Nitrogen cycle dynamics in a Mediterranean agroforestry system under different management regimes
Author(s)
Florio, Alessandro
Date Issued
April 27, 2012
Type
Doctoral Thesis
Abstract
The long-term sustainability of agroforestry systems is influenced by the relative balance between
the removal of nutrients by harvesting and the addition of nutrients by fertilisation. Potential site
nutrient depletion and high water use concerns have led to an interest being developed in linking
SRF crop production with the recycling of nutrients from the land treatment of aqueous wastes,
such as sludge and effluent arising from animal housing. The application of animal manure to soil
can result in increased gaseous emissions such as NH3, N2O, CO2 and CH4 as well as nitrate
leaching, contributing to climate warming and ground and surface water pollution. The application
of nitrification inhibitors to soil offers the chance to reduce N losses and to increase fertilizer use
efficiency.
Thus, the main goal of this PhD project work was to evaluate and to establish the effectiveness of
the nitrification inhibitor DMPP on a Mediterranean agroforestry system combined with a cattle
effluent, and to study its effects on soil microbiota involved in N cycling processes. The results of
the long-term incubation study markedly show the efficacy of DMPP as nitrification inhibitor under
every laboratory conditions investigated. Microbiological results in microcosm studies show high
efficacy in the inhibition of the ammonia-oxidizing populations and it was demonstrated the
inhibition of both ammonia-oxidizing bacteria and archaea transcripts in soil by DMPP. Given that
archaea contribute significantly to nitrification, as their abundance now suggests, estimates of the
ecological impact of ammonia oxidation, including greenhouse gas emissions, based on bacterial
ammonia-oxidizing activity should be re-assessed.
L’orientamento di fondo delle principali azioni promosse in sede internazionale dal Protocollo di
Kyoto è legato alla riduzione sostanziale dell’uso di fonti d’energia fossile o non rinnovabile, in
favore delle risorse rinnovabili. Tra queste l’impiego di energia da biomasse è indubbiamente
strategico sia per la disponibilità e la varietà di forme, sia per l’efficienza della trasformazione
dell’energia solare in energia fissata. Per promuovere uno sviluppo ecocompatibile delle colture da
bioenergia è di primaria importanza l’ottimizzazione della nutrizione azotata e dell’apporto idrico,
nonché l’impiego di strategie volte a limitare le perdite di azoto per lisciviazione e volatilizzazione,
incrementando l’efficienza di assorbimento dell’elemento da parte della pianta.
La presente attività di ricerca è stata finalizzata alla comprensione delle dinamiche del ciclo
dell’azoto in un sistema agroforestale sottoposto a fertilizzazione con un effluente zootecnico ed un
inibitore della nitrificazione (3,4-dimetilpirazol fosfato, DMPP). Prove di incubazione a lungo
termine in microcosmo hanno dimostrato l’efficacia del DMPP nell’inibire il processo di
nitrificazione nel suolo in diverse condizioni sperimentali. L’approccio microbiologico utilizzato
nella ricerca ha confermato l’efficacia della molecola nei confronti dei batteri e archaea ammonioossidanti
attraverso l’inibizione dell’espressione genica delle suddette popolazioni. Alla luce delle
recenti scoperte che attribuiscono agli archaea un ruolo centrale nel processo di nitrificazione nel
suolo, le stime dell’impatto ecologico dell’ossidazione dell’ammonio, comprese le emissioni dei gas
serra, dovrebbero essere rivisitate.
Additional information
Dottorato di ricerca in Ecologia forestale
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