Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/2067/1989
Title: Piantagioni da bioenergia: sostenibilita’ produttiva ed ambientale di nuovi cloni ibridi di pioppo (Populus spp.)
Authors: Mareschi, Leonardo
Keywords: Bioenergia;Piantagioni;Pioppo;AGR/05
Issue Date: 23-Apr-2008
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato di ricerca. 19. ciclo
Abstract: 
Le piantagioni legnose a corta rotazione (Short rotation forestry) implicano l’uso di latifoglie
a rapida crescita in un sistema ad alta densità e turni di rotazione inferiori ai 10 anni. Questo
innovativo sistema di piantagione ha suscitato l’interesse di istituzioni ed imprenditori per il
loro possibile impiego in alternativa alle colture alimentari eccedentarie e per produrre
energia da fonte rinnovabile sotto forma di biocombustibili solidi (cippato e pellets) con
elevata sostenibilità, in termini di bilancio energetico e della CO2, rispetto ai biocombustibili
liquidi (bioetanolo e biodiesel).
Grandi applicazioni commerciali di questi sistemi sono presenti in USA, con l’uso di pioppi e
salici, Svezia, Regno Unito e Polonia con salici. In Italia sono stati piantati 6000 ha di SRF
con pioppi ibridi dagli imprenditori agricoli con l’ausilio di contributi pubblici (Piano di
Sviluppo Rurale 2001-2007). Nel prossimo futuro, la redditività delle SRf dipenderà dalla
elevata produttività, dalla necessità di input colturali e dalla possibilità delle SRF di fornire
servizi ambientali, come la riduzione delle emissioni di CO2 in atmosfera e biofiltraggio di siti
inquinati o dei reflui (fitorimedio).
L’efficienza energetica dei biocombustibili solidi legnosi è strettamente legata alla
fertilizzazione azotata, generalmente effettuata con l’utilizzo di fertilizzanti chimici che
richiedono alti costi energetici di produzione. Gli obiettivi di questo studio sono stati:
i) comparazione dell’attecchimento, sopravvivenza, crescita e produttività di nuovi cloni
ibridi di pioppo in piantagioni raccolte con due lunghezze del turno (uno e due anni), in
diverse condizioni di fertilità dei siti distribuiti nel nord Italia;
ii) confronto dell’azoto (N) rimosso con la raccolta della biomassa e sua efficienza d’uso
(NUE) dei cloni, nei siti e nei cicli di rotazione.
La crescita e la produzione di dendromassa legnosa epigea dei nuovi cloni ibridi di pioppo,
selezionati specificatamente per la SRF, sono state valutate in una rete di piantagioni
sperimentali impiantate nel 2003 nel nord Italia, per un arco temporale di quattro anni.
I modelli colturali adottati nelle piantagioni sono stati due:
Turno annuale e densità di piantagione di 14000 piante ha-1 che è stato applicato nei siti di
Zinasco e Bigarello.
Turno biennale e densità di piantagione di 6000 piante ha-1, in una rete di campi sperimentali
a bassa (Bigarello), media (Vinovo) ed alta fertilità (Mira).
La preparazione del suolo ed il controllo delle infestanti sono stati omogenei nei siti
sperimentali. La fertilizzazione azotata è stata applicata solo a Mira (200 e 100 Kg ha-1 nel
terzo e quarto anno, rispettivamente). Ogni piantagione sperimentale è stata raccolta
meccanicamente ogni uno o due anni. In tutti i siti sperimentali l’attecchimento delle talee e la
sopravvivenza dopo la ceduazione è stata alta (più del 90%) ad eccezione del clone Lux. La
ceduazione incrementa nettamente la densità di fusti ad ettaro con un parallelo decremento
della dimensione degli stessi.
La rete di piantagioni sperimentali mostra una grande variabilità della produttività in relazione
alla fertilità del suolo, al regime di fertilizzazione ed al ciclo di rotazione, con una produttività
maggiore dei nuovi cloni selezionati per SRF rispetto a quelli tradizionali, sia in condizioni di
media che di alta fertilità. A Bigarello, con condizioni edafiche limitanti, non c’è stata una
significativa differenza tra la produttività dei cloni, che varia da 5 (prima rotazione) a 7,5
(seconda rotazione) t ha-1 anno-1 in sostanza secca. Nei siti a media ed alta fertilità, le
differenze della produttività dei cloni sono risultate significative ed i nuovi cloni selezionati
producono maggior biomassa rispetto ai cloni di controllo (I214 e Lux). Nella piantagione di
Mira la produzione media incrementa dal primo al secondo ciclo di rotazione biennale da 15 a
20 t ha-1 anno-1 di sostanza secca.
I tre cloni migliori a Mira, AF8, Monviso e 83.148.041 hanno prodotto rispettivamente una
media annua di 24, 23.5 e 22 t ha-1anno-1.
Sono stati studiati l’N rimosso e la concentrazione percentuale (%N) nella biomassa legnosa
epigea nelle due piantagioni a turno biennale di Bigarello e Vinovo alla fine del primo e del
secondo ciclo di rotazione; è stata studiata inoltre una terza piantagione in centro Italia
(Terni).
Abbiamo trovato che la %N nei fusti di cloni di pioppo è negativamente correlata al diametro
degli stessi (R2=0.713**), essendo i polloni con diametro inferiore più ricchi in %N dei
grandi. L’N rimosso è fortemente influenzato dalla produttività legnosa e dalla %N. Questa
ultima è più alta nei rami che nei fusti. La ramosità dei cloni, cioè la percentuale di biomassa
legnosa allocata sui rami e la %N, sono positivamente correlate (R2=0.813*) nel sito più
fertile per la prima rotazione biennale. %N incrementa nettamente dal primo al secondo ciclo
di rotazione in entrambe le piantagioni del nord Italia; questa evidenza è spiegabile con il
deciso decremento della dimensione dei polloni come conseguenza dell’incremento della
densità dei fusti in seguito alla ceduazione. L’N rimosso per ogni tonnellata di sostanza secca
varia da 6 a 10 Kg N dalla prima alla seconda rotazione. A Vinovo più di 125 Kg N ha-1 anno-
1 sono stati rimossi con la raccolta del clone più produttivo durante la seconda rotazione.
Questi valori sottolineano l’importanza di una corretta fertilizzazione N nelle SRF di pioppo,
ma anche interessanti potenzialità di utilizzo della SRF come biofiltro per l’assorbimento di
acque reflue ricche di nutrienti (fitorimedio). Il collegamento delle SRF ed il fitorimedio può
essere una strategia vincente per migliorare sia la redditività che la sostenibilità dell’uso di
piantagioni legnose da energia come apprezzabile risorsa di bioenergia rinnovabile.

Short rotation forestry (SRF) systems imply the use of fast growing hardwoods, with high
planting density and harvesting cycle less than 10 years; this innovative system of plantation
forestry is catalyzing a great attention as alternative to surplus food crops and to produce
renewable energy in form of solid biofuels (wood chips and pellets) with higher sustainability,
in terms of energetic and CO2 balances, in comparison to liquid biofuels (bioethanol and
biodiesel). The most outstanding commercial applications of the systems exist in USA, with
poplars and willows, Sweden, UK and Poland with willows. In Italy, 6000 ha of SRF hybrid
poplar plantations were established by farmers with public grants (Rural Development Plans
2001-2007). In the near future, profitability of SRF will depend on high yield and low cultural
inputs, and on the ability of SRF plantations to provide environmental services such as
reduction of carbon emission to the atmosphere, and biofiltering of polluted sites/waters
(phytoremediation). The energetic efficiency of woody biofuels is strongly affected by N
fertilization, making use of chemical fertilizers with very high energy production cost.
The aims of this study were: i) comparing survival, growth and yield of new cultivars of
hybrid poplars clones according to two short harvesting cycles (1 versus 2 years) and to site
fertility across northern Italy; ii) comparing Nitrogen (N) removal in the harvested biomass
and its N use efficiency (NUE) among clones, sites and coppicing cycles.
Growth and above-ground dendromass yield of newly selected clones of hybrid poplars,
specific for SRF, were evaluated on four years within a network of experimental fields
established in spring 2003 across northern Italy. Annual rotation was applied in two
experimental fields: Zinasco and Bigarello with a planting density of 14.000 trees ha-1.
Biannual rotation (planting density of 6000 trees ha-1) was evaluated on three sites of low
(Bigarello), medium (Vinovo) and high fertility (Mira). Soil preparation, weed control and
plant water status were homogeneous across all sites. Nitrogen fertilization was applied only
in Mira (200 and 100 Kg N ha-1 in the third and fourth year, respectively). Each experimental
plantation was mechanically harvested after every one or two years.
In all sites rooting of stem cuttings, at the end of the first season, was very high (more than
90%) for all clones, with the exception of Lux clone. Shoot survival after coppicing was also
very high (more than 90%) for all clones and sites, with the exception for Lux clone and
Zinasco, where annual coppicing without fertlization decreased dramatically stump vitality.
Coppicing increased dramatically shoot density in the remaining sites, with a parallel decrease
of stem dimensions.
iii
The network of experimental plantations showed a strong yield variability in relation to the
soil fertility, to fertilization management and rotation cycle, with a range of SRF newly
selected clones of hybrid poplar performing better than traditional ones in medium and high
site conditions.
In Bigarello, with limiting soil conditions, there were not significant difference among clone
yields which varied from 5 (first rotation) to 7.5 (second rotation) Mg ha-1 year-1 in dry matter
(dm). In medium and high fertility site of Vinovo and Mira, there was significant difference in
clones yields, with the newly selected clones performing better than control clones (I214 and
Lux). In Mira, mean yield increased from first to second biennial rotation cycle from 15 to 20
Mg dm ha-1 year-1. The three best clones, AF8, Monviso and 832.148.044, had an annual yield
of 24, 23.5 and 22 Mg dm ha-1, respectively.
N removal, and N percent concentration (%N) in the harvested dendromass were studied in
the two biannual plantations of Bigarello and Vinovo, at the end of the first and second
coppice rotations. A third plantation was studied in central Italy (Terni). We found that poplar
shoot %N was negatively affected by stem diameter (R2=0.713**), being small shoots richer
in %N than larger ones. N removal was strongly affected by dendromass yield and %N. This
was higher in the branches than in the stem. Clone branchiness, the percentage of
aboveground dendromass allocated to branches, and %N were positively correlated
(R2=0.813*) in the most fertile site for the first biannual rotation. %N strongly increased from
the first to the second rotation in both sites of northern Italy; this was due to the dramatic
decrease of shoot dimension, as a consequence of the very strong increase of the shoot density
after coppicing. N removal per each Mg of dry dendromass passed from 6 to 10 kg N from the
first to the second rotation. In Vinovo more than 125 kg N ha-1year-1 was removed by the
most productive clone during the second rotation. These values highlight the importance of
judicious N fertilization in SRF poplar plantations, but also interesting potentiality of using
them as biofilters for the disposal of nutrient rich wastewaters (phytoremediation). Linking
SRF and phytoremediation can be a winning strategy for improving both the profitability and
sustainability of using woody energy crops as appreciable sources of renewable bioenergy.
Description: 
Dottorato di ricerca in Ecologia forestale
URI: http://hdl.handle.net/2067/1989
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