Aspetti agronomici delle prove MESCOSAGR Portici 15/06/2009 Mariana AMATO Giuseppe CELANO Massimo FAGNANO Nunzio FIORENTINO Fabrizio QUAGLIETTA Rosa RUSSO Francesco ALLUVIONE Chiara BERTORA Carlo GRIGNANI Laura ZAVATTARO

Obiettivo delle sperimentazioni Incrementare il C organico del suolo gestione agronomica delle colture  attraverso un’opportuna gestione agronomica delle colture mantenendo i livelli produttivi  mantenendo i livelli produttivi delle tecniche tradizionali diverse condizioni pedo-climatiche di pieno campo  in diverse condizioni pedo-climatiche di pieno campo … fornendo il complesso di risultati sperimentali utili per gli approfondimenti specifici (fisica e chimica del suolo, microbiologia, emissioni gassose)

Strumenti agronomici per il sequestro del C nel suolo gestione agronomica Aspetti della gestione agronomica presi in considerazione: lavorazione del suolo lavorazione del suolo fertilizzazione fertilizzazione sovescio intercoltura sovescio intercoltura molecole innovative utilizzo di molecole innovative in grado di contribuire alla stabilizzazione della s.o. del suolo

M&M - Agroecosistemi di riferimento Condizioni pedo-climatiche Colture Colture (variazione dei trattamenti valutati con le colture) mais e frumenti: TO e NA ( ) sorgo: PZ ( ) Località Altitudine [m slm] TessiturapHC org [%] Torino (TO)232Franco limoso Napoli (NA)39Franco argilloso Potenza (PZ)65Franco-limo argilloso

M&M Trattamenti (1) MAIS e SORGO (TO, NA e PZ) Valutazione di diverse tecniche colturali e matrici come fonte di carbonio al suolo TrattamentoLavorazione suolo FertilizzanteApporto N [kg N ha -1 ] ColturaTRA (riferimento) araturaurea130MAIS, SORGO MIN minima lav. urea130MAIS COM1araturacompost130MAIS, SORGO COM2araturacompost260MAIS, SORGO SOVaratura sovescio veccia (130)MAIS CONTRaratura/0MAIS, SORGO

M & M – Compost distribuito (TO) Sostanza secca [%] Sostanza organica [% ss] C organico [% ss] NDF [% ss] ADF [% ss] ADL [% ss] Ceneri [% ss] N totale [% ss] C:N Quantità distribuita [Mg ss ha -1 ] C apportato [kg ha -1 ] N apporto [kg ha -1 ] Compost: progressivamente più maturo negli anni

FRUMENTO (TO e NA) Trattamento Lavorazione suolo FertilizzanteMetalloporfirine NOPOR (riferimento) aratura Urea (130 kg N ha -1 ) 0 PORaratura Urea (130 kg N ha -1 ) 1 g/m 2 pre-emergenza M&M- Trattamenti (2)

cm; M&M – Rilievi sulle colture produzione (mais, frumento, sorgo) asporto azoto (mais, frumento, sorgo) azoto minerale nel suolo (mais, sorgo) sequestro del C nelle porzioni epigee ed ipogee (mais e sorgo) ricambio del C ipogeo (sorgo)

M&M - Approfondimenti Misure gassose (TO, NA e PZ) Isotopia per studio dinamica N e C (TO, NA, PZ) Fito-tossicità compost (TO e NA) Mineralizzazione potenziale compost (TO e NA) Ruolo delle porzioni ipogee nel sequestro del C (PZ) Evoluzione della fertilità fisica del suolo

Produzioni mais Interazione Località x Anni x Trattamenti (P=0.0006) NA TO NA TO NA TO

Asporti azotati mais Interazione Località x Anni x Trattamenti (P≤0.0001) NA TO

M & M – Approfondimento test di fitotossicità Obiettivi: valutazione del possibile effetto fitotossico del compost valutazione di una possibile diversa espressione della fitotossicità a seconda del suolo (spiegazione diverso comportamento COM1-2 fra TO e NA)

M & M – Approfondimento test di fitotossicità TEST IN VASO (Astori, 1998) : Lactuca sativa (L.) TRATTAMENTI: 2 suoli (TO e NA) x 6 dosi (x 4 ripetizioni) DOSI COMPOST: RISPOSTA: peso secco piantine dopo 30 giorni [t/ha][g/kg suolo]

Risultati – test di fitotossicità Assenza di una relazione dose risposta: possiamo escludere fitotossicità compost nei due suoli bassa mineralizzazione del compost

Azoto minerale nel suolo – mais N totale nel suolo (TO 2006) Bassa mineralizzazione del compost Riduzione disponibilità N nel suolo in 0N e COM1-2 alla raccolta Forte mineralizzazione del sovescio di veccia

Azoto minerale nel suolo – mais N totale nel suolo alla raccolta Effetto medio dei trattamenti N minerale superiore a NA: possibile ritardo della mineralizzazione Ridotta mineralizzazione del compost

Azoto minerale nel suolo – mais N ammoniacale nel suolo alla raccolta Effetto medio dei trattamenti N-NH 4 + : rappresenta quasi la metà dell’N minerale a NA (suolo asfittico con minore mineralizzazione?) è insignificante a TO

Bilancio dell’azoto - mais Obiettivo: comprendere le dinamiche che influenzano la disponibilità dell’N apportato nei diversi trattamenti interpretare le produzioni e gli asporti azotati osservati Bilancio N = N mineralizzazione + N fertilizzante – N asportato

Stima della mineralizzazione dell’ N organico (Shepherd et al ) BILANCIO DELL’ AZOTO TESTIMONE NON CONCIMATO N mineralizzazione = N asportato + N raccolta – N semina Perdite per lisciviazione e volatilizzazione assunte pari a 0 (ambiente mediterraneo in un ciclo primaverile estivo) (kg N ha -1 ) TO NA

Bilancio dell’azoto - mais TO NA

Efficienza della concimazione con urea o compost: valori cumulati sul triennio UreaCompost TOkg N asporto/kg N fertilizzazione (87%) NA (33%) TOkg N asporto/kg N disponibilità (75%) NA (25%)

Produzioni sorgo a c bc ab a d c b

PRELIEVO RADICI METODO DEL CAROTAGGIO  2 PRELIEVI FILA-INTERFILA  INTERVALLI PROFONDITA’ 0-15 cm; cm; cm; cm; M&M – Approfondimento radici

Biomassa radicale sorgo

CPT2 APPLICAZIONE STRUMENTAZIONI Visualizzazione Strutture Radicali3 Visualizzazione Strutture Radicali3 8 MINIRIZOTRONI - 4 FILA - 4 INTERFILA 200 cm 60 cm 23° M&M – Approfondimento radici

Studio del turnover radicale  Studio del turnover radicale POSIZIONE MONITORATA NEL TEMPO T S 3T S 3T S 3T S 3T S 3 1,35 cm 1,8 cm Superficie ispezionata 2,43 cm 2 T S 3 M&M – Approfondimento radici

Risultati – Approfondimento radici

FRUMENTO (TO e NA) Trattamento Lavorazione suolo FertilizzanteMetalloporfirine NOPOR (riferimento) araturaurea0 PORaraturaurea 1 g/m 2 pre-emergenza M&M- Trattamenti

Produzioni frumento InterazioniSignificative Località x Anni Anni x POR Diversa fertilità fra i suoli Assenza di differenze fra trattamenti

granulometria suolo e aggregati (10-5, 5-2, <2 mm) carbonati C e N suolo e aggregati (10-5, 5-2, <2 mm) densità apparente M&M – Approfondimento fertilità fisica

curva di ritenzione (vasca Stachman) curva di ritenzione (piastre Richards) infiltrazione con infiltrometro a tensione

M&M – Approfondimento fertilità fisica penetrografia 0-30 (accompagnata di umidità suolo) stabilità degli aggregati (10-5, 5-2, <2 mm) micromorfometria (10-5, 5-2, <2 mm)

Fertilità fisica Ripartizione fra gli aggregati – TO (2008) MIN tende a stabilizzare (aggregati di maggiori dimensioni) in modo uniforme gli aggregati in tutto il suolo (minore variabilità)

Fertilità fisica Infiltrometria - NA COM1, SOV e MIN incrementano la velocità di infiltrazione dell’acqua a basse tensioni Le analisi del diametro degli aggregati stabili all’acqua e delle caratteristiche idrologiche dei suoli sono in corso di svolgimento

CONCLUSIONI Compost: Compost: ocapacità di immobilizzare C e N nel suolo odiverso comportamento nei suoli oridotta mineralizzazione richiede una valutazione sul lungo periodo della capacità del compost di sopperire alla nutrizione azotata delle colture oeffetto concimante variabile (20-80% equivalente urea) ocompost simile a concime a lento rilascio ? omiglioramento della fertilità fisica suolo (infiltrometria) ostimolo sviluppo radicale Veccia: Veccia: omiglioramento della fertilità fisica suolo (infiltrometria) o capacità di sopperire alla fertilizzazione del mais simile all’urea

CONCLUSIONI – MAIS e SORGO Minima lavorazione : Minima lavorazione : o miglioramento della fertilità fisica del suolo (infiltrometria, dimensioni aggregati) o capacità di sequestrare C nel suolo o capacità di mantenere le produzioni pari alla tesi con aratura

CONCLUSIONI – FRUMENTO POR: POR: oassenza di differenze fra il frumento tradizionale e quello trattato con metallo-porfirine sia in termini produttivi che di asporti N

Prove in corso – Valutazioni fertilità residua Verifica dell’ effetto residuo dei trattamenti effettuati nel triennio su: Produzione di silomais Asportazioni di azoto della coltura Mineralizzazione dell’ N organico del suolo (bilancio del testimone non concimato applicato a diversi momenti del ciclo colturale) Dinamica di accumulo del N del compost nella s.o. del suolo: valutazione dell’effetto residuo e verifica della validità dei modelli di interpretazione proposti

GRAZIE PER L’ATTENZIONE

Azoto minerale nel suolo – mais (TO) Nitrati nel suolo (2008)

Dinamica di accumulo di C nel suolo - NA La mettiamo o no? Positivo incremento del C organico in COM1-2 e MIN, tendenza in SOV

Dinamica di accumulo dell’N nel suolo - NA La mettiamo o no? Confermata la ridotta mineralizzazione del compost Rapida mineralizzazione della veccia La minima lavorazione favorisce la conservazione del N nel suolo

Asporti azotati mais Asporti decrescenti nel tempo (come produzioni) COM1-2: TO: asporti non diversi da TRA, ma tendenza verso riduzione NA: riduzione degli asporti legata a minore produzione MIN e SOV: asporti non diversi da TRA

Obiettivi: Stima dell’effetto dei diversi suoli e trattamenti di fertilizzazione sulla mineralizzazione netta dell’N organico Stima N potenzialmente mineralizzabile e K mineralizzazione Stima dell’ “effetto pianta” sulle dinamiche di mineralizzazione Definizione di un protocollo sperimentale alternativo a quello normalmente utilizzato M & M – Approfondimento prova di mineralizzazione potenziale compost Verificare se l’effetto del compost sulle produzioni di mais di Torino e Napoli è attribuibile alle differenze fra suoli

TESI A CONFRONTO: (2 TERRENI x 3 TRATTAMENTI x 3 RIPETIZIONI) TERRENI Franco-limoso (Torino) Franco-Argilloso (Napoli) TRATTAMENTI Compost Concime minerale Controllo non concimato SISTEMA PIANTA: Lolium Perenne EPOCHE DI PRELIEVO: 0, 1, 2, 4, 6, 9, 12, 16, 20, 24 SETTIMANE DALL’ INIZIO DELLA PROVA FUNZIONE DI RIFERIMENTO PER LA STIMA DEI PARAMETRI DI MINERALIZZAZIONE N min (t) = N fast [1 – exp(- k fast t)] + N slow [1 – exp(-k slow t)] M & M – Approfondimento prova di mineralizzazione potenziale compost

PARAMETRI CLIMATICI T°C = 30 °C UR (ARIA) = 75 % I VASETTI SONO TENUTI A CAPACITA’ DI CAMPO CON IL METODO DELLA PESATA METODO UFFICIALE (Wang et al., 2003) CONFRONTATO CON METODO DISTRUTTIVO Campionamento

Lavorazioneprincipale Aratura Discissura Discatura Fresatura XLavorazionecomplementare Discatura Fresatura Penetrometro Sonico, Distribzuione dimensionale pori (F.Terribile) Dimensione aggregati stabili all’acqua (A. Piccolo) Umidità %; N e C; Densità Apparente (M. Fagnano). M&M – Lavorazioni e qualità fisica del suolo

Bilancio dell’azoto - TO Surplus in COM1 pari agli altri trattamenti fertilizzati: questo spiega l’assenza di differenze in termini di produzioni e asporti Surplus in COM2 indice di una lenta mineralizzazione del compost Surplus tendono a diminuire nel tempo: riduzione fertilità suolo

Bilancio dell’azoto - NA Surplus in COM1 superiore o pari all’N apportato: riduzione produzioni e asporti rispetto agli altri trattamenti fertilizzati Differenza fra COM1 e COM2 pari alla differenza di N apportato Surplus più costanti nel tempo rispetto a TO; 0N = mineraliz s.o.

Risultati produttivi – mais (TO) Produzione di silomais Interazione Località x Anni x Trattamenti (P=0.0006) Produzioni decrescenti nel tempo COM1-2: produzioni non diverse da TRA, ma tendenza verso riduzione MIN: produzioni inizialmente più basse, ma recupera SOV: produzioni non diverse da TRA

Risultati produttivi – mais (NA) Produzione di silomais Produzioni decresenti nel tempo COM1-2: riduzione delle produzioni, ma progressivo recupero nel tempo MIN e SOV: non diversi da TRA

Asporti azotati – mais (TO) Asporto silomais Interazione Località x Anni x Trattamenti (P≤0.0001) Asporti decrescenti nel tempo (come produzioni) COM1-2: asporti non diversi da TRA, ma tendenza verso riduzione MIN e SOV: produzioni non diversi da TRA

Asporti azotati – mais (NA) Asporto silomais Asporti simili fra le due località, ma a NA presenza effetto trattamento COM1-2 COM1-2: nel tempo recuperano i minori asporti rispetto agli altri trattamenti

Produzioni sorgo

Fissazione C nella biomassa – sorgo

Asporti azotati sorgo

Produzioni mais Produzioni decrescenti nel tempo in entrambe le località COM1-2: − TO: produzioni non diverse da TRA, ma tendenza verso riduzione − NA: riduzione delle produzioni, ma progressivo recupero nel tempo MIN: − TO: produzioni inizialmente più basse, ma recupera − NA: produzioni non diverse da TRA SOV: produzioni non diverse da TRA in entrambe le località

CONCLUSIONI – Approfondimento radici La produzione di biomassa epigea è risultata notevole con il trattamenti che prevedevano apporto di azoto prontamente disponibile (minerale) o in elevata quantità (azoto organico 260 unità). La produzione di biomassa epigea è risultata notevole con il trattamenti che prevedevano apporto di azoto prontamente disponibile (minerale) o in elevata quantità (azoto organico 260 unità). L’apporto di azoto sotto forma organica ha evidenziato un effetto sullo stato nutrizionale e sulla produzione di biomassa più lento rispetto alla concimazione minerale. L’apporto di azoto sotto forma organica ha evidenziato un effetto sullo stato nutrizionale e sulla produzione di biomassa più lento rispetto alla concimazione minerale. L’apparato radicale del sorgo è risultato costituire un notevole sink di carbonio, presentando strutture fino a 200 cm di profondità, ed un elevato accumulo di biomassa, anche nelle strutture più fini. La maggiore densità di lunghezza radicale per le radici fini si è riscontrata nello strato arato, e la densità di biomassa nei primi 60 cm di suolo. L’apparato radicale del sorgo è risultato costituire un notevole sink di carbonio, presentando strutture fino a 200 cm di profondità, ed un elevato accumulo di biomassa, anche nelle strutture più fini. La maggiore densità di lunghezza radicale per le radici fini si è riscontrata nello strato arato, e la densità di biomassa nei primi 60 cm di suolo. Il trattamento concimato con 260 unità di azoto sotto forma di compost vegetale ha mostrato una maggiore produzione di radici fini, ed un maggiore tasso di conversione delle radici fini in radici mature rispetto al trattamento con 130 unità di azoto minerale. Il trattamento concimato con 260 unità di azoto sotto forma di compost vegetale ha mostrato una maggiore produzione di radici fini, ed un maggiore tasso di conversione delle radici fini in radici mature rispetto al trattamento con 130 unità di azoto minerale.

La concimazione azotata, oltre ad aumentare la biomassa epigea accresce anche il sequestro di carbonio nelle porzioni ipogee della pianta, ed incrementa la trasformazione delle radici fini, appartenenti al compartimento più labile del carbonio conservato nelle strutture vegetali, in radici più mature. La concimazione azotata, oltre ad aumentare la biomassa epigea accresce anche il sequestro di carbonio nelle porzioni ipogee della pianta, ed incrementa la trasformazione delle radici fini, appartenenti al compartimento più labile del carbonio conservato nelle strutture vegetali, in radici più mature. Le radici hanno mostrato di permanere nel suolo alcuni mesi dopo la raccolta,quindi il loro contributo alla sottrazione di CO 2 va valutato su tempi più lunghi rispetto alle porzioni epigee. Le radici hanno mostrato di permanere nel suolo alcuni mesi dopo la raccolta,quindi il loro contributo alla sottrazione di CO 2 va valutato su tempi più lunghi rispetto alle porzioni epigee. La coltura del sorgo è capace di sequestrare velocemente carbonio dall’atmosfera, con produzioni di biomassa fino a circa 20 tonellate ad ha. La tecnica colturale può significativamente influenzare la capacità di sequestro in tutti i comparti e variarne la dinamica di accumulo. La coltura del sorgo è capace di sequestrare velocemente carbonio dall’atmosfera, con produzioni di biomassa fino a circa 20 tonellate ad ha. La tecnica colturale può significativamente influenzare la capacità di sequestro in tutti i comparti e variarne la dinamica di accumulo. CONCLUSIONI – Approfondimento radici

Produzioni frumento Interazioni Anni x POR Positiva assenza di un chiaro effetto sulle produzioni

Asporti azotati frumento NA Possibile riduzione dell’aporto N della granella in POR

Asporti azotati frumento TO

Fertilità fisica Densità – TO (2008) La densità aumenta passando dall’orizzonte 0-15 al Come atteso, minore densità nei suoli arati