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Claudio Ciavatta

Professore ordinario

Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-Alimentari

Settore scientifico disciplinare: AGR/13 CHIMICA AGRARIA

Temi di ricerca

Parole chiave: Chimica e biochimica suolo Fertilità del suolo Fertilizzanti Sostanza organica Sostanze umiche Fertilizzanti a base organica Uso e riciclo biosolidi agroindustriali Efficienza d'uso dei nutrienti (NUE) Mineralizzazione azoto organico I fosfati Il cromo nel sistema suolo-pianta

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.