From waste to fertilizer : evaluation of waste and waste-derived materials as nutrient and safety source in agriculture

The deficiency of one of the most important natural resources, the plant nutrient phosphorus (P), will be soon a significant global problem; “fossil” P reserves can be renewed only on a time scale of millions of years and its supplies are expected to be depleted within the next 40 years. The only long-term solution to this challenge is the recycling of P. The objective of this research was to determine the accuracy of different methods to assess P content and availability in different types of P fertilizers in the soil and in the plants with efficient approaches. The fertilizers were obtained from various resources including municipal Sewage sludge (MSS) biochars, meat and bone meal (MBM), animal manure and their respective biochars. A plant experiment is the most reliable procedure to reach this aim but it is cost and time consuming; for that reason, we tested plant-independent conventional and novel alternative methods to test P availability (Calcium Acetate – calcium Lactate (CAL), Olsen, and the Diffusive Gradients in Thin films (DGT)). We did a comparison between a pot trial in the greenhouse (Secale cereale, 6 weeks in 1 kg soil with 100mgP/kg added) and the soil P availability tests to investigate which soil test gave the best correlation with plant growth. The correlation between the plant biomass increase (g) and the concentration of P (µg/l) at the interface between soil and diffusive layer (CDGT) shows a good fitting between the data. The results allow us to say that DGT is the most suitable method to measure P availability in soil. The current work is concerned with the appraisal of potential contaminants, as heavy metals, from the recycled fertilizers to the plant and to the soil.

Il Fosforo (P) rappresenta una delle sostanze nutritive più importanti per tutte le specie vegetali; per tale motivo, l´attuale carenza delle sue riserve rappresenta un ingente e imminente problema globale. Le rocce fosfatiche costituiscono la scorta principale sulla Terra che è limitata e rinnovabile solo su un periodo temporale di milioni di anni; per cui, continuando ad estrarre il Fosforo, ci si aspetta che tali miniere si esauriscano nei prossimi 40 anni. L´unica soluzione sostenibile ed allo stesso tempo, a lungo termine, è il riciclaggio di questo fondamentale macronutriente. L´obiettivo di questo lavoro è stato quello di testare la precisione di diversi metodi per la quantificazione del contenuto e della disponibilità del Fosforo sia nel terreno che nelle piante, da parte di differenti fertilizzanti. I fertilizzanti utilizzati sono stati recuperati da svariate risorse come le biochars dei fanghi di depurazione comunale, le farine di carne ed ossa e le biochars ottenute dagli escrementi animali. Monitorare direttamente la crescita delle piante in una serra rappresenta il miglior approccio per raggiungere tale scopo, ma allo stesso tempo è anche la soluzione più costosa sia da un punto di vista pecuniario che di tempo (minimo 6 settimane); per questa ragione, abbiamo voluto testare dei metodi alternativi, convenzionali (metodo di estrazione ´Calcium Acetate Lactate method´ e ´Olsen´) ed innovativi (DGT, Gradiente Diffusivo degli strati sottili), per la misura dell´accessibilità del Fosforo in un modo più immediato ma efficiente. Quindi, abbiamo deciso di svolgere un esperimento in serra con la crescita della Secale cereale in vaso (fatta crescere per 6 settimane in 1 kg di terreno con l’aggiunta attraverso fertilizzante di 100 mgP/kg) e successivamente di confrontare i risultati della crescita della biomassa con quelli degli altri tests investigati. Dal confronto è stato possibile stabilire quale tra quest´ultimi avesse la miglior correlazione con la crescita delle piante. La concentrazione di P rilevata all’interfaccia tra il terreno e lo strato diffusivo del DGT (CDGT) mostra una buona corrispondenza con l’incremento della biomassa (g). Tali esiti ci permettono di affermare che il metodo degli strati diffusivi è il più appropriato per misurare la disponibilità di P nel terreno. Il lavoro attuale si concentra sulla valutazione di un’eventuale contaminazione, per esempio da metalli pesanti, rilasciata dai fertilizzanti riciclati da residui, sia nel terreno che nella pianta.