ABSTRACT

Il progetto ZeoLIFE ha testato un innovativo ciclo integrato delle zeolititi, allo scopo di diminuire l’apporto di fertilizzanti azotati e di acqua irrigua in agricoltura, con la diretta conseguenza di una riduzione dell’inquinamento da nitrati e dell’uso eccessivo delle risorse idriche.

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Scheda a cura del Prof. Massimo Coltorti

STATO DELL'ARTE

Le zeolititi sono rocce che contengono più del 50% di zeoliti, minerali con proprietà chimico-fisiche uniche, come elevata capacità di scambio cationico e disidratazione reversibile. Queste rocce sono in grado di catturare azoto, sotto forma di ammoniaca, dalle soluzioni e di rilasciarlo successivamente alle radici delle piante in modo graduale. Le zeolititi non risentono del dilavamento da parte delle piogge, ma cedono i nutrienti solo a contatto con le radici delle piante, evitando la dispersione dell’azoto nel sistema idrico superficiale e migliorando di conseguenza le rese produttive.

COME SI E'SVOLTO

Gli obiettivi del progetto sono stati:

• protezione delle acque superficiali e di falda dall’inquinamento da nitrati derivati dall’agricoltura intensiva;
• riduzione del carico azotato che viene trasportato nelle sacche lagunari del Delta del Po;
• riduzione della quantità di fertilizzanti chimici usati in agricoltura;
• riduzione della quantità di acqua utilizzata per irrigare;
• riduzione dell’impatto ambientale dei reflui di allevamento;
• miglioramento delle caratteristiche pedologiche e sedimentologiche dei suoli siltoso-argillosi;
• mantenimento di una disponibilità d’acqua nel suolo anche in periodi siccitosi.

Per il loro raggiungimento sono state attivate collaborazioni con realtà industriali del territorio per la realizzazione/validazione/test di

a) sistemi di trattamento di reflui zootecnici utilizzando zeolititi naturali;

b) fertilizzanti e ammendanti innovativi, specifici per l’agricoltura biologica;

c) metodiche di trattamento fogliare di olivi con zeolitite, per la prevenzione degli attacchi della mosca olearia;

d) utilizzo della zeolitite come carrier di sostanze attive corroboranti delle piante.

BENEFICI E RISULTATI

Principali risultati

In un’azienda agricola del comune di Codigoro (FE) è stata sperimentata per tre anni la coltivazione di cereali utilizzando zeolitite sia arricchita in ammonio mediante trattamento con liquami suini che allo stato naturale, confrontandola con coltivazione fatta secondo i metodi tradizionali. Nel primo anno agronomico (sorgo), la parcella trattata con zeolitite caricata ad ammonio e quelle trattate con zeolitite naturale hanno ottenuto rese superiori al controllo rispettivamente del 14 e del 4%, nonostante riduzioni della fertilizzazione rispettivamente del 50 e 30%. Nel secondo anno è stato coltivato mais; a fronte delle medesime riduzioni di fertilizzanti dell’anno precedente e una riduzione irrigua del 50%, le rese sono state superiori del 6% nella parcella con zeolitite caricata e del 20% nelle parcelle con zeolitite naturale. Nel terzo anno è stato coltivato grano duro, le riduzioni di fertilizzanti sono state mantenute e la resa produttiva è risultata superiore fino all’8%.

Attraverso il monitoraggio della qualità delle acque circolanti nel suolo è stata riscontrata una riduzione del contenuto di nitrati che varia dal 17% al 45% nelle parcelle trattate con zeolitite rispetto a quelle di controllo. Una notevole riduzione del contenuto di nitrati è stata osservata anche nelle acque che fuoriescono dal sistema di drenaggio del campo sperimentale. In questo caso è stata ottenuta una diminuzione dei nitrati fino al 64% rispetto alle parcelle di controllo. La zeolitite può essere utilizzata sia allo stato naturale che mediante un processo di trattamento che prevede il suo miscelamento con reflui zootecnici per arricchirla in azoto ammoniacale. L’addizione di zeolitite al suolo agricolo ha dimostrato di poter incrementare la ritenzione dell’azoto ammoniacale ed ha probabilmente influenzato i “percorsi” dell’azoto dal suolo alla pianta, permettendo un migliore efficienza dell’uso della fertilizzazione da parte delle colture e una riduzione globale della concentrazione di nitrato nelle acque superficiali. 

Pubblicazioni scientifiche (libri/articoli su rivista internazionale)

 

Libri

▪ Faccini, B. 2018. Water pollution reduction and water saving using a natural zeolitite cycle. Aracne Editrice. Pp. 184. ISBN 978-88-255-1250-2.

 

Articoli su rivista

▪ Ferretti G., Faccini B., Vittori Antisari L., Di Giuseppe D., Coltorti M., 2019. 15N Natural Abundance, Nitrogen and Carbon Pools in Soil-Sorghum System Amended with Natural and NH4+-Enriched Zeolitites. Applied Sciences 9, 4524; doi:10.3390/app9214524.

▪ Ferretti, G., Di Giuseppe, D., Faccini B., Coltorti, M. 2018. Mitigation of sodium risk in a sandy agricultural soil by the use of natural zeolites. Environ. Monit. Assess. 190, 646.

▪ Ferretti, G., Keiblinger, M.K., Di Giuseppe, D., Faccini B., Colombani, N., Zechmeister-Boltenstern, S., Coltorti, M., Mastrocicco, M. 2018. Short-term response of soil microbial biomass to different chabazite zeolite amendments Pedosphere. 28:277-287.

▪ Faccini, B., Di Giuseppe, D., Ferretti, G., Coltorti, M., Colombani, N., Mastrocicco, M. 2018. Natural and NH4+-enriched zeolitite amendment effects on nitrate leaching from a reclaimed agricultural soil (Ferrara Province, Italy). Nutrient Cycling in Agroecosystems. 110:327-341.

▪ Eslami, M., Khorassani, R., Coltorti, M., Malferrari, D., Faccini, B., Ferretti, G., et al. 2017. Leaching behaviour of a sandy soil amended with natural and NH4+ and K+ saturated clinoptilolite and chabazite. Archives of Agronomy and Soil Science. 64:1142-1151.

▪ Ferretti, G., Keiblinger K.M., Zimmermann, M., Di Giuseppe, D., Faccini, B., Colombani, N., Mentler, A., Zechmeister-Boltenstern, S., Coltorti, M., Mastrocicco, M. 2017. High resolution short-term investigation of soil CO2, N2O, NOx and NH3 emissions after different chabazite zeolite amendments. Applied Soil Ecology. 119:138-144.

▪ Di Giuseppe, D., Melchiorre, M., Faccini, B., Ferretti, G., Coltorti, M. 2017. Effects of middle-term land reclamation on nickel soil-water interaction: a case study from reclaimed salt marshes of Po River Delta, Italy. Environmental Monitoring and Assessment. 189:523. 

▪ Di Giuseppe, D., Melchiorre, M., Bianchini, G., Giurdanella, A., Coltorti, M., Faccini, B., Ferretti, G. 2017. Assessment of heavy metal bioaccumulation in sorghum from neutral saline soils in the Po River Delta Plain (Northern Italy). Environmental Earth Sciences. 76:519. 

▪ Ferretti, G., Di Giuseppe, D., Natali, C., Faccini, B., Bianchini, G., Coltorti, M. 2017. C-N elemental and isotopic investigation in agricultural soils: Insights on the effects of zeolitite amendments. Chemie der Erde - Geochemistry. 77:45-52.

▪ Colombani, N., Di Giuseppe, D., Faccini, B., Ferretti, G., Mastrocicco, M., Coltorti, M. 2016. Estimated Water Savings in an Agricultural Field Amended with Natural Zeolites. Environmental Processes. 3:617-628. 77:45-52.

▪ Colombani, N., Di Giuseppe, D., Faccini, B., Ferretti, G., Mastrocicco, M., Coltorti, M. 2016. Inferring the interconnections between surface water bodies, tile-drains and an unconfined aquifer-aquitard system: A case study. Journal of Hydrology. 537:86-95.

▪ Mastrocicco, M., Colombani, N., Di Giuseppe, D., Faccini, B., Ferretti, G., Coltorti, M. 2016. Abnormal trace element concentrations in a shallow aquifer belonging to saline reclaimed environments, Codigoro (Italy). Rendiconti Lincei. 27:95-104.

▪ Di Giuseppe, D., Ferretti, G., Faccini, B, Blasi, E., Passeri, N., Bianchini, G., Coltorti, M. 2016. Is it possible to cultivate corn in a sustainable way using a quarry waste? Periodico di Mineralogia. 85:179-183.

▪ Di Giuseppe, D., Faccini, B., Melchiorre, M., Ferretti, G., Coltorti, M., Ciuffreda, G., Zago, A., Pepi, S.2015. Yield and quality of maize grown on a loamy soil amended with natural chabazite zeolitite. EQA.17:35-45.

▪ Faccini, B., Di Giuseppe, D., Colombani, N., Mastrocicco, M., Malferrari, D., Coltorti, M., Ferretti, G.2014. Column leaching experiments on ammonium charged zeolitite. EQA. 14: 43-52.

▪ Colombani N., Mastrocicco M., Di Giuseppe D., Faccini B., M. Coltorti M., 2014. “Variation of the hydraulic properties and solute transport mechanisms in a silty-clay soil amended with natural zeolites”. CATENA 123, 195-204.

▪ Colombani, N.; Di Giuseppe, D.; Faccini, B., Mastrocicco M., Coltorti, M., 2016. Formation and dissolution of salt crusts as a rapid way of nitrate mobilization in a tile-drained agricultural field under a temperate climate. Arab J Geosci (2016) 9:463. (DOI 10.1007/s12517-016-2473-z).

▪ Faccini B., Di Giuseppe D., Colombani N., Mastrocicco M., Malferrari D., Coltorti M., Ferretti G. (2014). “Column leaching experiments on ammonium charged zeolitite”. EQA 14, 43-52.

▪ Campisi, T., Abbondanzi, F., Faccini, B., Di Giuseppe, D., Malferrari, D., Coltorti, M., Laurora, A., Passaglia, E. (2016). Ammonium-charged zeolitite effects on crop growth and nutrient leaching: greenhouse experiments on maize (Zea Mays). CATENA 140, 66-76.

▪ D. Di Giuseppe, Faccini B., M. Mastrocicco, N. Colombani, M. Coltorti (2014). Reclamation influence and background geochemistry of neutral saline soils in the Po River Delta Plain (Northern Italy). ENVIRONMENTAL EARTH SCIENCES 72, 2457-2473.

▪ Faccini B., Di Giuseppe D., Colombani N., Mastrocicco M., Coltorti M. (2013). “Beyond the WFD in Lowland Soils: Zeolife, a Project to Minimize Livestock Effluents”. Proceedings of EWRA 8th International Conference, 1225-1230.

▪ Di Giuseppe, D., Faccini, B., Mastrocicco, M., Colombani, N., Coltorti, M., Ferretti, G. 2013.Geochemical assessment of the unconfined aquifer in a recently reclaimed wetland area: a case study from the Po river delta. EQA. 10:37-49.

▪ Mastrocicco M., Colombani N., Di Giuseppe D., Faccini B., Coltorti M., 2013. “Contribution of the subsurface drainage system in changing the nitrogen speciation of an agricultural soil located in a complex marsh environment (Ferrara, Italy)”. AGRICULTURAL WATER MANAGEMENT 119, 144-153.

▪ Malferrari D., Laurora A., Brigatti M. F., Coltorti M., Di Giuseppe D., Faccini B., Passaglia E., Vezzalini M. G., 2013. “Open-field experimentation of an innovative and integrated zeolitite cycle: project definition and material characterization”. RENDICONTI LINCEI. SCIENZE FISICHE E NATURALI 24, 141-150.

 

Brevetti

Brevetto n°102013902219622: IMPIANTO PER TRATTARE SOSTANZE ORGANICHE E PER REALIZZARE UN FERTILIZZANTE

L’invenzione è un impianto per trattare sostanze organiche derivanti da rifiuti, scarti, decomposizioni per la realizzazione di un materiale fertilizzante a rilascio lento e controllato di azoto ammoniacale che consente un’azione selettiva che presenta vantaggi, con riferimento agli impianti già in uso, in termini di costi e efficacia.

 

Brevetto n°102013902169703: METODO PER TRATTARE SOSTANZE ORGANICHE E PER REALIZZARE UN FERTILIZZANTE

L’invenzione consiste in un metodo economico ed efficace per trattare reflui in forma liquida (es: acque reflue, reflui zootecnici e digestati da impianti biogas), che consente di ridurre in modo significativo la concentrazione di azoto ammoniacale in questi ultimi e che allo stesso tempo permette di realizzare un materiale fertilizzante per terreni agricoli o substrati di coltivazione. Tale metodo presenta svariati vantaggi rispetto ai metodi tradizionali in termini economici, agronomici ed ambientali.