Evaluation of different organic matrices used as fertilizers in open fild horticulture: production and environment approach

Intensive agriculture has caused social and environmental problems worldwide over the past few decades and sustainable agriculture represents an important alternative to solve this problem. Organic fertilization with municipal solid waste (MSW) compost and anaerobic digested residues (ADRs) in horticulture offers an important step towards sustainability. On the other hand, nitrogen use efficiency (NUE) knowledge helps to better adjust N-base fertilization in order to prevent environmental problems. In addition, CO2 released by the crop production process (CO2CPP), CO2 fixed in soil (CO2Soil), CO2 fixed in dry marketable yield (CO2MY) and CO2 balance are valuable information that demonstrate opportunities for horticulture to mitigate climate change. Two experiments were conducted using ADRs and MSW-compost as fertilizers in two crop rotations: the first one from 2009 to 2011 and the second one from 2007 to 2011, both at the experimental farm of the University of Padua in Italy. Five fertilization treatments were evaluated in both experiments, with a mineral control and an unfertilized control. For ADRs, three treatments were included in which 50, 75 and 100% of the N (T50, T75 and T100) was supplied with this organic matrix. For the second experiment, the three treatments included were T50, T100 and T200, in which 50, 100 and 200% of the N was supplied by MSW-compost. NUE was calculated for all crops and rotations in both experiments. CO2CPP, CO2Soil , CO2MY and CO2 balance were ascertained for the crops and rotations growing with the MSW-compost. Finally, the soil’s organic carbon and total nitrogen were determined in plots fertilized over a five year period with MSW-compost in both rotations. ADRs and MSW-compost are valuable organic materials that can be used as fertilizers in horticulture. Some results obtained are: 1) for early spring crops, a combination of 50% organic and 50% chemical N represents a good fertilization option. For example, onions growing with MSW-compost presented a low N recovery (REC) and were fertilized with high doses of N, this represents a high risk of N leaching, T50 presented the highest marketable yield and REC for that crop. 2) For summer crops, high temperatures during the crop cycle influenced the trend of similar REC for all ADR treatments; moreover, T100 presented the highest marketable yield for butterhead and iceberg lettuces in 2010. 3) For some fall-winter crops, ADR and MSW-compost treatments did not show REC as much as the mineral treatment, mainly because of the closeness of the fertilization and the transplanting times (i.e., applying organic fertilizers some weeks before transplanting can improve organic N availability.) However, T50 had the highest N-uptake and REC for late radicchio 2010 fertilized with ADRs and chicory 2011 growing with MSW-compost. 4) On the other hand, in the plots fertilized with MSW-compost, T100 enhanced soil’s organic carbon and total nitrogen. Crop rotation helped to improve C:N, rotation A presented the higher content SOC. 5) Finally, T50 fixed the highest amount of CO2MY in both rotations. Treatment T200 was less sustainable because of the higher CO2CPP and the lower CO2Balance. Rotation A fixed more CO2Soil than rotation B.

L’agricoltura intensiva ha causato negli ultimi decenni problemi sociali e ambientali in tutto il pianeta e l’agricoltura sostenibile rappresenta un’importante alternativa per risolvere questo problema. La fertilizzazione organica in orticoltura con compost da Rifiuti Solidi Urbani (RSU) e i Residui della Digestione Anaerobica (RDA) costituisce un importante passo verso la sostenibilità. D’altra parte, la conoscenza dell’Uso Efficiente dell’Azoto aiuta a realizzare una migliore fertilizzazione azotata, al fine di prevenire problemi ambientali. Inoltre la CO2 emessa dalle operazioni colturali, CO2 fissata nel suolo, CO2 fissata nella coltura e il bilancio di CO2 sono importanti informazioni che mostrano le potenzialità dell’orticoltura in ordine alla riduzione del cambiamento climatico. Due esperimenti sono stati eseguiti utilizzando compost-RSU e RDA come fertilizzanti in due rotazioni di coltivazioni: il primo dal 2009 al 2011 e il secondo dal 2007 al 2011, entrambi presso l’azienda sperimentale dell’Università di Padova in Italia. Cinque trattamenti sono stati valutati in entrambi gli esperimenti, con un controllo minerale e uno senza fertilizzazione. Per i RDA, sono stati inclusi tre trattamenti nei quali 50, 75 e 100% dell’azoto (T50, T75 and T100) proveniva da questa matrice di origine organica. Per il secondo esperimento i tre trattamenti sono stati T50, T100 e T200, nei quali 50, 100 e 200% dell’azoto proveniva da compost-RSU. L’uso efficiente dell’azoto è stato calcolato per tutte le colture e rotazione in entrambi gli esperimenti. La CO2 emessa dalle operazioni colturali, la CO2 fissata nel suolo, la CO2 fissata nella coltura e il bilancio di CO2 sono stati calcolati per tutte le colture e rotazione per l’esperimento col compost-RSU. RDA e compost-RSU sono importanti matrici organiche utilizzabili come fertilizzanti in orticoltura. Alcuni risultati ottenuti: 1) per colture primaverili precoci, la combinazione di 50% organico e 50% N chimico rappresenta una buona possibilità di fertilizzazione. Per esempio la cipolla coltivata con compost-RSU ha presentato un leggero recupero di N, inoltre è stata fertilizzata con alte quantità di N e questo rappresenta un rischio di lisciviazione. 2) Per colture estive, le alte temperature durante il ciclo colturale hanno influenzato una tendenza di uguale recupero di N per tutti i trattamenti con RDA; inoltre, T100 ha presentato la resa più alta per lattuga cappuccia e lattuga iceberg nel 2010. 3) Per alcune colture autunnali-invernali, i trattamenti RDA e compost-RSU non hanno presentato recupero di N come il trattamento minerale, principalmente parchè la fertilizzazione è stata effettuata in prossimità del trapianto (ad esempio fertilizzare con matrici organiche alcune settimane prima del trapianto migliora la disponibilità di N). Tuttavia T50 ha presentato un alto assorbimento dell’azoto e un alto recupero di N per radicchio 2010 fertilizzato con RDA e per cicoria 2011 coltivata con compost-RSU. 4) D’altra parte nelle parcelle fertilizzate con compost-RSU, T100 ha assicurato carbonio organico e N totale nel suolo. La rotazione di colture aiuta a migliorare il rapporto C:N. La rotazione A ha presentato il più alto contenuto di carbonio organico. 5) Finalmente, T50 ha fissato la quantità più alta di CO2 nella coltura in entrambe le rotazioni. Il trattamento T200 è stato il meno sostenibile per la maggiore CO2 emessa dalle operazioni colturali e il minore bilancio di CO2. La rotazione A ha fissato più CO2 nel suolo che la rotazione B.