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Bassan, Antonio (2012) New organic materials alternative to peat for a sustainable nursery and horticulture production. [Tesi di dottorato]

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Abstract (inglese)

Due to its favorable physico-chemical characteristics, peat is the most important material used in substrate mixes. Increasing attention to environmental issues and to sustainability of agricultural activities and increasing peat price have risen interest to alternative materials. Some agro-industrial biomasses can be used valorizing a possible waste. Among these, rice hulls are a by-product easily available in large amounts. It is used in substrates to improve air pore space and it was demonstrated that it is a proper perlite alternative. Anaerobic digestion residues may be used in agriculture as amendment or as fertilizer because generally have high organic matter and nutrient content.
The aim of this study vas to evaluate the effect rice hulls and anaerobic digestion residues of vegetal biomasses in substrates as partial or total substitute for peat. This study considered the physical, chemical and agronomical characterization of different substrates for transplant production, rooting cuttings production, potted ornamentals growth and for direct rooting a cultivation of potted ornamentals.
In each experiment, four substrates were prepared substituting peat with increasing rate of 2 mm ground rice hulls (GRH) (0, 33, 67 and 100% respectively). Four more substrates were prepared with the same proportions but adding 20% by volume of anaerobic digestion residues of vegetal biomasses (ADR). In the potted ornamentals experiment 8 more substrate were prepared using whole rice hulls.
Physical characterization pointed out that air pore space often resulted excessive with high GRH percentages reducing water holding capacity and its components. Anaerobic digestion residues slightly increased some of these latters parameters.
The increase of GRH generally reduced cation exchange capacity, total nitrogen content, nitrate nitrogen, Ca and Mg content and increased those of P and K. GRH may have caused nutrient disequilibrium but ADR addition increased nutrient level in all substrates.
Agronomic evaluation on 'Jack' tomato, Salvia officinalis, Salvia splendens 'Maestro' and Begonia semperflorens 'Super Olympia Red' transplants pointed out that increasing GRH content on substrates generally did not affected tomato and S. officinalis growth but reduced two flower species. ADR addition, instead, increased all plants growth. This responce is probably due to lower physical properties of substrates with increasing rate of GRH and to higher sensitiveness to water stress of two flower species.
A new cultivation experiment was carried out using 'Jack' tomato seedling under three different water managements (225 e 450 ml d-1 per tray and 900 ml 2d-1 per tray). In this case watering with 450 ml d-1 allowes higher tomato seedling growth.
Rosa ×hybrida 'La sevillana' and Pelargonium hederifolium 'Ville de Paris' cuttings were rooted under mist. Two sampling were performed on rose while only one on geranium due to faster rooting. Since the first sampling, rose cutting rooting was negatively affected by increasing GRH content in substrates. In the final sampling the negative effect was stronger on SPAD values and fresh and dry matter of some organs of cutting. Once again ADR addition allowed better performaances. On the contrary, geranium cuttings were not affected by GRH rate in the substrates but was negatively affected by ADR addition.
In the potted ornamental experiment Pelargonium hederifolium 'Ville de Paris' and Rosa ×hybrida 'La sevillana' were also used. Many geranium parameters were affected by “GRH × ADR” interaction. Fresh and dry root weight increased along with the increase of GRH expecially in substrates with 33 and 67% without ADR. Substrates with GRH and without ADR had poorer physical properties and this may have stimulated higher root number. All the other vegetative parameters decreased increasing GRH content in the substrates. GRH grinding slightly reduced negative effect of increasing GRH content probably because of better physical properties. Geranium plants grown better in control substrates or in substrates with peat and ADR. Rose growth had the same decreasing trend observed in geranium with increasing GRH content but it resulted more tolerant to partial peat substitution.
Direct rooting and cultivation was done with Rosa ×hybrida 'Tilt Meillandina'. In this case slightly decreasing values of different parameters were observed increasing GRH content in substrates with higher rate of GRH not fertilized with ADR. With the exclusion of plants grown on substrate with 67 and 100% GRH ADRE-free, results obtained in the other substrates generally did not differ from those observed in the peat control substrate. However, the good result obtained during cultivation phase were remarkably reduced by rooting percentage and commercial pot percentage obtained in 100% GRH and in substraints containing ADR.
In conclusion GRH addition generally decreased water availability increasing air pore space outlining the necessity to change watering strategy and modified chemical characteristic altering nutritional balance. ADR addition instead generally confirmed it good potential as fertilizer for substrates. Under practical aspect peat substitution with rice hulls seems possible to grow some vegetable transplant (tomato and Salvia officinalis) and rooting cuttings (geranium) but its use is not suggested for sensitive ornamentals with longer growing cycle (Salvia splendens, Begonia semperflorens and rose). Partial peat substitution with GRH is possible in potted cultivation especially for rose. ADR addition resulted useful for seedling transplants and potted ornamentals production but not for rooting substrate of geranium.

Abstract (italiano)

La torba, grazie alle sue favorevoli caratteristiche chimico-fisiche, è il materiale più utilizzato nella preparazione delle miscele di substrati ma la crescente sensibilità verso la salvaguardia ambientale e la sostenibilità delle produzioni agricole hanno sollevato alcune problematiche di ordine ambientale ed economico. Per questi motivi si è osservato un crescente interesse nell’individuare materiali che possano anche parzialmente sostituire la torba garantendo però gli standard qualitativi richiesti per i substrati. Alcune biomasse di scarto dell’attività agro-industriale potrebbero essere impiegate allo scopo, come ammendanti o fertilizzanti nei substrati di coltivazione, diventando così una potenziale nuova risorsa. Tra queste la lolla di riso è un materiale facilmente disponibile in quantità consistenti. Questo sottoprodotto aumenta la porosità dei substrati ed è stato dimostrato essere un valido sostituto della perlite. I digestati anaerobici invece possono essere utilizzati in agricoltura come fertilizzanti o ammendanti perché generalmente presentano un elevato contenuto di elementi nutritivi e di sostanza organica.
L’obbiettivo di questo studio è stato di valutare l’effetto dell’uso della lolla di riso e di digestati anaerobici nella costituzione di substrati in parziale o totale sostituzione della torba. Lo studio ha riguardato la caratterizzazione fisica, chimica ed agronomica di substrati per la produzione di semenzali, per la radicazione di talee, per la coltivazione di ornamentali in vaso e per la radicazione e coltivazione di ornamentali in vaso di piccole dimensioni.
Partendo da substrati torbosi, per ciascuna prova si sono preparati 4 substrati in cui questi sono stati gradualmente sostituita con percentuali crescenti di lolla di riso macinata (0, 33, 67 e 100% rispettivamente). Altri 4 substrati sono stati preparati, a partire dai primi, aggiungendo digestati anaerobici di matrici vegetali (in seguito digestati anaerobici) come fertilizzante in ragione del 20% sul volume. Nella prova di coltivazione di ornamentali in vaso, agli 8 substrati prearati con le modalità descritte se ne sono aggiunti altri otto in cui la lolla di riso non era stata macinata.
Sotto il profilo fisico, la porosità dell’aria si è rivelata spesso eccessiva nei substrati con alte percentuali di lolla di riso a discapito dei volumi delle diverse frazioni che compongono la capacità di ritenzione idrica. I digestati anaerobici hanno marginalmente migliorato i parametri considerati e non sempre hanno presentato differenze significative rispetto i substrati non concimati.
Dosi crescenti di lolla di riso hanno, in generale, ridotto la capacità di scambio cationico, il contenuto percentuale in azoto, ma anche le concentrazioni di N-NO3, Ca e Mg nell’estratto acquoso. Viceversa si sono osservate crescenti concentrazioni di P e K. La lolla di riso dunque potrebbe aver creato degli squilibri tra gli elementi nutritivi mentre la fertilizzazione con i digestati anaerobici ha, in generale, aumentato la dotazione di tutti gli elementi nutritivi analizzati.
La prima serie di prove di coltivazione ha visto lo studio dell’effetto dei diversi substrati su semenzali di pomodoro 'Jack', Salvia officinalis, Salvia splendens 'Maestro' and Begonia semperflorens ‘Super Olympia Red’. L’aumento della lolla di riso nei substrati in generale non ha influenzato la crescita del pomodoro (ad esclusione del negativo effetto dei substrati di sola lolla) e della S. officinalis, ma ha limitato quella delle due specie floricole in particolare quando superiore al 33%. L’aggiunta dei digestati anaerobici ha sostenuto la crescita di tutte le piante.
Una successiva prova di coltivazione su semenzali di pomodoro 'Jack' è stata allestita con lo scopo di valutare l’effetto sulle piante dell’adozione di 3 diversi regimi irrigui rispettivamente di 225 e 450 ml d-1 per vassoio alveolato e 900 ml 2d-1 per vassoio alveolato. L’irrigazione con 450 ml d-1 ha permesso la maggior crescita delle piante mentre nessuna differenza significativa è stata osservata tra gli altri due trattamenti.
L’effetto dei substrati sulla radicazione è stato studiato utilizzando talee di Rosa ×hybrida 'La sevillana' e Pelargonium hederifolium 'Ville de Paris' fatte radicare utilizzando il mist e successivamente adattate all’ambiente di coltivazione. Sulle talee di rosa sono stati eseguiti due rilievi mentre soltanto uno su geranio. Sulla rosa già al primo rilievo si è osservato una riduzione del peso fresco e secco delle radici e della loro lunghezza aumentando il contenuto di lolla d riso nei substrati. Al termine dell’esperimento le differenze osservate per le radici si sono estese anche ai valori dello SPAD e ad alcuni pesi freschi e secchi dei diversi organi della parte aerea delle piante. Nuovamente l’aggiunta di digestati anaerobici ha permesso lo sviluppo di piante in media più grandi. Il geranio invece non ha evidenziato differenze significative relative all’aumento della lolla di riso, ma l’impiego dei digestati anaerobici ha in generale ridotto l’accrescimento delle talee di geranio.
Le prove relative allo studio della coltivazione di ornamentali in vaso hanno riguardato le stesse specie e varietà utilizzate nella prova di radicazione. Su geranio molti parametri vegetativi sono risultati significativamente influenzati dall’interazione “lolla di riso × digestati”. Il peso fresco e secco delle radici è aumentato all’aumentare delle percentuale di lolla di riso nel substrato in particolare con il 33 e 67% in assenza di digestati anaerobici. I substrati con lolla di riso e senza digestati sono stati quelli con le caratteristiche fisico-chimiche più penalizzanti e questo può aver stimolato la produzione di un maggiore numero di radici. Tutti gli altri parametri vegetativi misurati sono diminuiti all’aumentare della percentuale di lolla di riso nel substrato. La macinazione della lolla ha sensibilmente ridotto l’effetto negativo probabilmente per le migliori proprietà fisiche. Le migliori piante di geranio sono state ottenute sui substrati testimoni, oppure sui substrati composti da torba e digestati. La coltivazione della rosa ha mostrato gli stessi trend decrescenti osservati in geranio con l’aumentare della percentuale di lolla di riso ma si è rivelata più tollerante alla parziale sostituzione della torba con 33% di lolla di riso.
Un’ultima prova di coltivazione è stata fatta facendo radicare e coltivando direttamente sullo stesso vaso Rosa ×hybrida 'Tilt Meillandina'. In generale le piante, ad esclusione di quelle radicate sui substrati 67 e 100% di lolla e senza digestati, non sono risultate diverse da quelle coltivate sul substrato testimone. I buoni risultati ottenuti nella fase di coltivazione dell’utilizzo della lolla di riso in sostituzione alla torba sono stati fortemente penalizzati dai dati relativi alle percentuali di attecchimento e dal numero di vasi commerciabili ottenuti per ciascuna tesi. L’attecchimento delle talee infatti è risultato fortemente limitato sia dalla percentuale di lolla di riso che dalla presenza dei digestati anaerobici. Dalla percentuale di attecchimento poi è in parte dipesa quella delle piante commerciabili, che però è risultata indipendente dalla presenza di digestati e inferiore, rispetto, al testimone, solamente nei substrati privi di torba.
In conclusione l’aggiunta della lolla di riso ha modificato, generalmente peggiorando, la disponibilità di acqua ed aumentando anche notevolmente lo spazio per l’aria. Sotto il profilo chimico inoltre la lolla di riso ha spesso alterato il quadro nutrizionale. L’aggiunta dei digestati anaerobici ha confermato la loro potenzialità come fertilizzante da miscelare con i substrati aumentando la disponibilità di elementi nutritivi. Sotto l’aspetto pratico la sostituzione della torba con la lolla di riso sembra possibile per alcune specie orticole ed ornamentali nella produzione di semenzali (pomodoro e Salvia officinalis) e di talee radicate (geranio) ma se ne sconsiglia l’impiego per le ornamentali più delicate con ciclo più lungo (Salvia splendens, Begonia semperflorens e rosa). La parziale sostituzione della torba con lolla di riso è possibile nelle coltivazioni a medio periodo in vaso soprattutto per la coltivazione della rosa. L’impiego di digestati anaerobici è risultato utile nella coltivazione di semenzali e di piante in vaso mentre è sconsigliabile nei substrati per la radicazione di geranio.

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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Sambo, Paolo
Correlatore:Zanin, Giampaolo
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 24 > Scuole 24 > SCIENZE DELLE PRODUZIONI VEGETALI > AGRONOMIA AMBIENTALE
Data di deposito della tesi:29 Gennaio 2012
Anno di Pubblicazione:31 Gennaio 2012
Parole chiave (italiano / inglese):growing media, potting media, substrates, peat alternatives, seedlings production, nursery production, sustainability, agriculture by-product, organic waste
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 07 - Scienze agrarie e veterinarie > AGR/04 Orticoltura e floricoltura
Struttura di riferimento:Dipartimenti > pre 2012 - Dipartimento di Agronomia Ambientale e Produzioni Vegetali
Codice ID:4721
Depositato il:05 Nov 2012 10:32
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