In the research for a safe and efficient food system from a perspective of population growth and the need for sustainability, regenerative agriculture emerges as a promising prospect. Cover crops, an integral part of the regenerative agriculture approach, are examined in this study to evaluate their effectiveness in wheat cultivation, with a focus on managing contaminants in soil and wheat. Contaminants, including potentially toxic elements, pesticide residues and mycotoxins, can directly affect the chemical and nutritional composition of wheat during its growth and maturity cycle, with serious implications for food safety and human health. In particular, exposure to potentially toxic elements, such as cadmium, lead, nickel, and chromium, can have serious consequences for human health. Consequently, the presence of contaminants in wheat raises significant food safety and consumer health concerns, underscoring the importance of rigorous food chain surveillance and management. The investigated field study adopts an experimental design including five summer cover crops: soil weeded with Glyphosate, natural weed development, Sudanese Sorghum (Sorghum sudanense), mixture of Sudanese Sorghum and Vigna (Vigna unguiculata), and mixture of Sudanese Sorghum and Niger (Guizotia abyssinica); and three levels of nitrogen fertilization: 0 kg N/ha, 90 kg N/ha, and 150 kg N/ha, in order to thoroughly investigate the effects of these agricultural practices on soil quality and wheat production. The instrumental techniques used for the analysis of essential elements (P, K, Na, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo) and potentially toxic elements (As, Cd, Ni, Pb, Cr, Co) include atomic emission spectroscopy with inductively coupled plasma source (ICP-OES), inductively coupled plasma source mass spectrometry (ICP-MS) and graphite furnace atomic absorption spectroscopy (GF-AAS). Quantification of mineral nitrogen (nitrate and ammonium) and available phosphorus (Olsen method) in soil was conducted by UV-Visible spectrophotometry, and an elemental organic analyzer was used to determine total carbon (C) and nitrogen (N) in soil and wheat samples. Before proceeding to the total quantification of elements in soil and wheat, it was necessary to evaluate the effectiveness of the analysis method by considering several parameters. These included the type of attack mixture for acid mineralization aided by microwaves of solid samples, determination of in-matrix detection limits (LOD and LOQ), and standard reference material (SRM) analysis. Specifically, NIST-certified sample 2709 (San Joaquin Soil) and NIST-certified sample 1568b (Rice Flour) were examined. Considering the results obtained, it can be concluded that cover crops positively influenced nutrient dynamics, contributing to improved soil fertility compared with the control treatment. In addition, no significant change was found in the dynamics of micronutrients and PTEs, suggesting that this regenerative approach did not have a negative impact on soil and wheat quality.
Nella ricerca di un sistema alimentare sicuro ed efficiente in un panorama di crescita demografica e di necessità di sostenibilità, l'agricoltura rigenerativa emerge come una prospettiva promettente. Le colture di copertura, parte integrante dell’approccio dell’agricoltura rigenerativa, vengono esaminate in questo studio per valutare la loro efficacia nella coltivazione del frumento, con particolare attenzione alla gestione dei contaminanti nel suolo e nel frumento. In particolare, l'esposizione ad elementi potenzialmente tossici, come cadmio, piombo, nichel e cromo, può avere gravi conseguenze sulla salute umana. Di conseguenza, la presenza di contaminanti nel frumento solleva significative preoccupazioni per la sicurezza alimentare e la salute dei consumatori, sottolineando l’importanza di una rigorosa sorveglianza e gestione della catena alimentare. Lo studio di campo investigato adotta un disegno sperimentale che include cinque tesi di colture di copertura estive: suolo diserbato con Glifosato, sviluppo naturale delle erbe infestanti, Sorgo Sudanese (Sorghum sudanense), miscela di Sorgo Sudanese e Vigna (Vigna unguiculata), e miscela di Sorgo Sudanese e Niger (Guizotia abyssinica); e tre livelli di concimazione azotata: 0 kg N/ha, 90 kg N/ha e 150 kg N/ha, al fine di indagare in modo approfondito gli effetti di tali pratiche agricole sulla qualità del suolo e sulla produzione di frumento. Le tecniche strumentali utilizzate per l’analisi degli elementi essenziali (P, K, Na, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo) e degli elementi potenzialmente tossici (As, Cd, Ni, Pb, Cr, Co) includono la spettroscopia di emissione atomica con sorgente al plasma ad accoppiamento induttivo (ICP-OES), la spettrometria di massa con sorgente al plasma ad accoppiamento induttivo (ICP-MS) e la spettroscopia di assorbimento atomico con fornetto di grafite (GF-AAS). La quantificazione dell’azoto minerale (nitrati e ammonio) e del fosforo disponibile (metodo Olsen) nel suolo è stata condotta tramite spettrofotometria UV-Visibile, mentre per determinare il carbonio (C) e l'azoto (N) totale nei campioni di suolo e frumento è stato impiegato un analizzatore organico elementare. Prima di procedere alla quantificazione totale degli elementi nel suolo e nel frumento, è stato necessario valutare l’efficienza del metodo di analisi considerando diversi parametri. Questi includono la tipologia della miscela di attacco per la mineralizzazione acida coadiuvata dalle microonde dei campioni solidi, la determinazione dei limiti di rilevabilità in matrice (LOD e LOQ) e l'analisi dei materiali di riferimento standard (SRM). In particolare, sono stati esaminati il campione certificato NIST 2709 (San Joaquin Soil) e il campione certificato NIST 1568b (Rice Flour). Considerando i risultati ottenuti, si può concludere che le cover crop hanno influenzato positivamente la dinamica dei nutrienti, contribuendo a migliorare la fertilità del suolo rispetto al trattamento di controllo. Inoltre, non è stata riscontrata alcuna variazione significativa nella dinamica dei micronutrienti e dei PTEs, suggerendo che questo approccio rigenerativo non ha avuto un impatto negativo sulla qualità del suolo e del frumento.
Colture di copertura nel contesto dell'agricoltura rigenerativa: Impatto sulla qualità del suolo, produzione di frumento e gestione dei contaminanti
FEDELE, ERIK
2022/2023
Abstract
Nella ricerca di un sistema alimentare sicuro ed efficiente in un panorama di crescita demografica e di necessità di sostenibilità, l'agricoltura rigenerativa emerge come una prospettiva promettente. Le colture di copertura, parte integrante dell’approccio dell’agricoltura rigenerativa, vengono esaminate in questo studio per valutare la loro efficacia nella coltivazione del frumento, con particolare attenzione alla gestione dei contaminanti nel suolo e nel frumento. In particolare, l'esposizione ad elementi potenzialmente tossici, come cadmio, piombo, nichel e cromo, può avere gravi conseguenze sulla salute umana. Di conseguenza, la presenza di contaminanti nel frumento solleva significative preoccupazioni per la sicurezza alimentare e la salute dei consumatori, sottolineando l’importanza di una rigorosa sorveglianza e gestione della catena alimentare. Lo studio di campo investigato adotta un disegno sperimentale che include cinque tesi di colture di copertura estive: suolo diserbato con Glifosato, sviluppo naturale delle erbe infestanti, Sorgo Sudanese (Sorghum sudanense), miscela di Sorgo Sudanese e Vigna (Vigna unguiculata), e miscela di Sorgo Sudanese e Niger (Guizotia abyssinica); e tre livelli di concimazione azotata: 0 kg N/ha, 90 kg N/ha e 150 kg N/ha, al fine di indagare in modo approfondito gli effetti di tali pratiche agricole sulla qualità del suolo e sulla produzione di frumento. Le tecniche strumentali utilizzate per l’analisi degli elementi essenziali (P, K, Na, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo) e degli elementi potenzialmente tossici (As, Cd, Ni, Pb, Cr, Co) includono la spettroscopia di emissione atomica con sorgente al plasma ad accoppiamento induttivo (ICP-OES), la spettrometria di massa con sorgente al plasma ad accoppiamento induttivo (ICP-MS) e la spettroscopia di assorbimento atomico con fornetto di grafite (GF-AAS). La quantificazione dell’azoto minerale (nitrati e ammonio) e del fosforo disponibile (metodo Olsen) nel suolo è stata condotta tramite spettrofotometria UV-Visibile, mentre per determinare il carbonio (C) e l'azoto (N) totale nei campioni di suolo e frumento è stato impiegato un analizzatore organico elementare. Prima di procedere alla quantificazione totale degli elementi nel suolo e nel frumento, è stato necessario valutare l’efficienza del metodo di analisi considerando diversi parametri. Questi includono la tipologia della miscela di attacco per la mineralizzazione acida coadiuvata dalle microonde dei campioni solidi, la determinazione dei limiti di rilevabilità in matrice (LOD e LOQ) e l'analisi dei materiali di riferimento standard (SRM). In particolare, sono stati esaminati il campione certificato NIST 2709 (San Joaquin Soil) e il campione certificato NIST 1568b (Rice Flour). Considerando i risultati ottenuti, si può concludere che le cover crop hanno influenzato positivamente la dinamica dei nutrienti, contribuendo a migliorare la fertilità del suolo rispetto al trattamento di controllo. Inoltre, non è stata riscontrata alcuna variazione significativa nella dinamica dei micronutrienti e dei PTEs, suggerendo che questo approccio rigenerativo non ha avuto un impatto negativo sulla qualità del suolo e del frumento.Se sei interessato/a a consultare l'elaborato, vai nella sezione Home in alto a destra, dove troverai le informazioni su come richiederlo. I documenti in UNITESI sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
https://hdl.handle.net/20.500.14240/146710