Solid digestate as a soil conditioner: benefits over compost and bokashi

Re-publication of an article by Mario A. Rosé on Agronotizie.

There is no doubt that the drought that is tormenting our country is one of the many consequences of climate change. It is not easy to obtain firm evidence on press complaints, ma dall’altro lato non è neanche difficile credere che la cattiva gestione territoriale comporti oltre il 30% di perdite nelle reti idriche.

Purtroppo siamo ormai abituati al malgoverno. Per contro, the consumo di acqua per irrigazione si può ridurre drasticamente con una adeguata gestione dei suoli, e se non lo facciamo, o se lo facciamo in modo sbagliato, la colpa è solo nostra. La capacità di ritenzione idrica, o capacità di campo, dipende dal tipo di suolo (Table 1). Ovviamente, un agricoltore non può cambiare il tipo di suolo del proprio terreno, ma può migliorarne la capacità di campo, riducendo dunque la necessità di apporti irrigui e, indirettamente, anche di fertilizzanti.

Table: Capacità di campo dei suoli

Table 1: Capacità di campo dei suoli

(Photo Source: University of California, traduzione e conversione delle unità a carico dell’autore)

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Il surplus d’acqua che può immagazzinare la materia organica in qualsiasi suolo dipende da molti fattori, quali il tipo di lavorazione del terreno, la pendenza, la profondità dello strato organico, eccetera. Uno studio critico su ben sessanta pubblicazioni (1) conclude che, mediamente, ai valori riportati nella Tabella 1 bisogna aggiungere 1,16 millimetri di H2O per ogni punto percentuale di carbonio organico ogni 100 millimetri di strato organico. The relationship between organic matter and organic C is known in the scientific literature as a van Bemmelen factor equal to 1,724, that is, the organic matter of the soil contains the 58% the C. For our calculations we assume 56% (value defined in the Regulations (EC) No 2019/1009, text in Italian).

To example, an arid soil to which a soil improver is added so that i 300 millimeters of surface layer contain the 5% of organic matter, will increase the available water capacity of:

D = 1,16 x 300 mm/100 mm x 5 x 0,56 = 9,74 mm = 9,74 l/m2

It means 1 ettaro di questo terreno ammendato potrà trattenere 97,4 m3 in più di acqua disponibile per le piante rispetto al terreno privo di materia organica. Può sembrare poco, ma se lo vediamo su scala territoriale, il miglioramento potenziale della gestione idrica è notevole.

A titolo d’esempio, the Photo 1 mostra la consistenza del C organico nei suoli italiani. Si osserva come molte aree siano ormai prive di copertura organica (grigio chiaro) e solo i suoli delle fasce montana e pedemontana, assieme a macchie di leopardo in pianura, abbiano un tenore di C organico > 75 tonnellate/ettaro (or > 2%). Questo implica che la maggioranza delle nostre colture ha bisogno di più acqua irrigua di ciò che sarebbe necessario se i suoli fossero più ricchi di materia organica.

Contenuto di C nei suoli italiani

Photo 1: Contenuto di C nei suoli italiani

(Photo Source: Ispra)

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Quanto detto finora non significa che qualsiasi fonte di C organico vada bene per migliorare la tessitura dei suoli. Abbiamo già trattato in un altro item le farneticazioni istituzionali sul concetto didigestato equiparato ai fertilizzanti”, concetto che, oltre a non essere definito nel Decreto (si rimanda ad un futuro decreto che forse non arriverà mai), aggiunge confusione ad un tema già di per sé complesso come quello degli equilibri di C e nutrienti nei suoli. Ricordiamo che la normativa europea (Regolamento (EC) No 2019/1009, text in Italian) definisce settecategorie funzionali di prodottiper i fertilizzanti europei.

 

Nel contesto del presente articolo, the materia organica si può classificare in tre grandi categorie, che però si intersecano in certa misura:

  • Ammendanti organici: contengono maggiormente C in forma stabile (humus), quantità minori di nutrienti (N, P, K…) e microrganismi vivi in popolazioni variabili per quantità e composizione.
  • Fertilizzanti organici: contengono C in quantità ridotta e facilmente ossidabile, quantità consistenti di nutrienti (N, P, K…) e microrganismi vivi in popolazioni variabili per quantità e composizione.
  • Biostimolanti microbici: contengono maggiormente C in forma di biomassa microbica viva o latente (funghi, protozoi, batteri e le loro spore), ma possono contenere anche piccole proporzioni di C stabile e nutrienti.

Come si comportano dunque le diverse materie organiche quando vengono a contatto con il suolo? Grosso modo, la trasformazione del C organico subisce due fasi:

  • Mineralizzazione. I microrganismi presenti nel suoloed eventualmente anche nella stessa materia organica applicata ad essoossidano il C organico emettendo CO2. La percentuale di C persa in questo modo (mineralizzata) in un anno è nota nella letteratura come Coefficiente di Mineralizzazione (MC o k2 a seconda degli autori). Il k2 dipende dal tipo di suolo: quanto più poroso (terreni sabbiosi con scheletro) oppure quanto più intense e frequenti le lavorazioni, maggiore sarà la circolazione di aria e quindi tanto più alto sarà k2. Al contrario, in terreni argillosi o con minime lavorazioni, la materia organica si disperde di meno.
  • Umificazione. Una parte del C organico (tipicamente i composti lignocellulosici e più concretamente la lignina) è refrattaria all’attività microbica e si trasforma in sostanze complesse, chiamate genericamente sostanze umiche. Una frazione di queste (acidi umici) viene lentamente ossidata e dispersa come CO2. La frazione più refrattaria e stabile costituisce l’humus. La percentuale di C organico che rimane nel suolo dopo un anno è chiamata Coefficiente di Umificazione (HC o k1 a seconda degli autori). La quantità assoluta di humus che rimane nel suolo dopo un anno è nota come Materia Organica Effettiva (EOM = Effective Organic Matter) ed è quella che dobbiamo rimpinguare ogni anno perché comunque i microrganismi del suolo la degradano a CO2, benché a un ritmo più lento.

I calcoli della quantità di materia organica da aggiungere ad un suolo impoverito per ripristinare la sua fertilità, o quella da aggiungere annualmente per mantenerla, richiedono alcune tabelle con i coefficienti k1 e k2, qualche informazione addizionale sul tipo di suolo e ammendante e un podi pazienza (si veda ad esempio il manuale della Regione Campania (2)).

Per la comodità dei nostri lettori proponiamo un semplice calcolatore online dell’ammendante organico da applicare in funzione del tipo di suolo, contenuto iniziale di materia organica e obiettivo di fertilità desiderato.

 

Calcola l'ammendante organico

Digestato, compost e bokashi: facciamo chiarezza

Esiste molta disinformazione sulluso of digestate in agricoltura. Su molti blog di attivisti politici e nelle reti sociali il digestato viene accusatotalvolta con argomentazioni parzialmente fondate, ma di stampo manipolatorio o ideologicodi essere dannoso per il terreno (si vedano ad esempio: I “committees of the no” ed il vademecum biogas e biomasse, What future for bioenergy in the next legislature, Basta glicerolo negli impianti di biogasPrima parte e Seconda parte).

I benefici del bokashiun particolare tipo di compost fermentato originario del Giapponesono molti ed innegabili, ma spesso vengono esagerati dall’ideologiabio ad ogni costo” e “antisistema”.

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Tentiamo dunque di fare un podi luce sull’argomento, iniziando dal concime più controverso: the digestate.

Il digestato non viene mai impiegato così come esce dal digestore. Tutti gli impianti hanno un separatore, tipicamente a coclea, dal quale escono duedigestaticon caratteristiche molto diverse: solido e liquido. Il primo è tendenzialmente un ammendante: apporta al suolo C, P (in genere come cristalli di struvite o idrossiapatite), and a little’ di batteri vivi. Il secondo invece è più simile a un fertilizzante liquido, apporta principalmente N in forma ammoniacale, K e sali solubili e pochissimo C organico, soprattutto in forma di batteri vivi. Paradossalmente, l’elevata biodisponibilità dell’azoto ammoniacale per i batteri comporta che l’applicazione sconsiderata di digestato liquido al suolo ne abbassi di colpo il rapporto C:N, rendendo il coefficiente di umificazione nullo o addirittura negativo. Questo fatto, raccontato in modo esagerato e incompleto, è il tipico argomento deino biogascontro l’uso agronomico del digestatosenza specificare quale frazionee dei liquami zootecnici. Il problema non è quindi l’utilizzo del digestato liquido di per sé, bensì il mancato apporto di digestato solido (o compost, o paglia, o qualsiasi altra fonte di C organico) in quantità sufficiente per mantenere nel suolo un rapporto C:N adeguato.

Ricordiamo che un concime organico con C:N = 25 è favorevole alla sintesi di acidi umici stabili, un C:N < 10 agevola la mineralizzazione, un C:N > 30 immobilizza l’azoto, che viene consumato dai batteri per degradare le sostanze umiche, rendendolo indisponibile per le radici.

Per quanto riguarda la frazione solida del digestato, i suoi coefficienti di mineralizzazione e di umificazione dipendono dall’alimentazione del digestore. Un digestato solido da impianti alimentati prevalentemente con biomasse vegetali (insilati, residui agroalimentari, Forsu) conterrà una cospicua frazione di lignina, sostanza molto refrattaria e precursore diretto dell’humus. Un digestato solido da impianto alimentato con fanghi o con residui di macellazione avrà un coefficiente di umificazione nullo o perfino negativo, quindi sarà più simile ad un fertilizzante che ad un ammendante. Il coefficiente di umificazione del digestato solido dipende anche dal tipo di separatore utilizzato (coclea o centrifuga) e da eventuali post trattamenti: è massimo nel caso del separato solido da Forsu essiccato a 60°C fino ad avere meno del 50% di umidità (3).

Uno studio comparativo (4) sulle trasformazioni del carbonio in tre processi – anaerobic digestion, fermentazione lattica e compostaggioha messo in evidenza che la classificazione europea dei concimi organici è riduttiva perché i prodotti funzionali non sono sempre un misto di fertilizzante, ammendante e biostimolatore, in percentuali variabili. Il suddetto studio evidenzia che la quantità di C residuo nel digestato solido è minore di quella del bokashi o del compost, fatto scontato perché lo scopo della digestione anaerobica è precisamente convertire la maggior parte della biomassa in metano. But, l’apporto di materia organica facilmente ossidabile, N e P degli ammendanti anaerobici del digestato solido e del bokashi sono praticamente equivalenti. Entrambi apportano anche della flora batterica propria, favorendo l’attività microbica del suolo molto di più rispetto al compost. I trattamenti anaerobici sono quindi complessivamente migliori rispetto al compostaggio, il quale effettivamente conserva una maggiore frazione del C iniziale del materiale compostato, ma perde più nutrienti e non favorisce così spiccatamente l’attività batterica del suolo.

Conclusions

La concimazione organica non si può effettuare in base a tabelle o ricettea forfait”, allo stesso modo il nostro calcolatore online non sostituisce il sopralluogo e le analisi di un professionista. Il calcolatore consente di fare una valutazione preliminare veloce, previa l’elaborazione di una strategia di ripristino della fertilità dei suoli stanchi o comunque impoveriti e di conservazione della stessa mediante l’apporto annuale di materia organica. Tale materia organica non può essere di qualsiasi tipo: il digestato solido ed il compost garantiscono un rapporto C:N più bilanciato che consente di conservare più carbonio nel suolo rispetto alle materie organichefresche” (sovesci, paglia, stocchi) o alle materie con coefficiente di umificazione nullo o negativo (liquami, residui di macellazione, digestato solido da fanghi). Il digestato solido da residui agricoli, ricco di lignina, si può considerare un ammendante equivalente al compost, ma apporta più N e P di quest’ultimo e inoltre fornisce un maggiore effetto biostimolante della flora batterica del suolo.

Of course, apportare digestato solido o compost commerciale rappresenta un costo per l’azienda agricola, che il nostro calcolatore online consente di stimare facilmente. Tale costo But comporta una serie di guadagni, spesso non considerati nelle valutazioni degli imprenditori agricoli: risparmio di fertilizzanti (maggiore efficienza nell’assorbimento delle piante e minore dilavamento), risparmio di acqua e della corrispondente energia per il pompaggio. Ma, soprattutto, un buon tenore di materia organica nel suolo riduce il rischio di perdere il raccolto per stress idrico in caso di siccità o piogge torrenziali.

Bibliography

(1) Minasny, B. and McBratney, A.B. (2018), Limited effect of organic matter on soil available water capacity. Eur J Soil Sci, 69: 39-47.

(2) Mauro Mori, Ida Di Mola, et al.; Guida alla concimazioneMetodi, procedure e strumenti per un servizio di consulenza; Regione CampaniaAssessorato AgricolturaSettore Sperimentazione, Informazione, Ricerca e Consulenza in Agricoltura (SeSIRCA), 2012. ISBN 978-88-95230-14-6.

(3) Egene, C.E., Sigurnjak, I., Regelink, I.C. et al. Solid fraction of separated digestate as soil improver: implications for soil fertility and carbon sequestration. J Soils Sediments 21, 678–688 (2021).

(4) Vania Scarlet Chavez-Rico, Paul L.E. Bodelier, Miriam van Eekert, Valentina Sechi, Adrie Veeken, Cees Buisman, Producing organic amendments: Physicochemical changes in biowaste used in anaerobic digestion, composting, and fermentation, Waste Management, Volume 149, 2022, Pages 177-185, ISSN 0956-053X.

 

From clean hydrogen to green ammonia. The ideological contradictions of the Green deal.

Re-publication of an article by Mario A. Rosé on Agronotizie

The trade association Hydrogen Europe is presented as a partnership between the European industries promoting technologies related to the use of hydrogen and the European Commission. This is a lobby, in the Anglo-Saxon sense of the term, or: "Group of people trying to influence lawmakers on a particular topic" (definition from the Oxford Dictionary ). We will not go into the merits if the interest of the association is that declared on the institutional web page - decarbonising the European economy- or the economic one of a group of multinational industries and spin-offs, or even worse, if it only serves to mask the hegemonic forces of the countries to which these companies belong under a "technical" appearance. In this article we will analyze what the consequences could be for our farms if the Italian government were to unconditionally follow the doctrine of "clean hydrogen" promoted by the Green Deal.

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