Le ricerche sono rivolte allo studio degli aspetti chimici e
biochimici della sostanza organica (SO) di suoli, fertilizzanti a base organica, ammendanti compostati (compost), biomasse di riciclo e rifiuto, con
particolare riferimento alla caratterizzazione delle sostanze
umiche e umo-simili, a fini agronomici e ambientali e alla messa a
punto di metodi analitici. L'obiettivo principale è quello di
approfondire le conoscenze chimico-strutturali e funzionali della
SO nei confronti degli elementi nutritivi, con attenzione anche alle sostanze indesiderate inorganiche (metalli pesanti, cromo in particolare) e organiche. Le tecniche analitiche
utilizzate sono fra le più avanzate, fra le quali, la cromatografia
(CE, IEF, SEC-PAGE), la potenziometria, la termogravimetria (TG) e
la termico differenziale (DTA), le spettroscopie infrarossa
(DRIFT), di risonanza magnetica nucleare (1H-, 13C-, 31P-NMR) e
Raman-SERS, nonchè l'analisi spettrometrica degli isotopi stabili
13C e 15N.
Le ricerche sulla sostanza organica (SO) del suolo e fertilizzanti riguardano la caratterizzazione chimico-strutturale
del carbonio (C) organico e delle sostanze umiche del terreno,
umiche ed umo-simili dei fertilizzanti e di biomasse di scarto e di
rifiuto (reflui zootecnici, fanghi, compost), la determinazione
della stabilità e maturità e la valutazione dei processi di
umificazione.
La notevole complessità strutturale
della sostanza organica di diversa origine (vegetale,
animale, mista), impone la necessità di affrontare lo studio con un approccio
multispettrale che preveda l'uso di tecniche analitiche diverse e
fra loro complementari.
In relazione alla tipologia di SO da
studiare (sostanze umiche e umo-simili) e all'obiettivo da
perseguire, si utilizzano tecniche elettroforetiche (CE), cromatografiche (SEC-PAGE),
termogravimetriche (TG) e termodifferenziali (DTA),
potenziometriche (determinazione dei gruppi funzionale e calcolo
del pK medio) e spettroscopiche DRIFT, Raman-SERS, 1H-, 13C-
31P-NMR.
Le ricerche hanno consentito la messa a punto protocolli
analitici già ufficializzati per la "Determinazione del C organico
totale e di quello umificato nei fertilizzanti" (G.U. 26.01.01 n.
21), la "Determinazione del grado di racemizzazione nei
fertilizzanti" mediante elettroforesi capillare, il "Riconoscimento
di torbe, leonarditi e ligniti nei fertilizzanti" e la
"Determinazione delle masse molecolari nominali (NMW) < 10.000
Da nei fertilizzanti a base di proteine idrolizzate" (G.U. 19.09.02
n. 220), nonché l'"Identificazione della presenza di sangue nei
fertilizzanti" (G.U. 21.05.03 n. 116).
Particolare attenzione è rivolta alla caratterizzazione di biomasse di origine
agroindustriale per la produzione di fertilizzanti fluidi con
proprietà biostimolanti da impiegare sull'apparato fogliare e/o in
fertirrigazione. In questo contesto sono valutate anche le
proprietà fotoinduttrici degli idrolizzati su alcune molecole
modello per valutarne la capacità fotosensitivizzante.
La
possibilità di utilizzare in agricoltura fertilizzanti capaci di
modulare il rilascio dell'azoto (N) nel suolo in funzione delle
esigenze nutritive delle piante è un argomento di grande interesse
agronomico e ambientale per le ben note ripercussioni che la
lisciviazione dei nitrati può avere sulla qualità delle acque
superficiali e di falda. Da qui l'impiego di concimi organici e la
produzione a livello industriale di concimi azotati a lento
rilascio sia d'origine sintetica che naturale. Per evitare errori
nell'impiego di questi concimi è fondamentale conoscere modalità e
velocità di rilascio dell'N nel terreno in forme disponibili
(ammoniacale e nitrica) per le piante. Concetti di per sé molto
chiari, ma al momento assai poco noti per le implicite difficoltà
di lavorare con un sistema molto complesso ed eterogeneo com'è il
sistema suolo-pianta, a causa dell'elevato numero di variabili da
considerare. Resterebbe in ogni caso del tutto velleitario voler
preparare un razionale piano di concimazione mirato impiegando
concimi contenenti N organico, naturale o di sintesi, senza questo
tipo d'informazione di base.
Le ricerche volte alla misura di
cinetica di mineralizzazione di fertilizzanti di diversa natura
viene condotta utilizzando sia la “mineralizzazione netta” sia la
“mineralizzazione lorda”. In particolare la seconda tecnica della
mineralizzazione lorda o “gross mineralisation” prevede l'impiego
dell'isotopo stabile dell'N (15N) che consente di fare misura
quantitative estremamente accurate utilizzando un analizzatore
elementare accoppiato alla massa isotopica (15N e 13C). Le curve di
mineralizzazione ottenute in ambiente controllato utilizzando una
tecnica standardizzata sono di grande utilità agli agricoltori per
ottimizzare (razionalizzare) al massimo l'impiego dei prodotti. La
presenza di metalli pesanti nelle biomasse di scarto rappresenta
uno dei problemi maggiori per il loro impiego in agricoltura.
La
valutazione della bioaccessibilità (biodisponibilità) degli elementi nel sistema
suolo-pianta è l'aspetto principale, al di là del loro contenuto totale.
L'approccio sperimentale riguarda i criteri per valutare il grado
di estraibilità dei metalli durante i processi di
maturazione/stabilizzazione dei materiali organici. Per le biomasse
contenti cromo (Cr), tenuto conto della pericolosità del CrVI,
particolare attenzione è stata rivolta alla messa a punto di un
test rapido per la determinazione del potere ossidante del terreno
nei confronti del Cr trivalente e la Determinazione del CrVI nei
fertilizzanti organici (G.U. 21.05.03 n. 116). Ulteriori ricerche
saranno rivolte al recupero e alla valorizzazione di sottoprodotti
del ciclo conciario, dell'agroindustria nell'ottica dell'economia circolare.
