova nell orizzonte 0-30cm (valori medi). Trattamento TOC (% ss) TEC (% ss) HA+FA (% ss) NH (% ss) DH (%) HR (%) HI (%) 0NPK 0,793 0,483 0,217 0,267 44,67 27,67 1,24 DIG 0,827 0,510 0,220 0,290 43,00 27,00 1,32 MIN 0,757 0,473 0,207 0,267 43,67 27,33 1,29 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.30

82 Prova agronomica in Emilia-Romagna Per quanto concerne l Emilia-Romagna, nel corso del 2013 la prova agronomica è stata condotta presso l azienda Marani di Ravenna. Infatti per questioni operative non è stato possibile proseguire sul sito attivato nel 2012 in Comune di Mirabello, provincia di Ferrara. Per questo motivo all azienda Marani è stato aggiunto un trattamento con frazione solida a dose doppia, con il fine di verificare gli effetti di un apporto più elevato di sostanza organica. Su terreno a ridotto tenore di sostanza organica si è utilizzata la frazione solida separata da liquami suini tal quali; si tratta del materiale che nella decisione di deroga concessa alle regioni del Nord Italia deve essere esportato al di fuori delle aziende in deroga, preferibilmente verso aree caratterizzate da suoli a basso contenuto di sostanza organica. Caratteristiche del terreno della prova condotta presso l azienda Marani di Ravenna Tessitura Sabbia µm % 27,2 Limo 50-2 µm % 56,8 Argilla < 2 µm % 16,0 ph in acqua - 7,7 ph in CaCl 1M 7,2 Calcare totale % 21,5 Capacità di scambio cationico meq/100 g 18,5 Sostanza organica % 1,33 Azoto totale g/kg 1,0 Fosforo assimilabile Olsen mg/kg 6 Potassio scambiabile mg/kg 157 Il terreno su cui è stata condotta la prova, a tessitura franco-limosa e ph subalcalino, presentava una elevata dotazione di calcare totale ed una dotazione bassa di sostanza organica. Anche i livelli di azoto totale e fosforo assimilabile sono risultati bassi mentre il potassio scambiabile è in concentrazione normale. È stato coltivato sorgo da granella in parcelle ove sono stati replicati per quattro volte i seguenti trattamenti (schema a blocchi randomizzati): T testimone non concimato C concime chimico (170 kg N/ha totali da urea distribuita in presemina) S1 frazione solida di liquame suino (170 kg N/ha totali distribuiti in presemina) S2 frazione solida di liquame suino a dose doppia (340 kg N/ha totali distribuiti in presemina) Il dosaggio ottimale di azoto per questa coltura e nelle specifiche condizioni di suolo e clima è stato determinato tenendo in considerazione le esigenze della coltura in funzione delle rese attese e fertilità del suolo ed è risultato pari a 170 kg N/ha (per raggiungere una resa di circa 6 t/ha di granella). DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.31

83 Schema della prova agronomica condotta presso l azienda Marani di Ravenna T Test non concimato S1 S2 C Concime chimico Solido separato Solido separato S1 Solido separato blocco 4 dose doppia blocco 4 S2 Solido separato dose doppia C Chimico T Test T Test C Chimico blocco 3 blocco 3 S2 Solido separato dose doppia S1 Solido separato S1 Solido separato T Test blocco 2 blocco 2 C Chimico S2 Solido separato dose doppia T Test S1 Solido separato blocco 1 blocco 1 S2 Solido separato dose doppia C Chimico DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.32

84 Caratteristiche della frazione solida separata di liquami suini utilizzata nella prova Parametro Unità di misura Valore ph - 8,31 Solidi totali (ST) % t.q. 33,68 Solidi volatili (SV) %ST 79,1 Azoto totale (NTK) g/kg t.q. 13,43 Azoto ammoniacale %NTK 17,3 Carbonio organico totale (TOC) %ST 41,5 Rapporto C/N - 10,4 Fosforo totale (P) g/kg t.q. 6,55 Potassio totale (K) g/kg t.q. 6,53 Carbonio organico estraibile (TEC) %ST 23,42 Acidi umici e fulvici (HA+FA) %ST 3,54 Frazione non umificata (NH) %ST 19,88 Grado di umificazione (DH) % 15 Tasso di umificazione (HR) % 9 Indice di umificazione (HI) - 5,62 Il materiale organico utilizzato, derivante dalla centrifugazione di liquami suini, aveva un discreto tenore di sostanza secca (circa 34%) e sostanza organica (quasi l 80% della sostanza secca). L azoto, in percentuale di circa l 1,3% sul prodotto tal quale, era in prevalenza (>80%) sotto forma organica e per la restante parte ammoniacale. Il rapporto tra azoto totale e anidride fosforica (P 2 O 5 ) è risultato inferiore ad 1 e quindi sbilanciato verso il fosforo, infatti il rapporto comune tra N e P 2 O 5 nella nutrizione vegetale è di circa 2,5. Dal punto di vista della stabilità della sostanza organica si può notare che si tratta di un materiale non particolarmente stabilizzato, infatti DH e HR sono risultati piuttosto bassi ed HI alto. Per la prova è stata utilizzata la varietà di sorgo Aralba di RV-Venturoli. Nella tabella che segue sono riportate le principali operazioni colturali eseguite nel corso della stagione. La coltura è stata condotta in asciutta. Principali operazioni eseguite sul campo prova Data Operazione 14 maggio 2013 Campionamento terreni e distribuzione fertilizzanti (frazione solida di liquami suini e urea) 19 maggio 2013 Semina sorgo da granella (var. Aralba RV-Venturoli) 21 giugno 2013 Sarchiatura 9 settembre 2013 Raccolta sorgo e campionamento terreni 16 settembre 2013 Campionamento finale terreni L apporto di 170 kg N/ha dovuto alla frazione solida dei liquami suini ha generato corrispondenti DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.33

85 apporti di circa 190 kg P 2 O 5 /ha e 100 kg K 2 O/ha. Immagini della prova agronomica condotta presso l azienda Marani di Ravenna DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.34

86 La valutazione delle produzioni del sorgo è stata effettuata raccogliendo la granella in corrispondenza di un contenuto medio di sostanza secca tra l 85 ed il 90%. La biomassa è stata quindi essiccata a 65 C fino a peso costante per determinare il contenuto di sostanza secca e quindi la produzione per ettaro di biomassa secca. Infine è stato determinato il contenuto di azoto totale, al fine di calcolare le asportazioni della coltura. I dati produttivi e le concentrazioni e asportazioni di azoto sono riportate nella tabella che segue. Rese della coltura di sorgo, concentrazioni e asportazioni di azoto Trattamento Replica Resa granella T Test non fertilizzato C Concime chimico S1 Solido suino S2 Solido suino dose doppia (t t.q./ha) s.s. granella (%) Resa granella (t s.s./ha) N in granella (% s.s.) Asportazioni N (kg/ha) Peso specifico (g/l) 1 5,92 87,5 5,18 1, ,47 87,4 6,53 1, ,76 87,4 5,04 1, ,61 87,7 5,80 1, ,94 88,0 3,47 1, ,12 87,1 5,33 1, ,07 87,8 6,21 1, ,30 87,6 5,52 1, ,62 87,9 5,82 1, ,17 87,4 6,26 1, ,92 87,8 6,08 1, ,19 87,4 6,29 1, ,47 87,1 4,76 1, ,02 87,7 6,16 1, ,50 87,3 4,80 1, ,19 87,8 4,56 2, T media 6,44 87,5 5,64 1,76 a C media 5,86 87,6 5,13 1,85 a,b S1 media 6,97 87,6 6,11 1,84 a,b S2 media 5,80 87,5 5,07 1,90 b Media campo 6,27 87,6 5,49 1, Le rese in granella del sorgo sono risultate piuttosto vicine a quanto era stato preventivato (6 t/ha di granella) per determinare il dosaggio ottimale di azoto pari a 170 kg N/ha. Non sono state rilevate differenze statisticamente significative tra le rese di granella mentre le concentrazioni di azoto nella granella sono risultate più alte nel trattamento con frazione solida di liquame suino a dose doppia rispetto al testimone non concimato; i trattamenti C ed S1 invece non DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.35

87 si differenziano da T né da S2. Nel trattamento con frazione solida di liquame suino a dose normale si è avuta la più alta resa in granella, superiore alle 6 t/ha preventivate, con asportazioni di azoto superiori ai 100 kg/ha. Il livello di nitrati nel suolo rilevato con i due campionamenti (pre-semina e raccolta) è risultato piuttosto ridotto (sempre < 10 mg/kg) ed omogeneo tra parcelle in corrispondenza del primo campionamento mentre alla raccolta il livello di nitrati residui è invece risultato più elevato nelle parcelle fertilizzate, in modo particolare in quelle con concime chimico. I livelli di fosforo assimilabile sono stati incrementati in modo significativo dagli apporti delle frazioni solide dei liquami suini, raggiungendo valori medi nello strato 0-30 cm vicini a 15 mg/kg che rappresentano concentrazioni normali e non basse come era a inizio prova. Temperature e precipitazioni giornaliere misurate nel corso del periodo di coltivazione (è incluso il mese precedente alla semina, aprile 2013) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.36

88 Contenuto di azoto nitrico nei terreni (medie per trattamento in mg/kg) Trattamento 9 maggio 2013 (presemina) 29 ottobre 2013 (post-raccolta) 0-30 cm cm 0-30 cm cm T - Test non fertilizzato 7,20 4,66 5,20 a 1,62 a C - Concime chimico 7,17 4,89 29,38 b 7,45 b S1 - Solido suino 7,73 4,56 17,78 b 4,94 b S2 Solido suino dose doppia 6,38 3,55 19,69 b 0,96 a Contenuto di azoto nitrico nei terreni nello strato 0-30 cm (medie per trattamento, le barre indicano la deviazione standard) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.37

89 Contenuto di azoto nitrico nei terreni nello strato cm (medie per trattamento, le barre indicano la deviazione standard) Contenuto di fosforo assimilabile nei terreni al 16 settembre 2013 per i due strati 0-30 e cm (medie per trattamento, le barre indicano la deviazione standard) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.38

90 Le determinazioni effettuate sulla sostanza organica del terreno, sia in termini quantitativi che qualitativi, hanno dimostrato come gli apporti delle frazioni solide dei liquami suini siano risultate efficaci nel determinare incremento del tenore di sostanza organica nel terreno. Infatti il livello del carbonio organico totale (TOC) nel terreno, al termine di un anno di prova, è risultato significativamente più alto nelle parcelle che avevano ricevuto la frazione solida di liquami suini rispetto al test non fertilizzato. Gli stessi trattamenti con frazione solida di liquami suini hanno anche fatto rilevare i più alti livelli di carbonio organico estraibile ed acidi umici e fulvici, sebbene non vi sia significatività dal punto di vista statistico. Anche i parametri dell umificazione derivati, e cioè il grado di umificazione (DH), il tasso di umificazione (HR) e l indice di umificazione (HI) sono risultati migliorati dagli apporti delle frazioni organiche. Contenuto di carbonio nel terreno e parametri di umificazione Trattamento TOC (1) TEC (2) HA+FA (3) NH (4) % s.s. % s.s. % s.s. % s.s. T - Test non fertilizzato 1,050 a 0,594 0,327 0,267 C - Concime chimico 1,095 a,b 0,631 0,350 0,282 S1 - Solido suino 1,175 b 0,656 0,378 0,278 S2 Solido suino dose doppia 1,187 b 0,636 0,367 0,268 Trattamento DH (5) HR (6) HI (7) % % - T - Test non fertilizzato 54,6 31,0 0,84 C - Concime chimico 55,4 31,9 0,81 S1 - Solido suino 57,5 32,2 0,74 S2 Solido suino dose doppia 57,7 30,9 0,74 (1) TOC: carbonio organico totale TEC: carbonio organico estraibile HA+FA: acidi umici e fulvici (4) NH: carbonio organico non umificato (5) DH: grado di umificazione, = (HA+FA)/TEC (6) HR: tasso di umificazione, = (HA+FA)/TOC (7) HI: indice di umificazione, = NH/(HA+FA) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.39

91 Sintesi delle prove agronomiche In Emilia Romagna le frazioni solide utilizzate nei due anni, da liquami suini, hanno avuto un buon tenore di sostanza secca e sostanza organica. L azoto è stato in prevalenza (>80%) sotto forma organica e per la restante parte ammoniacale. Il rapporto tra azoto totale e anidride fosforica (P 2 O 5 ) è risultato sbilanciato verso il fosforo essendo lontano dal rapporto comune tra N e P 2 O 5 nella nutrizione vegetale di circa 2,5. In Lombardia le frazioni solide di origine bovina sono state contraddistinte da un tenore di sostanza secca inferiore al 20%, l azoto contenuto in quantità nella norma rispetto al tipo di effluente è stato in predominanza sotto forma organica mentre il fosforo ha avuto contenuti non molto alti. Per il Piemonte i materiali utilizzati sono stati caratterizzati da sostanza secca del separato solido attorno al 20% e l azoto presente è risultato in prevalenza in forma organica. Tuttavia, nei 2 anni di sperimentazioni, ci sono state differenze in termini di contenuto di sostanza secca, azoto e fosforo totali, più alti nel Principali caratteristiche chimiche dei materiali utilizzati nelle prove Parametro Unità di misura Emilia Romagna Lombardia Piemonte Origine separato solido liquame suino liquame bovino codigerito suino ph - 7,49 8,31 7,27 Solidi totali (ST) % t.q. 49,8 33,7 18,0 14,1 17,8 21,8 Solidi volatili (SV) %ST 86,1 79,1 90,2 87,7 84,1 82,1 Azoto totale (NTK) g/kg t.q. 14,56 13,43 3,67 3,34 3,49 5,21 Azoto ammoniacale %NTK 17,4 17,3 18,1 5,2 3,2 2,9 Carbonio organico totale (TOC) %ST 42,9 41,5 Rapporto C/N - 14,7 10,4 Fosforo totale (P) g/kg t.q. 4,63 6,55 0,67 0,60 1,84 3,84 Potassio totale (K) g/kg t.q. 3,18 6,53 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.40

92 In Emilia Romagna il terreno su cui è stata condotta la prova nel 2013, a tessitura franco-limosa e ph subalcalino, presentava una elevata dotazione di calcare totale ed una dotazione bassa di sostanza organica. Anche i livelli di azoto totale e fosforo assimilabile sono risultati bassi mentre il potassio scambiabile era in concentrazione normale. In Lombardia l appezzamento selezionato aveva una tessitura sabbioso-franco con un basso tenore di sostanza organica e di azoto, una ridotta capacità di scambio cationico mentre era particolarmente ricco in fosforo. In Piemonte la tessitura del primo orizzonte di suolo è risultata essere franca, con ph subacido, CSC basso e contenuto di sostanza organica molto basso. Nell orizzonte sotto superficiale (30-60 cm) il contenuto in sostanza organica è risultato ancora inferiore. Principali caratteristiche dei terreni delle prove agronomiche Emilia Romagna Lombardia Piemonte 0-30 cm 0-30 cm 0-30 cm cm Sabbia µm % Tessitura Limo 50-2 µm % Argilla < 2 µm % ph in acqua - 7,7 7,2 6,1 6,3 Calcare totale % 21,5 0,04 0,07 0,06 Capacità di scambio cationico meq/100 g 18,5 3,4 8,9 9,9 Sostanza organica % 1,3 1,4 1,7 0,6 Azoto totale g/kg 1,0 0,9 0,1 0,1 Fosforo assimilabile Olsen mg/kg ,4 8,3 Potassio scambiabile mg/kg DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.41

93 In ognuna delle tre prove è stato impostato uno schema di suddivisione dell appezzamento cosi come riportato nelle immagini seguenti. Emilia Romagna Lombardia Piemonte T T1 0 concim = No fertilizzazione C T2 MIN = Solo minerale S1 T3 DIG = Separato solido S2 = Separato solido doppia dose S1 Solido separato S2 Solido separato blocco 4 dose doppia blocco 4 C Chimico T Test T Test C Chimico blocco 3 blocco 3 S2 Solido separato dose doppia S1 Solido separato S1 Solido separato T Test blocco 2 blocco 2 C Chimico S2 Solido separato dose doppia T Test S1 Solido separato blocco 1 blocco 1 S2 Solido separato dose doppia C Chimico Emilia Romagna Lombardia Piemonte Azienda Marani di Ravenna Azienda Pinotti di Pizzighettone (CR) Sito UniTo a Grugliasco (TO) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.42

94 Gestione agronomica La coltura utilizzata nella prova è stata il mais da granella con l eccezione dell Emilia Romagna dove è stato seminato sorgo da granella gestito in asciutta. Nel dettaglio, per ciascun trattamento, la tabella che segue riporta le colture seminate nei quattro appezzamenti nel bienno , che hanno avuto una gestione agronomica analoga pur facendo sempre riferimento alle peculiarità di ciascuna gestione aziendale corrente. Si ricorda per facilità di lettura che T1 = trattamento non concimato, T2 = trattamento solo concime minerale, T3 = trattamento con frazione solida del liquame. Colture utilizzate per la prova agronomica biennale nelle tre regioni Trattamento Lombardia Piemonte Emilia-Romagna Lombardia Piemonte Emilia-Romagna T1 Mais Gran 700 Mais Gran 500 Sorgo Granella Mais Gran 700 Mais Gran 500 Sorgo Granella T2 Mais Gran 700 Mais Grane 500 Sorgo Granella Mais Gran 700 Mais Gran 500 Sorgo Granella T3 Mais Gran 700 Mais Gran 500 Sorgo Granella Mais Gran 700 Mais Gran 500 Sorgo Granella T4 Sorgo Granella Nella tabella sottostante sono presentati gli apporti di azoto che sono stati distribuiti alle colture nei due anni. Per quanto riguarda il trattamento T3, in Lombardia non si è effettuata la concimazione di copertura con urea ma è stato solamente usata la frazione solida in ragione di 170 kg N/ha. Nel 2013 in Emilia Romagna è stato aggiunto un trattamento con frazione solida a dose doppia (T4), con il fine di verificare gli effetti di un apporto più elevato di sostanza organica. La frazione solida utilizzata era di origine bovina nell appezzamento in Lombardia, mentre era di origine suina nelle altre due regioni. Mediamente, per Lombardia e Piemonte, il separato solido utilizzato ha avuto un contenuto di sostanza secca intorno al 20%, con una dotazione di azoto totale variabile tra 0,3% e 0,5% sul tal quale, di cui una minima parte di azoto ammoniacale (3-5% sul totale). In Emilia Romagna il materiale utilizzato aveva un tenore di sostanza secca superiore (33 e 50%) con un contenuto di azoto di circa l 1,5% sul prodotto tal quale e con una frazione ammoniacale pari al 17% del totale. Apporti di azoto (kg/ha) per ciascun trattamento, nelle 3 regioni e per il biennio Trattamento Lombardia Piemonte Emilia Romagna Lombardia Piemonte Emilia Romagna T T T T4 340 Rese di granella e asporti di azoto I risultati relativi ai 2 anni di sperimentazione mostrano un effetto del trattamento sulle diverse variabili misurate. In Lombardia sono stati usati 3 parcelloni di dimensioni reali per disporre di un confronto a scala di campo. In Piemonte e Emilia Romagna si è scelto di realizzare delle repliche nello spazio (blocchi randomizzati) per poter effettuare un analisi statistica dei dati (ANOVA). L elaborazione dei dati mostra che la differenza di resa tra il mais da granella coltivato in Lombardia e in Piemonte è dovuta all utilizzo di ibridi a ciclo colturale diverso, classe 700 e 500 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.43

95 rispettivamente. L utilizzo di solo concime minerale (T2) oppure delle frazioni solide (T3) hanno determinato rese generalmente superiori alla tesi non concimata (T1), in particolare per la coltura di mais. I trattamenti non concimati hanno beneficiato nel primo anno dell effetto residuo degli anni precedenti, che si è ridotto nel secondo anno di prova determinando una forte riduzione della resa di mais. È da segnalare che l andamento climatico del 2013 ha mediamente penalizzato le produzioni di mais, a causa del prolungarsi delle precipitazioni in primavera che non hanno consentito di effettuare le operazioni colturali quando necessario. Il sorgo da granella nel 2012 (in Emilia Romagna) ha risentito della siccità estiva presentando quindi rese modeste mentre nel 2013 ha avuto rese nella norma (circa 6 t/ha di granella). Rese di granella (t/ha) ottenuto per ciascun trattamento, nelle 3 regioni e per il biennio Lettere differenti entro la colonna indicano differenze significative (p<0,05). La coltura era mais per Lombardia e Piemonte, sorgo per Emilia Romagna Trattamento Lombardia Piemonte Emilia-Romagna Lombardia Piemonte Emilia-Romagna T1 9,7 7,4 b 3,5 6,7 4,7 b 5,6 T2 13,5 11,5 a 3,4 14,0 9,9 a 5,1 T3 13,1 10,5 ab 3,3 15,3 5,9 b 6,1 T4 5,1 p(f) 0,019 ns 0,002 ns Asporti di azoto totali (granella + stocchi) (kg/ha) per ciascun trattamento, nelle 3 regioni e per il biennio Lettere differenti entro la colonna indicano differenze significative (p<0,05). Per l Emilia Romagna nel 2013 gli asporti fanno riferimento alla sola granella Trattamento Lombardia Piemonte Emilia-Romagna Lombardia Piemonte Emilia-Romagna T c c 99 T a a 95 T b b 112 T4 96 p(f) 0,001 ns 0,001 ns Anche per quanto riguarda le asportazioni di azoto si possono fare considerazioni analoghe. Sebbene in generale il contenuto di azoto nella granella di mais espresso in percentuale di sostanza secca è stato mediamente inferiore ai valori di riferimento bibliografici (1,8%), l utilizzo di concime minerale (T2) ha determinato asporti superiori al separato solido (T3) (a parte in Lombardia nel 2013). DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.44

96 Contenuto di azoto nitrico nel suolo Un altra variabile di interesse che è stata monitorata nel corso del biennio è il contenuto di nitrati nel suolo negli strati 0-30 cm e cm, misurati prima delle fertilizzazioni e dopo la raccolta del mais e del sorgo. In generale si sono trovate concentrazioni di nitrati nel suolo più basse in presemina che alla fine della stagione colturale, ad eccezione del 2012 nell appezzamento in Lombardia, probabilmente a causa dell effetto residuo degli anni precedenti la prova. In particolare si segnala che le alte concentrazioni in data 23/03/2012 per il trattamento T3 (separato solido - Lombardia) sono dovute al fatto che il campionamento è stato effettuato dopo la distribuzione del fertilizzante. In generale si può affermare che l utilizzo del concime minerale ha determinato concentrazioni di nitrati nel profilo di suolo investigato superiori agli altri due trattamenti, al termine della stagione colturale. Come conseguenza potrebbe essere maggiore il rischio di perdite di azoto per lisciviazione oltre la massima profondità degli apparati radicali durante la stagione autunnale caratterizzata da elevate precipitazioni, sempre in relazione alle caratteristiche tessiturali del suolo. Nell appezzamento coltivato a sorgo in Emilia Romagna nel 2012, le concentrazioni di nitrati nel profilo sono state inferiori al termine della stagione colturale, rispetto alle concentrazioni in pre-semina ad eccezione della tesi con concime chimico (T2) e comunque non evidenziando differenze statisticamente significative tra i trattamenti. Al contrario nel 2013, alla raccolta il livello di nitrati residui è invece risultato più elevato nelle parcelle fertilizzate, in modo particolare in quelle con concime chimico. Il contenuto in nitrati del suolo alla fine della stagione colturale può essere un utile parametro gestionale per la quantificazione di potenziali perdite o per valutare la possibilità di correzione dei piani di concimazione impostati attraverso il confronto tra i valori rilevati con valori soglia di riferimento. Nello specifico i rilievi del contenuto in nitrati dopo la raccolta alla profondità di 30 cm (Post Harvest Nitrate Test, PHNT) (Andraski et al., 2000; Sullivan e Cogger, 2003) possono fornire utili informazioni sia sul rischio potenziale di perdita di nitrati (non assorbiti dalla coltura) sia sull efficienza della gestione dell azoto. Sullivan e Cogger (2003) hanno ipotizzato 3 possibili intervalli di concentrazioni di azoto nitrico che corrispondono a differenti consigli sulla gestione dell azoto: (i) inferiore a 20 mg kg -1, (ii) compreso tra 20 e 45 mg kg -1, (iii) maggiore di 45 mg kg -1. Confrontando i valori misurati nelle tre regioni nel biennio che sono stati al di sotto del limite inferiore (20 mg kg -1 ) si può affermare che la gestione dell azoto è stato sostanzialmente corretta, a parte per il trattamento con concime chimico in Emilia Romagna nel Ovviamente esistono delle possibilità di commettere un errore nell interpretazione del dato misurato. Per esempio un valore basso di contenuto di nitrati non indica necessariamente una buona gestione ma può essere il risultato di un movimento dei nitrati a seguito di una precipitazione avvenuta prima del test. In letteratura viene quindi suggerito di fare una verifica aumentando la profondità di campionamento per misurare la quantità di nitrati in un profilo più ampio ed avere indicazioni più precise sul potenziale leaching invernale. In generale le basse concentrazioni di azoto nitrico registrate anche nel profilo cm confermano un utilizzo adeguato dell azoto somministrato alle colture. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.45

97 Contenuto di azoto nitrico (mg N-NO3/kg) negli strati di suolo 0-30, 30-60cm in Lombardia. Contenuto di azoto nitrico (mg N-NO3/kg) negli strati di suolo 0-30, 30-60cm in Piemonte Contenuto di azoto nitrico (mg N-NO3/kg) negli strati di suolo 0-30, 30-60cm in Emilia Romagna DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.46

98 Evoluzione del contenuto di carbonio organico nel suolo Le determinazioni effettuate al termine delle prove agronomiche sulla sostanza organica del terreno, sia in termini quantitativi che qualitativi, in alcuni caso hanno messo in evidenza, anche dopo un periodo di trattamento breve come quello di queste prove, che gli apporti delle frazioni solide dei liquami possono risultare efficaci nel determinare incremento del tenore di sostanza organica nel terreno. In particolare nella prova condotta a Ravenna (Emilia-Romagna) il livello del carbonio organico totale (TOC) nel terreno, già al termine di un anno di prova, è risultato significativamente più alto nelle parcelle che avevano ricevuto la frazione solida di liquami suini rispetto al test non fertilizzato. Gli stessi trattamenti con frazione solida di liquami suini hanno anche fatto rilevare i più alti livelli di carbonio organico estraibile ed acidi umici e fulvici, sebbene non vi sia significatività dal punto di vista statistico. Anche i parametri dell umificazione derivati, e cioè il grado di umificazione (DH), il tasso di umificazione (HR) e l indice di umificazione (HI) sono risultati migliorati dagli apporti delle frazioni organiche. Nella prova condotta in Piemonte i diversi trattamenti non hanno causato differenze statisticamente significative, anche se il trattamento fertilizzato con il separato solido evidenzia la tendenza ad un aumento del contenuto di carbonio organico nel suolo. Invece nella prova condotta in Lombardia il livello della sostanza organica nel terreno, al termine di due anni di prova, è risultato più alto nella parcella che ha ricevuto la frazione solida di liquami rispetto al test non fertilizzato ma più basso rispetto alla tesi concimata con il chimico. Lo stesso andamento si è avuto anche per gli altri parametri analizzati, ovvero il carbonio organico estraibile (TEC) e gli acidi umici e fulvici (HA+FA). Le dinamiche dell evoluzione della sostanza organica si possono valutare su scale temporali di medio-lungo termine entro le quali si assiste ad una stabilizzazione. Le determinazioni effettuate sulla sostanza organica del terreno, sia in termini quantitativi che qualitativi, hanno mostrato in generale che gli apporti delle frazioni solide possono risultare efficaci nel determinare incrementi DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.47

99 del tenore di sostanza organica nel terreno ma è difficile riscontrare se questo tipo di gestione, che ha avuto una durata limitata, riesca a modificare le caratteristiche del terreno in maniera permanente. Per questo motivo l evoluzione dello stock di carbonio organico nei suoli oggetti della prova è stata analizzata mediante un approccio di tipo modellistico. A tal proposito è stato utilizzato il modello ARMOSA (Perego et al., 2013a,b), un modello dinamico sviluppato dal Dipartimento di Scienze Agrarie ed Ambientali dell Università degli Studi di Milano per la simulazione dei sistemi colturali e basato su un time-step giornaliero. Il modello simula variabili agro - meteorologiche, il bilancio dell acqua, dell azoto del carbonio nel suolo e la crescita e lo sviluppo delle colture. Il modello è dotato di valori di default già calibrati in diversi ambienti, di parametri colturali per le principali colture erbacee da granella. Nello specifico il modello è stato utilizzato per la simulazione del mais da granella e sorgo da granella cosi come coltivato durante i due anni del progetto, nelle tre regioni. Per condurre le simulazioni sono stati utilizzati i dati meteo reali misurati (precipitazione, temperatura e radiazione) nelle stazioni meteorologiche adiacenti ai campi sperimentali per periodi precedenti e per almeno 8 anni. I dati meteo sono stati scaricati dai siti istituzionali dell ARPA Lombardia, dell ARPA Emilia Romagna e della Regione Piemonte (RAM - Rete Agrometeorologica Regionale). I dati del suolo sono relativi a indagini condotte in ciascun appezzamento attraverso le quali sono stati identificate le caratteristiche tessiturali, il contenuto di sostanza organica e la densità apparente. Le caratteristiche del separato solido sono state derivate dai risultati delle analisi chimiche considerando il rapporto C/N, la percentuale di carbonio sulla sostanza organica e la percentuale di azoto ammoniacale sull azoto totale. Le simulazioni non hanno previsto l interramento dei residui colturali delle colture da granella per poter evidenziare esclusivamente l effetto dovuto all apporto di matrice organica con il separato solido da refluo zootecnico. Nelle tabelle seguenti sono riportati i principali risultati delle simulazioni espressi come valori medi annui relativamente a rese della granella, asporti colturali di azoto, azoto lisciviato medio con la relativa deviazione standard nel tempo. La variazione percentuale del contenuto di carbonio organico nei primi 40 cm di suolo fa riferimento sia all intero periodo di simulazione che al valore medio annuo. Risultati di una simulazione di 20 anni con il modello ARMOSA LOMBARDIA Mais granella 700 Trattamento Resa (t/ha) Asporti N (kg/ha) N lisciviato (kg/ha) Delta CO (%) Delta CO (%) annuale T1 3,7 (0,5) 50 (5) ,8 T2 12,5 (1,6) 215 (19) ,1 T3 9,8 (1,5) 150 (13) ,7 Risultati di una simulazione di 8 anni con il modello ARMOSA PIEMONTE Mais granella 500 Trattamento Resa (t/ha) Asporti N (kg/ha) N lisciviato (kg/ha) Delta CO (%) Delta CO (%) annuale T1 4,7 (1,4) 40 (9) ,1 T2 10,4 (1,7) 230 (35) ,1 T3 10,4 (1,7) 240 (30) ,8 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.48

100 Risultati di una simulazione di 8 anni con il modello ARMOSA EMILIA ROMAGNA Sorgo da granella Trattamento Resa (t/ha) Asporti N (kg/ha) N lisciviato (kg/ha) Delta CO (%) Delta CO (%) annuale T1 1,5 (0,7) 38 (11) ,0 T2 4,4 (1,7) 180 (19) ,1 T3 4,3 (1,7) 185 (19) ,1 Analizzando i risultati si può evidenziare l effetto positivo dei trattamenti sulle variabili investigate. Per quanto riguarda il mais da granella le rese e gli asporti di N medi annui simulati sono maggiori relativamente alla tesi T2 dove è stato usato solo concime chimico. Distribuendo solo separato solido in ragione di 170 kg N/ha (Lombardia) le rese e gli asporti tendono a diminuire di circa il 20% per effetto della ridotta quantità di azoto in generale e di quello in forma ammoniacale nella matrice apportata. Integrando il separato solido con concime chimico come si è fatto nella prova in Piemonte, si sono ottenuti valori di resa e degli asporti, paragonabili alla trattamento con solo urea. In generale, il leaching medio annuo è molto contenuto in ragione del fatto che l apporto di azoto, quando in linea con le necessità colturali, non genera surplus che potrebbe potenzialmente essere perso come lisciviazione. Le simulazioni su mais mostrano l effetto positivo della distribuzione di separato solido sul contenuto di carbonio organico: l aumento medio annuo è stimato essere intorno allo 0,7-0,8%. L aumento del contenuto di carbonio organico nel caso del sorgo è stato invece più contenuto. In generale con la distribuzione di solo concime chimico il contenuto di carbonio organico è rimasto pressoché invariato. In questa tesi gli unici apporti di sostanza organica derivano esclusivamente dalle radici e dai pochi residui di stocchi che rimangono in superficie. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.49

101 Conclusioni Le attività pianificate per l'azione sono state realizzate e gli obiettivi raggiunti entro i tempi indicati dal progetto. Il Consorzio per la raccolta e il trasporto di frazioni solide separate da effluenti zootecnici ad aziende agricole cerealicole, situate in zone non vulnerabili e con carenza di sostanza organica nei suoli (Attività 1), è stato costituito ed ha potuto svolgere le attività preventivate di trasporto delle frazioni solide separate dei liquami verso terreni che abbisognano di apporti di sostanza organica, mettendo a punto ed applicando un sistema per la tracciabilità dei trasporti basato su dispositivo GPS. L "opzione energetica" per le frazioni solide o dense da liquami adottata nella seconda parte di attività del Consorzio non contrasta con la loro valorizzazione fertilizzante. Infatti, al conferimento delle frazioni solide separate ad impianto di biogas, in parziale sostituzione dell insilato di mais, è seguito il prelievo della frazione solida separata del digestato, che è stata utilizzata ai fini fertilizzanti sui terreni delle aziende non zootecniche. Nel corso delle attività di verifica dell efficienza di separazione di frazioni solide da liquami bovini e suini (Attività 2) l'attenzione si è concentrata su macchine di livello medio, sia come prestazioni che come costi, tra le poche che abbiano trovato buona diffusione negli allevamenti zootecnici sia bovini che suini: il separatore a compressione elicoidale e quello cilindrico a rulli contrapposti. In alcuni casi le efficienze di separazione raggiunte sono risultate piuttosto elevate, in particolare se confrontate con altri dati di bibliografia. In generale, il livello di diluizione dei liquami ha influenzato in modo significativo sia le portate in ingresso che le efficienze di separazione, in particolar modo quella in peso: maggiore è la concentrazione dei solidi nei liquami in ingresso, minore è risultata la portata trattata ma maggiore l efficienza di separazione in peso della frazione solida. Al termine delle prove agronomiche con le frazioni solide dei liquami (Attività 3) le determinazioni effettuate sulla sostanza organica del terreno, sia in termini quantitativi che qualitativi, hanno mostrato in generale che gli apporti delle frazioni solide possono risultare efficaci nel determinare incrementi del tenore di sostanza organica nel terreno ma è difficile riscontrare se questo tipo di gestione, che ha avuto una durata limitata, riesca a modificare le caratteristiche del terreno in maniera permanente. Le dinamiche dell evoluzione della sostanza organica si possono valutare su scale temporali di medio-lungo termine, entro le quali si assiste ad una stabilizzazione, e per questo motivo si è deciso di adottare anche un approccio modellistico (non previsto nel progetto) che ha comunque confermato l'effetto positivo degli apporti delle frazioni solide sul tenore di sostanza organica del terreno, mentre con la distribuzione di solo concime chimico il contenuto di carbonio organico è rimasto pressoché invariato. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.50

102 Riferimenti bibliografici citati nel testo, per approfondimenti Adani, F., Tambone, F., Gotti, A., Biostabilization of municipal solid waste. Waste Management 24, Andraski, T.W., Bundy, L.G., Brye, K.R., Crop management and corn nitrogen rate effects on nitrate leaching. J. Environ. Qual. 29, CRPA (2001). La separazione dei solidi nei liquami zootecnici. Opuscolo CRPA 6.11 n. 10/2001. ISSN CRPA (2011). BIOGAS Metodi di valutazione del potenziale metanigeno. Opuscolo CRPA 6.23 n. 5/2011. ISSN IPCC, Climate Change 2007: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Core Writing Team: R.K. Pachauri & A. Reisinger, eds.), p Geneva, Switzerland, IPCC. Perego, A., Giussani, A., Sanna, M., Fumagalli, M., Carozzi, M., Alfieri, L., Brenna, S., Acutis, M., 2013b. The ARMOSA simulation crop model: overall features, calibration and validation results. Ital. J. Agromet. 3, Perego, A., Giussani, A., Fumagalli, M., Sanna, M., Chiodini, M., Carozzi, M., Alfieri, L., Brenna, S., Acutis, M., 2013a. Crop rotation, fertilizer types and application timing affecting nitrate leaching in Nitrate Vulnerable Zones in Po valley. Ital. J. Agromet. 2, Sullivan, D.M., Cogger, C.G., Post harvest soil nitrate testing for manured cropping systems west of the Cascades. Oregon State University Extension Service. EM8832-E. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.51

103 LIFE Achieving good water QUality status in intensive Animal production areas. Action 4: Transfer of manure solid fractions to agricultural areas with low livestock pressure Deliverable 7: Final report on agronomic activities INDICE Activity 2. analysis of the efficiency of solid-liquid separation plants...2 Descrizione delle macchine utilizzate per la separazione solido-liquido il separatore a compressione elicoidale il separatore a rulli contrapposti...3 Algoritmo per la determinazione delle efficienze di separazione...5 Le prove di separazione solido-liquido dei liquami...6 1) Separazione di liquami bovini da latte con separatore a compressione elicoidale...6 2) Separazione di liquami bovini da latte con separatore a rulli contrapposti...8 3) Separazione di liquami suini con separatore a compressione elicoidale...9 4) Separazione di liquami suini tal quali e codigeriti con insilati, con separatore a rulli contrapposti...11 Le prove di stabilizzazione delle frazioni solide dei liquami ) Frazione solida di liquami bovini da latte ottenuta con separatore a compressione elicoidale.13 2) Frazione solida di liquami suini ottenuta con separatore a compressione elicoidale ) Frazione solida di liquami suini codigeriti ottenuta con separatore a rulli contrapposti...15 Activity 3. Checking the agronomic and environmental effects of the solid fraction use...19 Prova agronomica in Lombardia...20 Prova agronomica in Piemonte...27 Prova agronomica in Emilia-Romagna...31 Sintesi delle prove agronomiche...40 Conclusioni...50 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.1

104 Activity 2. analysis of the efficiency of solid-liquid separation plants Nel corso del progetto l'efficienza del processo di separazione solido-liquido dei liquami zootecnici è stata verificata in diverse situazioni, come riportato nella tabella seguente che riepiloga tutte le prove condotte (nel corso del primo e secondo anno del progetto). Tabella 1 Riepilogo delle prove di separazione solido-liquido effettuate Liquame di bovini da latte Liquame suino Separatore a compressione elicoidale - Azienda Pinotti, liquame da cuccette con segatura (1 a annualità) - Azienda Zambelli, liquame fresco tal quale (1 a annualità) - Azienda Mori liquame da cuccette con paglia (2 a annualità) Separatore a rulli contrapposti - Azienda Mori liquame da cuccette con paglia (2 a annualità) - Azienda Biopig*, liquame codigerito con insilato di mais (2 a annualità) * Azienda Biopig non è azienda dimostrativa del progetto AQUA Nel corso delle prove sono state modificate le condizioni operative delle macchine per la separazione, come di seguito viene specificato per ognuna delle prove. Descrizione delle macchine utilizzate per la separazione solido-liquido Le due tipologie di macchine utilizzate per le prove di separazione solido-liquido (a compressione elicoidale e a rulli contrapposti) sono state scelte per la buona adattabilità che hanno dimostrato in diverse condizioni operative. Si tratta di macchine di livello medio, sia come prestazioni che come costi; questo è il motivo principale che ne ha favorito una elevata diffusione negli allevamenti zootecnici sia bovini che suini. - il separatore a compressione elicoidale In questa tipologia di separatore il liquame viene compresso da una vite senza fine entro un vaglio o filtro cilindrico, costituito da barre di acciaio: la frazione liquida passa attraverso le fessure del filtro mentre quella solida viene pressata dalla vite contro un regolatore di portata, da tarare sulla base delle caratteristiche qualitative del liquame. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.2

105 La macchina utilizzata dalla Fondazione CRPA nelle prove condotte sia sui liquami bovini che suini è stata messa a disposizione dalla ditta costruttrice CRI-MAN di Correggio (RE). Si tratta del modello serie SM 260, con motore trifase 50Hz e alimentazione 400 V, potenza del motore di 4 kw e assorbimento 9,7 A (400V). La vite senza fine compie 33 giri/minuto e il sistema di pressatura della frazione solida in uscita è costituito da ganasce di compressione la cui resistenza è dovuta ad una molla che può essere regolata attraverso una manopola. - il separatore a rulli contrapposti Questa tipologia di separatore è caratterizzata da un sistema meccanico costituito da un vaglio cilindrico rotante e due rulli pressori in gomma. La separazione avviene facendo passare in continuo il liquame attraverso la maglie del cilindro rotante. I due rulli pressori provvedono a comprimere, con forza regolabile, il liquame in ingresso e contribuiscono a disidratare ulteriormente la frazione solida che non ha attraversato le fessure del vaglio cilindrico. Quest ultima viene poi rimossa con l'aiuto di una lama fissa che sfiora la superficie laterale del cilindro. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.3

106 Di seguito sono riportate le principali caratteristiche tecniche del separatore utilizzato nelle prove seguite da IPLA-Università di Torino (DEIAFA) presso l azienda BIOPIG S.S. di Bra (CN). Si tratta del separatore a rulli contrapposti ROTA mod. SEP 97 installato presso l allevamento con impianto di biogas. Lunghezza (mm): 2000 Larghezza (mm): 1800 Altezza (mm): 1700 Peso (t): 1,2 Potenza installata (kw): 1,5 Portata idraulica massima (m 3 /h): 65 Dimensione delle maglie del vaglio (mm): 2,5 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.4

107 Algoritmo per la determinazione delle efficienze di separazione Per determinare i coefficienti di efficienza di separazione è stato utilizzato il metodo del bilancio di massa. Nei trattamenti di separazione esiste una e una sola condizione tale per cui, supposto che le perdite di sistema siano nulle, la somma dei prodotti delle quantità di ogni frazione ottenuta per la concentrazione dell'elemento indagato è pari alla rispettiva quantità trattata. Il parametro più comunemente indagato per le prove di separazione solido-liquido e anche più facilmente analizzabile è il contenuto di solidi totali. Impostando l'equazione di bilancio per i solidi totali Q tq [ ST tq ] = Q fl [ ST fl ] + Q ss [ ST dove Q tq = quantità di effluente trattato ST tq = concentrazione di sostanza secca di Q tq Q fl = quantità di frazione chiarificata ottenuta ST fl = concentrazione di sostanza secca di Q fl Q ss = quantità di frazione solida separata ottenuta ST ss = concentrazione di sostanza secca di Q ss si dimostra che ss ] Q e fl Qtq ( STtq ST = ( ST ST ) fl ss ss ) Q ss = Q tq Q fl una volta definita la quantità di frazione chiarificata e solida separata ottenuta sulla base del bilancio dei solidi totali, è possibile calcolare l'errore della prova: Q E = fl [ ST Q fl tq ] + Q [ ST ss tq [ ST ] ss ] Allo stesso modo è possibile calcolare le efficienze di separazione e gli errori degli altri parametri (SV, N, P,...). Durante le prove sono stati prelevati campioni in contemporanea dal tubo di troppo pieno del liquame tal quale, dal tubo di scarico della frazione chiarificata e dalla bocca di scarico della frazione solida. Sono stati effettuati campioni di effluenti sui quali sono state determinate le concentrazioni di sostanza secca o solidi totali (ST), solidi volatili (SV), azoto totale (NTK), azoto ammoniacale (N-NH 4 + ) e fosforo (P). DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.5

108 Le prove di separazione solido-liquido dei liquami Le prove di separazione sono state rendicontate in modo completo nei primi due Report on agronomic activity (1 st year and 2 nd year). Di seguito si riassumono i principali risultati ottenuti. 1) Separazione di liquami bovini da latte con separatore a compressione elicoidale Nel corso del primo anno le prove sono state condotte presso l'azienda dimostrativa Pinotti Luigi e Alberto a Pizzighettone (CR), operando su liquami di vacche da latte stabulate su cuccette con impiego di segatura come lettiera, opportunamente miscelati in vasca con ventolone azionato da trattrice. Le condizioni di settaggio della macchina separatrice sono state modificate facendo uso di tre diversi filtri (a maglie di 0,5 mm, 0,75 mm e 1,00 mm); per il filtro a maglie fini (0,5 mm) e per quello a maglie più larghe (1,0 mm) si è lavorato a tre diversi livelli di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. Nel corso del secondo anno le prove sono state condotte presso l'azienda dimostrativa Mori Carlo a Gattatico (RE), operando sui liquami delle vacche da latte stabulate su cuccette con impiego di paglia come lettiera, opportunamente miscelati in vasca con ventolone azionato da trattrice. Si sono confrontati gli effetti dovuti a due diversi livelli di diluizione dei liquami in ingresso alla macchina: - liquami tal quali piuttosto concentrati (tenore di solidi totali >10%, azoto totale > 4 ); - gli stessi liquami ma diluiti con acqua (a raggiungere un tenore di solidi totali di poco superiore a 8%, azoto totale > 3 ). In entrambe le situazioni le condizioni di settaggio della macchina separatrice sono state modificate facendo uso di due diversi filtri (a maglie di 0,5 mm e 1,00 mm) e si è lavorato a due diversi livelli di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. Inoltre si è operato con filtro a 0,75 mm confrontando il filtro di lunghezza standard con un filtro allungato, che permette di ottenere una frazione solida a più elevata concentrazione di sostanza secca. Risultati delle prove Nelle prove condotte presso l Azienda Pinotti è stato trattato un volume di liquame variabile tra i 17 ed i 24 m 3 /ora a seconda del filtro utilizzato e del livello di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. I quantitativi maggiori sono stati raggiunti con il filtro a maglie più larghe (1,00 mm) ed il livello di tensione della molla lento, viceversa i quantitativi minori di liquame trattato corrispondono a filtro a maglie strette (0,50 mm) e molla tesa o tirata. Il livello lento di tensione della molla permette di ottenere un quantitativo significativamente superiore di frazione solida separata ma con tenore di umidità decisamente superiore, per cui complessivamente le efficienze di separazione in termini di sostanza secca si discostano di meno. I liquami in ingresso al trattamento erano caratterizzati da un tenore di sostanza secca variabile tra 67 e 76 g/kg; il rapporto percentuale di solidi volatili sui solidi totali è risultato sempre molto vicino all'85%; il tenore di azoto totale è risultato variabile tra 2700 e 2900 mg/kg mentre il rapporto percentuale di azoto ammoniacale sul totale è risultato del 43-49%; il tenore di fosforo nei liquami trattati è risultato significativamente diverso tra le due date di prova, variabile tra 340 e 355 mg/kg il primo giorno (con rapporto N/P 2 O 5 > 3,5) e tra 425 e 445 mg/kg il secondo giorno (con rapporto N/P 2 O 5 <3). Si ritiene che tali variazioni di composizione tra le due date rientrino nel normale range di variabilità delle caratteristiche di questa tipologia di liquami. In tutte le condizioni di prova il trattamento di separazione ha permesso di ottenere dei liquami chiarificati con sostanza secca variabile tra 33 e 36 g/kg, concentrazione praticamente dimezzata DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.6

109 rispetto a quella dei liquami avviati al trattamento. Il livello di azoto totale espresso sul tal quale nelle frazioni chiarificate si discosta di poco da quello dei liquami tal quali mentre si rileva un leggero incremento della percentuale dell'azoto totale sottoforma di azoto ammoniacale, che risulta del 48-54%. Anche il livello di fosforo totale espresso sul tal quale nelle frazioni chiarificate si discosta di poco da quello dei liquami tal quali. Le caratteristiche delle frazioni solide e le efficienze di separazione dei solidi e dei nutrienti in queste sono dipese in modo evidente dalle condizioni di settaggio della macchina. Con molla tesa, vale a dire con chiusura piuttosto stretta delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore, si sono ottenute frazioni solide con un livello di sostanza secca di circa 220 g/kg ed efficienze di separazione in peso e dei solidi rispettivamente del 18-19% e del 58-60% mentre con molla lenta si è scesi sino a 160 g/kg con efficienze in peso e dei solidi che hanno raggiunto anche il 28% ed il 65% ove i livelli di sostanza secca dei liquami trattati erano superiori. Anche i livelli di efficienza dei due nutrienti sono dipesi più dal livello di tensione della molla che dal filtro utilizzato: la separazione dell'azoto è variata dal 24-25% nel caso di molla tesa sino al 31-32% nel caso di molla lenta mentre quella del fosforo sale dal 17-21% nel caso di molla tesa sino al 28% circa nel caso di molla lenta. Nelle prove condotte presso l Azienda Mori è stato trattato un volume di liquame variabile tra i 12 ed i 14 m 3 /ora nel caso del liquame tal quale concentrato e tra i 15,5 ed i 17 m 3 /ora nel caso del liquame diluito, a seconda del filtro utilizzato e del livello di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. I quantitativi maggiori sono stati raggiunti con il filtro a maglie più larghe (1,00 mm), i quantitativi minori di liquame trattato corrispondono alla condizione con molla tesa o tirata. Il livello di diluizione dei liquami ha influenzato le portate in ingresso ma anche le efficienze di separazione, in particolar modo quella in peso: maggiore è la concentrazione dei solidi nei liquami in ingresso, minore è risultata la portata trattata ma maggiore l efficienza di separazione in peso. Ha fatto eccezione a questa regola la condizione con filtro a 0,5 mm e molla lenta, che anche nel trattamento dei liquami diluiti ha garantito buone efficienze di separazione paragonabili a quelle della stessa condizione applicata su liquami concentrati. In ogni caso la concentrazione di solidi totali residua nelle frazioni chiarificate è risultata significativamente inferiore a quella dei liquami tal quali avviati al trattamento, pari a circa 6,5% nelle prove con liquami tal quali che presentavano ST>10% e pari a circa 5% nelle prove con liquami diluiti che presentavano ST>8%. Mediamente si è avuta una riduzione del 40% della concentrazione di solidi. Le concentrazioni di azoto nelle frazioni chiarificate invece non sono state modificate in modo significativo dal trattamento di separazione rispetto ai liquami tal quali. Ciò si deve imputare al fatto che le efficienze di separazione dell azoto sono risultate quasi coincidenti con le efficienze di separazione in peso della frazione solida. Come era già stato verificato in precedenti esperienze, anche in questo caso si conferma come l efficienza di separazione dell azoto possa raggiungere con questo tipo di macchine e nelle migliori condizioni il 30% circa. Nelle frazioni chiarificate la percentuale dell'azoto totale sotto forma di azoto ammoniacale non cambia in modo significativo, restando sempre al di sotto del 50%. Il livello di fosforo totale espresso sul tal quale nelle frazioni chiarificate è addirittura superiore a quello dei liquami tal quali. Le frazioni solide hanno raggiunto concentrazioni di sostanza secca superiori al 22,5% in 4 condizioni di lavoro su 6. Nelle due condizioni di lavoro con liquami concentrati, filtro a 1,00 mm e molla lenta oppure liquami diluiti, filtro a 0,5 mm e molla lenta la concentrazione di sostanza secca è risultata ridotta a 19-20% ma le efficienze di separazione sono risultate generalmente più alte. Nelle frazioni solide si sono sempre segregati oltre la metà dei solidi totali, e fino al 56%, costituiti per oltre il 90% da solidi volatili e cioè sostanza organica. Anche nelle frazioni solide le concentrazioni di azoto non sono state modificate in modo significativo dal trattamento di separazione rispetto ai liquami tal quali, ancora perché le efficienze di separazione dell azoto sono DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.7

110 risultate quasi coincidenti con le efficienze di separazione in peso della frazione solida. L efficienza di separazione del fosforo è risultata generalmente inferiore a quella dell azoto e vicina ad un livello del 20%. Ha fatto eccezione una prova ove si è raggiunta l efficienza del 27,6%. In tutte e due le aziende le efficienze di separazione raggiunte sono risultate piuttosto elevate, in particolare se confrontate con altri dati di bibliografia che indicano, in riferimento a prove condotte con il separatore a compressione elicoidale su liquame di bovine da latte (6-8% ST) proveniente dalla corsia di alimentazione e dal paddock in cemento di stalle libere in area Parmigiano-Reggiano, efficienze di separazione della sostanza secca variabili tra 30 e 40%, dell'azoto tra 15 e 25 % e del fosforo tra 10 e 20% (CRPA, 2001). Nelle prove condotte con filtro normale e allungato presso l azienda Mori: - con filtro normale si è determinata una portata del liquame in ingresso di 18,5 m 3 /ora; - con filtro allungato si è determinata una portata del liquame in ingresso decisamente inferiore e pari a circa 11 m 3 /ora. I liquami in ingresso alla macchina, sia nella condizione di filtro normale che allungato, sono risultati praticamente uguali, con tenore di ST pari a 8,5%, azoto totale di poco superiore a 3,5 e fosforo totale di circa 0,5. La concentrazione di solidi totali residua nelle frazioni chiarificate è risultata significativamente inferiore a quella dei liquami tal quali avviati al trattamento in entrambe le prove, pari a circa 5,6% con filtro normale e 5,4% con filtro allungato. La riduzione del tenore di solidi è stata di circa il 35%. Le concentrazioni di azoto totale nelle frazioni chiarificate si sono leggermente ridotte ed è aumentata da 47-48% a 49-50% la quota di azoto ammoniacale sul totale. Il livello di fosforo nelle frazioni chiarificate è risultato di poco superiore a quello dei liquami in ingresso. Le frazioni solide hanno raggiunto concentrazioni di sostanza secca del 19% circa con filtro normale mentre sono arrivate al 31-32% con filtro allungato. In entrambe i casi oltre il 90% della sostanza secca delle frazioni solide è costituita da sostanza organica mentre nei liquami in ingresso la percentuale era dell 80% circa e nelle frazioni chiarificate risulta del 70% circa. Chiaramente con filtro normale, a fronte di una minor spremitura del liquame, la frazione solida è più umida ma l efficienza di separazione in peso è risultata quasi doppia rispetto alla condizione con filtro allungato (22% vs. 12%). Anche l efficienza di separazione dei solidi è chiaramente penalizzata dall uso del filtro allungato, scendendo al 43,5% dal 49% ottenuto con filtro normale. Le efficienze di separazione dell azoto totale e del fosforo sono risultate comparabili tra loro: pari al 23% circa nel caso di filtro normale, penalizzate al 13-14% nel caso di filtro allungato. Anche in queste prove le efficienze di separazione raggiunte sono risultate in linea (filtro allungato) o talvolta superiori (filtro normale) ai già citati dati di bibliografia (CRPA, 2001). 2) Separazione di liquami bovini da latte con separatore a rulli contrapposti Anche questa prova è stata condotta presso l'azienda dimostrativa Mori Carlo a Gattatico (RE) operando sui liquami delle vacche da latte stabulate su cuccette con impiego di paglia come lettiera, opportunamente miscelati in vasca con ventolone azionato da trattrice. Risultati delle prove Nelle prove condotte con separatore a rulli contrapposti non è stato possibile pesare la quantità di frazione solida prodotta nell unità di tempo. Quindi non si sono potute determinare le portate di liquame trattate dalla macchina. I liquami in ingresso alla macchina nel corso della prova sono risultati molto omogenei, con tenore di ST di poco inferiore al 10%, sostanza organica pari all 80% della sostanza secca, azoto totale di DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.8

111 poco inferiore a 4 e fosforo totale di poco inferiore a 0,6. Anche in questa prova la concentrazione di solidi totali residua nelle frazioni chiarificate è risultata significativamente inferiore a quella dei liquami tal quali avviati al trattamento, di poco inferiore al 7%. Si è avuta quindi una riduzione del 30% della concentrazione di solidi. Le concentrazioni di azoto nelle frazioni chiarificate invece non sono state modificate in modo significativo dal trattamento di separazione rispetto ai liquami tal quali. Ciò si deve imputare al fatto che le efficienze di separazione dell azoto sono risultate quasi coincidenti con le efficienze di separazione in peso della frazione solida (18% circa). Le frazioni solide hanno raggiunto concentrazioni di sostanza secca del 22-23%. Oltre il 90% della sostanza secca delle frazioni solide è costituita da sostanza organica mentre nei liquami in ingresso la percentuale era dell 80% circa e nelle frazioni chiarificate risulta del 72% circa. L efficienza di separazione dei solidi totali è risultata mediamente del 42,5%, quella dei solidi volatili del 48% mentre l efficienza di separazione del fosforo è risultata del 15,6%, di poco inferiore a quella dell azoto (18%). Le efficienze di separazione raggiunte sono risultate inferiori rispetto ad altri dati di bibliografia che indicano, in riferimento a prove condotte con il separatore a rulli contrapposti su liquame di bovine da latte (6-8% ST) proveniente dalla corsia di alimentazione e dal paddock in cemento di stalle libere in area Parmigiano-Reggiano, efficienze di separazione della sostanza secca variabili tra 40 e 55%, dell'azoto tra 25 e 35 % e del fosforo tra 25 e 40% (CRPA, 2001). 3) Separazione di liquami suini con separatore a compressione elicoidale Le prove sono state condotte presso l'azienda dimostrativa Fratelli Zambelli a San Rocco di Guastalla (RE), operando su liquami di suini all'ingrasso, opportunamente miscelati in vasca con dispositivo ossigenatore. Le condizioni di settaggio della macchina separatrice sono state modificate facendo uso di quattro diversi filtri (a maglie di 0,25 mm, 0,50 mm, 0,75 mm e 1,00 mm); per i filtri a maglie intemedie (0,50 e 0,75 mm) si è potuto lavorato a tre diversi livelli di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore mentre per il filtro a maglie più fini (0,25 mm) e per quello a maglie più grandi (1,00 mm) si è dovuto scegliere rispettivamente di lavorare con livelli di tensione della molla lento e molto teso. In ogni caso il filtro da 0,25 mm si è dimostrato inadatto per separare questo tipo di liquame in quanto la frazione solida risulta troppo asciutta e poco scorrevole e per questo la macchina separa pochissimo materiale. Risultati delle prove In tutte le prove ad eccezione di quella condotta con il filtro da 0,25 mm è stata pesata la quantità di frazione solida prodotta, assieme alla durata della prova stessa. Ciò al fine di determinare la produzione oraria di frazione solida separata e, indirettamente attraverso le analisi dei prodotti, le portate di liquame trattate dalla macchina nelle diverse condizioni. Nelle prove condotte è stato trattato un volume di liquame variabile tra i 25 ed i 40 m 3 /ora a seconda del filtro utilizzato e del livello di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. Le caratteristiche dei liquami in ingresso al trattamento sono risultate piuttosto differenti tra le due giornate di lavoro. Il primo giorno erano caratterizzati da un tenore di sostanza secca variabile tra 21 e 35 g/kg, con valore medio di poco inferiore a 30 g/kg, il secondo giorno tra 49 e 59 g/kg, con valore medio di 53 g/kg; il rapporto percentuale di solidi volatili sui solidi totali è risultato tra 60 e 70% il primo giorno, più costante tra 74 e 76% il secondo giorno. Il tenore di azoto totale è risultato di poco inferiore a 4000 mg/kg il primo giorno, ad eccezione dell'ultima prova con filtro 0,5 mm e DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.9

112 molla tesa, dove si è portato a valori di poco inferiori a 3000 mg/kg, vicino a 4000 mg/kg il secondo giorno; il rapporto percentuale di azoto ammoniacale sul totale è risultato del 64-72% il primo giorno e del 58-64% il secondo; anche il tenore di fosforo nei liquami trattati è risultato significativamente diverso tra le due date di prova, variabile tra 530 e 850 mg/kg il primo giorno (con rapporto N/P 2 O 5 > 2) e tra circa 1100 e 1300 il secondo (con rapporto N/P 2 O 5 1,5). Si ritiene che tali variazioni di composizione tra le due date rientrino nel normale range di variabilità delle caratteristiche di questa tipologia di liquami. La significativa diversità dei liquami trattati nel corso delle due giornate ha fatto si che anche le caratteristiche delle frazioni chiarificata e solida e le relative rese di separazione siano risultate piuttosto diverse. Il primo giorno infatti si sono ottenute rese di separazione tutto sommato modeste, sempre inferiori al 2% in peso, con separazione nella frazione solida del 10-20% circa dei solidi totali e solamente del 1-4% dell'azoto e del 0,3-1,5% del fosforo contenuti nei liquami tal quali. Il secondo giorno le rese di separazione sono invece risultate decisamente interessanti, sino ad oltre il 10% in peso, con separazione nella frazione solida del 30-50% circa dei solidi totali (media 40%) e del 7-16% dell'azoto (media 12%) e del 19-23% del fosforo (media 21%) contenuti nei liquami tal quali. I risultati rendono conto di come l'aumento del tenore di sostanza secca del liquame suino possa incrementare in modo decisivo le efficienze di separazione riferite al peso, ai solidi totali ed ai due nutrienti azoto e fosforo. In effetti le efficienze di separazione raggiunte il secondo giorno di prova sono risultate piuttosto elevate, in particolare se confrontate con altri dati di bibliografia che indicano, in riferimento a prove condotte con il separatore a compressione elicoidale su liquame suino, efficienze di separazione della sostanza secca variabili tra 22 e 37%, dell'azoto tra 3 e 9 % e del fosforo tra 9 e 20% (CRPA, 2001). In tutte le condizioni di prova il trattamento di separazione ha permesso di ottenere dei liquami chiarificati con livelli di azoto e fosforo totali espressi sul tal quale inferiori a quelli dei liquami tal quali. Nelle frazioni chiarificate si riscontra altresì un incremento della percentuale dell'azoto ammoniacale sul totale, a più pronto effetto fertilizzante. Le caratteristiche delle frazioni solide da liquami suini sono risultate piuttosto differenti da quelle derivanti dai liquami bovini, come sintetizzato nello specchietto che segue. ST in solido bovino Az. Pinotti g/kg Az. Mori g/kg ST in solido suino Az. Zambelli g/kg SV in solido bovino Az. Pinotti 92-93% su ST Az. Mori 91-94% su ST SV in solido suino Az. Zambelli 80-92% su ST NTK in solido bovino Az. Pinotti g/kg Az. Mori g/kg NTK in solido suino Az. Zambelli g/kg P tot. in solido bovino Az. Pinotti g/kg Az. Mori g/kg P tot. in solido suino Az. Zambelli g/kg N/P 2 O 5 in solido bovino Az. Pinotti 3,0-4,4 Az. Mori 3,0-4,2 N/P 2 O 5 in solido suino Az. Zambelli 0,7-1,2 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.10

113 4) Separazione di liquami suini tal quali e codigeriti con insilati, con separatore a rulli contrapposti L azienda BIOPIG S.S., che non è azienda dimostrativa del progetto AQUA, è specializzata nell'allevamento di suini da riproduzione. In particolare, il numero di capi allevati raggiunge un peso vivo complessivo di circa 1000 t, così ripartito: scrofe (peso 200 kg) suinetti (fino all età di tre mesi e peso pari a 30 kg). I capi sono allevati su grigliato. Il volume di deiezioni prodotte è pari a circa 100 m 3 al giorno. L impianto di digestione anaerobica presente in allevamento, realizzato dalla ditta ROTA, è del tipo CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) ed opera in condizioni di mesofilia (40 C). Quest ultimo è schematicamente costituito da: - una pre-vasca scoperta in cemento armato di capacità pari a circa 450 m 3 e dotata di un agitatore. La vasca raccoglie il liquame prodotto nei diversi settori dell allevamento. - un primo digestore (F1) in cemento armato e isolato termicamente per mezzo di pannelli di poliuretano espanso (spessore 80 mm, densità 40 kg/m 3 ). Il digestore ha una capacità di 2280 m 3 ed è coperto con un telo in poliestere che funge da copertura gasometrica. - un secondo digestore (F2) di pari caratteristiche costruttive, ma con capacità complessiva maggiore e pari a 2710 m 3. - un sistema per la separazione solido-liquido del liquame digerito, costituito da due unità che operano in parallelo. - una vasca di stoccaggio della frazione liquida digerita, priva di copertura e avente una capacità complessiva di m 3. Complessivamente, vengono immessi giornalmente circa 35 m 3 di biomasse solide (insilato di erba, mais ed altre biomasse insilate) e circa 100 m 3 di liquame (90% suino; 10% bovino). Complessivamente sono state condotte sei prove, utilizzando due tipi di liquame (liquame suino tal quale e liquame suino co-digerito) con tre differenti portate in ingresso al separatore (una nominale, una pari a circa il 50% di quella nominale e una pari a circa il 25% di quella nominale; liquame suino tal quale con portate variabili tra 11 e 49 m 3 /ora e liquame suino co-digerito con portate variabili tra 3 e 17 m 3 /ora). Le prove sono state svolte utilizzando le strutture di stoccaggio dei liquami presenti in azienda. In particolare, per il liquame suino tal quale è stata impiegata una vasca di equalizzazione di circa 450 m 3 di capacità, mentre per il liquame co-digerito è stata utilizzata una vasca di equalizzazione di circa 600 m 3 di capacità. La portata in ingresso al separatore è stata regolata agendo sulla saracinesca posizionata sulla tubazione che collega la pompa di prelievo del liquame al separatore. La quantità di liquame in ingresso al separatore è stata determinata mediante la misura del livello del liquame nella vasca di equalizzazione ad inizio e fine prova, mentre quella delle frazioni separate (solida e liquida) per pesata. La portata in ingresso al separatore è stata calcolata dividendo il volume di liquame in alimentazione per il tempo di durata di ciascuna prova. Risultati delle prove Le concentrazioni dei ST e dei SV riscontrate nel liquame suino tal quale sono risultate, rispettivamente, di circa 2 e 3 volte inferiori rispetto a quelle nel liquame co-digerito. In particolare, il contenuto medio in ST del liquame suino tal quale in ingresso al separatore è risultato del 1,55% e quello del liquame co-digerito del 3,67%. Nel liquame suino tal quale la percentuale di azoto ammoniacale era del 68,9% dell azoto totale, mentre è risultata del 57,4% nel liquame co-digerito. In media, la concentrazione dei ST, SV e NTK riscontrata nella frazione solida separata dal liquame suino tal quale è risultata, rispettivamente, di 9,80, 13,6 e 4,40 volte superiore rispetto a quella DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.11

114 presente nel liquame suino tal quale e, nel caso della frazione solida separata dal liquame codigerito, rispettivamente, di 4,11, 5,13 e 1,66 volte maggiore rispetto al liquame co-digerito non separato. Il contenuto in ST rilevato nelle frazioni solide ottenute è risultato molto simile mentre, i tenori in NTK e N-NH 4 + nelle frazioni solide separate dal liquame suino tal quale sono risultati, rispettivamente, di circa il 114% e il 17% maggiori rispetto a quelli riscontrati nelle frazioni solide ottenute dal liquame co-digerito. Nella frazione liquida separata dal liquame co-digerito il contenuto in NTK ha raggiunto un valore medio pari a 2057 mg/kg, mentre il rapporto N/P 2 O 5 è risultato mediamente pari a 1,62. La massa di liquame, grazie alla separazione solido/liquido, è stata ridotta di valori mediamente compresi fra 0.21% (liquame suino tal quale portata ~49 m 3 /h) e 11.0% (liquame co-digerito portata ~3 m 3 /h). Indipendentemente dalla portata di ingresso, la maggior efficienza di separazione (Ef) dei parametri considerati è stata ottenuta utilizzando il liquame co-digerito. In particolare, l efficienza media di separazione dei ST e dell NTK è risultata, rispettivamente, del 42,1% e 17,2% nel caso del liquame co-digerito e, rispettivamente, del 7,26% e 3,23% per il liquame suino tal quale. Tali risultati sono da attribuire al maggior contenuto in ST del liquame codigerito. Diversi studi (es., Møller et al., 2002; Balsari et al., 2006), infatti, evidenziano una correlazione positiva tra efficienza di separazione e contenuto in ST del liquame. I risultati ottenuti confermano anche l esistenza di una correlazione negativa tra la portata in ingresso del liquame e l efficienza di separazione, soprattutto nel caso delle prove condotte con il liquame suino tal quale. Impiegando il liquame co-digerito, non sono rilevabili differenze molto evidenti tra le diverse portate in termini di efficienza di separazione dei ST e dell NTK mentre, al contrario, per quanto riguarda il P tot è stato riscontrato un miglioramento nell efficienza di separazione quando si è operato con la portata maggiore. Esperienze condotte da Balsari et al. (2006), impiegando diverse tipologie di separatori (a rulli contrapposti, a compressione elicoidale, centrifughe), fanno supporre che all aumentare del contenuto in ST nei liquami la componente portata risulti sempre meno importante in termini di incremento dell efficienza di separazione, ed evidenziano che per alcuni parametri la sua influenza può avere un effetto inverso sulla dinamica dell efficienza di separazione. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.12

115 Le prove di stabilizzazione delle frazioni solide dei liquami 1) Frazione solida di liquami bovini da latte ottenuta con separatore a compressione elicoidale Sono state utilizzate le frazioni solide ottenute dalla prova di separazione condotta presso l'azienda dimostrativa Pinotti Luigi e Alberto a Pizzighettone (CR) operando su liquami di vacche da latte stabulate su cuccette con impiego di segatura come lettiera. Le 3 frazioni solide avviate alle prove di stabilizzazione son state ottenute operando con tre diversi filtri (a maglie di 0,5 mm, 0,75 mm e 1,00 mm) e livello medio di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. Le 3 frazioni solide sono state stoccate in cassoni forati, ciascuno del volume di 500 litri circa, e si è proceduto con rivoltamenti periodici delle masse in stoccaggio (bin composting). All'interno di ognuna delle 3 frazioni solide sono state posizionate due sonde per il rilievo della temperatura con cadenza oraria, l'una al centro del cassone e l'altra più laterale, a metà tra il centro ed il lato del cassone. Nel corso dei rivoltamenti i tre materiali sono stati campionati, per la determinazione delle concentrazioni di sostanza secca o solidi totali (ST), solidi volatili (SV), azoto totale (NTK), azoto ammoniacale (N-NH 4 + ) e fosforo (P). Inoltre sui campioni prelevati a inizio, metà e fine prova è stato determinato il potenziale biochimico metanigeno (BMP Biochemical methane potental), con metodo statico (analisi in batch o in discontinuo) in piccoli digestori da laboratorio (CRPA, 2011), per verificare il grado di stabilizzazione raggiunto dai materiali. Risultati delle prove Le temperature delle tre masse in compostaggio hanno avuto un andamento piuttosto simile tra loro, raggiungendo valori superiori ai 70 C nell'arco di poche ore dal posizionamento in cassone. I valori di temperatura si sono poi mantenuti al di sopra dei 60 C per una decina di giorni e comunque al di sopra dei 40 C per ulteriori 10 giorni. Successivamente le temperature si sono portate su valori uguali o inferiori ai 10 C, senza comunque mai scendere al di sotto dei 2 C. Il quarto rivoltamento, a quasi un mese dalla preparazione dei cumuli, è risultato effettivamente inefficace al fine di riattivare la fermentazione aerobica con innalzamento della temperatura. Nel corso del processo di stabilizzazione delle tre frazioni solide si è assistito ad una leggera riduzione dei livelli di sostanza secca delle masse. Il tenore di solidi volatili, sia come concentrazione sul materiale tal quale che come rapporto percentuale sui solidi totali è diminuito in modo più marcato. Al contrario il tenore di azoto totale è incrementato sia come concentrazione sul materiale tal quale che come rapporto percentuale sui solidi totali, a testimoniare che la respirazione della massa (con conseguente emissione di CO 2 ) è stata più intensa di quanto non siano state le emissioni in atmosfera delle diverse forme di gas azotati (ammoniaca, protossido di azoto, altri ossidi). Il bilancio di massa delle tre frazioni solide, ottenuto pesando i tre cassoni a inizio e fine prova e sulla base delle caratteristiche dei materiali, indica che il peso netto si è complessivamente ridotto del 36-37% mentre il peso dei solidi totali si è ridotto del 41-43%. Ancor più importante è risultata la diminuzione percentuale del peso dei solidi volatili, che si sono ridotti del 44-46%. Il bilancio delle ceneri è risultato variabile per i 3 cassoni ma mediamente la differenza in peso tra inizio e fine prova è stata prossima allo zero. Per quanto riguarda il bilancio di massa dei nutrienti la prova ha evidenziato una riduzione dell'azoto del 20-21%, senz'altro dovuta a volatilizzazione di ammoniaca e altri gas, e di fosforo del 10-16%, quest'ultima difficilmente spiegabile. I valori di potenziale biochimico metanigeno (BMP Biochemical methane potental) ricavati sulle tre frazioni solide a inizio, metà e fine prova testimoniano della progressiva stabilizzazione delle tre frazioni solide in compostaggio, che nel tempo hanno visto diminuire in modo molto significativo i valori di BMP. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.13

116 2) Frazione solida di liquami suini ottenuta con separatore a compressione elicoidale Sono state utilizzate le frazioni solide ottenute dalla prova di separazione condotta presso l'azienda dimostrativa Fratelli Zambelli a San Rocco di Guastalla (RE), operando su liquami di suini all'ingrasso. Le 3 frazioni solide avviate alle prove di stabilizzazione son state ottenute operando con tre diversi filtri (a maglie di 0,5 mm, 0,75 mm e 1,00 mm) e livello teso di tensione della molla che regola la chiusura delle ganasce di compressione del solido in uscita dal separatore. Il metodo di stoccaggio, misura delle temperature e campionamento delle 3 frazioni solide è lo stesso della prova n. 1 ed anche in questo caso sui campioni prelevati a inizio, metà e fine prova è stato determinato il potenziale biochimico metanigeno (BMP Biochemical methane potental), con metodo statico (analisi in batch o in discontinuo) in piccoli digestori da laboratorio (CRPA, 2011), per verificare il grado di stabilizzazione raggiunto dai materiali. Risultati delle prove Le temperature delle masse in compostaggio hanno raggiunto valori di C nell'arco di poche ore dal loro posizionamento in cassone. I valori di temperatura si sono poi mantenuti elevati sino al primo rivoltamento di 4 giorni dopo. In seguito sono tornati ad aumentare allo stesso livello per poi scendere progressivamente sino a circa 20 C alla data del secondo rivoltamento, 10 giorni dopo. In seguito al secondo rivoltamento le temperature massime raggiunte sono state di circa C ma in un lasso di tempo più lungo rispetto ai precedenti, ad eccezione del cumulo ottenuto con filtro 0,5 mm che si era riscaldato di meno in precedenza ma più rapidamente in seguito al secondo rivoltamento. Il terzo ed ultimo rivoltamento dopo altri 15 giorni (fine fase attiva con rivoltamenti) è risultato effettivamente inefficace al fine di riattivare la fermentazione aerobica con innalzamento della temperatura. Nella seconda fase del processo, di tipo statico, le temperature delle masse si sono mantenute tra 0 e 5 C e in ogni caso non sono mai scese sotto zero. Nel corso del processo di stabilizzazione delle tre frazioni solide si è assistito complessivamente ad una leggera riduzione dei livelli di sostanza secca delle masse, dopo che nel primo mese si era invece assistito ad un incremento. Il tenore di solidi volatili, sia come concentrazione sul materiale tal quale che come rapporto percentuale sui solidi totali è diminuito in modo più marcato. Al contrario il tenore di azoto totale è incrementato sia come concentrazione sul materiale tal quale che come rapporto percentuale sui solidi totali, a testimoniare che la respirazione della massa (con conseguente emissione di CO 2 ) è stata più intensa di quanto non siano state le emissioni in atmosfera delle diverse forme di gas azotati (ammoniaca, protossido di azoto, altri ossidi). Il bilancio di massa delle tre frazioni solide, ottenuto pesando i tre cassoni a inizio e fine prova e sulla base delle caratteristiche dei materiali, rende conto di come il peso netto delle 3 frazioni solide si sia complessivamente ridotto del 15-20% mentre il peso dei solidi totali si sia ridotto del 24-30%. Ancor più importante è risultata la diminuzione percentuale del peso dei solidi volatili, che si sono ridotti del 27-35%. Il bilancio delle ceneri è risultato variabile per i 3 cassoni tra il 2 ed il 4% circa, un risultato accettabile. Per quanto riguarda il bilancio di massa dei nutrienti la prova ha evidenziato una riduzione dell'azoto del 2-5%, senz'altro dovuta a volatilizzazione di ammoniaca e altri gas, ed un incremento medio di fosforo del 20% circa, difficilmente spiegabile. I valori di potenziale biochimico metanigeno (BMP Biochemical methane potental) ricavati sulle tre frazioni solide a inizio, metà e fine prova testimoniano della progressiva stabilizzazione delle tre frazioni solide in compostaggio, che nel tempo hanno visto diminuire in modo significativo i valori di BMP. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.14

117 3) Frazione solida di liquami suini codigeriti ottenuta con separatore a rulli contrapposti La prova finalizzata alla valutazione del processo di maturazione aerobica della frazione solida separata dal liquame suino co-digerito è stata attivata presso la sezione di Meccanica del DEIAFA (Università di Torino). La prova è stata effettuata impiegando frazione solida separata ottenuta con il separatore a rulli contro rotanti in uso presso l azienda BIOPIG S.S. di Bra (CN). In particolare, per l esecuzione della prova sono stati utilizzati 3 contenitori forati di materiale plastico, coperti da tettoia, del volume unitario di 0.43 m 3. Ciascun contenitore è stato riempito con circa 350 kg di frazione solida co-digerita fresca. La prova ha avuto una durata di 90 giorni, nel corso della quale i cumuli di separato solido sono stati periodicamente arieggiati mediante rivoltamento. In particolare, sono stati effettuati 5 rivoltamenti: 4 nel corso del primo mese (con frequenza settimanale) e 1 nel corso del mese successivo. Nel corso della prova sono stati monitorati: - la temperatura ambientale, mediante sensori Onset Hobo U12; - la della temperatura della massa di separato solido accumulata all interno dei tre contenitori, mediante termocoppie collegate a data loggers Onset Hobo U12; - l evoluzione dei principali parametri chimico-fisici (solidi totali, solidi volatili, azoto totale, azoto ammoniacale, fosforo) durante il processo di maturazione, mediante la raccolta e l analisi di campioni di prodotto prelevati in momenti successivi (inizio prova, in coincidenza di ciascun rivoltamento, a fine prova). Risultati ottenuti La frazione solida fresca utilizzata per la prova di maturazione in scala pilota aveva un contenuto medio di solidi totali del 16% (di cui 83% sostanza organica), oltre 4 g/kg di azoto totale e quasi 2 g/kg di fosforo. La temperatura media ambientale registrata nel corso della sperimentazione è risultata pari a 6,8 C, con valori giornalieri minimi di -1,9 C e massimi di circa 22 C. La temperatura media registrata all interno dei cumuli nell arco dei 90 giorni di prova è risultata pari a 15,6 C, con un andamento caratterizzato da un picco iniziale di 40,7 C (tre giorni dopo l allestimento dei cumuli) al quale è seguito un progressivo e costante decremento fino a raggiungere un valore di circa 11 C in coincidenza dell ultimo rivoltamento. Il monitoraggio della temperatura ha, tuttavia, evidenziato alcuni problemi per quel che riguarda la fase di innesco della fase termofila del processo, probabilmente a causa delle dimensioni ridotte dei cumuli (elevato rapporto tra superficie e volume). Sulla base di tali considerazioni si è deciso di effettuare un secondo ciclo di prove sperimentali modificando il piano sperimentale precedentemente adottato. Tale ciclo, che non era ancora stato rendicontato nei primi due Report on agronomic activity (1 st year and 2 nd year), viene descritto in dettaglio nel seguito. La seconda prova finalizzata alla valutazione del processo di maturazione aerobica della frazione solida separata dal liquame suino co-digerito è stata attivata presso l impianto di digestione anaerobica dell azienda BIOPIG S.S. di Bra (CN). In particolare, su una platea di cemento non coperta (vedi figura che segue) sono stati allestiti tre cumuli di frazione solida codigerita ottenuta con il separatore a rulli contro rotanti (ROTA mod. SEP 97) in uso presso l azienda. Ciascun cumulo, di forma tronco piramidale e del peso di circa 10 t, aveva le dimensioni iniziali di 3,7 m di larghezza per 6,2 m di lunghezza e 1,8 m di altezza, corrispondenti ad un volume di circa 14 m 3 e a una superficie esposta all aria di circa 30 m 2. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.15

118 Cumuli di frazione solida separata dal liquame suino codigerito allestiti presso l impianto di digestione anaerobica dell azienda BIOPIG S.S. di Bra (CN) La prova ha avuto una durata di 90 giorni, in condizioni primaverili-estive. Nel corso della prova i cumuli di separato solido sono stati periodicamente arieggiati mediante rivoltamento. Sono stati effettuati 3 rivoltamenti con pala meccanica: 2 nel corso del primo mese e 1 nel corso del mese successivo. Nel corso della prova sono stati monitorati: - la temperatura ambientale, mediante sensori Onset Hobo U12; - la temperatura dei cumuli a tre diverse profondità (superficie, centro e fondo) mediante termocopie collegate a data loggers Onset Hobo U12; - l evoluzione dei principali parametri chimico-fisici (ST, SV, NTK, N-NH 4 +, P) durante il processo di maturazione, mediante la raccolta e l analisi di campioni di prodotto prelevati in tre momenti successivi (inizio prova, dopo 43 giorni dall inizio della prova, a fine prova); - le emissioni di NH 3 e gas ad effetto serra (N 2 O, CO 2, CH 4 ). L attrezzatura impiegata per la misura delle emissioni gassose è schematicamente costituita da: - un captatore conico di 0,138 m 2 ; - una camera di flusso; - un misuratore di volume; - uno strumento di analisi di tipo fotoacustico ad assorbimento nella banda dell infrarosso (monitor Brüel & Kjær mod. 1312) - un flussometro; - una pompa. Il captatore viene posizionato sulla superficie da cui si devono determinare le emissioni, regolando la portata della pompa a circa 10 l/min. La concentrazione dei gas nell aria, aspirata da sotto il captatore, viene misurata in continuo dall analizzatore di gas. a b Dispositivo utilizzato per la misura delle emissioni di NH 3 e gas ad effetto serra: captatore posizionato sulla superficie del cumulo (a) e l analizzatore di gas Brüel & Kjær (b) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.16

119 La misura dei gas è stata effettuata tre volte a settimana, posizionando tre captatori sulla superficie di ciascun cumulo. Le emissioni totali rilevate nel corso delle prove sono state espresse in kg CO 2 equivalente per tonnellata di materiale stoccato, considerando che, ai fini dell effetto serra, 1 kg di metano, di protossido di azoto e di ammoniaca corrispondono rispettivamente a 25, 298, e 2,98 kg di CO 2 (IPCC, 2007). Risultati ottenuti La temperatura media ambientale registrata nel corso della sperimentazione è risultata pari a 20,4 C, con valori giornalieri minimi di 9,6 C e massimi di circa 27 C. La temperatura media registrata all interno dei cumuli nell arco dei 90 giorni di prova è risultata pari a 33 C, con un andamento caratterizzato da un picco iniziale di 52,3 C (sette giorni dopo l allestimento dei cumuli) al quale è seguito un progressivo e costante decremento fino a raggiungere un valore medio di circa 25 C dopo 60 giorni dall inizio della prova. Il profilo delle temperature registrate nel corso della prova è assimilabile a quello riportato in letteratura per processi di compostaggio di matrici organiche (Adani et al., 2004). 70 Temperatura media ( C) Temperatura media cumuli Temperatura media dell'aria Rivolatmenti Giorni Andamento delle temperature medie giornaliere dell aria e dei cumuli di frazione solida digerita rilevate nel corso della prova. Nel corso dei 90 giorni di prova la massa dei 3 cumuli si è ridotta in media del 40%. Al contrario, le concentrazioni dei ST, SV, NTK e P sono aumentate durante il processo di maturazione, raggiungendo a fine prova valori pari al 23,1%, 17,2%, 0,61% e 0,64% rispettivamente. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.17

120 Principali caratteristiche chimico fisiche rilevati nel corso della prova. 12/04/ /07/2012 Bilancio di Massa* Parametro (inizio 24/05/2012 (fine (variazione percentuale prova) prova) tra inizio e fine prova) ST g/kg Tq %tq ,6% SV g/kg Tq %ST ,2% TNK mg/kg Tq %ST ,0% + mg/kg Tq N-NH 4 %TKN ,7% Ptot mg/kg Tq %ST ,1% *Effettuato sulla base del peso dei cumuli ad inizio e fine prova. La degradazione dei SV rispetto al materiale fresco (inizio prova) è risultata pari al 26,2%. Per quanto riguarda i composti azotati, i risultati evidenziano una riduzione del contenuto di NTK e di N-NH 4 +, rispettivamente, del 19% e dell 84,7%. Tali perdite di azoto sono da attribuire principalmente alle emissioni di NH 3. In particolare, nel corso della prova sono state misurate emissioni medie complessive di NH 3 e di N 2 O corrispondenti, rispettivamente, a circa l 8% e il 2% dell azoto totale inizialmente presente. Emissioni complessive di protossido di azoto (N 2 O), ammoniaca (NH 3 ), metano (CH 4 ) e anidride carbonica (CO 2 ) rilevate nel corso della prova. Gas serra (GHG) (kg CO 2 eq/t) N 2 O g/m 2 % N tot NH 3 g/m 2 % N tot CH 4 g/m 2 % SV CO 2 g/m 2 % SV 27,3 (4,71) 1,92 (0,03) 112 (18,3) 7,91 (0,01) 759 (104) 1,73 (0,003) 25,9 (4,47) 1,06 (0,17) 60,3 (8,28) 6447 (806) 20,6 (2,56) 14,7 (0,02) Totale GHG (kg CO 2 eq/t) 108 Nel corso del periodo indagato sono state rilevate emissioni complessive di CO 2 variabili tra 8037 e 5427 g/m 2, mentre le perdite di carbonio sottoforma di CH 4 sono risultate di modesta entità e pari a circa l 1,7% dei SV inizialmente presenti (Tabella 2). Tuttavia, in termini di CO 2 eq, è quest ultimo gas che ha fornito le emissioni complessive di maggiore entità, seguito dal N 2 O, la CO 2 e l NH 3. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.18

121 Activity 3. Checking the agronomic and environmental effects of the solid fraction use Questa attività ha avuto come obiettivo quello di verificare gli effetti agronomici e ambientali dell'uso della frazione solida dei liquami su terreni con scarsa dotazione di sostanza organica. L'azione si è svolta in Lombardia, Emilia-Romagna e Piemonte ed è iniziata nel 2011 con l individuazione dei siti; ha avuto una durata di 2 annate agrarie (2012 e 2013). Le aziende prescelte sono caratterizzate da terreni con bassa dotazione di sostanza organica. Nel corso del primo anno (2011) i 3 partner (ERSAF, CRPA, IPLA) hanno individuato le aziende ed impostato le prove agronomiche. Sempre nel corso del primo anno di progetto sono stati definiti i piani colturali e di fertilizzazione, da applicare nelle due annate di prova. Su colture primaverili-estive tipiche delle aree ove sono state organizzate le tre prove si sono confrontati almeno tre diversi trattamenti: a) Testimone non fertilizzato b) Fertilizzazione con frazione solida di effluenti di allevamento c) Fertilizzazione con concimi minerali Ciascuna prova è stata organizzata in parcelle e gli stessi trattamenti fertilizzanti applicati nel 2012 sono stati ripetuti nel corso del 2013 per evidenziare gli effetti dovuti all uso delle frazioni solide. In Lombardia si è utilizzato il separato solido dell azienda dimostrativa di bovini da latte che partecipa all azione 1 e 2 del progetto. In Piemonte separato solido di suino codigerito mentre in Emilia-Romagna separato di liquame suino tal quale. Per ogni campo, oltre a tenere nota delle operazioni di tipo agronomico, si è proceduto con un analisi completa dello strato di terreno 0-30 cm, includendo tessitura, ph, calcare totale e attivo, CSC, sostanza organica, azoto totale, fosforo assimilabile Olsen, potassio assimilabile. I campionamenti sono stati a cura del partner locale e le analisi svolte presso laboratori scelti dai singoli partner. Riguardo la determinazione della sostanza organica, che era prevista da progetto alla fine dei due anni di prove, per il sito localizzato in Lombardia si è ritenuto utile procedere anche ad una caratterizzazione iniziale (vedi Report on agronomic activity, 2 nd year). Nei momenti della distribuzione del separato in campo si è proceduto alla verifica dei dosaggi delle frazioni solide stabiliti ed al campionamento per le analisi. Prima della semina in tutti e tre i siti sono stati prelevati campioni di terreno dagli strati 0-30 e Tali campionamenti sono stati ripetuti anche dopo la raccolta delle colture per valutare la variazione di nitrati e fosforo assimilabile nel terreno. A fine ciclo colturale, oltre le analisi sul terreno di cui sopra, sono state rilevate, per ogni tesi, le produzioni, peso fresco e secco dei prodotti raccolti ma anche di quelli che restano in campo (es. paglie), utilizzando i metodi di misura abituali per operazioni di pieno campo. Sui campioni di biomassa essiccati a 65 C è stato determinato il contenuto di azoto e fosforo presso il laboratorio del CRPA. Di seguito si riportano i risultati relativi all annualità 2013 ed una sintesi dei risultati dell attività su Checking the agronomic and environmental effects of the solid fraction use. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.19

122 Prova agronomica in Lombardia In Lombardia nel corso del 2013 la prova agronomica è stata condotta sempre presso l azienda Pinotti di Pizzighettone. Così come nel 2012, si è utilizzata la frazione solida separata da liquami bovini su terreno a ridotto tenore di sostanza organica. Caratteristiche del terreno della prova condotta presso l azienda Pinotti Tessitura Sabbia µm % 76 Limo 50-2 µm % 17 Argilla < 2 µm % 7 ph in acqua - 7,2 Calcare totale % 0,04 Capacità di scambio cationico meq/100 g 3,4 Sostanza organica % 1,4 Azoto totale g/kg 0,9 Fosforo assimilabile Olsen mg/kg 67 Potassio scambiabile mg/kg 113 In Lombardia l appezzamento selezionato ha una tessitura sabbioso-franco con un basso tenore di sostanza organica e di azoto, una ridotta capacità di scambio cationico mentre è particolarmente ricco in fosforo. Anche in questo secondo anno di prova è stato coltivato mais da granella in tre parcelloni gestiti in modo diverso come da protocollo del progetto: T1 testimone non concimato T2 concime chimico (230 kg N/ha totali da urea distribuita in presemina e copertura) T3 frazione solida di liquame bovino (170 kg N/ha totali distribuiti in presemina) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.20

123 Schema della prova agronomica condotta presso l azienda Pinotti di Pizzighettone Caratteristiche della frazione solida separata di liquami bovini utilizzata nella prova Parametro Unità di misura Valore ph - 7,27 Solidi totali (ST) % t.q. 14,1 Solidi volatili (SV) %ST 87,7 Azoto totale (NTK) g/kg t.q. 3,34 Azoto ammoniacale %NTK 5,2 Fosforo totale (P) g/kg t.q. 0,60 Potassio totale (K) g/kg t.q. 7,27 Il separato solido da liquami bovini è stato ottenuto con un separatore a rulli contrapposti. Tale separatore, di tipo mobile, non è di proprietà dell azienda ma è stato necessario rivolgersi ad una ditta specializzata. La matrice è stata contraddistinta da un tenore di sostanza secca relativamente basso (14 %), azoto nella norma (0,33 %) rispetto al tipo di effluente e in predominanza sotto forma organica e solo il 5,2 % in forma ammoniacale. Il fosforo ha avuto contenuti non molto alti (0,06 %). Per la prova è stato seminato mais destinato alla produzione di granella, a metà aprila prima di un periodo molto piovoso che è durato sino alla fine del mese di maggio (vedi grafico in seguito). Nella tabella che segue sono riportate le principali operazioni colturali eseguite nel corso della stagione. La coltura è stata irrigata con turni di 14 giorni. Principali operazioni eseguite sul campo prova Data Operazione 16 aprile 2013 Distribuzione fertilizzanti (frazione solida di liquame bovino e urea) 16 aprile 2013 Semina mais da granella 19 maggio 2013 Sarchiatura e seconda distribuzione urea in T2 10 ottobre 2013 Raccolta mais 29 ottobre 2013 Campionamento finale terreni DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.21

124 Immagini del campo sul quale è stata condotta la prova agronomica presso l azienda Pinotti DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.22

125 Al momento della raccolta la granella aveva un contenuto medio di sostanza secca pari all 80%. La biomassa è stata quindi essiccata a 65 C fino a peso costante per determinare il contenuto di sostanza secca e quindi la produzione per ettaro di biomassa secca. Infine è stato determinato il contenuto di azoto totale, al fine di calcolare le asportazioni della coltura. I dati di resa e le concentrazioni e asportazioni di azoto sono riportate nella tabella che segue. Rese della coltura di mais, concentrazioni e asportazioni di azoto Trattamento Resa granella s.s. granella* Resa granella N in granella* Asportazioni N granella Asportazioni N granella e stocchi (t t.q./ha) (%) (t s.s./ha) (% s.s.) (kg/ha) (kg/ha) T1 8,34 80,14 6,68 11, T2 17,58 79,43 13,96 11, T3 19,19 79,61 15,28 11, * valori medi delle 3 repliche Le rese in granella del mais sono risultate in linea con le produzioni medie dell anno tranne, come era atteso, per la tesi non concimata che ha avuto un raccolto decisamente inferiore. Pertanto si sono rilevate differenze significative tra le rese di granella delle tesi concimate rispetto alla tesi non concimata. Le concentrazioni di azoto nella granella sono risultate più alte nelle tesi concimate in particolare in quella con il separato solido. Anche le asportazioni seguono lo stesso andamento sia per la granella che per l intera pianta. Il livello di nitrati nel suolo rilevato con i due campionamenti (presemina e raccolta) è risultato piuttosto ridotto (sempre < 10 mg N-NO 3 /kg) ed omogeneo tra parcelle in corrispondenza del primo campionamento mentre alla raccolta il livello di nitrati residui è risultato un poco più elevato nelle parcelle fertilizzate, in modo particolare in quelle con concime chimico. I livelli di fosforo assimilabile sono risultati piuttosto variabili e non sembrano mostrare l influenza della fertilizzazione con il separato solido ottenuto da liquame bovino con un basso tenore di P. Contenuto di azoto nitrico nei terreni (medie per trattamento in mg N-NO 3 /kg) 16-apr ott-13 Trattamento (presemina) (post-raccolta) 0-30 cm cm 0-30 cm cm T1 - Test non fertilizzato 1,48 1,28 3,59 3,95 T2 - Concime chimico 1,62 1,61 5,97 7,26 T3 - Separato solido bovino 1,66 1,21 5,59 5,65 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.23

126 Contenuto di azoto nitrico nei terreni nello strato 0-30 cm (medie per trattamento, le barre indicano la deviazione standard) Contenuto di azoto nitrico nei terreni nello strato cm (medie per trattamento, le barre indicano la deviazione standard) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.24

127 Contenuto di fosforo assimilabile nei terreni al 29 ottobre 2013 per i due strati 0-30 e cm (medie per trattamento, le barre indicano la deviazione standard) Temperature e precipitazioni giornaliere misurate nel corso del periodo di coltivazione DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.25

128 Come si può notare dai dati relativi alle analisi del contenuto di carbonio nel suolo e alla sua caratterizzazione nell orizzonte lavorato (0-30 cm), alla fine della sperimentazione le determinazioni effettuate, sia in termini quantitativi che qualitativi, non mostrano che gli apporti delle frazioni solide dei liquami siano risultati efficaci nel determinare incremento del tenore di sostanza organica nel terreno o variazioni significative della sua qualità. Il livello del carbonio organico totale (TOC) nel terreno, al termine di due anni di prova, è risultato più alto nella parcella che ha ricevuto la frazione solida di liquami rispetto al test non fertilizzato ma più basso rispetto alla tesi concimata con il chimico. Lo stesso andamento si è avuto anche per gli altri parametri analizzati, ovvero il carbonio organico estraibile (TEC) e gli acidi umici e fulvici (HA+FA). Contenuto di carbonio nel terreno e parametri di umificazione, valori medi dei tre trattamenti Trattamento TOC (1) TEC (2) HA+FA (3) NH (4) DH (5) HR (6) HI (7) T1 - Test non fertilizzato % s.s. % s.s. % s.s. % s.s. % % - 0,66 0,39 0,24 0, ,59 T2 - Concime chimico 0,83 0,51 0,33 0, ,54 T3 - Separato solido bovino 0,73 0,46 0,29 0, ,57 (1) TOC: carbonio organico totale (2) TEC: carbonio organico estraibile (3) HA+FA: acidi umici e fulvici (4) NH: carbonio organico non umificato (5) DH: grado di umificazione = (HA+FA)/TEC (6) HR: tasso di umificazione = (HA+FA)/TOC (7) HI: indice di umificazione = NH/(HA+FA) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.26

129 Prova agronomica in Piemonte La prova agronomica è stata svolta presso un sito sperimentale dell Università di Torino Dip. Scienze Agrarie, Forestali e Alimentari a Grugliasco (TO) ed è consistita nella valutazione agronomica dell uso di frazione solida di liquame suino codigerito, prodotto presso l azienda Biopig di Bra (CN). Di seguito si riportano i dati relativi alla caratterizzazione chimico-fisica del suolo dell appezzamento nel quale è effettuata la prova agronomica. La tessitura del primo orizzonte di suolo risulta essere franca, con ph subacido, CSC basso e contenuto di sostanza organica molto basso, come previsto nel progetto. Nell orizzonte sotto superficiale il contenuto in sostanza organica risulta ancora inferiore. Caratteristiche del terreno della prova condotta in Piemonte Profondità 0-30 cm cm Tessitura Sabbia µm % 41,0 34,9 Limo 50-2 µm % 48,0 48,2 Argilla < 2 µm % 10,9 16,9 ph in acqua - 6,1 6,3 Calcare totale % 0,07 0,06 Capacità di scambio cationico meq/100 g 8,88 9,92 Sostanza organica % 1,68 0,62 Azoto totale g/kg 0,10 0,05 Fosforo assimilabile Olsen mg/kg 18,4 8,3 Nella tabella che segue si riportano i risultati relativi alla caratterizzazione chimica della frazione solida di liquame suino codigerito utilizzata nel 2013, tra parentesi i valori che erano stati rilevati nel La sostanza secca del separato solido è risultata di poco superiore al 20% e l azoto presente è in prevalenza in forma organica. Tuttavia, nei 2 anni di prova, ci sono differenze in termini di contenuto di sostanza secca, azoto e fosforo totali, più alti nel Caratteristiche chimiche del separato solido utilizzato nel 2013 (tra parentesi i dati 2012). Parametro Unità di misura 2013 Solidi totali (ST) % t.q. 21,81 (17,77) Solidi volatili (SV) %ST 82,05 (84,08) Azoto totale (NTK) g/kg t.q. 5,21 (3,49) Azoto ammoniacale g/kg t.q. 0,15 (0,11) Fosforo totale (P) g/kg t.q. 3,84 (1,84) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.27

130 Lo schema della prova agronomica ha previsto 3 trattamenti, la coltivazione del mais da granella e la randomizzazione completa con 3 replicazioni. I trattamenti posti a confronto sono: 0 NPK - Testimone non concimato Dig kgn/ha di separato solido in presemina kgn/ha di urea in copertura Min kgn/ha di urea in presemina kgn/ha di urea in copertura. Quantità di P 2 O 5 e K 2 O pari a quelle fornite dal separato solido, fornite come perfosfato triplo e cloruro di potassio. Sito sperimentale (a sinistra) e schema sperimentale (a destra) della prova agronomica con separato solido. Operazioni colturali effettuate nei 2 anni di sperimentazione. Operazione colturale Aratura campo Grugliasco 23/03/12 14/05/13 Erpicatura 06/04/12 14/05/13 Concimazione presemina 06/04/12 14/05/13 Semina Syngenta NK Famoso FAO /04/12 31/05/13* Diserbo post-emergenza 07/05/12 Diserbo post-emergenza 28/05/12 Concimazione copertura con urea 05/06/12 03/07/13 Irrigazione prova (40 mm) 11/07/12 04/07/13 Irrigazione prova (40 mm) 18/07/12 15/07/13 Irrigazione prova (60 mm) 26/07/12 05/08/13 Irrigazione prova (30 mm) 22/08/12 23/08/13 Raccolta prova 27/09/12 09/10/13 * la semina è avvenuta il 14/05/2013 ma a causa della mancata emergenza è stata effettuata una risemina il 31/05/2013 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.28

131 È da segnalare che l andamento climatico del 2013 ha fortemente penalizzato le produzioni di mais, a causa del prolungarsi delle precipitazioni in primavera che non hanno consentito di effettuare le operazioni colturali quando necessario. I risultati mostrano comunque un effetto del trattamento su diverse variabili misurate. In particolare, le variabili misurate sono risultate in genere maggiori nel trattamento Min rispetto a 0 NPK, mentre la tesi Dig ha mostrato produzioni e asporti totali intermedie. Produzioni, asporti e concentrazioni di azoto del mais. Trattamento Granella Stocchi Tutoli e brattee Biomassa totale (t/ha) (t/ha) (t/ha) (t/ha) 0 NPK 4,71 b 3,61 b 1,38 9,70 b Dig 5,88 b 3,89 b 1,77 11,53 ab Min 9,87 a 5,78 a 2,21 17,85 a Sig. Trattamento Trattamento Granella Stocchi Tutoli e brattee Biomassa totale (kg N/ha) (kg N/ha) (kg N/ha) (kg N/ha) 0 NPK 33,2 b 5,3 b 1,4 b 39,99 b Dig 50,4 b 11,7 ab 3,8 a 65,91 b Min 80,4 a 15,3 a 2,6 ab 98,29 a Sig. Trattamento Trattamento Granella Stocchi Tutoli e brattee (% N) (% N) (% N) 0 NPK 1,03 b 0,22 0,15 b Dig 1,27 a 0,44 0,33 a Min 1,21 a 0,40 0,18 ab Sig. Trattamento ns Di seguito si riportano i dati relativi alle analisi dei nitrati nel suolo prima delle fertilizzazioni e dopo la raccolta del mais. Nel 2013 le differenze tra i trattamenti non sono risultate statisticamente significative. Anche per quanto riguarda il fosforo disponibile, la misura effettuata dopo la raccolta del mais ha fatto registrare delle differenze tra i trattamenti statisticamente non significative. DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.29

132 Contenuto di azoto nitrico (mg N-NO 3 - /kg) e fosforo Olsen (mg P/kg) nei terreni prima della fertilizzazione in presemina e dopo la raccolta del mais. Azoto nitrico Profondità Trattamento 20/03/ /10/ cm 0NPK 1,87 1,98 DIG 1,59 6,51 MIN 1,50 8,79 Sig. Trattamento ns ns cm 0NPK 3,42 b 0,54 DIG 3,68 ab 2,83 MIN 4,78 a 4,11 Sig. Trattamento 0,022 ns Fosforo assimilabile Profondità Trattamento 20/03/ /10/ cm 0NPK 7,76 8,34 DIG 8,56 12,64 MIN 10,05 11,79 Sig. Trattamento ns ns cm 0NPK 5,02 6,05 DIG 5,24 6,56 MIN 5,84 7,51 Sig. Trattamento ns ns Nella tabella che segue si riportano i dati relativi alle analisi del contenuto di carbonio nel suolo e alla sua caratterizzazione nell orizzonte lavorato (0-30 cm) alla fine della sperimentazione. I diversi trattamenti non hanno causato differenze statisticamente significative, anche se il trattamento fertilizzato con il separato solido evidenzia la tendenza ad un aumento del contenuto di C nel suolo. Contenuto di carbonio nel suolo e valori dei parametri di caratterizzazione della sostanza organica rilevati alla fine dei 2 anni di prova nell orizzonte 0-30cm (valori medi). Trattamento TOC (% ss) TEC (% ss) HA+FA (% ss) NH (% ss) DH (%) HR (%) HI (%) 0NPK 0,793 0,483 0,217 0,267 44,67 27,67 1,24 DIG 0,827 0,510 0,220 0,290 43,00 27,00 1,32 MIN 0,757 0,473 0,207 0,267 43,67 27,33 1,29 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.30

133 Prova agronomica in Emilia-Romagna Per quanto concerne l Emilia-Romagna, nel corso del 2013 la prova agronomica è stata condotta presso l azienda Marani di Ravenna. Infatti per questioni operative non è stato possibile proseguire sul sito attivato nel 2012 in Comune di Mirabello, provincia di Ferrara. Per questo motivo all azienda Marani è stato aggiunto un trattamento con frazione solida a dose doppia, con il fine di verificare gli effetti di un apporto più elevato di sostanza organica. Su terreno a ridotto tenore di sostanza organica si è utilizzata la frazione solida separata da liquami suini tal quali; si tratta del materiale che nella decisione di deroga concessa alle regioni del Nord Italia deve essere esportato al di fuori delle aziende in deroga, preferibilmente verso aree caratterizzate da suoli a basso contenuto di sostanza organica. Caratteristiche del terreno della prova condotta presso l azienda Marani di Ravenna Tessitura Sabbia µm % 27,2 Limo 50-2 µm % 56,8 Argilla < 2 µm % 16,0 ph in acqua - 7,7 ph in CaCl 1M 7,2 Calcare totale % 21,5 Capacità di scambio cationico meq/100 g 18,5 Sostanza organica % 1,33 Azoto totale g/kg 1,0 Fosforo assimilabile Olsen mg/kg 6 Potassio scambiabile mg/kg 157 Il terreno su cui è stata condotta la prova, a tessitura franco-limosa e ph subalcalino, presentava una elevata dotazione di calcare totale ed una dotazione bassa di sostanza organica. Anche i livelli di azoto totale e fosforo assimilabile sono risultati bassi mentre il potassio scambiabile è in concentrazione normale. È stato coltivato sorgo da granella in parcelle ove sono stati replicati per quattro volte i seguenti trattamenti (schema a blocchi randomizzati): T testimone non concimato C concime chimico (170 kg N/ha totali da urea distribuita in presemina) S1 frazione solida di liquame suino (170 kg N/ha totali distribuiti in presemina) S2 frazione solida di liquame suino a dose doppia (340 kg N/ha totali distribuiti in presemina) Il dosaggio ottimale di azoto per questa coltura e nelle specifiche condizioni di suolo e clima è stato determinato tenendo in considerazione le esigenze della coltura in funzione delle rese attese e fertilità del suolo ed è risultato pari a 170 kg N/ha (per raggiungere una resa di circa 6 t/ha di granella). DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.31

134 Schema della prova agronomica condotta presso l azienda Marani di Ravenna T Test non concimato S1 S2 C Concime chimico Solido separato Solido separato S1 Solido separato blocco 4 dose doppia blocco 4 S2 Solido separato dose doppia C Chimico T Test T Test C Chimico blocco 3 blocco 3 S2 Solido separato dose doppia S1 Solido separato S1 Solido separato T Test blocco 2 blocco 2 C Chimico S2 Solido separato dose doppia T Test S1 Solido separato blocco 1 blocco 1 S2 Solido separato dose doppia C Chimico DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.32

135 Caratteristiche della frazione solida separata di liquami suini utilizzata nella prova Parametro Unità di misura Valore ph - 8,31 Solidi totali (ST) % t.q. 33,68 Solidi volatili (SV) %ST 79,1 Azoto totale (NTK) g/kg t.q. 13,43 Azoto ammoniacale %NTK 17,3 Carbonio organico totale (TOC) %ST 41,5 Rapporto C/N - 10,4 Fosforo totale (P) g/kg t.q. 6,55 Potassio totale (K) g/kg t.q. 6,53 Carbonio organico estraibile (TEC) %ST 23,42 Acidi umici e fulvici (HA+FA) %ST 3,54 Frazione non umificata (NH) %ST 19,88 Grado di umificazione (DH) % 15 Tasso di umificazione (HR) % 9 Indice di umificazione (HI) - 5,62 Il materiale organico utilizzato, derivante dalla centrifugazione di liquami suini, aveva un discreto tenore di sostanza secca (circa 34%) e sostanza organica (quasi l 80% della sostanza secca). L azoto, in percentuale di circa l 1,3% sul prodotto tal quale, era in prevalenza (>80%) sotto forma organica e per la restante parte ammoniacale. Il rapporto tra azoto totale e anidride fosforica (P 2 O 5 ) è risultato inferiore ad 1 e quindi sbilanciato verso il fosforo, infatti il rapporto comune tra N e P 2 O 5 nella nutrizione vegetale è di circa 2,5. Dal punto di vista della stabilità della sostanza organica si può notare che si tratta di un materiale non particolarmente stabilizzato, infatti DH e HR sono risultati piuttosto bassi ed HI alto. Per la prova è stata utilizzata la varietà di sorgo Aralba di RV-Venturoli. Nella tabella che segue sono riportate le principali operazioni colturali eseguite nel corso della stagione. La coltura è stata condotta in asciutta. Principali operazioni eseguite sul campo prova Data Operazione 14 maggio 2013 Campionamento terreni e distribuzione fertilizzanti (frazione solida di liquami suini e urea) 19 maggio 2013 Semina sorgo da granella (var. Aralba RV-Venturoli) 21 giugno 2013 Sarchiatura 9 settembre 2013 Raccolta sorgo e campionamento terreni 16 settembre 2013 Campionamento finale terreni L apporto di 170 kg N/ha dovuto alla frazione solida dei liquami suini ha generato corrispondenti DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.33

136 apporti di circa 190 kg P 2 O 5 /ha e 100 kg K 2 O/ha. Immagini della prova agronomica condotta presso l azienda Marani di Ravenna DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.34

137 La valutazione delle produzioni del sorgo è stata effettuata raccogliendo la granella in corrispondenza di un contenuto medio di sostanza secca tra l 85 ed il 90%. La biomassa è stata quindi essiccata a 65 C fino a peso costante per determinare il contenuto di sostanza secca e quindi la produzione per ettaro di biomassa secca. Infine è stato determinato il contenuto di azoto totale, al fine di calcolare le asportazioni della coltura. I dati produttivi e le concentrazioni e asportazioni di azoto sono riportate nella tabella che segue. Rese della coltura di sorgo, concentrazioni e asportazioni di azoto Trattamento Replica Resa granella T Test non fertilizzato C Concime chimico S1 Solido suino S2 Solido suino dose doppia (t t.q./ha) s.s. granella (%) Resa granella (t s.s./ha) N in granella (% s.s.) Asportazioni N (kg/ha) Peso specifico (g/l) 1 5,92 87,5 5,18 1, ,47 87,4 6,53 1, ,76 87,4 5,04 1, ,61 87,7 5,80 1, ,94 88,0 3,47 1, ,12 87,1 5,33 1, ,07 87,8 6,21 1, ,30 87,6 5,52 1, ,62 87,9 5,82 1, ,17 87,4 6,26 1, ,92 87,8 6,08 1, ,19 87,4 6,29 1, ,47 87,1 4,76 1, ,02 87,7 6,16 1, ,50 87,3 4,80 1, ,19 87,8 4,56 2, T media 6,44 87,5 5,64 1,76 a C media 5,86 87,6 5,13 1,85 a,b S1 media 6,97 87,6 6,11 1,84 a,b S2 media 5,80 87,5 5,07 1,90 b Media campo 6,27 87,6 5,49 1, Le rese in granella del sorgo sono risultate piuttosto vicine a quanto era stato preventivato (6 t/ha di granella) per determinare il dosaggio ottimale di azoto pari a 170 kg N/ha. Non sono state rilevate differenze statisticamente significative tra le rese di granella mentre le concentrazioni di azoto nella granella sono risultate più alte nel trattamento con frazione solida di liquame suino a dose doppia rispetto al testimone non concimato; i trattamenti C ed S1 invece non DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.35

138 si differenziano da T né da S2. Nel trattamento con frazione solida di liquame suino a dose normale si è avuta la più alta resa in granella, superiore alle 6 t/ha preventivate, con asportazioni di azoto superiori ai 100 kg/ha. Il livello di nitrati nel suolo rilevato con i due campionamenti (pre-semina e raccolta) è risultato piuttosto ridotto (sempre < 10 mg/kg) ed omogeneo tra parcelle in corrispondenza del primo campionamento mentre alla raccolta il livello di nitrati residui è invece risultato più elevato nelle parcelle fertilizzate, in modo particolare in quelle con concime chimico. I livelli di fosforo assimilabile sono stati incrementati in modo significativo dagli apporti delle frazioni solide dei liquami suini, raggiungendo valori medi nello strato 0-30 cm vicini a 15 mg/kg che rappresentano concentrazioni normali e non basse come era a inizio prova. Temperature e precipitazioni giornaliere misurate nel corso del periodo di coltivazione (è incluso il mese precedente alla semina, aprile 2013) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.36

139 Contenuto di azoto nitrico nei terreni (medie per trattamento in mg/kg) Trattamento 9 maggio 2013 (presemina) 29 ottobre 2013 (post-raccolta) 0-30 cm cm 0-30 cm cm T - Test non fertilizzato 7,20 4,66 5,20 a 1,62 a C - Concime chimico 7,17 4,89 29,38 b 7,45 b S1 - Solido suino 7,73 4,56 17,78 b 4,94 b S2 Solido suino dose doppia 6,38 3,55 19,69 b 0,96 a Contenuto di azoto nitrico nei terreni nello strato 0-30 cm (medie per trattamento, le barre indicano la deviazione standard) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.37

140 Contenuto di azoto nitrico nei terreni nello strato cm (medie per trattamento, le barre indicano la deviazione standard) Contenuto di fosforo assimilabile nei terreni al 16 settembre 2013 per i due strati 0-30 e cm (medie per trattamento, le barre indicano la deviazione standard) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.38

141 Le determinazioni effettuate sulla sostanza organica del terreno, sia in termini quantitativi che qualitativi, hanno dimostrato come gli apporti delle frazioni solide dei liquami suini siano risultate efficaci nel determinare incremento del tenore di sostanza organica nel terreno. Infatti il livello del carbonio organico totale (TOC) nel terreno, al termine di un anno di prova, è risultato significativamente più alto nelle parcelle che avevano ricevuto la frazione solida di liquami suini rispetto al test non fertilizzato. Gli stessi trattamenti con frazione solida di liquami suini hanno anche fatto rilevare i più alti livelli di carbonio organico estraibile ed acidi umici e fulvici, sebbene non vi sia significatività dal punto di vista statistico. Anche i parametri dell umificazione derivati, e cioè il grado di umificazione (DH), il tasso di umificazione (HR) e l indice di umificazione (HI) sono risultati migliorati dagli apporti delle frazioni organiche. Contenuto di carbonio nel terreno e parametri di umificazione Trattamento TOC (1) TEC (2) HA+FA (3) NH (4) % s.s. % s.s. % s.s. % s.s. T - Test non fertilizzato 1,050 a 0,594 0,327 0,267 C - Concime chimico 1,095 a,b 0,631 0,350 0,282 S1 - Solido suino 1,175 b 0,656 0,378 0,278 S2 Solido suino dose doppia 1,187 b 0,636 0,367 0,268 Trattamento DH (5) HR (6) HI (7) % % - T - Test non fertilizzato 54,6 31,0 0,84 C - Concime chimico 55,4 31,9 0,81 S1 - Solido suino 57,5 32,2 0,74 S2 Solido suino dose doppia 57,7 30,9 0,74 (1) TOC: carbonio organico totale TEC: carbonio organico estraibile HA+FA: acidi umici e fulvici (4) NH: carbonio organico non umificato (5) DH: grado di umificazione, = (HA+FA)/TEC (6) HR: tasso di umificazione, = (HA+FA)/TOC (7) HI: indice di umificazione, = NH/(HA+FA) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.39

142 Sintesi delle prove agronomiche In Emilia Romagna le frazioni solide utilizzate nei due anni, da liquami suini, hanno avuto un buon tenore di sostanza secca e sostanza organica. L azoto è stato in prevalenza (>80%) sotto forma organica e per la restante parte ammoniacale. Il rapporto tra azoto totale e anidride fosforica (P 2 O 5 ) è risultato sbilanciato verso il fosforo essendo lontano dal rapporto comune tra N e P 2 O 5 nella nutrizione vegetale di circa 2,5. In Lombardia le frazioni solide di origine bovina sono state contraddistinte da un tenore di sostanza secca inferiore al 20%, l azoto contenuto in quantità nella norma rispetto al tipo di effluente è stato in predominanza sotto forma organica mentre il fosforo ha avuto contenuti non molto alti. Per il Piemonte i materiali utilizzati sono stati caratterizzati da sostanza secca del separato solido attorno al 20% e l azoto presente è risultato in prevalenza in forma organica. Tuttavia, nei 2 anni di sperimentazioni, ci sono state differenze in termini di contenuto di sostanza secca, azoto e fosforo totali, più alti nel Principali caratteristiche chimiche dei materiali utilizzati nelle prove Parametro Unità di misura Emilia Romagna Lombardia Piemonte Origine separato solido liquame suino liquame bovino codigerito suino ph - 7,49 8,31 7,27 Solidi totali (ST) % t.q. 49,8 33,7 18,0 14,1 17,8 21,8 Solidi volatili (SV) %ST 86,1 79,1 90,2 87,7 84,1 82,1 Azoto totale (NTK) g/kg t.q. 14,56 13,43 3,67 3,34 3,49 5,21 Azoto ammoniacale %NTK 17,4 17,3 18,1 5,2 3,2 2,9 Carbonio organico totale (TOC) %ST 42,9 41,5 Rapporto C/N - 14,7 10,4 Fosforo totale (P) g/kg t.q. 4,63 6,55 0,67 0,60 1,84 3,84 Potassio totale (K) g/kg t.q. 3,18 6,53 DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.40

143 In Emilia Romagna il terreno su cui è stata condotta la prova nel 2013, a tessitura franco-limosa e ph subalcalino, presentava una elevata dotazione di calcare totale ed una dotazione bassa di sostanza organica. Anche i livelli di azoto totale e fosforo assimilabile sono risultati bassi mentre il potassio scambiabile era in concentrazione normale. In Lombardia l appezzamento selezionato aveva una tessitura sabbioso-franco con un basso tenore di sostanza organica e di azoto, una ridotta capacità di scambio cationico mentre era particolarmente ricco in fosforo. In Piemonte la tessitura del primo orizzonte di suolo è risultata essere franca, con ph subacido, CSC basso e contenuto di sostanza organica molto basso. Nell orizzonte sotto superficiale (30-60 cm) il contenuto in sostanza organica è risultato ancora inferiore. Principali caratteristiche dei terreni delle prove agronomiche Emilia Romagna Lombardia Piemonte 0-30 cm 0-30 cm 0-30 cm cm Sabbia µm % Tessitura Limo 50-2 µm % Argilla < 2 µm % ph in acqua - 7,7 7,2 6,1 6,3 Calcare totale % 21,5 0,04 0,07 0,06 Capacità di scambio cationico meq/100 g 18,5 3,4 8,9 9,9 Sostanza organica % 1,3 1,4 1,7 0,6 Azoto totale g/kg 1,0 0,9 0,1 0,1 Fosforo assimilabile Olsen mg/kg ,4 8,3 Potassio scambiabile mg/kg DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.41

144 In ognuna delle tre prove è stato impostato uno schema di suddivisione dell appezzamento cosi come riportato nelle immagini seguenti. Emilia Romagna Lombardia Piemonte T T1 0 concim = No fertilizzazione C T2 MIN = Solo minerale S1 T3 DIG = Separato solido S2 = Separato solido doppia dose S1 Solido separato S2 Solido separato blocco 4 dose doppia blocco 4 C Chimico T Test T Test C Chimico blocco 3 blocco 3 S2 Solido separato dose doppia S1 Solido separato S1 Solido separato T Test blocco 2 blocco 2 C Chimico S2 Solido separato dose doppia T Test S1 Solido separato blocco 1 blocco 1 S2 Solido separato dose doppia C Chimico Emilia Romagna Lombardia Piemonte Azienda Marani di Ravenna Azienda Pinotti di Pizzighettone (CR) Sito UniTo a Grugliasco (TO) DOC Deliverable 7- Azione 4 Pag.42