CarbOnFarm - Life12 ENV/IT/719

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Azioni progettuali

• Un obiettivo importante del progetto è quello di promuovere la valorizzazione produttiva ed economica delle biomasse residuali dalle attività agricole ai fini dell'ottenimento di compost di alta qualità, realizzato con l'adozione di impianti di compostaggio in azienda (Azione B.1). Come obiettivo concomitante, l'applicazione di prodotti eco-sostenibili della chimica verde rafforzerà il sequestro in situ di carbonio organico con una ulteriore stabilizzazione della sostanza organica (Azione B.2). Queste attività si coaguleranno nell'obiettivo principale del progetto, rappresentato dal miglioramento della quantità e della qualità della sostanza organica dei terreni agricoli, ottenuta attraverso l'applicazione di metodi sostenibili di gestione dei sistemi agricoli locali (Azione B.3). L'adozione di tali pratiche ha l'obiettivo di incrementare il sequestro del carbonio organico e di ripristinate la funzionalità dei suoli ad uso agricolo, con la concomitante riduzione di emissione di gas serra (N2O e CO2), e il mantenimento quanti-qualitativo dei livelli produttivi con minori consumi energetici
• L'adozione di azioni di monitoraggio specifiche (Azioni C.1, C.2, C.3, C.4, C.5, C.6) intende promuovere l'applicazione di approcci adeguati per l'acquisizione di una serie ampia di dati che evidenzino la relazione tra uso dei suoli e i parametri ambientali quali: quantità e qualità dei pool di carbonio organico del suolo, emissioni di gas serra dai suoli coltivati​​, stabilità del suolo, produttività delle colture, nonché sulla sostenibilità ambientale, energetica ed economica delle metodologie applicate. Questi indicatori possono rappresentare un importante strumento a supporto dei processi decisionali, sia a livello regionale ed europeo e rappresentano un obiettivo centrale individuato dalla Soil Thematic Strategy, in particolare per i suoli ad uso agricolo del bacino del Mediterraneo (EC DG Environment 2011 Soil organic matter management across the EU –best practices, constraints and trade-offs)(http://ec.europa.eu/environment/soil/publications_en.htm)
• La diffusione delle attività e dei risultati progettuali (Azioni D.1, D.2, D.3, D.4, D.5, D.6) si propone di dimostrare che l'applicazione di pratiche sostenibili di gestioni della SOM, possono efficacemente coniugare la tutela dell'ambiente con la produttività delle colture, promuovendo un trasferimento di tecnologie sul territorio ed evidenziando in tal modo il potenziale economico ed ambientale del riciclo di biomasse agrarie, come importanti risorse biologiche locali in termini di sequestro di carbonio, di mantenimento delle funzioni del suolo e per la prevenzione dello smaltimento in discarica.

Azioni di implementazione

Le attività dimostrative si basano sull'apporto ai suoli di compost di elevata qualità ottenuti dal riciclo delle biomasse da residui agricoli di produzioni locali. Nei siti progettuali della Campania, il cui territorio è caratterizzato dalla scarsità di fonti organiche idonee, il compost sarà ottenuto dal riciclo delle biomasse di scarto tramite l'adozione di sistemi di compostaggio aziendali. Nei siti progettuali del Piemonte il compost sarà ottenuto da impianti di compostaggio esterni, utilizzando le biomasse organiche disponibili rappresentati dalla frazione solida derivante dalla digestione anaerobica di liquami bovini. Le attività intese come innovative sono focalizzate sulla stabilizzazione in-situdella sostanza organica dei suoli attraverso l'aggiunta di prodotti ecocompatibili (metallo-porfirine idrosolubili) che rafforzerà il potenziale di sequestro a lungo termine del carbonio organico.

B.1 Set up of a composting plant and transfer of 'on farm' composting technologies

Responsabile Terra Orti D. Esposito (desposito@terramore.net)
Gestione tecnica UNIBAS Dr. G. Celano (giuseppe.celano@uniba.it)

L'attività riguarda la realizzazione di un prototipo di impianto di compostaggio a cumulo statico, per la produzione di compost in azienda (on farm). L'impianto sarà composto dalle seguenti parti: area per lo stoccaggio delle materie prime; area di produzione iniziale del compost (active phase); area di maturazione del compost (curing phase); area di stoccaggio del compost maturo, canali e pozzetto di raccolta del percolato. L'impianto sarà fornito di un sistema di pompaggio per l'areazione forzata dei cumuli, di un impianto di irrigazione e una centralina di controllo e raccolta dati (ossigeno, umidità, temperatura). Tutte le attrezzature saranno alimentate da energia solare (pannelli solari).

B.2 Set up of laboratory facilities for the production of biomimetic catalyst

Responsabile CERMANU Prof. A. Piccolo (alpiccol@unina.it)

Questa azione rappresenta l'applicazione di tecnologie innovative a base di prodotti della chimica verde, per il miglioramento del sequestro di carbonio organico nei suoli agrari. L'idea guida è di promuovere la stabilizzazione del carbonio organico in situ, attraverso lo sviluppo di interazioni molecolari stabili (legami covalenti) nelle frazioni colloidali (sostanze umiche) della sostanza organica. L'accoppiamento chimico delle componenti umiche favorisce la formazione di complessi recalcitranti di maggior peso molecolare, diminuendo e rallentando i processi di degradazione e mineralizzazione delle frazioni organiche. In particolare le tecnologie chimiche basate su catalizzatori biomimetici, come le metallo-porfirine biocompatibili, che imitano l'attività del gruppo prostetico eme di enzimi ossidativi, possono essere impiegati negli accoppiamenti ossidativi dei radicali promuovendo così un' efficace polimerizzazione di componenti aromatici naturali, come le molecole di lignina contenute nelle sostanze umiche del suolo. Questa azione è basata sullo sviluppo di una metodologia per l'ottenimento di metallo porfirine idrosolubili e biocompatibili in modo affidabile e conveniente per la conseguente applicazione nei siti progettuali del catalizzatore biomimetico.

B.3 Set up of project sites

Responsabile CERMANU Dr. R. Spaccini (riccardo.spaccini@unina.it)

Le attività progettuali sono inerenti all'applicazione dei metodi sostenibili di gestione della sostanza organica dei suoli a scala aziendale. L'impostazione dei siti aziendali è prevista dal secondo al quinto anno di progetto. Sia in Campania che in Piemonte, saranno istituite due siti progettuali: uno in aziende commerciali e uno presso le aziende pubbliche degli atenei coinvolti nel progetto (Università di Napoli e Università di Torino) Le strategie di gestione della sostanza organica SOM intese come dimostrative, basate sull'applicazione di compost, saranno applicate ad entrambe le realtà aziendali, mentre le strategie innovative (basate su prodotti chimici ecocompatibili) verranno applicate alle aziende agricole pubbliche.

Siti progettuali del LIFE CarbOnFarm

Campania

1. Castel-Volturno (CE) Azienda Sperimentale dell'Università di Napoli Federico II 3' N 13°59' E). Trattamenti: aggiunta di on-farm compost (10 e 20 t ha-1) e di catalizzatore biomimetico (5 kg ha-1) su mais e foraggere – Gestione tecnica CERMANU Dr. V. Di Meo (dimeovin@libero.it)
2. OP Terra Orti (SA) Trattamenti: aggiunta di on-farm compost (10 e 20 t ha-1) (vedi Azione B.1) su colture arboree da frutto e ortive da pieno campo (10 and 20 t ha-1) – Gestione tecnica: Terra Orti (desposito@terramore.net) UNIBAS (giuseppe.celano@uniba.it )

Piemonte

1. Tetto Frati (TO) Azienda Sperimentale dell'Università di Torino, (44°53' N, 7°41'E): Trattamenti: aggiunta di on-farm compost (10 e 20 t ha-1) e catalizzatore biomimetico (5 kg ha-1) su mais
2. Gestione tecnica: AGOSELVIT Prof. C. Grignani (carlo.grignani@unito.it), Dr. C. Bertora (chiara.bertora@unito.it)

Azioni di monitoraggio

C.1 Monitoraggio del processo di compostaggio e della qualità dei compost

Responsabile UNIBAS Dr. A. Palese (assunta.palese@unibas.it)
Gestione tecnica: CRA-ORT Dr. C. Pane (catello.pane@entecra.it); CERMANU Dr. R. Spaccini (riccardo.spaccini@unina.it); AGROSELVIT Dr. L. Petruzzelli (laura.petruzzelli@unito.it)

La composizione iniziale dei residui organici nei processi di compostaggio e la qualità dei compost utilizzati per le attività progettuali saranno determinate attraverso le seguente analisi:

• contenuto di Carbonio Organico (TOC), azoto totale (N), lignina, fosforo, e metalli pesanti
• caratterizzazione molecolare mediante Spettroscopia Infrarossa (FTIR), spettroscopia di Risonanza Magnetica Nucleare allo stato solido (13C CPMAS NMR), termochemolisi-GasCromatografia-Spettrometria di Massa (TaHM-GC-MS)
• analisi isotopiche su 13C e 15N
• test di fitossicità su piante test (Lepidium sativum)
• pH e conducibilità elettrica
• analisi della respirazione microbica, dell'attività idrolasica totale, dell'attività β-glucosidasica e della biodiversità catabolica mediante Biolog Ecoplate;
• valutazione delle attività suppressive del compost verso i funghi fitopatogeni Rhizoctonia solani e  Sclerotinia minor su Lepidium sativum
• densità microbica totale (batteri e funghi)

C.2 Monitoraggio della stabilizzazione del carbonio organico e della fertilità dei suoli
Responsabile CERMANU Dr. R. Spaccini (riccardo.spaccini@unina.it)
Gestione tecnica: AGROSELVIT Dr. L. Petruzzelli laura.petruzzelli@unito.it ); CRA-ORT Dr. R. Scotti (riccardo.scotti@entecra.it); UNIBAS Dr. G. Celano (celano.giuseppe@gmail.com).

Questa attività fornirà gli indicatori delle variazioni prodotte dagli interventi progettuali sulla qualità e quantità di sostanza organica dei siti progettuali:

• contenuto di Carbonio Organico (TOC), azoto totale (N);
•  distribuzione (WSA), stabilità (MWDw) e contenuto di Carbonio Organico degli aggregati del suolo
• analisi isotopica (13C-OC) dei suoli e degli aggregati;
• Caratterizzazione della SOM tramite termochemolisi-GasCromatografia-Spettrometria di Massa (pyr-GC-MS);
• analisi della composizione microbica tramite determinazione degli acidi grassi delle pareti cellulari (PLFA)

C.3 Monitoring of the agronomical, phytopathological and practical sustainability of proposed strategies
Responsibale CRA-ORT Dr. M. Zaccardelli (massimo.zaccardelli@entecra.it)
Gestione tecnica: AGROSELVIT Dr. C. Bertora (chiara.bertora@unito.it); CERMANU Dr. V. Cozzolino (cozzolino.vincenza@libero.it); UNIBAS Dr. A. Palese (assunta.palese@unibas.it)

La questione affrontata in questa azione è se l'adozione delle strategie di gestione SOM, oltre a raggiungere l'obiettivo generale di stabilizzare il carbonio organico del suolo, sono sostenibili in termini di sistemi colturali per quanto riguarda le rese e la qualità delle produzioni.

Per il protocollo analitico fare riferimento alla corrispondente voce nelle deliverables progettuali.

C.4 Monitoraggio delle emissioni dei gas serra
Responsabile CERMANU (riccardo.spaccini@unina.it)
Gestione tecnica: AGROSELVIT Dr. C. Bertora (chiara.bertora@unito.it); UNIBAS Dr. G. Celano (celano.giuseppe@gmail.com); Terra Orti Dr. G. Russo (giallucarusso@gmail.com)

Questa attività riguarda le misurazioni dei flussi delle emissioni di anidride carbonica (CO2) e protossidi di azoto (N2O) dalle matrici di compost e dai suoli dei siti progettuali. Sia CO2 che N2O sono stati riconosciuti come le più importanti fonti di emissioni di gas serra dai suoli agricoli. Le misurazioni dei flussi di CO2 e N2O dal suolo saranno eseguite in modo da ottenere i dati con alta risoluzione temporale. Le misurazioni riguarderanno le diverse pratiche di gestione della SOM applicate e saranno effettuate durante i cicli colturali e per i campi dimostrativi con colture annuali, anche negli intervalli temporali tra ogni ciclo di colture.

C.5 Monitoraggio della sostenibilità economica ed ambientale delle strategie progettuali
Responsabile AGROSELVIT Prof. C. Grignani (carlo.grignani@unito.it)
Gestione tecnica: CERMANU Dr. V. Cozzolino (cozzolino.vincenza@libero.it); UNIBAS Dr. V. Pastore (ingvittoriapastore@gmail.com); TerraOrti Dr. I. Doto (idoto@terramore.net)

La sostenibilità ambientale delle strategie progettuali sarà analizzata attraverso le seguenti metodiche:

• Life Cycle Assessment (LCA)
• emergy evaluation
• carbon footprint.

La sostenibilità economica sarà valutata confrontando il costo della gestione delle colture per le strategie proposte con le tecniche colturali convenzionali adottate in precedenza. Gli indicatori forniranno dei modelli di flusso per ogni catena di produzione prevista nell'azione di implementazione B.3.

La valutazione della sostenibilità ambientale includerà l'interazione con l'azione di monitoraggio sui procedimenti di compostaggio e qualità del compost (azione C.1). Il Life Cycle Assessment è concepito per l'analisi di tutti i flussi di energia e materia in ogni catena di produzione, al fine di valutare le soluzioni possibili per ridurre gli impatti ambientali rilevati nelle fasi critiche del sistema. Per questa determinazione sarà utilizzata la versione aggiornata del software GaBi4.