Corso di formazione integrata scientifica e tecnologica
Modulo 6:
(A.S. 2002/03)
Aspetti chimico-fisici e biologici
dell’ambiente "suolo"
Calendario degli incontri del modulo 6:
Aspetti chimico-fisici e biologici dell’ambiente "suolo”
1. Ecosistema suolo
06/02
Artov
2. Pedogenesi
20/02
Mlib
3. Turnover della sostanza organica nel suolo
27/02
Mlib
4. Ecologia delle popolazioni microbiche del suolo
06/03
Mlib
5. Ciclo dell’Azoto
13/03
Mlib
6. Ciclo del Carbonio
20/03
Mlib
Aspetti chimico-fisici e biologici dell’ambiente "suolo"
2. Pedogenesi
Parte teorica
Esperienze di laboratorio
 Definizione di suolo
 Campionamento del suolo
 Fasi del suolo
 Analisi qualitative
 Processi pedogenetici
 Orizzonti del suolo
 Classificazione-Tipo
 Granulometria
 Permeabilità
 Acidità
 Calcare
 Presenza di N, P, K
2. Pedogenesi
Definizione e caratteristiche del suolo
 Il suolo è lo strato più superficiale della crosta terrestre
 E’ un insieme di sostanze organiche e minerali ( 50% del volume)
 E’ un sistema complesso, eterogeneo di tre fasi: solida, liquida e gassosa.
 E’ un compartimento di un ecosistema più generale, è un sistema aperto
con un continuo scambio energetico interno ed esterno
 E’ una interfaccia molto delicata dell’ecosfera,
difficile e costosa da rinnovare
 E’ un importante filtro biologico
 E’ la parte esplorata dalle radici
e nella quale operano i microrganismi
 Viene suddiviso in: Strato attivo (eluviale) 30-40 cm
Strato inerte (illuviale)
Sottosuolo
2. Pedogenesi
Fasi del suolo
Sistema eterogeneo complesso costituito da tre fasi (polifasico)
Solida
Componente
organica
non vivente
5%
Liquida
Componente
inorganica
45%
Particelle
(Si, Ca, Al, Mg, K, Fe)
Sabbia
Gassosa
Scheletro - non disgregato -  2mm
Terra fine
Limo
Argilla
• Tessitura o composizione granulometrica
• Struttura
Granulare
Poliedrica
Prismatica
Lamellare
Terreni privi di struttura: mancanza di cementanti
eccesso di cementazione
Proprietà fisiche dei suoli
 Granulometria
 Tessitura
 Struttura
 Porosità
 Permeabilità
particelle grossolane = sabbia grossa

sabbia fine 0,2 mm
particelle fini = limo
0,02 mm 
particelle finissime = argilla

 0,2 mm
 0,02 mm
 0,002 mm
 0,002 mm
percentuale delle diverse frazioni granulometriche
come sono legate tra loro le particelle e
come sono disposti i pori
volume dei pori compreso tra 40 e 60%
volume d’acqua defluito da un volume noto di suolo nell’unità di
tempo.
Dipende da:
 Umidità
quantità di acqua che viene trattenuta (con diverse modalità)
 Aerazione
% d’aria che varia in funzione della tessitura e dell’umidità.
 Calore specifico e conducibilità termica
Triangolo delle tessiture
La percentuale delle diverse frazioni granulometriche determina diversi tipi
di terreno:  argilloso
 limoso
100 0
 sabbioso
10
90
e diverse loro
combinazioni
20
80
30
70
argilloso
40
60
Franco: questo termine
50
argilloso
limoso
60
franco70
limoso
-argilloso
50
indica una tessitura in cui non
c’è prevalenza di alcuna classe
40 argilloso
sabbioso
granulometrica sulle altre.
10
franco30 franco-sabbioso-argilloso
argilloso
20
franco
franco-sabbioso
80
franco-limoso
90
limoso
sabbioso
0
100
90
80
70
60
50
40
Sabbia
30
20
10
100
0
Proprietà chimiche dei suoli
 Composizione chimica degli strati solidi
 Soluzioni ioniche e colloidali - Gas presenti
 Sostanza organica - Humus
 Potere assorbente
 pH
capacità di trattenere le sostanze disciolte
può variare da 5,5 a 8,5 per il terreno agrario
dipende da umidità, clima, tipo di substrato
 Potere tampone
capacità di evitare eccessive variazioni di pH
 Reattività delle particelle
limo e argilla sono molto più "reattivi" della
sabbia, per il numero maggiore di cariche,
prevalentemente negative
10 Å
O
OH
Al
Si
Fasi del suolo
Solida
Precipitazioni
Liquida
Gassosa

Acqua come soluzione circolante di sali, gas e colloidi (25%)

Falda
 Acqua gravitativa o di percolazione
 Acqua capillare
 Acqua igroscopica
Punto di appassimento
 Acqua di cristallizzazione
Capacità di ritenzione massima = rappresenta il massimo volume di acqua
presente in un suolo e corrisponde alla condizione in cui tutti i pori sono pieni.
Capacità di campo = corrisponde alla somma dell'acqua capillare e quella
igroscopica: acqua che resta dopo lo svuotamento dei macropori.
Fasi del suolo
Solida
Liquida
Gassosa
L’aria tellurica (25%) occupa i macropori di   8 ed è composta dagli
stessi elementi dell’aria atmosferica: N2, O2, CO2, gas nobili.
Le percentuali di alcuni gas sono diverse da quelle dell’atmosfera:
O2 percentuale minore, limitante
CO2 % maggiore, 0,3 - 3% ; 5 - 10% nella rizosfera, e fino al 20%
In anaerobiosi sono presenti CH4, H2S, NH3…….
Processi pedogenetici
2. Pedogenesi
pédon = suolo, terreno + génesis = generazione
 Ciclo di formazione e di trasformazione del suolo, che ha inizio con
l’alterazione della roccia madre, causata da diversi agenti, e giunge
alla formazione di composti minerali solubili.
Il suolo è una struttura dinamica che ha, nel tempo,
• Evoluzione progressiva
• Evoluzione regressiva
una origine
una vita
una fase terminale
“Climax” = equilibrio stabile del suolo e della flora
In seguito alla rottura di un equilibrio
Le proprietà dei suoli sono determinate, in via teorica, da 5 fattori:
• Roccia madre
• Topografia
• Bioma
• Clima
• Tempo
Fasi della formazione di un suolo
I.
Il basamento roccioso inizia a disintegrarsi per azione dei cicli di gelo e disgelo,
della pioggia e di altri fattori ambientali
II. La roccia si trasforma in materiale incoerente, che a sua volta si decompone in
particelle minerali più fini
III. I microrganismi presenti contribuiscono alla formazione del suolo favorendo la
degradazione della materia organica e la differenziazione del suolo in orizzonti
IV. Infine si raggiunge lo stadio in cui il suolo può sostenere una fitta vegetazione
La pedogenesi comprende diverse fasi
1. Disgregazione fisico-meccanica della roccia madre
2. Decomposizione chimica e biochimica
3. Lisciviazione
se prevale
4. Erosione superficiale
Particelle
Decomposizione
Evoluzione regressiva
Depauperamento di sostanze organiche
5. Assorbimento radicale e microbico
Cicli nutritivi
6. Decomposizione residui organici
7. Humificazione
Diretta
8. Mineralizzazione della sostanza organica
Indiretta
Principali agenti della disgregazione
Fisico-meccanici
Chimici e biochimici
Acqua corrente
Az. idrolizzante
Acqua
Vento
Az. idratante
Ghiacciai
Acqua e CO2 Az. solvente
Crioclastismo
Ossigeno
Termoclastismo
Organismi viventi
Radici vegetali
2. Pedogenesi
Orizzonti
(profilo pedologico)
 Profilo del suolo è una sezione trasversale di un suolo maturo.
 Orizzonte è ogni strato nel profilo, individuato
dal cambiamento del colore e dell’aspetto generale.
O Organico suddiviso in O1 = lettiera
O2 = residui decomposti
A Attivo (eluviale)
humus, organico-minerale
E Transizione
particelle minerali
B Inerte (illuviale)
processi anaerobici, radici
C Substrato pedogenetico alterato
R Roccia madre
Classificazione dei suoli (un esempio)
Questa classificazione definisce le sue classi in base alle caratteristiche
morfologiche e di composizione dei suoli, su dati quantitativi e stabilisce una
gerarchia di sei categorie: Ordini; Sottordini; Grandi Gruppi; Sottogruppi; Famiglie;
Serie (fino a 11000 numeri di classi riferiti a suoli degli Stati Uniti).
Gli ordini sono distinti da alcuni fattori:
1. la composizione grossolana, organica e minerale, e la tessitura;
2. il grado di evoluzione degli orizzonti;
3. la presenza o assenza di certi orizzonti;
4. un indice del grado di alterazione dei minerali del suolo.
ORDINI
Alfisuoli
Andisuoli
Aridosuoli
Entisuoli
Istosuoli
Inceptisuoli
Mollisuoli
Oxisuoli
Spodosuoli
Ultisuoli
Vertisuoli
La sillaba alf deriva da al e fe, simboli di alluminio e ferro
Japan. Ando, suolo scuro
Lat. Aridus, secco
La sillaba ent può stare per recente
Gr. Histos, tessuto
Lat. Inceptum, inizio o principio
Lat. Mollis, molle, soffice
Oxi abbreviazione di ossido
Gr. Spodos, cenere di legno
Lat. Ultimus, ultimo
Lat. Vertere, invertire
2. Pedogenesi
Campionamento del suolo
Sul suolo si possono effettuare numerose analisi chimico-fisiche e biologiche
In base alla finalità, le analisi del suolo vengono raggruppate in:
1. Analisi di caratterizzazione
2. Analisi di controllo
3. Analisi di diagnostica comparativa
Al fine di ottenere un campione omogeneo e rappresentativo è necessario:
1. Definire l’epoca del campionamento
2. Individuare la zona di campionamento
3. Definire il numero e la ripartizione dei campioni (sub-campioni)
4. Stabilire la profondità e le modalità di esecuzione del prelievo
5. Formare il campione globale (campione mediato) da sottoporre
ad analisi
Attrezzatura per il prelievo dei campioni
Lo strumento più idoneo
utilizzato per il prelievo del
terreno è la trivella a sonda
o carotatrice
Inoltre sono necessari:
 Secchi per riporvi
i campioni
 Telo di plastica
 Sacchetti di nylon
 Etichette
1. Epoca del campionamento
varia in funzione delle finalità delle analisi.
Es. Per valutare la fertilità del suolo ai fini della concimazione, è preferibile
prelevare i campioni almeno 4 mesi dopo l’ultimo apporto di concimi o ammendanti
oppure nel periodo successivo la raccolta del prodotto
2. Individuazione della zona di campionamento
La scelta della zona da campionare
è finalizzata al tipo di analisi
 Analisi di caratterizzazione
la zona da campionare deve avere
caratteristiche il più possibile
omogenee nell’aspetto fisico,
rispetto alle fertilizzazioni e alla
copertura vegetale spontanea o
coltivata
 Analisi di controllo
le zone da campionare devono
aver subito delle perturbazioni o
alterazioni
Legenda:
1) Zona di campionamento
2) Area da non campionare
3) Bordi
4) Aree da non campionare
5) Unità di campionamento
6) Campione elementare
3. Numero e ripartizione dei campioni elementari o sub-campioni
Il numero dei campioni deve essere tale da poter effettuare un’analisi statistica in
grado di fornire informazioni sull’accuratezza dei dati ottenuti nelle analisi
Esistono diverse modalità di campionamento:
 Campionamento sistematico
 Campionamento non sistematico a X o a W
 Campionamento irregolare o random
 Campionamento sistematico
La zona da campionare viene
suddivisa idealmente in unità di
campionamento secondo un
reticolo di maglie di
dimensione opportuna in
relazione alla superficie da
campionare. Il prelievo deve
essere evitato lungo i bordi
della zona di campionamento e
nelle zone che presentano
anomalie
Legenda
3) Bordi
4) Aree da non
campionare
5) Unità di
campionamento
6) Campione
elementare
A) Suddivisione della zona da campionare
B) Reticolo di dimensioni opportune
C) Unità di campionamento
D) Prelevamento casuale del campione
 Campionamento non sistematico a X o a W
I prelievi dei campioni elementari si effettuano
lungo un percorso tracciato sulla superficie da
investigare, ponendo delle immaginarie lettere
XoW
I risultati ottenuti da questo tipo di
campionamento sono meno dettagliati in quanto
la superficie del campionamento è meno estesa
 Campionamento irregolare o random
I prelievi si effettuano in aree scelte secondo
numeri ricavati dalla tabella dei numeri casuali,
riportata nei manuali di statistica.
I numeri devono corrispondere a precise
sezioni numerate della zona da campionare
suddivisa in unità di campionamento
Legenda
3) Bordi
4) Aree da non campionare
6) Campione elementare
4. Profondità e modalità di esecuzione del prelievo
La profondità del prelievo dipende dalle caratteristiche del terreno
 Nei terreni arativi è preferibile effettuare il prelievo alla massima
profondità di lavorazione del suolo
 Nei terreni a prato o a pascolo il prelievo deve essere effettuato alla
profondità interessata dalla maggior parte delle radici
5. Formazione del campione globale (campione mediato)
da sottoporre ad analisi
 Per analisi di caratterizzazione, i campioni prelevati devono essere
miscelati in modo da rendere il terreno omogeneo
 Per analisi di controllo, i campioni prelevati devono essere mantenuti
e analizzati separatamente
 Il campione mediato finale viene posto in sacchetti di nylon, chiusi ed
etichettati. Nell’etichetta devono essere riportate tutte le informazioni
riguardanti il campione: la data del prelievo, la profondità, i riferimenti
geografici della zona campionata, etc…..
2. Pedogenesi
Analisi qualitative di un campione di suolo
1. Esame granulometrico
2. Valutazione della permeabilità
3. Acidità del suolo
4. Determinazione del calcare
5. Determinazione della fertilità del terreno:
presenza dei microelementi azoto, fosforo e potassio (N, P, K)
Esame granulometrico
 Sospendere 100 g di
terreno in 500 ml di acqua
ed omogenizzare con una
bacchetta di vetro
H2O
 Lasciare decantare per 24
ore a temperatura ambiente
in un cilindro graduato
chiuso con parafilm, per
evitare l’eventuale
evaporazione dell’acqua
 Valutare gli strati
granulometrici esprimendo
le frazioni sedimentate
come percentuale in volume
Legenda
1. Sabbia: particelle distinguibili (20% in volume)
2. Sabbia fine: particelle poco distinguibili (30% in volume)
3. Strato omogeneo: limo o argilla ( 50%in volume)
4. Sottile strato di surnatante organico (humus)
Valutazione della permeabilità
 Prendere una bottiglia di plastica,
privarla del fondo ed appoggiarla
capovolta in un treppiede
 Chiudere l’imboccatura con una
garza ripiegata due volte e fissata
con un elastico
 Mettere il terreno nella bottiglia
fino a raggiungere un’altezza di 15 cm
 Versare 200 ml d’acqua nella
bottiglia e raccogliere per
gocciolamento l’acqua gravitazionale
in una capsula Petri posta sotto la
bottiglia
 Calcolare la differenza tra il volume d’acqua versata e quello d’acqua filtrata.
Il volume ottenuto (acqua capillare) rappresenta percentualmente la capacità
di campo: maggiore è la capacità di campo, più basso è il grado di permeabilità
del campione del terreno
Acidità del suolo
 Mettere 20 g di terreno in un
bicchiere da 100 ml, aggiungere
50 ml di acqua e agitare per 30
minuti. Lasciare depositare il
terreno, misurare il pH sul liquido
sovrastante con una cartina
indicatrice o con un pHmetro,
preferibilmente dopo 24 ore.
H2O
Cartina tornasole
Determinazione del calcare
 Mettere pochi grammi di
terreno in una capsula Petri,
aggiungere con un contagocce
acido cloridrico 1N. In presenza
di carbonato di calcio si osserva
sviluppo di anidride carbonica per
la seguente reazione chimica:
CaCO3 + 2HCl
Effervescenza, CO2
CaCl2 +H2O + CO2
HCl 1N
Determinazione della fertilità del terreno - presenza dei
microelementi: azoto, fosforo e potassio (N, P, K)
Mettere 10 g di terreno in un bicchiere e aggiungere 100 ml di acqua
leggermente acidificata. Riscaldare, agitare per 15 minuti e filtrare.
 Ricerca
dell’azoto nitrico (NO3)
Mettere 2 ml di filtrato in una provetta e aggiungere ugual volume di acido
solforico concentrato. Raffreddare e cautamente aggiungere una soluzione di
solfato ferroso. In presenza di azoto nitrico si forma un anello bruno.
 Ricerca
dell’azoto ammoniacale (NH4+)
Mettere 2 ml di filtrato in una provetta, aggiungere eccesso di idrossido di
sodio e riscaldare. I vapori che si liberano emettono l’odore di ammoniaca ed
esposti ad una cartina al tornasole la colorano di blu.
 Ricerca
dei fosfati solubili (PO4--)
Mettere 2 ml di filtrato in una provetta, acidificare con poche gocce di acido
nitrico concentrato, aggiungere ugual volume di una soluzione di molibdato di
ammonio e riscaldare. La formazione di un precipitato giallo indica la
presenza dello ione fosfato.
 Ricerca
del potassio (K+)
Mettere 2 ml di filtrato in una provetta, aggiungere una soluzione di acetato
di sodio ed una soluzione di acido tartarico. La formazione di un precipitato
bianco indica la presenza di potassio.