Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/2067/2825
Title: Riciclo e valorizzazione dei sottoprodotti dell’industria olearia: effetti sul microbiota del sistema suolo-pianta
Other Titles: Recycle and valorisation of olive mill wastes: effects on the microbiota of plant-soil system
Authors: Fidati, Laura
Keywords: Riciclo;Valorizzazione;Sanse;Microbiota;Sistema suolo-pianta;Recycle;Valorisation;TPOMW;plant-soil system;BIO/19
Issue Date: 5-Jun-2014
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato di ricerca. 26. ciclo
Abstract: 
Il presente lavoro di Dottorato s’inquadra nell’ottica del riciclo e della valorizzazione degli
scarti derivanti dalle attività agro-industriali ed in particolare quelli prodotti dall’industria
olearia. Nel bacino del Mediterraneo, infatti, l’attività di estrazione di olio d’oliva genera una
grande quantità di sottoprodotti in un breve periodo dell’anno. Questi sottoprodotti sono
ricchi di polifenoli difficili da degradare e presentano, quindi, una possibile fonte di
contaminazione ambientale. Per tale ragione assume enorme importanza la ricerca di strategie
di smaltimento e riciclo che, oltre che minimizzare tali svantaggi, possano valorizzare questi
scarti trasformandoli in risorsa. Il riutilizzo in agricoltura di tali sottoprodotti sembra una
buona strategia per trasformarli in risorsa, attraverso, ad esempio, il diretto spandimento in
campo eseguito secondo appropriate norme stabilite dai governi nazionali. Le sanse, possono
inoltre essere sottoposte al processo di compostaggio che, trasformandole in un ammendante
di qualità, può permetterne l’impiego come substrato da invasatura in sostituzione della torba
o di altro materiale organico-minerale. Ciò può contribuire a ridurre i crescenti problemi
economico - ambientali connessi all’impiego della torba e all’utilizzo di concimi chimici.
E’ noto che le comunità microbiche del suolo svolgono funzioni molto importanti nel corretto
funzionamento dell’ecosistema suolo-pianta, come, ad esempio, la ciclizzazione e la
disponibilità dei nutrienti, il mantenimento della struttura del suolo e la difesa dai patogeni
delle piante.
In questa cornice d’implementazione di strategie di riciclo e valorizzazione degli scarti di
frantoio appare, quindi, importante verificare, se la loro incorporazione nel suolo possa avere
sul microbiota del sistema suolo-pianta conseguenze negative o se, al contrario, questa possa
portare ad un miglioramento delle sue funzioni. A tal proposito negli ultimi decenni lo studio
dell’ecologia microbica viene affrontato attraverso l’utilizzo dei metodi molecolari basati
sull’estrazione del DNA metagenomico. E’ ormai noto che quest’approccio consente di avere
una visione più completa della biodiversità microbica di un ambiente perché evita il passaggio
della coltivazione in laboratorio e quindi lo svantaggio ad essa connessa dato dal fatto che
solo l’1% dei microrganismi esistenti si stima essere coltivabile.
In questo lavoro sono state utilizzate due tipologie di sanse, quella tradizionale, prodotta dal
sistema estrattivo continuo a 3 fasi, e quella umida, prodotta dal sistema estrattivo a 2 fasi.
Entrambi questi scarti sono, inoltre, stati utilizzati sia tal quali che previo processo di
compostaggio.
Nella prima parte della tesi è stata affrontata una prova di spandimento in pieno campo
(oliveto) di entrambi i tipi di sansa, sia tal quale che compostata.
Nella seconda parte della tesi sono state, invece, allestite due prove con l’obiettivo di valutare
la valorizzazione degli scarti di frantoio come possibili sostituti della torba per la coltivazione
di piante in vaso. Una prima prova su piccola scala ha riguardato la parziale incorporazione
nel substrato da invasatura di sansa umida, sia utilizzata tal quale sia previo compostaggio.
Una seconda prova, è stata quindi allestita nell’ambito di un progetto europeo, con l’obiettivo
di valutare l’utilizzo su larga scala di substrati da invasatura per la coltivazione in vaso di
piante ornamentali, formulati con quantità crescenti di compost di sansa.
Dalla prova di spandimento in pieno campo, l’utilizzo dei sottoprodotti tal quali e compostati
provocava modificazioni alle comunità batteriche e fungine del suolo, in particolare, mentre i
batteri erano solo transitoriamente influenzati dagli ammendanti, la comunità dei funghi era
profondamente influenzata, specialmente dagli ammendanti non compostati.
Quando i sottoprodotti sono stati utilizzati per la formulazione di substrati da invasatura, la
sansa tal quale causava, rispetto alla sansa compostata e specialmente nelle fasi iniziali di
coltivazione in vaso, una evidente alterazione della crescita e della diversità delle popolazioni
batteriche di suolo e rizosfera. Questa evidenza era supportata anche dall’identificazione delle
popolazioni batteriche presenti dopo 30 giorni che confermava lo squilibrio della comunità da
parte della sansa tal quale, mentre il compost induceva effetti simili al controllo. La sansa
provocava profonde modificazioni anche alla comunità fungina e questo era particolarmente
evidente nel suolo. Nella rizosfera, anche il compost produceva effetti alterando la
composizione della comunità, come suggeriva l’identificazione delle popolazioni 30 giorni.
L’analisi delle dinamiche confermava che questi effetti permanevano per tutta la durata della
prova.
Queste evidenze, nel complesso, suggerivano che gli effetti osservati dopo 30 giorni avevano
una relazione con il rallentamento della crescita della pianta che avveniva proprio nel primo
periodo di coltivazione.
Inoltre, dalla prova su larga scala si osservava come il compost in parziale sostituzione della
torba apportasse, in alcuni casi, miglioramenti alla pianta che, tuttavia, solo in parte erano
correlati all’impatto osservato sulle comunità batteriche e fungine di suolo e radici. Infatti,
nonostante si osservasse un’influenza sui batteri e sui funghi del suolo, questi effetti non
erano significativamente connessi alla crescita della pianta, invece, a livello delle radici e solo
nel caso dei batteri, una correlazione significativa (negativa) era presente suggerendo
l’importanza delle popolazioni batteriche che abitano questo comparto. Concludendo, il
compostaggio dei sottoprodotti dei frantoi oleari si è rivelato un ottimo metodo per riciclare e
soprattutto valorizzare questa tipologia di scarto agro-industriale, e, in particolare, nell’ambito
dell’industria florovivaistica. Inoltre, chiare evidenze supportano la relazione tra il microbiota
del sistema suolo-pianta e la salute della pianta, suggerendo l’importanza dell’identificazione
delle popolazioni presenti in questo ecosistema per così meglio comprendere quali in
particolare sono mediatrici degli effetti descritti.

The present PhD Thesis regards the recycling and valorisation of agro-industrial wastes, in
particular those coming from olive industry. It is well known that the Mediterranean area is
characterized by an increasing olive oil production that poses several environmental
challenges since it produces a large amount of olive mill waste (OMW) in a short period of
time. The oil extraction by-products, particularly those coming from the new two-phase
extraction technology (TPOMW), represent a serious environmental problem, mainly for their
phenol content, and are considered as potential environmental pollutants. For this reason an
increasing attention is attracting scientists to find winning strategies to recycle and valorise
these wastes. The OMW-reuse in agriculture seems to be a good recycling way, as they can be
used as field amendments in compliance with national standards. Furthermore, TPOMW,
referred as olive husk, can be composted and thus transformed in a high-quality product that
can be used as peat substitute in the nursery plant cultivation. Peat is, in fact, the most widely
used substrate for potted plant production in nurseries but, due to concerns about destruction
of peat bogs and the heavy costs for its transport from possessing countries, olive mill wastes
can be considered for their potential as substitutes for peat. It’s well known that soil
microorganisms play a key role in the plant-soil system, enhancing nutrients cycling and
availability, improving soil structure and contrasting plant diseases caused by pathogens. In
this frame of environmental sustainability, namely the implementation of OMW-valorization
methods, the investigation of the effects of OMW incorporation on the plant-soil microbiota
is crucial, since it could have possible negative or positive effects on these functions
improvement. In the last decades the study of microbial ecology is carried on by the
molecular approach based on metagenomic DNA extraction from environmental samples.
This approach can give a more complete insight of biodiversity present in an environment
because it avoids bias due to laboratory cultivation.
In this work thesis, two different solid OMWs were used: traditional husk coming from a
three phase extraction system, and humid husk, coming from the new two phase extraction
technology. These wastes were used either fresh or composted and their effects were
investigated on the plant-soil microbiota. In the first part of the work these two waste, either
fresh and composted, were used as soil amendments on an olive orchard. In the second part,
they were used as peat surrogates either in a greenhouse potted olive plant cultivation or in the
cultivation of ornamental trees at industry scale. The olive tree cultivation, the humid husk,
either fresh or composted, partially replaced peat in the growth medium, while, in the farmscale
cultivation trial, increasing amounts of composted husk replaced peat in the nursery
medium composition.
In the field trial, results indicated that soil amendments had an impact on soil microrganisms.
While bacteria were only transiently influenced, fungi were strongly affected both in the
community structure and abundance. These evidences clearly indicated that bacteria in an
open environment, such as the field, had a good resilience capacity, differently from fungi.
As fresh and composted husk were used in pot olive tree cultivation, the fresh one caused a
strong influence both on bacterial and fungal populations of soil and rhizosphere samples. In
particular, humid husk strongly impacted bacteria both in the dynamic populations and in
their composition after 30 days as DGGE analysis and NGS sequencing showed after this
period. Differently, composted husk showed weaker effects especially in the community
composition since it caused similar effects to those of the control. The fungal community was
also strongly impacted by both treatments, especially by the fresh one. These effects could be
observed after 30 days of cultivation in the fungal dynamics, abundance and composition as
suggested by DGGE and qPCR analysis and sequencing approach in soil and rhizosphere
samples. In particular, while fresh husk had a stronger impact on fungal soil community than
the composted one, in rhizosphere, both OMW-containing media affected fungal community.
These results taken together with plant growth analysis showed a clear relationship between
the strong influence on microbial community after 30 days and the observed slowdown of
plant growth occurring after the first period of cultivation (0-120 days).
The results of the farm-scale cultivation trial indicated that increasing the amount of
composted husk in the nursery medium composition, only partially enhanced the plant
growth. Furthermore, this compost impacted bacterial and fungal community structure after
six months of cultivation. In particular, although soil bacteria and fungi were strongly
impacted from composted husk, no significant correlations were found with plant growth. On
the contrary, endophytic bacteria of roots that were less impacted than the respective soil
community from compost, showed significant (negative) correlation with plant growth,
suggesting the importance of these microrganisms inhabiting roots.
In this work the composting of olive mill wastes was a successful strategy in the frame of
olive industry by-products valorisation. Furthermore, clear evidences support the relationship
between plant-soil microbiota and plant health suggesting the importance of identifying
microbial populations specifically involved in the mediaton role of beneficial effects on
plants.
Description: 
Dottorato di ricerca in Scienze ambientali
URI: http://hdl.handle.net/2067/2825
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