Ecofriendly agricultural use of bioproducts from municipal biowaste with a potential high value [Applicazione in agricoltura di bioprodotti con un potenziale elevato valore aggiunto ottenuti da rifiuti organici urbani]

This doctoral thesis explores the valorization of municipal biowaste (MBW) as an alternative feedstock for producing high-performance compounds beneficial for agricultural applications. MBW management often poses environmental challenges, prompting the investigation of innovative strategies to utilize waste biomass effectively. This research focuses on evaluating the potential agricultural applications of products from alkaline hydrolysis of solid anaerobic digestate from municipal biowastes (BPs) and these latter ones subjected to a further ozonisation treatment (BPs OX). The first study investigates the effects of BP preparations (BPs and BPs OX) on crop seed germination and their pesticide properties against economically significant fungal phytopathogens. Results reveal species-specific positive effects on seed germination, with exceptions regarding phytotoxicity at higher concentrations. Furthermore, the fungicidal potency of BPs OX against multiple fungal targets is demonstrated, indicating potential applications in agrochemicals. Moreover, the second study introduces an innovative foliar spray application technique for biostimulants, facilitating their utilization in agricultural practices. Results suggest that significant im-provements in lettuce growth with optimized BPs and BPs OX concentrations, highlighting the potential for enhanced crop yields through environmentally safe biostimulant application methods. In addressing key concerns of agriculture, the thesis finally explores the use of bioproducts (BPs) directly applied to the soil to improve plant nutrient efficiency and mitigate environmental impacts caused by excessive nitrogen fertilizer application. Experimental trials involving BPs application alone or in combination with mineral fertilization (MF) demonstrate promising results in enhancing lettuce growth, nitrogen use efficiency, and reducing nitrate leaching. Overall, this thesis contributes to the development of sustainable and eco-friendly agricultural practices by harnessing municipal biowastes to produce high-performance compounds and biostimulants, thereby addressing environmental concerns and promoting agricultural efficiency.

Questa tesi di dottorato propone la valorizzazione dei rifiuti organici urbani come materia prima alternativa per la produzione di composti ad alto valore aggiunto, utili per le applicazioni in agricoltura. La gestione della frazione organica dei rifiuti solidi urbani pone spesso sfide ambientali, spingendo a studiare strategie innovative per l’efficiente utilizzazione della biomassa di scarto. La presente ricerca si concentra sulla valutazione delle potenziali applicazioni dei bioprodotti ottenuti attraverso l'idrolisi alcalina dal digestato di un impianto di biogas alimentato con la frazione organica dei rifiuti solidi urbani (BPs), o da idrolisi alcalina e successivo trattamento con ozono (BPs OX). Lo studio ha analizzato gli effetti dei bioprodotti sul miglioramento della germinazione dei semi di piante di interesse agrario e le loro proprietà antifungine contro patogeni fungini di particolare rilevanza economica in agricoltura. I risultati hanno rivelato degli effetti positivi specie-specifici sulla germinazione dei semi, con eccezioni relative alla fitotossicità a concentrazioni più elevate. E' stata anche dimostrata l’azione fungicida dei BPs OX contro alcuni funghi fitopatogeni. Inoltre, lo studio ha introdotto per la prima volta l’applicazione fogliare dei preparati BPs e BPs OX, rendendo così il loro utilizzo più semplice nelle pratiche agricole e più sicuro per l’ambiente. I risultati hanno mostrato miglioramenti significativi nella crescita della lattuga con entrambi i preparati somministrati a diverse concentrazioni, evidenziando un potenziale aumento della resa delle colture. La tesi ha infine esplorato l'impiego delle BPs direttamente al suolo, per migliorare l'efficienza dell’assimilazione dei nutrienti delle piante e mitigare gli impatti ambientali causati dall'eccessiva applicazione di fertilizzanti azotati. Prove sperimentali che prevedono l'applicazione dei BPs da soli o in combinazione con i fertilizzanti minerali hanno dimostrato risultati promettenti nel migliorare la crescita della lattuga, l'efficienza di utilizzo dell'azoto e la riduzione della lisciviazione dei nitrati. Nel complesso, questa tesi contribuisce allo sviluppo di pratiche agricole sostenibili ed ecocompatibili, valorizzando i residuati dal trattamento dei rifiuti organici municipali al fine di produrre nuovi composti ad alto valore aggiunto con effetto di priming sui semi, attività antifungina e biostimolante, affrontando così le problematiche ambientali attuali e promuovendo una maggiore efficienza produttiva.