Concimi ricoperti, nuove soluzioni

Concimi ricoperti, nuove soluzioni
Una doppia membrana a garanzia di un graduale rilascio dell’azoto nel terreno
di A. Benedetti, F. Baroccio, P.F. Nardi, J.M.Garcìa-Mina
Estratto da “Terra e Vita” n.2-2007 - edizioni Edagricole
Italia
[ SPECIALE FERTILIZZAZIONE PRIMAVERILE ]
Concimi ricoperti, nuove soluzioni
Una doppia membrana a garanzia di un graduale rilascio dell’azoto nel terreno
� di Anna Benedetti, Francesca Baroccio, Pier Francesco Nardi* e José Maria Garcia Mina**
L’
azoto è un elemento chiave nella nutrizione delle piante, base per la sintesi delle proteine, degli acidi nucleici e quindi di tutto il protoplasma. Il suo assorbimento da parte delle piante avviene preferibilmente nelle forme ioniche di nitrato (NO3–) e ammonio (NH4+), sebbene sia presente nel suolo sotto altre forme. Infatti, la quasi totalità dell’azoto presente nel suolo, circa il 93-98%, è in forma organica, mentre la rimanente quota 7-2% è presente in forma minerale. L’azoto organico del suolo costituisce una riserva particolarmente importante per le piante poiché attraverso i processi di mineralizzazione e nitrificazione diventa disponibile
per le colture.
L’elevata solubilità che caratterizza alcuni concimi azotati
non assicura la mancanza di perdite di azoto. L’efficienza di
assorbimento da parte delle colture varia in funzione delle
condizioni ambientali, del tipo e della modalità di applicazione del fertilizzante, del tipo di coltura, ed è compresa tra
il 20 ed il 60% del totale. L’impiego pertanto di concimi azotati in grado di modulare nel tempo la cessione dell’elemento può contribuire a rendere più efficiente la fertilizzazione
azotata.
Se le condizioni ambientali lo permettono l’azoto somministrato viene facilmente ossidato, da parte della microflora,
a ioni nitrato (NO3–), che sono molto mobili nel suolo. Se da
un lato quanto detto a proposito dei nitrati facilita il loro
movimento verso le radici agevolandone l’assorbimento, dall’altro lato la facilità con cui essi si spostano lungo il profilo aumenta i rischi di inquinamento della falda per lisciviazione. Naturalmente il rischio di perdita di nitrati per lisciviazione è particolarmente elevato nei momenti di intensa
nitrificazione o in coincidenza delle concimazioni qualora
ad esempio dopo l’intervento fertilizzante si verifichi la caduta di piogge copiose.
L’impiego di fertilizzanti speciali quali i concimi a lento effetto o a rilascio controllato, nonché l’utilizzo di concimi stabilizzati con inibitori enzimatici, può contribuire alla riduzione dei rischi ambientali connessi all’uso di fertilizzanti.
Autori diversi ritengono che uno dei possibili modi per aumentare l’efficienza d’uso dell’azoto, riducendo al contempo l’impatto ambientale, può essere realizzato tramite l’impiego dei concimi a lento effetto. La possibilità di controllare il rilascio di nutrienti da un concime offre, teoricamente,
diversi vantaggi.
I meccanismi d’azione che regolano la disponibilità degli elementi nutritivi nel tempo di questi concimi sono molto di* CRA-ISNP-Istituto Sperimentale per la Nutrizione delle Piante
** Inabonos S. A-Grupo Roullier Departamento de I D Pamplona
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� Fig. 1 - Concime ricoperto con membrana semipermeabile.
versi tra loro, e dipendono soprattutto dal processo di produzione del concime stesso, come ad esempio la ricopertura
del granulo di concime o l’ottenimento di prodotti a bassa
solubilità quali i prodotti di condensazione dell’urea con diverse aldeidi.
La ricopertura dei granuli di concime, sebbene dispendiosa
e non priva di complessità di ordine tecnologico, si basa su
un’idea molto semplice che consiste nel porre una barriera
tra il concime stesso e l’ambiente esterno. In tal modo, il passaggio degli elementi nutritivi dall’interno del rivestimento
all’esterno può, in relazione alle caratteristiche del materiale impiegato, avvenire con tempi e meccanismi diversi. La
ricopertura può essere realizzata con membrane semipermeabili, materiali a bassa solubilità come l’ureaformaldeide, oli, cere, polimeri, resine, nonché con una pellicola di zolfo.
Tra i concimi ricoperti possono essere individuati i seguenti due gruppi:
– Concimi zolfo ricoperti. Tali concimi vengono ottenuti facendo reagire urea con zolfo fuso. L’impiego dello zolfo come ricoprente ha il duplice vantaggio di essere poco costoso
e di rappresentare un elemento nutritivo essenziale per le
piante. Va tuttavia osservato che sia la porosità dello zolfo
che le imperfezioni esistenti in termini di ricopertura del granulo facilitano l’ingresso dell’acqua all’interno.
– Concimi ricoperti con polimeri e resine (PCF: Polimer Coated Fertilizers). La ricerca industriale ha portato all’individuazione di numerosi polimeri organici che possono essere utilizzati come rivestimento dei granuli di concime. Il pH,
la tessitura del terreno, la salinità, così come l’attività microbiologica del suolo influenzano poco la velocità di rila-
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�FIG. 2 - Composizione chimica
della doppia membrana
�TAB. 1 - Percentuale di azoto (NH4+ + NO3-)
cumulato ottenuta applicando
il metodo di lisciviazione su colonna
in sabbia di quarzo
Formulati/giorni
1
2
3
7
10
20
30
Urea
5
6
8
13
13
15
15
Solfato ammonico
91
Sulfammo MPPA M
1
100 100 100 100 100 100
4
6
7
7
7
7
�TAB. 2 - Frazioni azotate dei formulati
(percentuale di azoto)
Prodotti
scio degli elementi nutritivi, che risulta invece essere sotto
l’influenza della temperatura e dell’umidità del suolo.
Nei concimi ricoperti con doppia membrana Meta®, questa
si ottiene mediante reazione tra una componente inorganica costituita da un sale solubile di calcio e una componente
organica a base di acidi umici estratti da torba.
Dal processo di reazione deriva una struttura cristallina poco solubile in acqua quale ricoprente della matrice organica costituita da acidi umici e calcio ottenendo una doppia
barriera, la prima costituita da acidi umici e calcio, fortemente idrofobica, e la seconda costituita invece dalla membrana cristallina (XOCa. yH2O)n, insolubile in acqua secondo lo schema delle figure1-2.
I legami che si vengono così a stabilire tra la componente organica e quella minerale creano un ambiente altamente idrofobico che garantisce le caratteristiche di lento rilascio del
granulo di concime al suo interno.
LE PROVE SPERIMENTALI
La caratterizzazione della curva di cessione dell’azoto è stata effettuata parallelamente sia nei laboratori del Centro di
Ricerca di Pamplona che dell’Istituto Sperimentale per la
Nutrizione delle Piante secondo le procedure rispettivamente
utilizzate. Per le prove è stato utilizzato il fertilizzante ricoperto con Meta® denominato Sulfammo M-Mppa.
Nella figura 3 vengono riportate le curve di eluizione dell’azoto ottenute presso i laboratori spagnoli mediante il metodo di estrazione sequenziale in acqua a 20 °C. Viene rappresentata la percentuale di azoto rispetto al quantitativo totale di azoto aggiunto come prodotto di formulazione denominato Sulfammo M-Mppa urea, nitrato ammonico e solfato ammonico.
Presso i laboratori dell’Istituto sperimentale per la Nutrizione delle piante è stata ricavata la curva di cessione dell’azoto utilizzando tre diversi metodi sperimentali: un metodo analitico biochimico che prevede la miscelazione del
concime in esame con terreno e sabbia di quarzo e la lisci-
Frazioni
I
II
III
Solfato ammonico
90-100%
–
–
Urea
90-100%
–
–
Sulfammo MPPA M
40-60%
20%
40-20%*
* Funzione della fertilità biologica.
viazione delle forme di azoto minerale ad intervalli di tempo prefissati. Il metodo di estrazione su colonna di sabbia di
quarzo nel quale il concime, mescolato omogeneamente con
sabbia di quarzo e posto in colonna di vetro, viene dilavato
giornalmente con acqua per un determinato periodo di tempo sufficiente a dilavare circa il 90% dell’azoto addizionato.
Il terzo metodo, quello dell’estrazione sequenziale, prevede
l’estrazione dell’azoto mediante addizioni successive di aliquote fisse di acqua fino a quando l’azoto contenuto nel concime sia stato completamente rilasciato.
Parallelamente al rilascio dell’azoto da parte del formulato
ricoperto Sulfammo M-Mppa è stato determinato con le tre
metodologie anche il rilascio di azoto di urea e solfato ammonico, utilizzati come testimoni. Tutte le analisi sono state condotte utilizzando un numero di repliche tale da permettere il trattamento statistico dei dati, il quale tramite
l’applicazione di metodi inferenziali ha consentito di avvalorare quanto affermato.
UN RILASCIO PROGRESSIVO
Nei prodotti condensati, ricoperti ed organici, il lento rilascio dipende fondamentalmente dalla resistenza che il concime offre alla mineralizzazione da parte della biomassa microbica. Alla luce di quanto detto lo studio del rilascio dell’azoto con il metodo biochimico è stato condotto con tre terreni a 3 diversi livelli di fertilità biologica. Il terreno proveniente da Lodi è stato valutato ad alta fertilità biologica,
quello di Como a bassa fertilità biologica, quello di media
fertilità in base ad un insieme di parametri biometrici adeguatamente scelti.
Analizzando i dati di rilascio (Fig. 4) vediamo che l’urea già
dopo la prima settimana di incubazione rilascia l’85% dell’N totale se addizionata al terreno a bassa fertilità, l’89 ed
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�FIG. 3 - Curve di lisciviazione dell’azoto
mediante metodo di estrazione
sequenziale in acqua a 20 °C
�FIG. 4 - Curve di rilascio di N
(NO3 + NH4 + NO2) per i tre terreni
di Como, Pavia e Lodi
120
100
N ril %
80
60
40
urea
solfato ammonico
Sulfammo MPPA
20
0
0
5
10
Settimane
15
20
120
100
N ril %
80
60
40
urea
solfato ammonico
Sulfammo MPPA
20
0
0
5
10
Settimane
15
20
120
RIDOTTA LISCIVIAZIONE
Dai dati riportati in tabella 1 si evince come per il formulato ricoperto, così come per l’urea, il complemento a 100 deve essere letto come frazione di azoto ureico non rilevata dall’analisi.
Come già accennato in precedenza tale metodo sperimentale non si è dimostrato molto utile per questo studio, infatti
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100
80
N ril %
il 94% nei terreni a media ed alta fertilità. Nel caso del solfato ammonico la nitrificazione è stata superiore al 90% sia
nel terreno a bassa che in quello ad alta fertilità.
La fertilità biologica mostra la sua influenza sulla velocità di
cessione dell’azoto da parte del concime ricoperto, che dopo
la seconda settimana di prova rilascia soltanto il 36% dell’azoto addizionato ad inizio prova nel terreno a bassa fertilità,
mentre ne libera il 52% e l’87% rispettivamente nei terreni a
media e bassa fertilità biologica; il restante viene rilasciato
tanto più velocemente quanto maggiore è l’attività microbica
del terreno. Inoltre, soltanto nel terreno ad alta fertilità l’azoto viene rilasciato dopo 16 settimane nella misura del 100%.
I diversi metodi possono fornire in funzione del formulato
considerato informazioni sinergiche. In questo studio ad esempio il metodo dell’estrazione su colonna di sabbia di quarzo,
ha fornito solo risultati parziali relativi alle quote di azoto
già presente in forma minerale nel prodotto in esame. La frazione ureica del fertilizzante infatti non viene rilevata.
60
40
urea
solfato ammonico
Sulfammo MPPA
20
0
0
5
10
Settimane
15
20
nella prova effettuata non è stato possibile determinare nel
lisciviato l’azoto derivante anche dall’urea rilasciata, in quanto i volumi di lisciviato sono stati estremamente ridotti, tanto da non permettere di attuare la reazione di idrolisi enzimatica con ureasi. I risultati forniti, pertanto, si riferiscono
esclusivamente alla somma dell’azoto nitrico, ammoniacale
ed eventualmente nitroso, rilasciati in forma minerale.
La caratterizzazione chimica per estrazione sequenziale invece si adatta bene all’analisi dei formulati ricoperti sia con
zolfo che con membrana
I risultati conseguiti (Fig. 5) dimostrano che mentre l’urea
ed il solfato ammonico contengono azoto prontamente solubilizzabile in acqua fredda, la doppia ricopertura consente
il rilascio graduale dell’azoto contenuto nel Sulfammo MMppa nel tempo.
[ SPECIALE FERTILIZZAZIONE PRIMAVERILE ]
TRE DIVERSE FRAZIONI AZOTATE
Dalla valutazione globale dei risultati è emerso che mentre
l’urea ed il solfato ammonico sono costituiti da un’unica frazione immediatamente disponibile, il concime ricoperto con
doppia membrana Meta®, Sulfammo M-Mppa, sembra presentare fino a 3 diverse frazioni azotate (tabella 2), con tempi di rilascio specifici influenzati dalla fertilità biologica del
suolo al quale viene somministrato.
Questi dati ci permettono di affermare che tali prodotti rappresentano un’alternativa di nuova concezione a disposizione degli agricoltori, per migliorare l’efficacia dell’uso dei fertilizzanti azotati. Questi prodotti, riducendo le perdite di
azoto, permettono di poter continuare a produrre anche in
condizioni di limitazioni, quali ad esempio si trovano all’interno delle zone vulnerabili identificate dalla direttiva nitrati, o di meglio modulare il rilascio dell’azoto permettendo, in talune condizioni agronomiche, di aumentare le rese,
o la qualità dei raccolti.
�FIG. 5 - Curve di rilascio di N-(NO3– + NH4+ +
NO2–) estratto in acqua fredda
applicando il metodo dell’estrazione
sequenziale
120
100
80
N ril %
Utilizzando i dati di rilascio dell’azoto ottenuti mediante la
prova biochimica con il terreno ad alta fertilità biologica,
sono state quindi fatte delle previsioni di rilascio dell’azoto
da parte del Sulfammo M-Mppa, da confrontare poi con i
dati agronomici ottenuti in una sperimentazione fatta in collaborazione con la Regione Piemonte presso l’Azienda agricola di Michelino Appendino, comune di Poirino (To), i cui
risultati non sono ancora definitivi.
60
40
solfato ammonico
urea
Sulfammo MPPA M
20
0
0
20
60
40
Settimane
80
100
Ovviamente il prodotto, una volta caratterizzato, dovrà essere contestualizzato all’ambiente ed alla coltura per fornire il massimo di efficienza agronomica ed ambientale: richiedono cioè un’assistenza tecnica adeguata che permetta
agli agricoltori di utilizzare al meglio tali nuove tipologie di
prodotti.
�
La Bibliografia è a disposizione a richiesta presso gli autori.
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