SCHEDA INSEGNAMENTO A.A. 2017/2018

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1 SCHEDA INSEGNAMENTO A.A. 2017/2018 CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN: SCIENZE E TECNOLOGIE AGRARIE Insegnamento: GESTIONE SOSTENIBILE DELLA FERTILITÀ DEL SUOLO E DELLE BIOMASSE Docenti: Prof. LUCIANO BENEDUCE, Prof. CLAUDIO ZACCONE S.S.D. dell insegnamento AGR/16, AGR/13 Anno di Corso II Crediti 6 (3+3) Semestre I Semestre (dal 2/10/2017 al 19/01/2018) Propedeuticità Eventuali prerequisiti Conoscenze di base relative alla microbiologia ed alla chimica del suolo ORGANIZZAZIONE DEL CORSO Articolazione in moduli Lezioni frontali Eventuali Seminari Esercitazioni in aula e/o laboratorio Visite guidate e/o attività di gruppo assistite Tecnologie microbiche applicate a suoli ed alle biomasse (3 CFU) - Prof. BENEDUCE Qualità del suolo e gestione delle biomasse in agricoltura (3 CFU) - Prof. ZACCONE numero ore: 36 (4.5 CFU) numero ore: numero ore: 12 (1 CFU) numero ore: 8 (0.5 CFU) PROGRAMMA DELL INSEGNAMENTO Obiettivi formativi In riferimento alle competenze che il laureato deve possedere per la progettazione e la gestione di sistemi produttivi agrari, l insegnamento intende fornire conoscenza dei principali aspetti chimici e microbiologici correlati ad un uso sostenibile del suolo e delle acque. In particolare, l insegnamento è

2 incentrato sul mantenimento della fertilità e produttività del suolo agrario e sulla caratterizzazione e gestione delle biomasse, in relazione ad un sistema agricolo ed agro-industriale basato sui principi della sostenibilità. Risultati di apprendimento attesi Conoscenza e capacità di comprensione. L insegnamento intende fornire le conoscenze utili per comprendere il ruolo dei microrganismi nella degradazione e trasformazione della sostanza organica del suolo, sia essa nativa che esogena, con riferimento ai rispettivi cicli biogeochimici. Lo studente dovrà inoltre comprendere e saper gestire processi aerobici ed anaerobici di trasformazione della sostanza organica in reattori biologici (compostaggio, digestione anaerobica, depurazione delle acque, sistemi per il biorisanamento), anche al fine di un riutilizzo delle biomasse in agricoltura, comprendere i potenziali aspetti positivi e negativi derivanti dall utilizzo di biomasse di varia origine in suoli agrari caratterizzati da condizioni pedoclimatiche differenti, al fine di una corretta e sostenibile gestione delle biomasse stesse. Lo studente dovrà saper individuare e comprendere le problematiche sottese ad un utilizzo "non sostenibile" della risorsa suolo (input di metalli pesanti, fitofarmaci, inquinanti organici), e di come ciò possa compromettere anche la qualità di altri comparti ambientali. Capacità di applicare conoscenza e comprensione. L insegnamento è finalizzato a fornire gli strumenti di base per la comprensione e gestione di processi aerobici ed anaerobici di trasformazione della sostanza organica in reattori biologici (compostaggio, digestione anaerobica, depurazione delle acque, sistemi per il biorisanamento), finalizzati al riutilizzo delle biomasse in agricoltura. Autonomia di giudizio. Attraverso lo studio dei fondamenti scientifici forniti dall insegnamento, lo studente potrà migliorare la propria capacità di giudizio e di intervento per una gestione sostenibile del sistema suolo, valutando di volta in volta potenziali aspetti positivi e negativi derivanti dal potenziale utilizzo di biomasse di varia origine in suoli agrari caratterizzati da condizioni pedoclimatiche differenti. Abilità comunicative. L insegnamento sarà svolto in modo da consentire l acquisizione della padronanza di un linguaggio tecnico e di una terminologia specialistica adeguati; lo sviluppo di abilità comunicative sarà anche stimolato attraverso la discussione in classe e la prova orale finale. Capacità di apprendimento. La capacità di apprendimento sarà stimolata attraverso presentazioni, discussioni in aula e visite guidate, oltre che da supporti didattici integrativi (articoli su riviste,

3 Modalità di erogazione Testi consigliati Modalità di verifica dell apprendimento certificati di analisi, trattazione di casi studio), in modo da applicare i concetti teorici acquisiti a casi pratici. Tradizionale - Microbiologia Agroambientale, Biavati, Sorlini (CEA). - Biologia dei Microrganismi, Madigan et al., Ambrosiana, vol Chimica ambientale, Baird C., Cann M., Zanichelli, III Ed., Materiale didattico fornito a lezione dal docente. Per approfondimenti: - Environmental Biotechnology, Scragg, Oxford. - "Chimica dell'ambiente", edizione italiana, Manahan S.E., Piccin Editore, 2000 ("Environmental Chemistry", Manahan S.E., Lewis, Boca Raton, 1994). - Suolo e Qualità dell'ambiente, Violante P., Edagricole, Siti web docente: Prova orale. Essa ha lo scopo di verificare la capacità dello studente di applicare il proprio bagaglio nozionistico e di eseguire i necessari collegamenti logico-deduttivi. Si basa solitamente su quattro domande, due per ciascun modulo. Il voto finale consta della sintesi delle valutazioni dei due docenti. Programma dettagliato dell insegnamento Modulo: Tecnologie microbiche applicate a suoli ed alle biomasse - Prof. Luciano Beneduce Argomenti del Corso CFU INTRODUZIONE AL CORSO: princìpi di ecologia microbica; ruolo dei microrganismi 0,50 nel turnover delle biomasse. BIOTECNOLOGIE MICROBICHE PER L AMBIENTE: BIORISANAMENTO dei siti inquinati: trattamenti in-situ ed ex-situ, processi aerobici ed anaerobici, decontaminazione da metalli pesanti. 0,75 DEPURAZIONE BIOLOGICA DELLE ACQUE: caratterizzazione e gestione dei liquami, sistemi aerobici ed anaerobici, rimozione dell azoto e del fosforo. USO E RICICLO DELLE BIOMASSE IN AGRICOLTURA: BIOCHAR: effetto dell impiego di biochar sulla diversità microbica del suolo e delle colture *. COMPOSTAGGIO: processi microbici mesofili e termofili, stabilizzazione microbica. DIGESTIONE ANAEROBICA: idrolisi e metanogenesi, sistemi mono e bi-reattore, impiego di 1.0 sottoprodotti e scarti dell agricoltura ed agroindustria, produzione di biogas *. * Lezioni tenute in inglese, per un totale di 1 CFU

4 Modulo: Qualità del suolo e gestione delle biomasse in agricoltura Prof. Claudio Zaccone Argomenti del Corso CFU INTRODUZIONE AL CORSO. Concetto di "qualità del suolo" e sua evoluzione. Uso sostenibile della risorsa suolo. Soil conservation. Carbon sequestration *. Gestione della fertilità del suolo. Indicatori fisici, chimici, biologici e biochimici per la 0.3 valutazione della qualità del suolo. INQUINAMENTO DELLA RISORSA SUOLO. Inquinanti organici ed inorganici. Il concetto di "biodisponibilità". USO E RICICLO DELLE BIOMASSE IN AGRICOLTURA. Tipologie di biomasse. Tecniche di trasformazione e riutilizzo di materiali di scarto di varia origine in agricoltura. BIOCHAR: dalla Terra Preta do Indio all utilizzo del biochar, principali caratteristiche fisiche e chimiche, vantaggi e svantaggi derivanti dal suo utilizzo in suoli agrari *. COMPOST: matrici, fasi del processo di compostaggio, effetti dell'applicazione del compost sul sistema suolo-pianta. Cenni sulle principali tecniche di compostaggio (domestico, sistemi aperti, sistemi chiusi). Valutazione della qualità dei compost: principali analisi di caratterizzazione (metodi biologici, chimici e spettroscopici). Aspetti legislativi. DIGESTATO: principali caratteristiche chimiche; vantaggi e svantaggi derivanti dal suo utilizzo in suoli agrari. * Lezioni tenute in inglese, per un totale di 1 CFU Esercitazioni e visite guidate (comuni ai due moduli) Argomenti del Corso CFU Esercitazioni nei laboratori di Chimica Agraria e di Microbiologia Agraria 1.0 Visita ad impianti di compostaggio e/o di digestione anaerobica presso aziende private o centri di ricerca (compatibilmente con la disponibilità di fondi dedicati al 0.5 miglioramento della didattica)

5 Master Degree Programme: Academic Year: 2017/2018 Subject title: Sustainable management of soil fertility and biomass utilization Lecturers: Prof. Luciano Beneduce; Prof. Claudio Zaccone SSD (scientific area) AGR/16, AGR/13 CFU (Credits) 6 Programme year II Academic period I Semester (from 2/10/2017 to 19/01/2018) TEACHING ORGANIZATION: Lectures /seminars Practical/lab activities Other activities Hours: 36 (4.5 CFU) Hours: 12 (1 CFU) Hours: 8 (0.5 CFU) Objectives With reference to the skills that the student needs to project and manage agricultural systems, this integrated course focuses on the main chemical and microbiological aspects affecting soil fertility and allowing a sustainable use of biomass in the agroecosystem. Expected learning results To understand the factors that influence the degradation of the main biomass during composting, pyrolysis, and anaerobic digestion processes. To know the critical aspects involved in the sustainable/healthy use of compost, biochar and digestate in agricultural soils. To be able to correctly and sustainably manage biomass of different origin in order to increase soil fertility and quality. Textbooks Environmental Microbiology, I.L. Pepper, Academic Press- Elsevier, III Ed., Environmental Chemistry", Manahan S.E., Lewis, Boca Raton, Environmental biotechnology, Scragg, Oxford. Slides and other scientific material supplied by the lecturers. Teachers websites: -

6 Mode of delivery of teaching Examination method - Traditional Oral TEACHING PROGRAMME (SUMMARY): Module: Soil and biomass applied microbiology - Prof. Luciano Beneduce [3 CFU] 1. INTRODUCTION: microbial ecology; soil and biomass turnover of organic matter. 2. ENVIRONMENTAL BIOTECHNOLOGY: Bioremediation, wastewater treatment. 3. UTILIZATION AND RECYCLE OF BIOMASS IN AGRICULTURE: effect of biochar application on soil microbial ecology *. Microbiology of composting process. Anaerobic digestion, principles and applications *. * Lessons in English (1 CFU) are reported in italic. Module: Soil quality and biomass management in agriculture - Prof. Claudio Zaccone [3 CFU] 1. INTRODUCTION. Soil fertility and soil quality. Sustainable utilization of the soil resource. Soil conservation *. Carbon sequestration *. Physical, chemical, biological and biochemical indicators of soil quality. 2. SOIL POLLUTION. Organic and inorganic pollutants. Factors affecting their bioavailability. 3. UTILIZATION AND RECYCLE OF BIOMASS IN AGRICULTURE. Biomass types. BIOCHAR: from the Terra Preta do Indio to biochar, main chemical and physical features, advantages and disadvantages of biochar application in agricultural soils*. COMPOST: the composting process: matrices, techniques, applications, quality evaluation (main chemical, biological, and spectroscopic methods), legislation. DIGESTATE: main chemical features, advantages and disadvantages of its application in agricultural soils. * Lessons in English (1 CFU) are reported in italic.