COMPOST PRODUCTION AND USE IN SUSTAINABLE FARMING SYSTEMS EFFETTI DELL’AMMENDAMENTO CON COMPOST SULLA FERTILITÀ DEL SUOLO NEL LUNGO PERIODO Mariangela Diacono Bari, 8 ottobre 2014

COMPOST? Bari, 8 ottobre 2014

OBIETTIVO QUALI SONO GLI EFFETTI A LUNGO TERMINE DELL’AMMENDAMENTO CON COMPOST SULLA FERTILITÀ DEL SUOLO? Bari, 8 ottobre 2014

INDICE GENERALE Dalla degradazione del suolo alla sostenibilità della fertilizzazione Recupero dei rifiuti organici tramite compostaggio Effetti del compost sulla fertilità del suolo Sequestro del carbonio Interazione fertilità del suolo – risultato produttivo Considerazioni conclusive Bari, 8 ottobre 2014 4 4

Tra le cause: Degradazione del suolo Intensificazione dell’agricoltura Uso indiscriminato di prodotti agro-chimici Lavorazioni profonde Perdita di sostanza organica del suolo Specificità climatiche in ambiente Mediterraneo Biomasse non adeguatamente riciclate Cambiamenti climatici Bari, 8 ottobre 2014

Degradazione del suolo thehindu.com Bari, 8 ottobre 2014

Fertilità del suolo: una definizione SOIL FERTILITY Capacity of soil to provide physical, chemical and biological needs for the growth of plants for productivity, reproduction and quality, relevant to plant and soil type, land use and climatic conditions (Abbott and Murphy, 2007) Bari, 8 ottobre 2014

Per un uso razionale della risorsa suolo: Sostenibilità Per un uso razionale della risorsa suolo: attenzione a tutte le componenti della fertilità, mirando ad un sistema agricolo “sostenibile” UNEP, 2007 Bari, 8 ottobre 2014

Sostanza organica MINERALIZZAZIONE UMIFICAZIONE Vertisuolo (azienda sperimentale Sparacia – Università di Palermo)

SUSTAINABLE SOIL FERTILITY MANAGEMENT Sostenibilità e gestione della fertilità SOSTANZA ORGANICA SUSTAINABLE SOIL FERTILITY MANAGEMENT ENVIRONMENTAL SOCIAL ECONOMIC AGRICOLTURA BIOLOGICA AGRICOLTURA CONSERVATIVA Bari, 8 ottobre 2014

AGRICOLTURA BIOLOGICA Sostenibilità in agricoltura AGRICOLTURA BIOLOGICA Rotazioni e sovescio (colture di copertura- leguminose) Ammendanti organici (es. letame e compost) Bari, 8 ottobre 2014

Sostenibilità in agricoltura L'AGRICOLTURA CONSERVATIVA si propone di combinare produttività e sostenibilità attraverso:  minor disturbo del suolo con le lavorazioni copertura permanente del suolo diversificazione colturale Aumenta la fertilità dei terreni, accumula sostanza organica, riduce l'erosione Bari, 8 ottobre 2014 12 12

INDICE GENERALE Dalla degradazione del suolo alla sostenibilità della fertilizzazione Recupero dei rifiuti organici tramite compostaggio ed impiego ripetuto del compost Effetti del compost sulla fertilità del suolo Sequestro del carbonio Interazione fertilità del suolo – risultato produttivo Considerazioni conclusive Bari, 8 ottobre 2014 13 13

Recupero di rifiuti organici Contengono notevoli quantità di sostanza organica ed elementi nutritivi L’utilizzo in agricoltura limita: l’oneroso e impattante conferimento in discarica l’uso di risorse non rinnovabili Bari, 8 ottobre 2014

Compostaggio Equilibrata miscela di residui organici Fertilizzante in pieno campo e serra Biodegradazione controllata Prodotto stabile affine all’humus Bari, 8 ottobre 2014

Compost ed effetti a lungo termine Analisi di lungo periodo perché: effetti come l’incremento di sostanza organica nel suolo e l’eventuale accumulo di elementi tossici evolvono lentamente rotazione Bari, 8 ottobre 2014

ORGANIC AMENDMENTS APPLICATION (Diacono & Montemurro, 2010) Bari, 8 ottobre 2014

INDICE GENERALE Dalla degradazione del suolo alla sostenibilità della fertilizzazione Recupero dei rifiuti organici tramite compostaggio Effetti del compost sulla fertilità del suolo 1.Fertilità biologica 2.Fertilità fisica 3.Fertilità chimica Sequestro del carbonio Interazione fertilità del suolo – risultato produttivo Considerazioni conclusive 18 18

Effetti a lungo termine 1.Fertilità biologica Bari, 8 ottobre 2014

1.Compost e fertilità biologica Sperimentazioni di lungo termine hanno dimostrato: il compost può promuovere l’attività microbica ed enzimatica, grazie alla frazione labile della sostanza organica (Zaman et al., 2004; Ros et al., 2006a, b; Tejada et al., 2006, 2009) Bari, 8 ottobre 2014

1.Compost e fertilità biologica Il compost si decompone lentamente nel suolo Effetto residuo (sostiene la popolazione microbica per periodi più lunghi) Esempio: è stato riscontrato, dopo 4 anni dall’applicazione ripetuta di compost da letame, un aumento del 20% di biomassa microbica rispetto ai fertilizzanti minerali (Ginting et al., 2003) Bari, 8 ottobre 2014

1.Compost e fertilità biologica Controllano abbondanza e attività dei differenti gruppi microbici: Qualità (materiale umificato: <respirazione microbica) Quantità della s.o. addizionata al suolo Biomassa microbica >100% con dosi elevate (78 t ha-1) di compost ottenuto da residui di cartiere, rispetto ai residui tal quali (Leon et al., 2006) Bari, 8 ottobre 2014

Risultati principali 1.Compost e fertilità biologica L’applicazione al suolo di materiali compostati determina, nel lungo periodo, un miglioramento delle funzioni biologiche comunque dipendente da quantità e tipo di compost utilizzato Bari, 8 ottobre 2014

Effetti a lungo termine 2.Fertilità fisica Bari, 8 ottobre 2014

2.Compost e fertilità fisica Incremento della stabilità degli aggregati: sensibilità ai processi erosivi che determinano perdita di s.o. porosità che favorisce crescita dell’apparato radicale, aerazione e disponibilità di acqua per le piante Aggregati del suolo © 2012 Nature Education (Van-Camp et al., 2004; Durán Zuazo and Rodríguez Pleguezuelo, 2008; Abiven et al., 2008) Bari, 8 ottobre 2014

2.Compost e fertilità fisica La s.o. è risultata correlata con la stabilità strutturale dopo 5 anni di applicazioni di compost da RSU: + coesione tra particelle negli aggregati (agenti: polissaccaridi sintetizzati dai microrganismi) + idrofobicità delle argille, resistenza a forze disgreganti dell’acqua (composti umici colloidali) Ray Weil (Albiach et al., 2001; Annabi et al., 2006) Bari, 8 ottobre 2014

2.Compost e fertilità fisica Esempio 3 tipi di compost 4 anni di ricerca 2 dosi: 7.2 e 14.4 t s.o. ha−1 Stabilità strutturale maggiore (28.3%) nel trattamento (2) grazie alla maggior quantità di acidi umici (63.6 g kg-1) 1) da residui di leguminose 2) residui non di leguminose 3) residui di entrambi i tipi (Tejada et al., 2009) Bari, 8 ottobre 2014

Risultati principali 2.Compost e fertilità fisica Applicazioni ripetute di ammendanti compostati possono aumentare la fertilità fisica del suolo determinando, in particolare, un’idonea organizzazione strutturale, e aumentando la porosità del suolo e la stabilità degli aggregati Bari, 8 ottobre 2014

Effetti a lungo termine 3.Fertilità chimica Bari, 8 ottobre 2014

…Effetto immediato …Effetto residuo 3.Compost e fertilità chimica Solo circa il 30% dell’N e di altri nutrienti del compost è risultato disponibile per le colture nel primo anno (o nei primi due) dopo l’applicazione …Effetto residuo Per continua mineralizzazione dell’N: dopo 4-5 anni si evidenzia l’effetto di ripetute applicazioni (Eghball, 2002; Blackshaw et al., 2005; Barbarick and Ippolito, 2007; Leroy et al., 2007) Bari, 8 ottobre 2014

3.Compost e fertilità chimica Dopo ripetuti ammendamenti (>5 anni consecutivi) aumento di: stock di carbonio e CEC Azoto totale/organico Potassio disponibile (compost da rifiuti domestici) Fosforo (compost da letame o RSU) Bari, 8 ottobre 2014

3.Compost e fertilità chimica L’uso integrato e monitorato di compost di qualità sostiene la fertilità chimica del suolo nel lungo periodo preservando l’ambiente Compost scadente o immaturo può creare problemi di inquinamento (metalli pesanti; composti fitotossici), immobilizzazione dell’azoto Bari, 8 ottobre 2014

Risultati principali 3.Compost e fertilità chimica L’uso del compost in prove di lungo periodo ha dimostrato un miglioramento della fertilità chimica del suolo, garantendo anche una disponibilità di azoto differita nel tempo Bari, 8 ottobre 2014

INDICE GENERALE Dalla degradazione del suolo alla sostenibilità della fertilizzazione Recupero dei rifiuti organici tramite compostaggio Effetti del compost sulla fertilità del suolo Sequestro del carbonio Interazione fertilità del suolo – risultato produttivo Considerazioni conclusive Bari, 8 ottobre 2014 34 34

Quando materiali organici come il compost sono aggiunti al suolo: Sequestro del carbonio Quando materiali organici come il compost sono aggiunti al suolo: una parte è decomposta (producendo CO2) un’altra sequestrata Mitigazione cambiamenti climatici Bari, 8 ottobre 2014

Soil organic matter (%) Sequestro del carbonio Soil organic matter (%) Bari, 8 ottobre 2014 Favoino and Hogg, 2008. Waste Management & Research, Vol. 26, No. 1, 61-69

Sequestro del carbonio Esempio 1 Compost da letame: circa il 36% del carbonio sequestrato nel suolo (dopo 4 anni di applicazioni) Esempio 2 Compost da residui colturali (paglia di riso): l’applicazione (per 10 anni) ha incrementato del 180% la concentrazione di carbonio nei macroaggregati del suolo, rispetto al controllo (Eghball, 2002; Sodhi et al., 2009) Bari, 8 ottobre 2014

INDICE GENERALE Dalla degradazione del suolo alla sostenibilità della fertilizzazione Recupero dei rifiuti organici tramite compostaggio Effetti del compost sulla fertilità del suolo Sequestro del carbonio Interazione fertilità del suolo – risultato produttivo Considerazioni conclusive Bari, 8 ottobre 2014 38 38

INTERAZIONE FERTILITÀ DEL SUOLO – RISULTATO PRODUTTIVO Nel lungo periodo: Importanza della scelta della più idonea dose (e frequenza) di applicazione Dose migliore: in generale quella più elevata (Hartl et al., 2003; Habteselassie et al., 2006a) Bari, 8 ottobre 2014

INTERAZIONE FERTILITÀ DEL SUOLO – RISULTATO PRODUTTIVO Esempio 1 cereali-patata: 23 t ha-1 per anno di compost da rifiuti ha aumentato le produzioni (media di 10 anni) del 10% rispetto al controllo Esempio 2 foraggere: incremento di più del 90% della produzione di sostanza secca con 180 t ha-1 di compost da letame, vs. 30% con 11 t ha-1 (Erhart et al., 2005; Butler and Muir, 2006) Bari, 8 ottobre 2014

Nessun effetto negativo a lungo termine sulla qualità dei prodotti INTERAZIONE FERTILITÀ DEL SUOLO – RISULTATO PRODUTTIVO Migliori risultati produttivi con la combinazione compost + fertilizzante minerale - es. nel frumento aumento della produzione di granella dell’8% e + stabilità di produzione rispetto al minerale Nessun effetto negativo a lungo termine sulla qualità dei prodotti - es. compost non ha incrementato i nitrati nei tuberi di patata (Montemurro, 2009; Erhart et al., 2005) Bari, 8 ottobre 2014 41

INTERAZIONE FERTILITÀ DEL SUOLO – RISULTATO PRODUTTIVO Coltura AMMENDANTE COMPOSTATO Aumento produzione (% per t di C applicato) Rif. Frumento (5 anni) RSU compost (80 t ha-1) 17 Cherif et al. (2009) Cereali e patata (10 anni) RSU compost (9 t ha-1) + fertilizzante minerale (56 kg N ha-1) 15 Erhart (2005) Mais (7 anni) Ammendante compostato verde (45 t ha-1) + liquame bovino (37-54 t ha-1) 5 Leroy (2007) Bari, 8 ottobre 2014

INDICE GENERALE Dalla degradazione del suolo alla sostenibilità della fertilizzazione Recupero dei rifiuti organici tramite compostaggio Effetti del compost sulla fertilità del suolo Sequestro del carbonio Interazione fertilità del suolo – risultato produttivo Considerazioni conclusive Bari, 8 ottobre 2014 43 43

Conclusioni Molti agricoltori pensano ancora che l’uso di fertilizzanti minerali in alte dosi possa essere un’assicurazione poco costosa per garantire la produzione agraria nel tempo, ma non tengono conto dell’impatto sull’ambiente …invece L’uso di ammendanti compostati rappresenta l’alternativa “sostenibile” nel lungo periodo Bari, 8 ottobre 2014 44

Conclusioni Attenzione: Esiste una considerevole variabilità tra tecniche sperimentali, condizioni climatiche, tipo di suolo e caratteristiche dei materiali organici utilizzati Evitare di generalizzare le considerazioni finali sugli effetti a lungo termine degli ammendanti compostati Bari, 8 ottobre 2014

Buone pratiche per l’uso ripetuto di compost: selezionare i residui organici di partenza effettuare un piano specifico di fertilizzazione nel lungo periodo individuare il momento più idoneo di applicazione al suolo monitorare: 1) le trasformazioni delle proprietà del suolo 2) l’interazione del sistema suolo-pianta Buone pratiche per l’uso ripetuto di compost: Bari, 8 ottobre 2014 46

SISTEMA“INTEGRATO” …da considerare: Uso di ammendanti nel sistema colturale, sulla base della rotazione, piuttosto che di una singola coltura Effetti dei compost sull’intero ecosistema (erosione del suolo, perdita di nutrienti per lisciviazione, ecc) Non solo gli effetti diretti (nel primo anno) ma anche quelli a lungo termine (sia diretti che residui) Bari, 8 ottobre 2014 47

BIBLIOGRAFIA M. Diacono & F. Montemurro (2010). Long-term effects of organic amendments on soil fertility. A review. Agronomy for Sustainable Development, 30(2): 401-422 Bari, 8 ottobre 2014