Università Cattolica del Sacro Cuore

3. Funzionamento del suolo e agroecosistemi multifunzionali

Gli organismi del suolo sono una parte integrante degli agroecosistemi, tuttavia la loro attività e la loro diversità funzionale sono ancora poco considerate all’interno delle strategie di gestione dell’agroecosistema. Le pratiche di gestione del suolo, alterano la biomassa, la struttura e le funzioni della comunità microbica del suolo. I sistemi colturali poliennali e quelli conservativi, alterando quantità e qualità degli input al suolo di C e nutrienti, hanno il potenziale di promuovere interazioni positive tra pianta e suolo e tra pianta e microrganismi (Fig.1). Le relazioni tra diversità microbica e funzioni e servizi ecosistemici (come espressione della multifunzionalità degli agroecosistemi) devono essere ancora appieno comprese all’interno della scienza degli agroecosistemi. Diverse sono le evidenze empiriche che mostrano come negli ecosistemi terrestri qualsiasi perdita di diversità microbica può ridurre la multifunzionalità attraverso un impatto negativo nella fornitura multipla di servizi ecosistemici quali la regolazione del clima e la produttività primaria.  Tuttavia, il contributo delle pratiche agronomiche al funzionamento dell’ecosistema suolo deve essere ancora completamente esplorato lungo un gradiente di intensificazione di uso del suolo agricolo. Nel nostro gruppo di ricerca adottiamo un approccio interdisciplinare che integra concetti di ecologia microbica, biochimica del suolo e agronomia applicata. Questo approccio adotta principi e pratiche dell’ intensificazione ecologica e in ultima analisi può promuovere attraverso una gestione mirata delle relazioni pianta-suolo-microorganismi la multifunzionalità degli agroecosistemi. La domanda di ricerca principale è “Una gestione mirata della comunità microbica del suolo può aiutare a massimizzare il contributo dei processi biologici del suolo alla multifunzionalità degli agroecosistemi?”

Immagini delle attività di ricerca


Obiettivi

  1. Studiare l’attività biochimica e la diversità microbica degli hot spots e degli hot moments del sistema suolo-pianta di sistemi colturali poliennali e conservativi (Fig.2);
  2. Individuare il potenziale delle interazioni pianta-microrganismi associate ai cicli biogeochimici degli elementi (CNP) (Fig.1);
  3. Sintetizzare il contributo dei processi microbici del suolo alla multifunzionalità degli agroecosistemi (servizi ecosistemici multipli e produzione primaria);
  4. Sviluppare e applicare indicatori microbiologici e tecniche di analisi multivariata (Fig.3) per identificare i punti di ingresso per la gestione mirata dell’agroecosistema a livello di pianta, suolo e microbiota;
  5. Applicare principi e pratiche dell’intensificazione ecologica ai suoli e trovare nuove strategie per lo sfruttamento mirato dei processi biologici del suolo.

Attività sperimentali

Campi sperimentali in corso che comparano:

  1. differenti tipologie di lavorazione del terreno (area di ricerca 2);
  2. tecniche di agricoltura conservativa e convenzionale (area di ricerca 2) (Fig.4);
  3. pratiche agronomiche per la dismissione e la riconversione a terreno arativo di terreni coltivati con colture poliennali (area di ricerca 2);
  4. canapa e colture da biomassa poliennali in terreni marginali e contaminati (aree di ricerca 4 e 9) (Fig.5);

Analisi del suolo

  • Attività metabolica della comunità microbica: MicrorespTM e attività enzimatiche (Fig.7)
  • Struttura della comunità microbica: PLFA e sequenziamento 16sDNA
  • Biomassa microbica (fumigazione-estrazione con CHCl3, quantificazione high- throughput del dsDNA)
  • Sistema portatile e automatizzato per la misura dei flussi di GHG dal suolo (CO2, N2O, CH4)
  • Forme organiche e inorganiche di N e P del suolo
  • Analisi elementare (CNP) di campioni di suolo e biomassa

Progetti

» HEDGE-BIOMASS - Cultivation of biomass crops along buffer strips
finanziato dal Ministero per le Politiche Agricole, Alimentari e Forestali – MIPAAF (2012-2016)

» GRACE - GRowing Advanced industrial Crops on marginal lands for biorEfineries
finanziato da H2020-BBI (2017-2021)

» CABIOS - Conservation Agriculture and BIOenergy buffer Strips for water and soil quality improvement
finanziato da PSR 2014-2020 Emilia Romagna– Misura 16.1.01  (2017-2019)

» FarmCO2Sink - C sequestration and GHG emissions reduction at farm level
finanziato da PSR 2014-2020 Emilia Romagna– Misura 16.1.01 (2018-2020)

» Biorest - La strategia per restituire alla città nuovi spazi verdi
finanziato dal programma LIFE (2017-2019)

Gruppo di lavoro

Stefano Amaducci
Professore Associato
stefano.amaducci@unicatt.it

Andrea Ferrarini
Postdoc

andrea.ferrarini@unicatt.it

Flavio Fornasier
Ricercatore
CREA - Gorizia

flavio.fornasier@crea.gov.it

Enrico Martani
Dottorando

enrico.martani@unicatt.it

Pubblicazioni

  • Ferrarini A, Bini C, Amaducci S (2017). Soil and ecosystem services: Current knowledge and evidences from Italian case studies. Applied Soil Ecology, doi: 10.1016/j.apsoil.2017.06.031.
  • Ferrarini, A., Fornasier, F., Serra, P., Ferrari, F., Trevisan, M., Amaducci, S. (2017). Impacts of willow and miscanthus bioenergy buffers on biogeochemical N removal processes along the soil-groundwater continuum. GCB Bioenergy 9, 246–261. doi:10.1111/gcbb.12340.
  • Alberti, G., Nock, C., Fornasier, F., Scherer-Lorenzen, M., De Nobili, M., Peressotti, A., ... & Bauhus, J. (2017). Tree functional diversity influences belowground ecosystem functioning. Applied Soil Ecology, 120, 160-168.
  • Bardelli, T., Gómez-Brandón, M., Ascher-Jenull, J., Fornasier, F., Arfaioli, P., Francioli, D., ... & Pietramellara, G. (2017). Effects of slope exposure on soil physico-chemical and microbiological properties along an altitudinal climosequence in the Italian Alps. Science of The Total Environment, 575, 1041-1055.
  • Fornasier, F., Ascher, J., Ceccherini, M. T., Tomat, E., & Pietramellara, G. (2014). A simplified rapid, low-cost and versatile DNA-based assessment of soil microbial biomass. Ecological Indicators45, 75-82.
  • Bragato, G., Fornasier, F., & Brus, D. J. (2016) Characterization of soil fertility and soil biodiversity with dsDNA as a covariate in a regression estimator for mean microbial biomass C. European Journal of Soil Science67(6), 827-834.
  • Ferrarini A, Fornasier F, Bini C (2014) Development of a Soil Health Index based on the ecological soil functions for organic carbon stabilization with application to alluvial soils of northeastern Italy. In: Sustainable agroecosystems in climate change mitigation (ed. Oelbermann M), pp. 163–184. Wageningen Academic Publishers, The Netherlands
  • Cowie, A. L., Lonergan, V. E., Rabbi, S. F., Fornasier, F., Macdonald, C., Harden, S., ... & Singh, B. K. (2014). Impact of carbon farming practices on soil carbon in northern New South Wales. Soil Research51(8), 707-718.
  • Galvez, A., Sinicco, T., Cayuela, M. L., Mingorance, M. D., Fornasier, F., & Mondini, C. (2012). Short term effects of bioenergy by-products on soil C and N dynamics, nutrient availability and biochemical properties. Agriculture, ecosystems & environment160, 3-14.

Poster a congressi internazionali

  • Ferrarini A, Martani E, Fornasier F, Amaducci S. Soil organic P and microbial functional diversity as affected by perennial energy crops. 6th International Symposium on Soil Organic Matter, 3-7 September 2017, Harpenden, United Kingdom.
  • Ahmadi K, Zarebanadkouki M, Ahmed MA, Ferrarini A, Kuzyakov Y, Kostka SJ, Carminati A (2017) Rhizosphere engineering: Innovative improvement of root environment. Rhizosphere, 3.
  • Ferrarini A, Fornasier F, Almagro M, Amaducci S. Stoichiometric and litter quality effects on microbial communities along the decay continuum of perennial energy crops. 6th International Symposium on Soil Organic Matter, 3-7 September 2017, Harpenden, United Kingdom.
  • Ferrarini A, Santelli S, Fiorini A, Tabaglio V, Amaducci S, Fornasier F. Enzymatic activities and microbial biomass as affected by glyphosate under conservation and conventional agriculture. Enzymes in the Environment Conference 2016, July 24-28, 2016, Bangor, Wales
  • Ferrarini A, Tabaglio V, Amaducci S, Fornasier F. High-throughput spectrophotometric assay of potential soil nitrate reductase activity. Enzymes in the Environment Conference 2016, July 24-28, 2016, Bangor, Wales
  • Ferrarini A, Fornasier F, Trevisan M, Amaducci S. Linking enzymatic activities to leaf litter decomposition of perennial energy crops (PECs). Enzymes in the Environment Conference 2016, July 24-28, 2016, Bangor, Wales
  • Ferrarini A, Amaducci S, Fornasier F, Quiquampoix H. Measurement of total and extractable enzyme activity from soil and decomposing litter. Enzymes in the Environment Conference 2016, July 24-28, 2016, Bangor, Wales
  • Ferrarini A, Amaducci S, Kuzyakov Y. Rhizodeposition and priming effect in switchgrass (Panicum virgatum L.) as revealed by 14C pulse labelling and 3-source-partitioning approach. 5th International Symposium on Soil Organic Matter, September 20-24, 2015, Goettingen, Germany