Project LIFE14 ENV/IT/113 - Demonstration of the suitability of dredged remediated sediments for safe and sustainable horticulture production Valorizzazione dei sedimenti di dragaggio per il loro riutilizzo in agricoltura Grazia Masciandaro Cristina Macci, Serena Doni, Eleonora Peruzzi, Fernando Di Giovanni Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) Istituto per lo Studio degli Ecosistemi (ISE) – sede di Pisa 13 Giugno 2017 Villa Poschi, San Giuliano Terme-Pisa

Project LIFE14 ENV/IT/113 HORTISED La Problematica Ogni anno in Europa 100-200 milioni m3 di sedimenti contaminati sono dragati e necessitano di essere smaltiti in modi specifici e costosi. Ogni anno in Europa 5.2 milioni m3 di suolo vengono utilizzati per l’attività vivaistica in pieno campo. Ogni anno in Italia circa 500.000 tonnellate di substrati a base di torba, pomice, perlite, vermiculite e terricci di bosco sono utilizzati nella produzione vivaistica in vaso; ciò comporta gravi problemi economici ed ambientali legati al disturbo dei delicati ecosistemi d’origine e al trasporto.

Project LIFE14 ENV/IT/113 HORTISED Partnership Coordinatore: SGI Studio Galli Ingegneria (Padova, Italia) Beneficiari: Autorità Portuale di Livorno (Livorno, Italia) Università di Pisa - Dip. di ingegneria civile (Pisa, Italia) CNR - Istituto per lo studio degli ecosistemi (Pisa, Italia) Agricultural Research Org. - Volcani Center (Israel) D’Appolonia s.p.a. (Genova, Italia) DFS Engineering d.o.o. Montenegro (Montenegro)

Project LIFE14 ENV/IT/113 HORTISED Porto di Livorno Caratteristiche dei sedimenti di dragaggio Elevata salinità Natura limo-argillosa Contaminazione prevalentemente organica Sito sperimentale vasca di colmata impermeabilizzata (capienza tot: 1,5 milioni di m3) Riempita in circa 2 anni di attività di dragaggio Sedimenti trattati con tecnologia AGRIPORT 43°33'31.78"N, 10°18'29.32"E

Spartium (~120 piante) + Paspalum Tamarix (~120 piante) + Paspalum Project LIFE14 ENV/IT/113 HORTISED Schema dei trattamenti piantumazione (Maggio 2010) strato di compost incorporato in superficie (dose 40 t/h) Piante selezionate: specie erbacea (Paspalum vaginatum) specie arbustive (Spartium junceum, Tamarix gallica) 1 2 3 4 01 03 02 04 05 06 07 08 09 11 10 12 Paspalum (~1440 piante) Controllo (no piante) Spartium (~120 piante) + Paspalum Tamarix (~120 piante) + Paspalum In May 2010 the facility was divided into four areas and planted as follow: (1) Paspalum vaginatum (P treatment); (2) control (no plants); (3) Paspalum vaginatum and Spartium junceum (P+S treatment); (4) Paspalum vaginatum and Tamarix gallica (P+T treatment).

PROGETTO AGRIPORT No. ECO/08/239065/S12.532262 Project LIFE14 ENV/IT/113 - HORTISED PROGETTO AGRIPORT No. ECO/08/239065/S12.532262 Lunghezza 15 m Larghezza 6 m Profondità 1.3 m Sedimenti trattati 80 m3 Risultati in sintesi Maggio 2012 (dopo due anni dalla piantumazione): C,N,P: Aumento di circa il 20% in profondità (20-60 cm) dovuto all’attività delle piante, costanti in superficie Attività Biochimiche: aumento medio del 40% Metalli: abbattimento di circa il 20% (Zn unico metallo con valori superiori al limite del D. Lgs. 152/2006 per uso urbano (tab. A)) C>12: Abbattimento di circa il 50%

Demonstration of the suitability of dredged remediated sediments for safe and sustainable horticulture production LIFE14 ENV/IT/000113

Project LIFE14 ENV/IT/113 -HORTISED Obiettivi Dimostrare l'idoneità dei sedimenti dragati bonificati come alternativa per la preparazione dei substrati di coltivazione in orticoltura Dimostrare le potenzialità dei substrati di coltivazione a base di sedimento per la crescita di melograno e fragola come piante modello su scala agricola in Italia e Spagna Implementare le norme legislative per l'uso di substrati innovativi in orticoltura Dare un rilevante contributo alla gestione sostenibile dei sedimenti.

Substrati colturali per specie “food” Project LIFE14 ENV/IT/113 - HORTISED PROGETTO AGRIPORT PROGETTO HORTISED Dragaggio Fitorimediazione Landfarming Sedimenti decontaminati Caratterizzazione fisica, chimica, biochimica e tossicologica dei sedimenti decontaminati Substrati colturali per specie “food” Trattamento 0 100% tradizionale (torba+pomice) Trattamento 50 50% tradizionale 50% sedimento decontaminato Trattamento 100 100% sedimento decontaminato

Preparazione dei sedimenti Dicembre 2015 Project LIFE14 ENV/IT/113 - HORTISED Preparazione dei sedimenti Dicembre 2015 Rimozione delle piante

Trattamento dei sedimenti: Landfarming Project LIFE14 ENV/IT/113 - HORTISED Trattamento dei sedimenti: Landfarming omogenizzare il substrato stimolare le attività biologiche ridurre ulteriormente la contaminazione organica Periodica aerazione (una volta alla settimana) mediante rivoltamento meccanico dei sedimenti per un periodo di tre mesi

Successo del landfarming Project LIFE14 ENV/IT/113 - HORTISED Monitoraggio del processo di Landfarming A B C 3 punti di campionamento in 40m2: A, B, C in 1 m2 ciascuno 10 sotto-campioni per ogni punto di campionamento Campagna di campionamento: T0, caratterizzazione iniziale T1, dopo un mese, T2, dopo due mesi, T3, dopo tre mesi Successo del landfarming Aumento dell’attività microbica (aumento delle attività enzimatiche) Mineralizzazione della sostanza organica (diminuzione di C, N, P nelle forme totali, aumento delle forme solubili) Diminuzione della contaminazione organica Contaminazione inferiore ai limiti di legge (Dlg.s 152/2006 tab A.) con l’eccezione di Zn, C>12 e IPA

Caratteristiche fisiche e chimiche paragonabili a quelle di un substrato agronomico (D.lgs 75/2010) Parametri Sedimenti alla fine del landfarming DM 161/2012 D lgs 152/2006 D. lgs. 75/2010 Suolo agronomico Tab A Uso urbano Tab B. Uso industriale Densità apparente(g/cm3) 1,08 ±0,07 0,95 1-2 pH 8,10 ±0,01 4,5-8,5 7,3-8,2 Conducibilità elettrica(dS/m) 0,33 ±0,04 <1 2 TOC % 1,97 ±0,02 >4 0,7-12 TN % 0,13±0,01 <2,5 0,15-0,4 TP (g/Kg) 0,58±0,03 0,2-5 P2O5 % 0,11±0,02 <1,5 Attività b-glucosidasi (mmol Kg-1h-1) 221 >100 Attività fosfatasi (mmol Kg-1h-1) 198 Cd (mg/kg) 0.96 ±0,06 15 1,5 Cu (mg/kg) 34,3 ± 4,3 120 600 230 Hg (mg/kg) 0,075± 0,001 1 5 Ni(mg/kg) 34,6 ± 5,33 500 100 Pb(mg/kg) 35,2 ± 3,7 1000 Zn (mg/kg) 248 ± 11 150 1500 Cr (mg/kg) 49.1± 9 800 - C>12 (mg/kg) 236 50 750 IPA (mg/kg) 52.7 10

D.lgs. 217/2006 tenori massimi consentiti Project LIFE14 ENV/IT/113 -HORTISED Valori di riferimento per i substrati di coltivazione ai sensi del decreto n° 75/2010 Substrato di coltivazione base pH (in H2O) compreso tra 3,5 e 7,5 Conducibilità elettrica: massima 0,70 dS/m C organico minimo 8% sul secco Densità apparente secca massima 450 kg/m3 Metalli (mg kg-1) D.lgs. 217/2006 tenori massimi consentiti ( Allegato 4) Pb 100 Cd 1,5 Ni Zn 500 Cu 230 Hg Cr esavalente 0,5 Substrato di coltivazione misto pH (in H2O) compreso tra 4,5 e 8,5 Conducibilità elettrica: massima 1,0 dS/m C organico minimo 4% sul secco Densità apparente secca massima 950 kg/m3 Possibile aggiunta di concimi (CE e/o Nazionali), nel rispetto del contenuto massimo di elementi totali nel substrato pari a N 2,5 % s.s., P2O5 1,5 % s.s., K2O 1,5 % s.s, e nel rispetto dei limiti dichiarati di conducibilità elettrica del prodotto finale

Project LIFE14 ENV/IT/113 -HORTISED Schema sperimentale Materiale iniziale“Ti”: 0: 100% torba 50: 50% torba e 50% sedimento 100: 100% Sedimento Italia Fragola (Camarosa e Monterey): -Tf: fine del ciclo vegetativo (3 mesi dopo piantumazione) Melograno (Purple Queen e Mollar): -Tf: dopo la caduta delle foglie (6 mesi dopo piantumazione) Lattuga : -Tf: fine del ciclo vegetativo (1 mese dopo piantumazione) poche variazioni nel contenuto di nutrienti e nell’attività biologica Spagna Fragola (Monterey): Tf: fine del ciclo vegetativo (3 mesi dopo piantumazione) Melograno (Purple Queen): Tf: dopo la caduta delle foglie (6 mesi dopo piantumazione)

Caratteristiche della torba utilizzata per le sperimentazioni in Italia e in Spagna 0% Ceneri (%) 74.7 12.1 pH 6.01 6.16 Solidi Volatili(%) 25.3 87.9 E.C. (mS cm) 105 1129 TOC % 15.2 38.1 NO3 (mg/l) 26 304 TN % 0.51 1.30 NH3 (mg/l) 0.13 1.03 As (mg/Kg) 2.34 <0.5 Cloruri (mg/l) 5.19 20.5 Mo (mg/Kg) P (mg/l) <0.4 16.8 Se (mg/Kg) 0.85 F (mg/l) 0,50 0,08 Cr (VI) (mg/Kg) <2.0 <0.2 K(mg/l) 11.1 64.7 Ti (mg/Kg) 175 9.03 Mg (mg/l) 1.65 22.1 Tl (mg/kg) 0.814 Ca(mg/l) 9.06 114 C>12 (mg/Kg) 31.9 Mn(mg/l) 0.035 0.071 Cd (mg/Kg) Fe (mg/l) 0.224 0.00 Cu (mg/Kg) 9.28 14.1 Cu(mg/l) 0.001 0.002 Ni (mg/Kg) 2.47 0.15 Zn(mg/l) Pb (mg/Kg) 1.35 B(mg/l) 0.324 0.295 Zn (mg/Kg) 11.3 13.5 Hg (mg/Kg) 0.021 0.024

Project LIFE14 ENV/IT/113 -HORTISED Proprietà Agronomiche Diminuzione nella torba e aumento in entrambe le miscele nel tempo, soprattutto nel 100% sedimento: buone condizioni aerobiche??

Proprietà Agronomiche Project LIFE14 ENV/IT/113 -HORTISED Proprietà Agronomiche K, Ca,Mg : Macro nutrienti essenziali per le piante: K: richiesto in grandi quantità per la crescita e la riproduzione delle piante. Secondo solo a N, considerato un "nutriente di qualità": influenza la forma della pianta, la dimensione, il colore, il gusto, ecc. Ca: partecipa a processi metabolici di altri nutrienti e nei processi enzimatici e ormonali, fa parte della parete cellulare delle piante Mg: Il ruolo principale è nel processo di fotosintesi Macronutrienti solubili Diminuzione nel tempo in tutti trattamenti: assorbimento dei nutrienti Aumento nel tempo in tutti trattamenti: solubilizzazione dei nutrienti

Proprietà Agronomiche Project LIFE14 ENV/IT/113 -HORTISED Proprietà Agronomiche Fe, Cu, Zn, Mn: Micro nutrienti essenziali per le piante: Fe: svolge un ruolo importante nei processi biologici fondamentali come la fotosintesi, la respirazione, la fissazione dell'azoto e l'assimilazione e la sintesi del DNA Cu: essenziale per la crescita delle piante, componente importante degli enzimi che regolano molte reazioni biochimiche nelle piante Mn: svolge un ruolo importante nei processi di ossidazione e riduzione delle piante, come il trasporto di elettroni nella fotosintesi. Ha anche un ruolo importante nella produzione di clorofilla Zn:componente importante di vari enzimi responsabili di molte reazioni metaboliche in tutte le colture, svolge un ruolo importante in un'ampia gamma di processi, come la produzione di ormoni della crescita e l'allungamento degli internodi. Micronutrienti solubili Contenuto micronutrienti nella sperimentazione con fragola trascurabili a conferma dell’assorbimento Aumento in tutti trattamenti nel tempo: solubilizzazione dei nutrienti

Project LIFE14 ENV/IT/113 -HORTISED Proprietà funzionali Butirrato esterasi: indicatore dell’attività microbica complessiva di un substrato B-Glucosidasi,Fosfatasi, Arilsulfatasi coinvolte nel ciclo de C, P e S, rispettivamente Aumento nel tempo in tutti i trattamenti: stimolazione dell’attività microbica

Proprietà Agronomiche Project LIFE14 ENV/IT/113 -HORTISED Proprietà Agronomiche Diminuzione nel tempo nella torba (0) e nella miscela al 50% (50) Aumento nel tempo nel substrato con 100% sedimento (100): miglioramento nel tempo delle condizioni aerobiche

Proprietà Agronomiche Project LIFE14 ENV/IT/113 -HORTISED Proprietà Agronomiche Macronutrienti solubili Diminuzione nel tempo in tutti i trattamenti: probabile assorbimento da parte delle piante Micronutrienti solubili Trascurabile il contenuto dei micronutrienti: Fe, Cu, Zn e Mn

Project LIFE14 ENV/IT/113 -HORTISED Proprietà funzionali Butirrato esterasi: indicatore dell’attività microbica complessiva di un substrato B-Glucosidasi,Fosfatasi, Arilsulfatasi coinvolte nel ciclo de C, P e S, rispettivamente Come osservato nelle sperimentazioni in Italia: Aumento nel tempo in tutti i trattamenti: stimolazione dell’attività microbica

Considerazioni finali Project LIFE14 ENV/IT/113 -HORTISED Considerazioni finali HORTISED implementerà il concetto di economia circolare attraverso azioni che garantiscano l'utilizzo di sedimenti di dragaggio nella catena orticola, contribuendo in modo rilevante alla gestione sostenibile dei rifiuti. I risultati preliminari presentati mostrano un miglioramento della struttura fisica che favorisce la disponibilità dei nutrienti e una stimolazione dei processi biochimici responsabili delle caratteristiche funzionali dei substrati agronomici a base di sedimenti La possibilità di considerare i sedimenti come una RISORSA piuttosto che un RIFIUTO implica necessariamente: l'aggiornamento delle politiche ambientali, in linea con i recenti orientamenti dell’Unione Europea relativamente a: Ambiente e Agricoltura; Il sostegno della ricerca volta all’identificazione di tecnologie innovative; La disincentivazione del conferimento in discarica. 

Project LIFE14 ENV/IT/113 -HORTISED Grazie per l’attenzione Grazia Masciandaro grazia.masciandaro@ise.cnr.it