DIPARTIMENTO DI SCIENZE AGRARIE E AMBIENTALI PRODUZIONE, TERRITORIO, AGROENERGIA Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 Effetto della digestione anaerobica sull’efficienza dell’azoto dei reflui suini D. Cavalli, L. Bechini, P. Marino Università degli Studi di Milano Validazione di soluzioni territoriali e tecnologiche per la sostenibilità ambientale e la riduzione dei costi di gestione degli effluenti negli allevamenti suini delle regioni del bacino padano-veneto – SEESPIG Grant n° 2010-2220 Filiera del suino Efficienza dell’azoto da reflui N-aria (NH3, N2O, N2) N-refluo Volatilizzazione Scorrimento superficiale N-acque superficiali Assorbimento radicale N-terreno N-coltura Lisciviazione N-falda (NO3-) Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 Processi a carico dell’azoto nel terreno N-liquame N-Biomassa N-S.O. Ammonificazione NH4 Organicazione Defissazione + Nitrificazione Fissazione NH4+ fissato NO3Denitrificazione N2O, N2 Stimare questi processi può essere utile per meglio definire Dosi, tempistiche e modalità d’applicazione dei reflui Dosi di concimi minerali azotati da applicare in copertura Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 Obiettivo dell’attività sperimentale • Misurare la dinamica nel terreno del carbonio e dell’azoto di un refluo suino tal quale o digerito anaerobicamente, in un contesto di applicazioni ripetute Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 Materiali usati nell’esperimento • Provenienti dal progetto NORGEF (Efficienza d’uso dell’azoto di origine organica in aree vulnerabili del Friuli Venezia Giulia: aspetti fisiologici, agronomici e ambientali) – Refluo suino non marcato – Refluo suino marcato 15N – Terreno (franco, pHw 7.9, C tot 1.98%, Ntot 0,17%) Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 Produzione dei due digestati • Con un sistema semi-batch di laboratorio – 3 litri di capacità – 40 °C – Cicli di agitazione di 15’ – 9 aggiunte – 74 giorni di durata • E’ stato determinato il bilancio di C ed N Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 Bilancio di massa e variazioni compositive del liquame dopo digestione anaerobica • Valori di recupero, in % rispetto all’aggiunto. Sostanza secca 61 C tot. 51 •Variazioni della composizione Materiale pHw C N tot. (% ss) (% ss) Liquame Digestato 7.9 8.2 39.6 34.1 6.2 9.3 N tot. 95 N-NH4 128 N-NH4 (% ss) C/N N-NH4/N tot. (%) 3.6 6.3 6.4 3.7 58.1 67.7 Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 Scala di studio delle dinamiche di C ed N • Microscala, unità sperimentali di 115 g – Vantaggi: • Assenza di flussi idrici • Possibilità di standardizzare le condizioni di umidità, temperatura e incorporazione dei reflui al terreno • Dinamiche rapide e chiaramente espresse • Economicità – Svantaggi: • Non descrive la complessità delle dinamiche rilevabili in campo Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 Disegno sperimentale • 4 materiali (liquame tal quale 14N e 15N; digestato 14N e 15N) • 2 controlli (non trattato; concimato con SA) – Per calcolare: • Le dinamiche nette dell’azoto dei materiali aggiunti; • il potere fertilizzante equivalente dei liquami • 6 applicazioni successive: ogni 55 giorni • Vari intervalli di misura di C ed N Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 Aggiunte di liquame e digestato e intervalli di misura (IM) di C ed N 0 55 110 Aggiunte materiali 15N Aggiunte materiali 14N A1 A2 A3 A4 A5 IM_1_14N A6 IM_2_14N IM_1_15N IM_2_15N 0, 1, 3, 7, 15, 28, 55 0 50 100 IM_3_15N 150 200 250 Giorni cumulati 300 350 400 Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 Preparazione delle unità sperimentali Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 Incubazione: metodo della nursery • All’avvio dell’esperimento, si prepara un blocco di campioni per ogni intervallo di campionamento previsto. B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 Analisi terreno B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 0 1 3 7 15 28 Permanenza nella nursery dei diversi blocchi di campioni (gg) 55 Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 N (mg N kg-1) Calcolo delle quantità di azoto riconducibile all’applicazione di liquame e digestato 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Controllo Liquame Liquame al netto del controllo 0 20 40 60 Tempo (gg) Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 N (mg N kg-1) Dinamica della nitrificazione 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 NH4-N NO3-N 20 40 60 Tempo (gg) Nell’esempio: liquame dopo la prima applicazione Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 N (mg N kg-1) N potenzialmente disponibile: calcolo 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 NH4-N 0 20 NO3-N SMN 40 60 Tempo (gg) Nell’esempio: liquame dopo la prima applicazione Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 SMN (% N app.) Azoto potenzialmente disponibile nel breve periodo dopo una singola applicazione 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 68% 57% Solfato di ammonio Liquame Digestato 0 20 40 60 Tempo (gg) Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 Disponibilità di N dei reflui dopo 60 - 80 giorni di incubazione (dati di letteratura) 100 PAN giorno 60 - 80 (%) 80 y = 1,23x - 20,86 R² = 0,78 60 40 20 0 -20 0 50 N amm. / N tot. (%) 100 Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 Azoto potenzialmente disponibile (PAN) dopo applicazioni ripetute Azoto potenzialmente disponibile (% N totale applicato) 120 100 80 a a a a b a a b a ab b A1 A3 A6 A1 A3 A6 b a a b a b c A1 A3 A6 A1 A3 A6 60 40 20 0 A1 A3 A6 A1 giorno 55 A3 giorno 110 Digestato A6 giorno 55 giorno 110 Liquame giorno 55 giorno 110 Solfato di ammonio Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 MFE (Mineral Fertilizer Equivalent) potenziale: calcolo MFE potenziale = PANOM PANMF Può essere calcolato sia facendo riferimento all’azoto totale applicato con il refluo sia all’azoto ammoniacale Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 MFE potenziale dell’azoto totale applicato 120 MFE (% N totale applicato) 100 80 76% 60% 60 40 20 0 A1 A3 A6 A1 giorno 55 A3 giorno 110 Digestato A6 A1 A3 A6 A1 giorno 55 A3 A6 giorno 110 Liquame Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 MFE potenziale dell’N-NH4 applicato 140 Media = 110 % MFE (% N-NH4-N applicato) 120 Media = 108 % 100 80 60 40 20 0 A1 A3 A6 A1 giorno 55 A3 giorno 110 Digestato A6 A1 A3 A6 A1 giorno 55 A3 giorno 110 Liquame Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 A6 Effetto residuo (incremento di PAN con la ripetizione delle applicazioni): calcolo Azoto potenzialmente disponibile (% N totale applicato) 70 ERN dopo 5 applicazioni ERN dopo 2 applicazioni 60 50 40 30 20 10 0 A1 A3 A6 Liquame Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 Effetto residuo Valori in % dell’azoto totale applicato con il refluo Effetto residuo Refluo dopo 2 applicazioni Liquame Digestato Liquame Digestato dopo 5 applicazioni Giorni dall'applicazione 55 110 2,3 5,1 1,6 4,4 7,2 10,1 2,3 6,8 Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014 Conclusioni • Nitrificazione processo rapido che esaurisce il contributo di N-NH4 dei reflui in pochi giorni • Immobilizzazione di N minerale fenomeno temporaneo, poco limitante, lievemente più marcato nel liquame t.q. • N potenzialmente disponibile per le colture sostanzialmente riconducibile al contenuto di N-NH4 del refluo, quindi più elevato nel caso del digestato • Effetto residuo rilevante nei contesti di applicazioni ripetute, mediamente più marcato nel liquame. Importante sul piano operativo. Sostenibilità ambientale ed economica nella gestione degli effluenti negli allevamenti di suini Milano, 9 ottobre 2014
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