ITVI20110154A1 - Metodo e dispositivo per la valutazione del livello di attivita' microbica di un substrato e relativo kit - Google Patents

Description

METODO E DISPOSITIVO PER LA VALUTAZIONE DEL LIVELLO DI ATTIVITÀ’ MICROBICA DI UN SUBSTRATO E RELATIVO KIT.

DESCRIZIONE

Campo tecnico

L’invenzione riguarda un metodo, un dispositivo e un relativo kit per la valutazione del livello di attività microbica di un substrato, come per esempio un suolo agrario, biomassa e altri contesti ove sia presente attività enzimatica, che si basa sulla biodegradazione di un materiale suscettibile al rilevamento della stessa. Vengono descritte diverse applicazioni del metodo e del dispositivo. Un settore importante di applicazione à ̈ il settore agrario.

Stato dell’arte

Numerosi settori di applicazione necessitano risposte a quesiti relativi allo stato di attività biologica di un substrato. Il suolo, ad esempio, interfaccia primaria della produzione agraria, costituisce un ambiente la cui funzionalità à ̈ mediata dalle attività di numerosissime specie microbiche. Sono esse a determinare il turn-over della sostanza organica e dei nutrienti destinati alla crescita delle piante. Le attività enzimatiche del suolo sono importanti “sensori†, forniscono indicazioni sullo stato metabolico della popolazione microbica e sulle condizioni chimico-fisiche del suolo.

Esigenza dell’agricoltore à ̈ conoscere anche la fertilità dei propri terreni e valutare la necessità o meno di somministrare per esempio fertilizzanti azotati e/o fosfatici. La possibilità di risparmiare in tale pratica, evitando gli apporti superflui rispetto a quanto già disponibile nel suolo consentirebbe, non solo un beneficio economico per il coltivatore ma anche un vantaggio generale per ambiente e territorio, come testimoniato dalla gravità di problematiche relative all’eccesso di nitrati di deriva agricola in falde ed acque correnti e dalle conseguenti misure legislative.

Oltre ai coltivi in attività, la conoscenza dello stato di potenzialità produttiva à ̈ richiesta per i suoli in riposo al fine di determinare turni e durate ottimali per la ripresa della coltivazione o per la valutazione dell’opportunità di riconversione alla coltura di terre marginali.

Nella stessa misura la conoscenza dello stato di maturazione ed attività di un substrato à ̈ richiesta anche nel caso della maturazione del letame, delle polline avicole, nel compostaggio dei residui organici, nelle biopile di suoli adibiti al bio-risanamento nonché in una serie di contesti industriali aventi come fulcro l’attività di consorzi microbici in vasche o bioreattori. Tra questi possono essere citati i fanghi attivati, il trattamento di reflui, gli impianti di nitrificazionedenitrificazione e le conversioni di biomasse e residui agroindustriali nella produzione di biogas e biocarburanti.

Le attuali metodiche con le quali à ̈ possibile dare risposte alla necessità degli utenti interessati (agricoltore, gestore di impianti, agenzia di protezione ambientale, legislatore) circa la conoscenza dello stato microbiologico di suoli, ambienti, bioreattori, etc., consistono in una serie di analisi chimico-fisiche aventi uno o più dei i seguenti svantaggi: la necessità di affidare il compito a laboratori specializzati; la necessità di analizzare molti aspetti distinti (dosaggio elementi, analisi chimico-fisiche, analisi microbiologiche); la difficoltà nell’interpretazione dei risultati ai fini di una diagnosi univoca; i costi medio-alti dell’esecuzione delle analisi; i lunghi tempi di attesa subordinati alle disponibilità del servizio di analisi; e la necessità che il materiale sia trasportato fuori dal sito d’interesse fino alla sede delle analisi.

L’arte nota propone un metodo in cui viene analizzato il grado di degradazione di campioni di fibra tessile (cotone) interrandoli e, dopo un tempo prestabilito, recuperandoli e misurandone la resistenza meccanica residua dopo l’interazione con i microrganismi. La forza necessaria alla rottura à ̈ un indicatore per l’attività cellulosolitica del terreno. Il metodo prevede di trasportare il campione a centri di analisi. L’impiego di strisce di grandi dimensioni richiede lunghi tempi di permanenza nel terreno e per la rottura macchinari tensiometrici di grandi dimensioni. Il metodo non dà nessuna informazione riguardante altre attività enzimatiche, p. es. attività proteolitiche oppure sul contenuto di azoto, fosforo, potassio ecc. nel terreno.

Presentazione de invenzione

Lo scopo della presente invenzione à ̈ superare i suddetti svantaggi e in particolare fornire un metodo e un dispositivo in grado di facilitare la valutazione del livello di attività microbica di un substrato, in particolare di un suolo, evitando di dover trasportare campioni a centri di analisi, di impiegare strumenti di misurazione complessi, di dover sopportare costi elevati e tempi lunghi. Ulteriore scopo dell’invenzione à ̈ proporre un metodo e un dispositivo in grado di fornire, senza dover eseguire tante analisi differenti, in modo semplice informazioni globali sull’attività microbica del substrato, comprendendo più attività enzimatiche e avere opzionalmente anche informazioni sulla disponibilità di elementi fertilizzanti/nutrienti, come azoto, fosforo, potassio ecc. nel substrato. Oltre all’impiego agrario, l’invenzione si pone l’obiettivo di trovare altre applicazioni per il metodo e il dispositivo secondo l’invenzione.

Gli scopi prima ricordati e altri che verranno meglio evidenziati in seguito sono raggiunti da un metodo per la valutazione del livello di attività microbica di un substrato, preferibilmente un suolo, che comprende le seguenti fasi:

a) la preparazione di uno o più fili biodegradabili:

b) il tensionamento degli uno o più fili biodegradabili con una tensione predeterminata;

c) la almeno parziale introduzione degli uno o più fili biodegradabili tensionati nel substrato;

d) la permanenza degli uno o più fili biodegradabili tensionati nel substrato; e

e) la misurazione del tempo trascorso dall’introduzione degli uno o più fili biodegradabili tensionati nel substrato fino alla rottura degli uno o più fili biodegradabili tensionati.

Prove hanno dimostrato che nei fili recuperati dopo introduzione nel substrato si registra una precisa variazione di resistenza allo sforzo dinamometrico di rottura, rispetto alle fibre originali non introdotte, e che tale parametro à ̈ altamente correlato con i livelli di attività microbica degli ambienti sotto esame. L’attività microbica/enzimatica à ̈ determinata dalla presenza di sostanza organica e disponibilità di nutrienti nel substrato in esame. Il livello di attività microbica à ̈ un indicatore per lo stadio di maturità e/o fertilità di un suolo o altro substrato.

Con il termine “filo†s’intende un corpo allungato la cui dimensione longitudinale (lunghezza) à ̈ maggiore delle dimensioni trasversali larghezza e spessore. Corrispondentemente, il termine “filo†comprende anche fibre, ove un filo può essere formato da una pluralità di fibre o da una fibra sola. Il termine “fibra" comprende monofilamenti, multifilamenti, fibre in fiocco, nastri o strisce e altre forme di fibre tagliate, sminuzzate o discontinue o simili con sezioni regolari o irregolari atte a essere sottoposte a una certa tensione. Qui il termine “fibre†comprende anche combinazioni delle strutture prima menzionate.

Con il termine “biodegradabile†s’intende che il filo/i fili sia/siano almeno parzialmente biodegradabile/i. In altre parole, à ̈ sufficiente che il grado di biodegradabilità, cioà ̈ il grado di decomponibilità del filo/dei fili da parte di una flora microbica, la cui presenza si vuole determinare adottando il metodo secondo l’invenzione, sia tale che una determinata attività microbica nel substrato in esame possa provocare la rottura del filo/dei fili sotto tensione entro un determinato periodo di tempo. Preferibilmente, questo periodo di tempo non dovrebbe superare 1-2 settimane.

Nel caso in cui il substrato sia un suolo, fili idonei possono essere per esempio fili compostabili. Sono idonei tutti i materiali sufficientemente biodegradabili in grado di sostenere una certa tensione. Sono ipotizzabili materiali di origine naturale ma anche materiali artificiali, come fibre polimeriche. I materiali naturali si dividono in materiali di origine animale, composto generalmente di proteine, e materiali di origine vegetale, composti generalmente di cellulosa oppure a base di amido.

In una variante preferita dell’invenzione, i fili biodegradabili sono di origine proteica o vegetale, preferibilmente cotone o seta. Il grado di decomposizione dei fili dà informazioni sull’attività cellulosolitica o proteolitica del substrato. La scelta del materiale à ̈ tra l’altro anche determinata dalla velocità con la quale i microorganismi o gli enzimi sono in grado di decomporre il filo per provocare la rottura dello stesso. Idealmente, i fili, la loro tensione e le loro dimensioni vengono scelti in modo tale che la rottura dei fili avvenga entro alcuni giorni, massimo entro 1-2 settimane.

Rispetto allo stato dell’arte, nel metodo secondo l’invenzione, non si misura la forza di trazione necessaria alla rottura del filo dopo un determinato periodo di tempo, ma il tempo trascorso fino alla rottura del filo soggetto a una determinata tensione/trazione semplificando notevolmente la tecnica di misurazione. La permanenza del filo nel suolo permette ai microorganismi/enzimi di decomporre il materiale biodegradabile con la conseguenza che dopo la decomposizione di una certa quantità di materiale il filo non riesce più a sopportare la tensione e si rompe. Si sono rivelati particolarmente idonei come fili, quelli in cotone o seta da cucito disponibili in commercio.

Allo scopo di misurare la capacità degradativa del complesso dei microrganismi presenti in suoli e substrati à ̈ stato messo a punto questo metodo basato sull’interramento (o sommersione in caso di substrati più liquidi come fanghi) di fili nel substrato. Preferibilmente, almeno due fili dei più fili biodegradabili sono fatti di materiale diverso per avere informazioni su diverse attività microbiche.

Vantaggiosamente, i fili sono di natura vegetale (p. es. cellulosica, come il cotone) o di natura animale (p. es. proteica, come la seta). Quello di origine vegetale à ̈ suscettibile di azione cellulosolitica mentre l’altro di origine animale, à ̈ indicatore di attività proteolitica. Essi vengono gradualmente indeboliti dalla progressiva attività dei microrganismi o degli enzimi liberi con cui si trovano a contatto. Combinando nel metodo fili di materiali diversi si ottengono, dai tempi necessari alla rottura, informazioni sull’attività proteolitica e sull’attività cellulosolitica del terreno. Sono ipotizzabili altre qualità di fili, come per esempio il lino, la viscosa, la lana (che si à ̈ rivelata lenta nella degradazione), ecc.

In una variante vantaggiosa del metodo secondo l’invenzione, per almeno uno degli uno o più fili biodegradabili à ̈ presente almeno un altro filo biodegradabile di materiale identico addizionato di almeno una sostanza fertilizzante e si determina la carenza o l’eccesso della sostanza fertilizzante nel substrato tramite il confronto dei tempi di rottura per questi due fili. Questa variante del metodo à ̈ di particolare interesse nel contesto agrario e permette di determinare se la fertilità del suolo in questione sia inoltre ulteriormente incrementabile.

Oltre alle fibre semplici, sopra descritte, ne vengono quindi aggiunte ed interrate anche versioni previamente addizionate di fonti di elementi fertilizzanti, come per esempio azoto minerale o fosfato potassico. Qui sono ipotizzabili diverse combinazioni di fili contenenti ciascuno un elemento fertilizzante oppure di fili dotati di più elementi fertilizzanti. Di particolare interesse sono sostanze fertilizzanti scelte dal gruppo costituito da fonti minerali di azoto, fosforo, potassio, calcio, magnesio, zolfo, e altri meso- e microelementi. Questi elementi si trovano in sali minerali come Ca(H2P04)2, CaS04, CaNaP04CaSi04, (NH4)2HP04, NH4N03, (NH4)2S04, KN03e altri noti all’esperto.

Nel caso più semplice, l'arricchimento con azoto avviene tramite l’immersione dei fili in una soluzione di NH4N03. La concentrazione della soluzione à ̈ preferibilmente di circa 3 g/l. Il tempo d’immersione à ̈ preferibilmente ca. 15 min.

Vantaggiosamente, l'arricchimento con fosforo prevede invece l'immersione in una soluzione di Na2HP04e KH2P04. Idonea à ̈ una concentrazione di circa 6 g/l Na2HP04e 3 g/l di KH2P04. Vantaggiosamente, i fili sono poi asciugati all'aria.

Nei casi in cui l’indebolimento della resistenza alla rottura nel filo pretrattato con un particolare elemento sia di entità ancor maggiore di quella del filo non pretrattato, tale differenza indica in quale misura una fertilizzazione con il rispettivo elemento possa essere di beneficio al suolo in questione. Si ottengono in maniera molto semplice informazioni sul fabbisogno in questo specifico elemento testato.

Le differenze indicano infatti se e quanto nei suoli in questione i microrganismi attivi nella mineralizzazione della sostanza organica fossero limitati da questo elemento, per esempio da azoto o fosforo. In condizioni di eccessi di nutrienti nel suolo, il pretrattamento con un determinato elemento si à ̈ dimostrato atto ad indicare il risultato anche in negativo dando luogo a degradazioni di entità minore rispetto alle fibre non addizionate di questo elemento. Questa osservazione à ̈ particolarmente evidente nel caso dell’azoto.

In altri termini, l'agricoltore potrà rendersi conto autonomamente, tramite il metodo con più fili proposto, se il proprio terreno necessiti o meno di aggiunta di certi elementi, come fosforo o azoto.

II metodo à ̈ stato validato da diverse migliaia di misure su terreni e contesti di fertilità e produttività note e le correlazioni con i parametri richiesti sono risultate altamente significative.

Per l’espressione del risultato, il valore di resistenza dei fili interrati viene confrontato con il dato medio di resistenza di corrispondenti fili nativi non interrati, ed espresso in percentuale di resistenza con la seguente formula: (grammi di peso applicato necessari per rottura fibra esposta al suolo / grammi di peso applicato necessari per rottura fibra nativa) x 100. I dati ottenuti sono stati quindi convertiti da percentuale di resistenza residua a percentuale di avvenuta degradazione sottraendo a 100 il valore ottenuto.

La correlazione dei valori così determinati con certe concentrazioni di batteri, microfunghi, alghe, protozoi, enzimi o elementi fertilizzanti nel substrato avviene tramite una “calibrazione†con substrati in cui i parametri chimico-fisici e microbiologici, come per esempio informazioni sui tipi di terreno, la concentrazione di elementi nutrienti/fertilizzanti, quantificazione della popolazione microbica, valori sull’attività enzimatica ecc., sono noti.

Ovviamente, si può trasferire questa parte del metodo (interramento di fili di materiali diversi e/o di fili di materiale identico pretrattati e non pretrattati) anche al metodo secondo l’arte nota, quindi al metodo ove si misura la forza necessaria alla rottura dopo un definito periodo di permanenza nel terreno.

Si à ̈ raggiunto l’obiettivo di fornire un metodo per la valutazione comparativa del livello di attività microbica e/o dello stato di fertilità di suoli o dell’attitudine degradativa di fanghi e reflui contenenti comunità biologicamente attive, quale funzione dell’attività microbica mineralizzatrice della sostanza organica su fili biodegradabili campione (per esempio cotone, seta), interrati o immersi sia in forma semplice che addizionati con elementi fertilizzanti ovvero nutrienti (per esempio azoto, fosforo e potassio), mediante la misura di variazione nella resistenza alla rottura dopo opportuno periodo di persistenza nel terreno o nel substrato oggetto di analisi.

Il metodo secondo l'invenzione permette per esempio anche il monitoraggio del risanamento di suoli inquinati a seguito di fitoestrazioni o generalmente di suoli inquinati. Il metodo permette la determinazione simultanea di diverse attività.

Un altro aspetto della presente invenzione riguarda un dispositivo per la misurazione del livello dell’attività microbica di un substrato che comprende uno o più fili biodegradabili e per ogni filo biodegradabile un primo membro di fissaggio per fissare un’estremità del filo biodegradabile e un secondo membro di fissaggio per fissare l’altra estremità del filo biodegradabile fra i quali ogni filo biodegradabile à ̈ serrabile indipendentemente sotto una determinata tensione. E’ ovvio che almeno il primo membro di fissaggio può essere comune a due o più fili, come ogni filo può avere di volta in volta un singolo primo membro di fissaggio. Questo dispositivo à ̈ atto all’effettuazione del suddetto metodo. Per i termini “filo†e “biodegradabile†valgono le definizioni di cui sopra.

In una variante preferita, per almeno un filo biodegradabile à ̈ presente almeno un altro filo biodegradabile di materiale identico dotato di almeno una sostanza fertilizzante e/o sono presenti almeno due fili biodegradabili fatti di materiale diverso. Varianti e combinazioni relative sono state descritte sopra per il metodo secondo l’invenzione. Con l’interramento di un unico dispositivo si possono introdurre nel terreno varie combinazioni di fibre multiple, integrate in un’unica sonda.

Nella forma più semplice ci sono un primo e un secondo membro di fissaggio per ogni filo biodegradabile presente.

Ipotizzabile à ̈ creare la definita tensione sul filo preimpostando una certa distanza fra i due mezzi di fissaggio, ma vantaggiosamente il dispositivo comprende inoltre un elemento di tensionamento per esercitare una determinata forza di trazione sul filo biodegradabile per ottenere la determinata tensione del filo. Un tale elemento di tensionamento può per esempio essere una molla. Idealmente, i fili sono sottoposti, tramite questi mezzi di tensionamento, ad una forza di trazione pari al 50% di quella necessaria per la rottura degli stessi filamenti quando nuovi. Il mercato offre a questo proposito molle calibrate con definite forze elastiche atte a esercitare determinate forze di trazione sul filo. Preferibilmente, il mezzo di tensionamento controlla la distanza fra il primo e il secondo membro di fissaggio. Preferibilmente, il dispositivo secondo l’invenzione comprende inoltre per ogni filo biodegradabile un indicatore per indicare la rottura del filo. La presenza di un indicatore evita l’estrazione dal substrato del dispositivo in determinati intervalli per controllare lo stato del filo e permette di lasciare lo strumento in situ nel suolo e registrare il tempo necessario al verificarsi dello scatto dell’indicatore, conseguente alla rottura dello specifico filo, una volta che la sua resistenza sia scesa per esempio a metà di quella della fibra nativa.

In una variante vantaggiosa dell’invenzione, il secondo membro di fissaggio à ̈ mobile rispetto al primo membro di fissaggio e l’elemento di tensionamento à ̈ una molla che esercita la forza di trazione sul secondo membro di fissaggio in modo tale che un filo biodegradabile serrato fra i due membri di fissaggio carichi la molla che nel caso della rottura del filo allontana il secondo membro di fissaggio dal primo mezzo di fissaggio ritornando nella sua posizione non caricata.

Sono ipotizzabili principalmente due casi. Nel primo caso la molla con la tensione del filo viene estesa dalla sua configurazione di riposo non caricata e nel secondo caso la molla viene compressa con la tensione del filo. Dopo la rottura del filo, la molla rispettivamente si contrae o si espande tornando nella forma non caricata.

Preferibilmente, l'indicatore à ̈ solidale e quindi mobile con il secondo membro di fissaggio e quindi atto a indicare tramite la sua posizione una eventuale rottura del filo. Essendo la molla che esercita la forza di trazione sul secondo membro di fissaggio ed essendo questo membro di fissaggio mobile, la posizione del secondo membro di fissaggio viene determinata dallo stato di estensione o compressione della molla a sua volta determinato dalla presente o mancante tensione del filo. Un indicatore direttamente legato al secondo membro di fissaggio à ̈ in grado di indicare, come indicatore di posizione, la posizione del secondo membro di fissaggio e così indirettamente lo stato del filo, ancora sotto tensione oppure rotto. Il concetto costruttivo prevede nel caso più semplice la possibilità del monitoraggio visivo diretto dell'indicatore che a questo scopo, vantaggiosamente, dovrebbe trovarsi in una parte del dispositivo che non viene interrata.

Preferibilmente, l’indicatore spostandosi da una posizione all’altra contatta un rivelatore che indica su un display o in forma remota lo stato del filo; questo principio à ̈ suscettibile, tramite semplici implementazioni, di una variante in grado di fornire la misura tramite invio dati per rete wireless ad opportuno software. Così lo strumento à ̈ in grado di restituire in maniera automatica l’informazione utile a conseguenti scelte gestionali dell’utente quali: necessità o meno di fertilizzazione agraria e sua entità in suoli coltivati; qualità, potenzialità e vocazione di suoli incolti o forestali; idoneità alla ricoltivazione post-maggese o set-aside; grado di maturità/attività di cumuli di stallatico, masse di compostaggio, biopile di risanamento del suolo, sedimenti di contesti sia naturali che artificiali, fanghi ed impianti di trattamento di biomasse e reflui, e bioreattori della filiera energetica etc. Queste informazioni possono essere date dalla relativa combinazione di fili diversi, come descritto sopra.

Vantaggiosamente, fra i due punti di fissaggio del filo à ̈ posizionato un guidafilo atto a conferire al filo rispetto all'asse principale dello strumento una leggera inclinazione, per un interramento di circa 15 cm del filo preferibilmente un’inclinazione attorno ai 3°. In una possibile variante, il guidafilo à ̈ discoidale con recessi disposti radialmente, questi recessi possono essere delle semplici fessure o le rientranze di un disco a forma di stella.

Una realizzazione molto vantaggiosa del dispositivo prevede che la struttura base di detto dispositivo sia un’asta che presenta nella parte inferiore per ogni filo biodegradabile detto primo mezzo di fissaggio e assialmente distanziato da questo primo mezzo di fissaggio un elemento separatore in cui à ̈ alloggiata in forma assialmente mobile per ogni filo una bacchetta la cui prima estremità, che si trova sul lato dell’elemento separatore rivolto verso il primo mezzo di fissaggio, dispone di detto secondo mezzo di fissaggio e lungo la cui estensione si trova sull’altro lato dell’elemento separatore un distanziatore solidale a detta bacchetta e ove detta molla à ̈ inserita coassialmente su detta bacchetta in forma racchiusa fra detto distanziatore e detto elemento separatore in modo tale che fissando detto filo fra detto primo e detto secondo mezzo di fissaggio il filo venga teso e la molla venga compressa fra distanziatore e separatore e che nel caso della rottura del filo la molla si espanda spostando la bacchetta la cui seconda estremità à ̈ detto indicatore che spostandosi insieme alla bacchetta indica con la nuova posizione la rottura del filo.

Le dimensioni del dispositivo secondo l’invenzione sono variabili e dipendono anche dal substrato da analizzare. Per applicazioni in vasi, per esempio per piante ornamentali, sarà di dimensioni ridotte rispetto a un utilizzo in campo, in vigneto, frutteto, in giardini ornamentali o in ambienti naturali. La lunghezza di contatto del filo con il terreno à ̈ scelta in funzione della estensione in profondità dell’attività microbica del substrato. La densità degli strumenti, cioà ̈ il numero di strumenti per una determinata superficie di analisi, dipende dall’omogeneità del substrato, generalmente più elevata in pianura che in collina. Indicativamente, in media in pianura possono essere sufficienti sei punti di monitoraggio per ettaro di terreno. Il diametro del filo viene ottimizzato in base ai tempi di permanenza nel suolo desiderati.

Vantaggiosamente, il dispositivo può anche essere dotato di analizzatori scelti fra analizzatori di gas, di temperatura e di umidità per completare le informazioni raccolte.

Un ulteriore aspetto dell’invenzione riguarda un kit che comprende uno o più fili biodegradabili nonché

a) fili biodegradabili pretrattati con soluzioni di sali minerali contenenti almeno una fonte minerale scelta fra fonti di azoto, fosforo, potassio, calcio, magnesio, zolfo, e altri meso- e microelementi, e/o

b) soluzioni di sali minerali contenenti almeno una fonte minerale scelta fra fonti di azoto, fosforo, potassio, calcio, magnesio, zolfo e altri meso- e microelementi. Un tale kit serve a sostituire facilmente i fili rotti con fili che possano servire alle misure che si intendano effettuare.

Per i termini “filo†e “biodegradabile†valgono le definizioni di cui sopra.

Vantaggiosamente, i fili sono già provvisti di estremità (per esempio sferule, occhielli, ganci) idonee a essere fissate con membri di fissaggio presenti nel dispositivo di misurazione e dispongono opzionalmente già di un contrassegno distintivo (sferule colorate per esempio).

Sono evidenti i vantaggi del metodo e dello strumento proposto rispetto alla tecnologia esistente, in quanto offrono la possibilità di utilizzare lo strumento da parte dell’utente stesso, nel proprio terreno, azienda o impianto o giardino o vaso; la capacità di effettuare la diagnosi in proprio grazie al confronto dei tempi determinati per la rottura con tempi noti per substrati con qualità note (per esempio elencati in apposite tabelle interpretative); la facoltà di ottenere risposte in tempo reale o comunque in tempi molto brevi; e l’opportunità di impiegare uno strumento dal prezzo estremamente contenuto e riutilizzabile indefinitamente con la sostituzione delle sole fibre cambiabili. La determinazione delle proprietà del substrato può permettere agli utilizzatori di prendere decisioni dirette e tempestive circa la possibilità di ricorrere all’apporto di fertilizzanti solo dove effettivamente sia necessario e del tipo più opportuno effettuando così una “fertilizzazione di precisione†e l’opportunità di impiegare materiali giunti alla maturazione (compost, letame) anziché attendere periodi non necessari o addirittura eccessivi nei riguardi della funzionalità del prodotto. Tali scelte comportano notevoli risparmi economici per l’utente e diminuiscono lo spreco e la diffusione nell’ambiente di eccessi di fertilizzanti, oltre a premettere di ridurre tempi di attesa per interventi e commercializzazione/distribuzione dei prodotti.

Con il metodo e dispositivo secondo l’invenzione non à ̈ più necessario recuperare i fili e misurarne il carico di rottura residuale su banco dinamometrico in quanto il dispositivo può operare in automatico e necessita soltanto la rilevazione dei tempi necessari all’esposizione ai microrganismi per arrivare alla rottura dei fili. In tal modo il monitoraggio dell’attività microbica (mineralizzatrice) e/o della fertilità del suolo, a essa strettamente correlata, può essere agevolmente effettuato osservando periodicamente lo stato degli indicatori presenti nello strumento (o ricevendo i dati di sensori wireless nella versione a telerilevamento) confrontando i valori determinati con valori standard forniti per esempio in tabelle interpretative.

L’invenzione ha raggiunto lo scopo di permettere un’analisi comparativa (fra diversi materiali biodegradabili e/o fra fili addizionati o non di elementi nutrienti (in particolare: azoto o fosforo-potassio) che costituisce un notevole miglioramento metodologico fornendo informazioni non solo sull’attività cellulosolitica ma anche proteolitica e/o sulle concentrazioni di nutrienti (elementi fertilizzanti) già eventualmente presenti o residuali nel terreno o mancanti. In più, l’impiego, anziché di fili sottili, di fasce di grande spessore secondo l’arte nota richiede per la rottura macchinari tensiometrici di grandi dimensioni in uso alla industria tessile e tempi di interramento molto estesi. Il metodo e il dispositivo secondo l’invenzione non richiedono strumenti tensiometrici sofisticati, i tempi d’interramento sono più brevi. La presente invenzione non si limita alla sola applicazione al suolo, ma propone di utilizzare il metodo e il dispositivo anche in altri contesti come sopra menzionati, per esempio anche nel paragrafo riguardante lo stato della tecnica. L’invenzione ha fornito uno strumento (opzionalmente automatico) per la valutazione del livello di attività microbica e di fertilità di un substrato monitorabili dallo stesso utente.

Se il dispositivo e/o il metodo viene applicato in substrati con attività microbiche/enzimatiche note, potrebbero servire per determinare la biodegradabilità/compostabilità di materiali, p. es. materiali polimerici. A questo proposito si utilizzano fili costituiti dal materiale da testare. Varianti dell’invenzione sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti. La descrizione di un preferito esempio di esecuzione del dispositivo secondo l’invenzione viene data a titolo esemplificativo e non limitativo con riferimento alle allegate tavole di disegno.

Breve descrizione dei disegni

- La fig. 1 mostra in una vista assonometrica un dispositivo per la valutazione del livello di attività microbica di un substrato secondo l’invenzione;

- la fig. 2 mostra in una vista assonometrica il dispositivo secondo la fig. 1 senza l’involucro di protezione;

- la fig. 3 mostra in una vista assonometrica la parte inferiore del dispositivo secondo la fig. 1 ;

- la fig. 4 mostra in una vista assonometrica un particolare della fig.

2;

- la fig. 5 mostra in una vista assonometrica la testa del dispositivo secondo la fig. 1 con gli indicatori non scattati;

- la fig. 6 mostra in una vista assonometrica la testa del dispositivo secondo la fig. 2 con alcuni indicatori scattati;

- la fig. 7 mostra in una vista laterale la parte superiore del dispositivo secondo la fig. 2;

- la fig. 8 mostra in una vista laterale l’inserzione della parte inferiore del dispositivo secondo la fig. 1 in un suolo.

Descrizione degli esempi di esecuzione

Nella fig. 1 à ̈ rappresentato un dispositivo nella versione per uso di misure in campo, denominato complessivamente con 1. La struttura base à ̈ costituita da un’asta 2 che su un’estremità termina in una punta stabilizzatrice 4. Sull’estremità opposta 5 che funge anche da manico si trova una testa misuratrice 6 in grado di misurare lo scatto di un indicatore (non rappresentato) indicante la rottura di uno dei fili biodegradabili 8. Essendo previsto l’utilizzo del dispositivo 1 prevalentemente all’esterno i meccanismi di tensionamento (spiegati nel dettaglio nelle figure seguenti) risulteranno protetti dalle intemperie tramite un involucro cilindrico 10 che nella parte superiore sarà trasparente consentendo la visione di indicatori colorati (vedi fig.

6) eventualmente attivati. Tale involucro 10 à ̈ di semplice disegno e facilmente rimovibile con scorrimento assiale per consentire la rapida collocazione di fili nuovi, disponibili come ricambi, senza necessitare di particolari strumenti. Con 12 sono denominate delle sedi di fissaggio che fissano di volta in volta un’estremità di rispettivi fili biodegradabili 8.

Nell’esempio rappresentato nella fig. 3 i fili sono ancorati inferiormente tramite sferule colorate 34, fissate mediante un processo industriale standard, con funzione di stoppers ed inserite nelle apposite sedi cilindriche 12 presenti nella parte inferiore dello strumento, al di sopra della punta stabilizzatrice 4. L’asta 2 à ̈ prodotta in un materiale adatto all’impiego in campo, come per esempio acciaio inossidabile, materiali polimerici, ecc. La punta stabilizzatrice 4 nel caso ideale va inserita nel suolo in un preforo di invito effettuato con un punteruolo di diametro opportuno, preferibilmente leggermente più piccolo del diametro dell’asta 2 per garantire un buon contatto fra fili 8 e suolo. Per terreni non troppo duri à ̈ anche possibile inserire il dispositivo direttamente senza creazione di un preforo e senza rischiare la rottura dei fili.

Nella fig. 2 si vedono gli interni del dispositivo 1 dopo aver tolto l’involucro protettivo 10. I fili biodegradabili 8 si estendono dalle rispettive sedi di fissaggio 12 lungo l’asta 2 e vengono guidati attraverso un guidafilo discoidale 14 che oltre a tenere i fili 8 distanziati fra di essi serve a imporre una definita inclinazione ai fili 8 che terminano ciascuno in un occhiello 16. Ciò si ottiene per esempio confezionando l’estremità superiore dei fili 8 a forma di occhiello tramite cilindretti di plastica colorata 18 stampati a caldo attorno ai fili con un processo industriale standard in uso nell’industria tessile e delle confezioni. Questi cilindretti colorati 18 sono utili anche per distinguere i fili tra di loro per materiale e aggiunta di sostanze varie. La risultante divergenza dei fili 8 assicura un sicuro contatto con il terreno e cioà ̈ la migliore interazione con i microorganismi.

Per un tratto di circa 15 cm di contatto terreno/fili che costituisce il substrato attivo, un’inclinazione di circa 3° si à ̈ rivelata idonea. Gli occhielli 16 sono agganciati in ganci 20 che corrispondono alla prima estremità di bacchette 22 che si estendono lungo l’asta 2 e terminano in seconde estremità indicatrici 24 colorate. Questi indicatori 24 sono raccolti in fori 23 di una testina 25. Le bacchette sono guidate in forma mobile in fori 26 di un disco 28 e presentano degli anelli fissi 30. Gli anelli 30 e il disco 28 limitano la mobilità di molle a elica 32 (per motivi di chiarezza si à ̈ solo rappresentata una molla) inserite sulle bacchette 22 fra anelli 30 e il disco 28. Le molle hanno una determinata reazione elastica per applicare una forza di tensione determinata sul filo 8. I fili 8 sono quindi mantenuti in tensione sulla verticale dalle bacchette 22 caricate da queste molle elicoidali 32. Nell’esempio descritto sono previsti sei fili (tre di cotone e tre di seta) e ciascun gruppo comprende: (a) un filo di controllo non pretrattato, (b) un filo pretrattato con azoto e (c) un filo pretrattato con fosforo. Naturalmente, l’utilizzatore finale à ̈ libero di scegliere anche altre combinazioni di materiali di fili e trattamenti di fili per ottenere le informazioni desiderate. Ovviamente, anche il numero dei fili può variare. I fili idealmente sono confezionati industrialmente con caratteristiche standard e vantaggiosamente dotati di sferule e cilindretti di colore specifico per consentire il corretto inserimento nel dispositivo. Questo à ̈ necessario poiché la forza di trazione adottata per il cotone à ̈ diversa da quella adottata per la seta e, a parità di materiale, sarà necessario poter distinguere tra i vari fili, cotone o seta, neutro o pre-trattato al fine della corretta valutazione dei risultati.

A questo scopo anche le estremità indicatrici superiori 24, che scatteranno quando il filo raggiunta la degradazione del 50% cederà alla trazione della molla rompendosi, sono marcate con un colore diverso per il corretto inserimento dei fili in fase di assemblaggio e per l’identificazione del filo scattato in fase di osservazione dei risultati da parte dell’utente. Il sistema di bloccaggio (sferule, occhielli) adottato consente di collocare i fili 8 nel dispositivo 1 rapidamente e senza necessità di attrezzi particolari.

Dopo aver inserito la sferula stopper 34 nella sua sede (fig. 3) ogni filo 8 viene fatto passare attraverso una scanalatura 15 nel disco guidafilo 14, necessario a mantenere un lieve angolo (~3°) tra filo 8 ed asse verticale de asta 2 ed infine assicurato all’estremità inferiore della corrispondente bacchetta 22 dotata di gancio 20. I fili 8 risultano in tal modo leggermente divergenti, nella direzione dal basso verso l’alto, allo scopo di realizzare un miglior contatto con il substrato. Infatti, lo strumento viene inserito in un preforo praticato con un semplice attrezzo costituito da un cilindro o punzone in metallo o plastica purché del diametro uguale o leggermente inferiore a quello della parte interrata del dispositivo e con una lunghezza pari a quella della parte interrata del dispositivo esclusa la punta stabilizzatrice, corrispondente alla profondità dello strato attivo (~15 cm.). Idealmente, il dispositivo 1 à ̈ dotato di un secondo disco distanziatore 36 posto sulla parte superiore del dispositivo per tenere le bacchette 22 essenzialmente parallele all’asta 2.

Nella fig. 8 à ̈ rappresentato il posizionamento della punta stabilizzatrice 4 e dei fili 8 con una idonea profondità in un foro 7 in un terreno 9. Nel disegno risulta per motivi di chiarezza uno spazio vuoto fra terreno 9 e fili 8, in realtà il terreno occupa tutto lo spazio fino al contatto con l’asta 2. Inserendo il dispositivo nel foro 7, tutti i fili 8 rimarranno a contatto con il suolo e con la superficie cilindrica esterna dell’asta 2, uniformemente anche in caso di lieve inclinazione del dispositivo rispetto alla verticale.

La fig. 4 mostra in forma ingrandita una bacchetta 22 del dispositivo 1 con l’indicatore 24 e il gancio 20. La molla 32 può semplicemente essere sostituita sfilandola dalla bacchetta 22 la quale à ̈ facilmente inseribile in un foro 26 del disco distanziatore 28.

La fig. 5 mostra la parte superiore dello strumento 1 con tutti gli indicatori 24 non attivati e quindi retratti nei fori 23 della testina 25. Nella fig. 6 invece si vedono due indicatori 24b attivati e visibili anche in caso di copertura con l’involucro protettivo, poiché a causa del cedimento dei relativi fili le loro bacchette 22, non più trattenute dal rispettivo filo rotto, sono state spinte in alto dalla propria molla. Alcuni indicatori 24a non sono attivati indicando che il corrispondente filo non si à ̈ ancora rotto.

Attorno agli indicatori 24 può essere prevista una fascia di protezione trasparente in materiale plastico idoneo al contesto di utilizzo, omessa nel disegno che può essere anche parte integrante dell’involucro protettivo. In tutti i disegni sono state omesse eventuali protezioni superiori degli indicatori.

La testa superiore 6 serve in forma dei fori 27 da sede per gli indicatori 24 scattati e può ospitare un eventuale circuito elettronico a microprocessore destinato alla rilevazione del loro status, un ricevitore GPS miniaturizzato, un modulo WSN, un cronometro per individuare il tempo di scatto dell’indicatore e una batteria di alimentazione.

La fig. 7 riassume in una vista laterale della parte superiore del dispositivo le varie situazioni del sistema di misurazione. I fili 8a si trovano ancora sotto tensione, mentre il filo 8b risulta spezzato. Corrispondentemente, le bacchette 22a collegate a fili interi 8a si trovano in una posizione più bassa rispetto a quella della bacchetta 22b collegata al filo rotto 8b. I fili 8a provocano la compressione delle relative molle 32a, mentre la rottura del filo 8b ha permesso alla molla 32b di tornare nella sua forma non caricata spingendo la relativa bacchetta 22b in alto. Il corrispondente indicatore 24b si trova assialmente spostato rispetto agli indicatori 24a non scattati e indica la rottura del filo 8b.

Il dispositivo può essere utilizzato in un contesto con opzione di telerilevamento. La struttura dello strumento permette l'inserimento, nella parte superiore, di un modulo opzionale in tecnologia wireless per la trasmissione a distanza dello status dei vari indicatori, completo di batteria di adeguata capacità.

L’odierna tecnologia delle reti WSN (Wireless Sensor Network) consente la creazione di una rete di sensori tra loro interconnessi, come già avviene in ambito industriale, per la rilevazione dello stato degli stessi e invio dei parametri di processo senza dover provvedere ad una cablatura ad hoc.

Adottando tale tecnologia nel dispositivo in oggetto, specialmente in caso di aree di grande e grandissima estensione, si può ottenere il rilevamento da remoto dello stato di un grande numero di punti del terreno in esame il cui numero e distanza reciproca dipende dalla tecnologia wireless in uso e dai criteri adottati per una razionale campagna di rilevazione della fertilità agronomica.

Le specifiche attuali di una delle tecnologie WSN disponibili, la ZigBee, prevedono un massimo di oltre 65.000 moduli appartenenti ad una singola rete, una distanza massimale tra i moduli/dispositivi in campo aperto, di circa 70 metri nei modelli standard e di circa 200 m nella versione potenziata.

Inoltre la funzione di relay tra un nodo-sensore ed un altro consente di aumentare la distanza di rilevamento fino ad un massimo di sei ripetitori tra il nodo più lontano e la stazione ricevente.

Tale tecnologia sarebbe perciò attualmente la più idonea per la rilevazione a distanza dello stato dello strumento in oggetto e sua trasmissione verso un nodo centrale avente funzioni di raccolta e gestione della rete e interfacciato ad un normale pc portatile.

Tali moduli sono caratterizzati da un basso data-rate ma elevata autonomia (circa 1 anno con una comune batteria a stilo) e questo li rende ideali per l'impiego ne ambito in oggetto dove non sono necessari elevati flussi dati e la permanenza in situ prevista à ̈ limitata a qualche settimana.

Le dimensioni ridotte dei componenti WSN inoltre consentono economicità ed agevole integrazione in uno strumento quale l’oggetto della presente discussione.

All’atto pratico, prescindendo dalla tecnologia wireless adottata, il funzionamento dei moduli WSN presenti nei dispositivi prevede una permanenza “in stand-by†per la maggior parte del tempo, con un consumo di corrente irrisorio, salvo riattivarsi per un brevissimo periodo di tempo al fine di verificare se presso il nodo centrale supervisore connesso al pc portatile vi sia in giacenza una richiesta dati ad esso indirizzato.

In tal caso quel modulo eseguirebbe una routine hardware per verificare quali indicatori risultino liberati a causa della rottura del loro filo interrato.

Lo stato degli indicatori, assieme al codice identificativo del dispositivo (ID), verrebbe trasmesso via radio al nodo supervisore il quale lo consegnerebbe al pc a esso collegato per la registrazione in un semplice file tipo Excel o analogo software.

Il software inserirebbe i dati in arrivo in un record puntato dall’ ID all’interno del file Excel nel quale sarà già presente la posizione geografica del dispositivo rilevata al momento del suo posizionamento in sito mediante un ricevitore GPS autonomo oppure integrato nel pc portatile.

Nello stesso record verranno inserite automaticamente anche la data e l’ora di inizio di operatività di ogni dispositivo al fine di eseguire confronti tra stati successivi.

Il semplice database così formato può essere utilizzato per la successiva analisi tramite un software, sviluppato ad hoc, che oltre ad un responso numerico possa fornire anche una rappresentazione grafica del livello di attività microbica ed eventualmente del conseguente stadio di maturità e/o fertilità del terreno in varie modalità utili alla determinazione delle decisioni agronomiche e gestionali.

Una di queste à ̈ la possibilità della visualizzazione dello stato del suolo su opportuna mappa ottenuta integrando e confrontando i dati in arrivo dai dispositivi nei giorni successivi alla loro messa in campo. Infatti, avendo previsto la registrazione temporale degli eventi verificatisi, ossia data e ora di messa in funzione di ogni dispositivo e attivazione dei suoi indicatori, si ottengono informazioni utili circa l’andamento delle attività microbiche nel suolo in esame.

Nello specifico sarebbe possibile dedurre se una porzione di terreno à ̈ più o meno attiva di altre semplicemente interrogando il database tramite il software.

Infatti, basta implementare in esso un algoritmo che esegua i confronti tra eventi temporalmente distinti per ottenere il tasso di attività nel terreno, sia confrontando in maniera opportuna la sequenza temporale delle attivazioni degli indicatori di un dispositivo che la correlazione tra indicatori omologhi attivati in dispositivi diversi.

Il dispositivo oggetto della presente invenzione à ̈ realizzabile avvalendosi di materiali e lavorazioni standard, ovvero normalmente reperibili in commercio o in uso industrialmente. E’ possibile quindi riprodurlo anche in serie.

Di seguito sono elencate proposte per materiali e componenti idonei che sono da ritenersi puramente indicativi ed esemplificativi ma non limitativi.

Il corpo principale, quindi l’asta, si compone di un elemento tubolare (lungo circa 700 mm) realizzato in materiale plastico (PVC, polietilene 0 altro) che assicuri resistenza agli agenti atmosferici e alla radiazione UV e comunque idoneo all’uso in campo. Può essere realizzato in un unico pezzo integrante puntale, corpo cilindrico, dischi guida per i fili e bacchette, la sezione superiore e l’impugnatura.

1 vari dischi guida servono per mantenere in posizione le bacchette e i fili. Possono essere elementi distinti ricavati da lastra di PVC, forati e montati nel corpo principale. Se prodotti separatamente possono essere ricavati da barra tonda di materiale plastico oppure prodotti per processo di stampaggio che preveda tutti i fori necessari. Da valutare à ̈ la possibilità di produrre dischi e corpo principale già integrati assieme mediante un unico processo di lavorazione.

Per l’involucro di protezione che racchiude e protegge il sistema di bacchette e molle, la produzione comporta essenzialmente il taglio di tubi in materiale plastico. Esso si compone di due parti: una inferiore opaca ed una superiore trasparente per consentire il controllo dello stato degli indicatori. Il tubo inferiore à ̈ scorrevole per l’accesso alle terminazioni inferiori delle bacchette e l’agevole aggancio dei fili da interrare. I due tubi possono essere prodotti anche collegati fra di essi oppure completamente indipendenti.

Dato il particolare funzionamento delle bacchette, per la loro realizzazione si possono usare comuni raggi da bicicletta in acciaio inox 18/8 adattati allo scopo con una semplice modifica del profilo standard di produzione. Si tratta di un particolare meccanico che già possiede in origine una particolare conformazione terminale rivelatasi quasi ideale per l'aggancio della parte superiore dei fili (occhiello). Per il corretto utilizzo nello strumento necessita far eseguire solo una lieve contropiegatura all’estremità curva del raggio originale. Tale lavorazione à ̈ eseguibile semplicemente reimpostando un parametro di piegatura delle macchine produttrici automatiche. La seconda piega serve ad assicurare che lo sforzo di trazione, esercitato sui filamenti, agisca solo lungo l’asse longitudinale delle bacchette riducendo al minimo eventuali forze radiali che provocherebbero attriti indesiderati tra esse e i dischi guida. Tale particolare meccanico, essendo prodotto industrialmente in milioni di esemplari da numerose aziende, nazionali ed estere, ha un costo unitario irrisorio perciò l’adozione di tale soluzione eviterebbe i costi di produzione di aste ad-hoc. Infine essi vengono già forniti con l’estremità opposta già filettata, il che consentirebbe un agevole fissaggio degli indicatori colorati.

Gli indicatori sono collocati all’estremo superiore delle bacchette e realizzati in materiale plastico colorato. Dotandoli di piccoli magneti, da inserire nella loro base superiore, possono azionare dei microcontatti, oppure sensori ad effetto Hall, facenti parte di un circuito elettronico di rilevazione opzionale alloggiato nella parte superiore dello strumento descritta in seguito.

I fili da interrare sono dotati di terminazioni tali da poter essere inseriti nello strumento in modo rapido e senza attrezzi, come si evince dai disegni. A questo scopo si à ̈ previsto il fissaggio, per pressofusione, di una sferula in materiale plastico opportuno ad una estremità e di un cilindretto dello stesso materiale all’altro capo dove realizza un occhiello da agganciare all’estremità inferiore delle bacchette in acciaio. Sia le sferule che i cilindri sono colorati per l’identificazione della tipologia dei fili. La loro produzione può essere effettuata presso aziende specializzate nello stampaggio di articoli in plastica destinati all’industria delle confezioni, come cartellini, targhette portamarchio, sigilli, ecc. che solitamente sono presenti nei capi di vestiario nuovi. Per fili in seta o cotone si sono rivelati particolarmente idonei i seguenti tipi di fibre standardizzate:

• seta, TRE STELLE, art. 2624, seta bozzolo reale, titolo n. 24; • cotone, TRE STELLE, extraforte, titolo n. 16.

Dopo aver posizionato i fili, le bacchette sono mantenute in tensione mediante molle in acciaio inox bloccate mediante collari a vite. Le molle vengono comunemente prodotte da ditte specializzate che le realizzano in serie da modelli standard oppure a disegno. I collari a vite sono comunemente disponibili in misure unificate ma in alternativa si possono utilizzare più economici anelli di arresto unificati di piccolo diametro da collocare lungo le bacchette inox in posizione tale da garantire la corretta compressione delle molle.

Il dispositivo termina superiormente con un elemento cilindrico con funzioni di impugnatura per l’infissione nel terreno. Nella versione con dispositivo elettronico in esso possono essere alloggiate le batterie, l’antenna del modulo WSN, un eventuale ricevitore GPS, un cronometro e l’interruttore di attivazione.

La parte superiore dello strumento, appena al di sotto dell’impugnatura, presenta dei fori guida nei quali vanno parzialmente ad inserirsi i cilindri indicatori solidali con le bacchette in seguito allo scatto delle stesse. Di essi però rimane visibile una parte per consentire il controllo visivo dello stato dei fili, per lo meno fino ad una certa distanza.

La sua forma e dimensioni possono però variare in fase di produzione se lo strumento viene dotato di un circuito elettronico di rilevamento in base al suo effettivo ingombro finale. Tale circuito opzionale sarebbe deputato alla rilevazione elettronica dello stato degli indicatori mediante lettura dello stato on-off di microcontatti (p.e. contatti Reed o sensori Hall), azionati dai magneti di cui sono dotati gli indicatori, e collocati in posizione opportuna all’interno della struttura stessa.

L’elettronica prevista per questo strumento, oltre alla rilevazione dello stato degli indicatori, prevede la memorizzazione di un codice identificativo (ID, da impostare tramite una utility software) e i dati di un circuito RTC (reai time clock) che fornisce i dati temporali (gg-hhmm).

Impiegando un microprocessore tale elettronica consente di implementare, nel dispositivo, altre funzioni utili come la determinazione autonoma della posizione tramite un modulo GPS low cost oppure l’interfacciamento con un modulo LOC (Laboratory on Chip) e sensori per la rilevazione di temperatura del suolo/biomassa, l’umidità, gas sviluppati ecc.

Il modulo LOC in particolare, prodotto dell’evoluzione della microelettronica e disponibile a prezzi accettabili, consentirebbe di effettuare analisi chimiche direttamente in situ sui metaboliti gassosi prodotti dai microrganismi presenti nel substrato attivo (H2, H2S, C02, CH4, C2H4, NO, N20, NH3ICH4ecc.) il che si traduce nella possibilità di seguire l’evoluzione temporale del substrato integrando i dati forniti con quelli temporali del modulo RTC ed i parametri temperatura/umidità. Sul mercato sono già disponibili moduli LOC per effettuare varie tipologie di analisi.

L’elettronica di bordo à ̈ completata da un modulo WSN (wireless sensor network) destinato a mantenere le telecomunicazioni wireless con la stazione ricevente (WSN supervisor/coordinator) interfacciata ad un PC.

Il telerilevamento dei dati provenienti dagli strumenti/sensori implica la loro gestione informatica con un software applicativo che dovrebbe inizializzare l’intero network di dispositivi presenti in campo e rilevare periodicamente il loro stato per le opportune elaborazioni informatiche destinate al rendering finale ossia la presentazione grafica su monitor delle dinamiche microbiche nel suolo o negli altri substrati oggetto di analisi. Tale presentazione deve essere realizzata in modo da fornire una visione sintetica e razionale della situazione rilevata dai sensori da parte degli utilizzatori, siano essi specialisti oppure gli stessi agricoltori.

Tramite i dispositivi di versione più avanzata si doterebbe il territorio di una sorta di sistema nervoso in grado di monitorare costantemente le dinamiche microbiologiche apportando conoscenza a supporto delle decisioni agronomiche o gestionali più opportune.

Un test che ha interessato 10 vigneti dimostra in maniera chiara l’applicabilità del metodo proposto nell’invenzione per la valutazione del livello di attività microbica e del conseguente stadio di fertilità del terreno anche in termini di produttività in uva. La tabella sottostante riassume dati di correlazione tra i parametri di biodegradazione dei fili e la sostanza organica, il rapporto C/N e la produttività in quintali di uva vendemmiata.

La dotazione di sostanza organica a 0-30 cm risulta correlata con la degradazione del filo di seta controllo mentre quella a 30-60 cm presenta correlazioni significative sia con la degradazione del cotone trattato con azoto che con la seta controllo. Anche il rapporto C/N a 0-30 cm risulta correlato con la degradazione della seta controllo mentre quello relativo allo strato 30-60 cm mostra correlazioni significative con la degradazione del cotone trattato con azoto e con la seta controllo. La produttività à ̈ risultata correlata con la degradazione del cotone e della seta nelle tesi controllo e del cotone trattato con azoto. I coefficienti di correlazione più elevati sono stati rilevati fra il rapporto C/N a 30-60 cm con la degradazione della seta nella tesi controllo.

Tabella. Correlazioni tra attività microbica (% di degradazione dei filamenti), sostanza organica, rapporto C/N e produttività (<*>p<0,05; **p<0 ,01 ; ns: non significativo).

Degradazione cotone Degradazione seta Controllo Azoto Fosforo Controllo Azoto Fosforo Sostanza organica (0-30 cm) n.s. n.s. n.s. 0,650* n.s. n.s. Sostanza organica (30-60 cm) n.s. 0,667' n.s. 0,706<*>n.s. n.s. Rapporto C/N (0-30 cm) n.s. n.s. n.s. 0,747<**>n.s. n.s. Rapporto C/N (30-60 cm) n.s. 0,733" n.s. 0,803" n.s. n.s. Produttività _ 0,774" 0,697' n.s. _ 0,792" n.s. _ n.s.

Dall’analisi appare evidente come la degradazione della seta e del cotone possa diventare un utile indice della attività microbica e della fertilità del suolo.

In fase esecutiva, al metodo, dispositivo e kit per la valutazione del livello di attività microbica di un substrato oggetto dell’invenzione potranno essere apportate ulteriori modifiche o varianti esecutive non descritte. Qualora tali modifiche o tali varianti dovessero rientrare nell’ambito delle rivendicazioni che seguono, si dovranno ritenere tutte protette dal presente brevetto.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1 ) Metodo per la valutazione del livello di attività microbica di un substrato (9), preferibilmente un suolo, comprendente le seguenti fasi: a) la preparazione di uno o più fili biodegradabili (8); b) il tensionamento di detti uno o più fili biodegradabili (8) con una tensione predeterminata; c) la almeno parziale introduzione di detti uno o più fili biodegradabili (8) tensionati in detto substrato (9); d) la permanenza di detti uno o più fili biodegradabili (8) tensionati in detto substrato (9); e e) la misurazione del tempo trascorso dall’introduzione di detti uno o più fili biodegradabili (8) tensionati in detto substrato (9) fino alla rottura di detti uno o più fili biodegradabili (8) tensionati.
2. 2) Metodo secondo la rivendicazione 1) caratterizzato dal fatto che almeno due fili di detti più fili biodegradabili sono fatti di materiale diverso.
3. 3) Metodo secondo la rivendicazione 1 ) o 2) caratterizzato dal fatto che detti uno o più fili biodegradabili (8) sono di origine proteica o vegetale, preferibilmente di cotone o di seta.
4. 4) Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che per almeno uno di detti uno o più fili biodegradabili (8) à ̈ presente almeno un altro filo biodegradabile (8) di materiale identico dotato di almeno una sostanza fertilizzante e dal fatto che comprende la fase di determinare la carenza o l’eccesso di questa sostanza fertilizzante in detto substrato (9) tramite il confronto dei tempi di rottura per questi due fili (8).
5. 5) Metodo secondo la rivendicazione 4) caratterizzato dal fatto che detta sostanza fertilizzante à ̈ scelta dal gruppo costituito da fonti minerali di azoto, fosforo, potassio, calcio, magnesio, zolfo e altri meso- e microelementi.
6. 6) Dispositivo (1 ) per la valutazione del livello di attività microbica di un substrato (9) comprendente uno o più fili biodegradabili (8) e per ogni filo biodegradabile un primo membro di fissaggio (12) per fissare un’estremità di detto filo biodegradabile (8) e un secondo membro di fissaggio (20) per fissare l’altra estremità di detto filo biodegradabile (8) fra i quali ogni filo biodegradabile (8) à ̈ serrabile indipendentemente sotto una determinata tensione.
7. 7) Dispositivo (1 ) secondo la rivendicazione 6) caratterizzato dal fatto che comprende inoltre uno o più elementi di tensionamento (32) per esercitare una determinata forza di trazione su detti uno o più fili biodegradabili (8) per ottenere detta determinata tensione di detti fili (8).
8. 8) Dispositivo (1 ) secondo una delle rivendicazioni 6) o 7) caratterizzato dal fatto che comprende inoltre per ogni filo biodegradabile (8) un indicatore (24) per indicare la rottura del filo (8).
9. 9) Dispositivo (1 ) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6) a 8) caratterizzato dal fatto che per almeno un filo biodegradabile (8) Ã ̈ presente almeno un altro filo biodegradabile (8) di materiale identico dotato di almeno una sostanza fertilizzante e/o che sono presenti almeno due fili biodegradabili fatti di materiale diverso.
10. 10) Dispositivo (1 ) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7) a 9) caratterizzato dal fatto che detto secondo membro di fissaggio (20) à ̈ mobile rispetto a detto primo membro di fissaggio (12) e che detto elemento di tensionamento à ̈ una molla (32) che esercita detta forza di trazione su detto secondo membro di fissaggio (20) in modo tale che un filo biodegradabile (8) serrato fra i due membri di fissaggio (12, 20) carichi la molla (32) la quale nel caso della rottura del filo (8) allontana il secondo membro di fissaggio (20) dal primo mezzo di fissaggio (12) ritornando nella sua posizione non caricata.
11. 11 ) Dispositivo (1 ) secondo le rivendicazioni 8) e 10) caratterizzato dal fatto che detto indicatore (24) Ã ̈ solidale a e quindi mobile con detto secondo membro di fissaggio (20) e quindi atto a indicare tramite la sua posizione una eventuale rottura del filo (8).
12. 12) Dispositivo (1 ) secondo la rivendicazione 11 ) caratterizzato dal fatto che la struttura base di detto dispositivo à ̈ un’asta (2) che presenta nella parte inferiore per ogni filo biodegradabile (8) detto primo mezzo di fissaggio (12) e assialmente distanziato da questo primo mezzo di fissaggio (12) un elemento separatore (28) in cui à ̈ alloggiata in forma assialmente mobile per ogni filo (8) una bacchetta (22) la cui prima estremità, che si trova sul lato dell’elemento separatore (14) rivolto verso il primo mezzo di fissaggio (12), dispone di detto secondo mezzo di fissaggio (20) e lungo la cui estensione si trova sull’altro lato dell’elemento separatore (28) un distanziatore (30) solidale a detta bacchetta (22) e ove detta molla (32) à ̈ inserita coassialmente su detta bacchetta (22) in forma racchiusa fra detto distanziatore (30) e detto elemento separatore (28) in modo tale che fissando detto filo (8) fra detto primo (12) e detto secondo (20) mezzo di fissaggio il filo (8) venga teso e la molla (32) venga compressa fra distanziatore (30) ed elemento separatore (28) e che nel caso della rottura del filo (8) la molla (32) si espanda spostando la bacchetta (22) la cui seconda estremità à ̈ detto indicatore (24) che spostandosi insieme alla bacchetta indica con la nuova posizione la rottura del filo (8).
13. 13) Kit comprendente uno o più fili biodegradabili (8) nonché a) fili biodegradabili pretrattati con soluzioni di sali minerali contenenti almeno una fonte minerale scelta fra fonti di azoto, fosforo, potassio, calcio, magnesio, zolfo, altri meso- e microelementi; e/o b) soluzioni di sali minerali contenenti almeno una fonte minerale scelta fra fonti di azoto, fosforo, potassio, calcio, magnesio, zolfo, altri meso- e microelementi.