Progetto cofinanziato dal
programma LIFE+
DŝĐŚĞůĞWŝƐĂŶƚĞ
FACOLTÀ DI AGRARIA
ĞŶƚƌŽĚŝZŝĐĞƌĐĂĞ&ŽƌŵĂnjŝŽŶĞŝŶ
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Venerdì 11/06/2010, ore 14:00-19:00
IL TERRENO AGRARIO
Tipologie e caratteristiche fisicochimiche dei suoli agrari;
Dinamica e disponibilità di cationi,
anioni e metalli pesanti;
Il problema della salinità.
Prof. Michele Pisante - Università degli
Studi di Teramo
TIPOLOGIE E CARATTERISTICHE
FISICO-CHIMICHE
DEI SUOLI AGRARI
SUOLO : DEFINIZIONI
“È la parte superficiale della crosta terrestre, in grado di ospitare la vita vegetale”
Il suolo è un corpo naturale costituito da particelle minerali ed organiche che si forma dalla
alterazione fisica e chimico fisica della roccia e dalla trasformazione biologica e biochimica
dei residui organici. Capace di sostenere la vita delle piante, è caratterizzato da una
atmosfera interna, da una flora e da una fauna determinate e da una particolare economia
dell’acqua. Rappresenta il mezzo di interazione dinamica tra atmosfera, litosfera, idrosfera e
biosfera. Si suddivide in orizzonti aventi caratteristiche fisiche, chimiche, e biologiche
proprie. (Soil Conservation Society of America –1986)
Il suolo è parte integrante dell’ecosistema terrestre ed è situato all’intefaccia tra la superficie
della terra e lo strato roccioso. E’ suddiviso in successivi orizzonti con specifiche caratteristiche
fisiche, chimiche e biologiche e con differenti funzioni. Dal punto di vista della storia dell’uso del
suolo e sotto l’aspetto ecologico ed ambientale, il concetto di suolo abbraccia anche le rocce
sedimentari e porose e gli altri strati di materiali permeabili assieme all’acqua in essi contenuta e
alle riserve di acque sotterranee. (Council of Europe,1990).
Il suolo è un corpo tridimensionale correlato ad un ampio numero di funzioni socioeconomiche e ecologiche. E’ un mezzo complesso formato da una matrice porosa, nel quale
l’aria, l’acqua e gli organismi viventi convivono assieme ai flussi di sostanze e di fluidi che
attraversano la matrice stessa. L’alterazione dei processi del suolo comporta dei cambiamenti
nel funzionamento dell’ecosistema, e molti problemi ambientali nati apparentemente in altre
matrici sono in realtà originati dal suolo (EEA-UNEP 2000).
LE FUNZIONI DEL SUOLO
ECOLOGICHE
Produzione di biomassa
(cibo, foraggi, energie rinnovabili e
materie prime)
SOCIO-ECONOMICHE
Supporto agli insediamenti
umani (case, industrie,
infrastrutture e ricreazione) e
allo smaltimento dei rifiuti
Capacità di filtrare, tamponare e
trasformare
(protezione delle falde, delle catene
alimentari, delle biodiversit
biodiversità
à)
Difesa del patrimonio culturale e
protezione di flora e fauna
Fonte di materiali, incluse le
acque
Protezione e conservazione del
patrimonio culturale,
paleontologico e archeologico
I PRINCIPALI ASPETTI DELLA RISORSA SUOLO
Il suolo è multifunzionale, con funzioni ecologiche e socio-economiche
Il suolo non è rinnovabile
La resilienza del suolo è forse il suo peggior nemico
C’è competizione tra i diversi usi del suolo (produzione di cibo, spazio vitale,
supporto alle infrastrutture ed alla produzione industriale) dovuto alla
concentrazione di molte attività in poco spazio
Esiste un chiaro collegamento tra cambiamenti climatici, sviluppo sostenibile,
qualità ambientale e degradazione del suolo
Richiede un approccio integrato a livello amministrativo, settoriale e geografico
(urbano, rurale, montano, costiero…)
Risolvere i problemi del suolo significa risolvere molti altri problemi
EEA-UNEP – Down to earth: soil degradation and sustainable development in Europe 2000
TERRENO NATURALE
È lo strato superficiale della
crosta terrestre, prodotto dalla
pedogenesi, in grado di ospitare la
vita delle piante. È costituito da
due strati:
TERRENO AGRARIO
Prodotto dalla pedogenesi. È
caratterizzato dalle lavorazioni
ripetute e dagli interventi
agronomici; costituito da tre strati:
Strato eluviale
Strato illuviale
Strato illuviale
Roccia madre
Roccia madre
PEDOGENESI: ciclo di formazione e trasformazione del
suolo, che ha inizio con l’alterazione della roccia madre
causata da diversi agenti e giunge alla formazione di
composti minerali solubili.
Morfologia dei suoli e tipi di suolo
Strati di inibizione
orizzonti impermeabili lapidei
• crostone o caranto (Puglia, Veneto): deposito e
cementazione di carbonati (illuvazione o risalita capillare)
• cappellaccio: strato di tufo litoide
• ferretto: illuviazione e concrezione di composti
ferrugginosi
strati tossici (salini, pH anomalo)
strati aridi
suola di lavorazione: compattazione dopo lavorazione e
transito del trattore con pneumatici ad alta pressione
TERRENO AGRARIO
SISTEMA TRIFASICO
FASE LIQUIDA FASE SOLIDA FASE GASSOSA
(acqua)
(aria)
MINERALI ORGANICI
SOSTANZA ORGANICA
VIVA
(microfauna
e microflora)
SCHELETRO SABBIA
MORTA
(residui vegetali
e animali)
LIMO
ARGILLA
FASE LIQUIDA
Composta dalla soluzione circolante: acqua e
sali minerali in essa disciolti. Soggetta ad ampie fluttuazioni in funzione della
dinamica degli apporti meteorici e della percolazione profonda. La proprietà
fisica del terreno strettamente correlata alla fase liquida è il potenziale idrico.
Tale fase, in rapporto con la matrice solida, influisce sulle proprietà
proprietà
meccaniche :
ADESIVITÀ: tendenza del terreno ad aderire alle superfici di contatto con
gli organi lavoranti degli attrezzi; diminuisce con l’aumentare dell’umidità
del suolo.
TENACITÀ O COESIONE: resistenza alla penetrazione o allo
schiacciamento. Aumenta con il diminuire dell’umidità; a pari umidità è
massima nei terreni argillosi e minima in quelli sabbiosi.
PLASTICITÀ: è la proprietà del terreno di cambiare forma in maniera
continua sotto l’ azione di una forza e di mantenerla dopo che la forza ha
finito di agire.
FASE GASSOSA
Atmosfera del terreno in rapporto di
complementarietà con la fase liquida, dal momento che entrambe occupano
gli spazi vuoti. Tale fase non ha influenze dirette sulle proprietà fisiche del
terreno, tuttavia interferisce indirettamente sulla struttura.
FASE SOLIDA
Composta dalle particelle elementari e dagli
organismi viventi presenti nel terreno
INORGANICA
scheletro – sabbia – limo – argilla
ORGANICA
microfauna e microflora
PRINCIPALI
CARATTERISTICHE FISICHE
• La granulometria
• la struttura
• la consistenza
• la profondità
• la temperatura
• l’umidità
• il colore
• La porosità;
• la sofficità;
• il peso specifico;
• la tenacità;
• la crepacciabilità;
• la coesione;
• l’aderenza;
• la plasticità;
• lo stato di aereazione;
• il calore specifico;
• la conduttività termica.
CLASSIFICAZIONE FRAZIONI GRANULOMETRICHE
SCHELETRO: pietre > 20 mm; ghiaia 2020-2 mm
TERRA FINE: < 2mm
Classificazione ISSS
Frazione
Diametro
(mm)
Sabbia grossa
2 e 0.2
Sabbia fine
Limo
Argilla
Classificazione USDA
Frazione
Diametro
(mm)
Sabbia molto
2.0 e 1.0
grossa
Sabbia grossa
1.0 e 0.5
0.2 e 0.02
Sabbia media
0.5 e 0.25
Sabbia fine
0.25 e 0.10
Sabbia molto fine 0.10 e 0.05
0.02 e 0.002
Limo
0.05 e 0.002
< 0.002
Argilla
< 0.002
Comparazione delle grandezze
relative delle particelle del suolo
Barile
Piatto
Moneta
Argilla:
Limo:
0,050-0,002 mm USDA
0,020-0,002 mm ISSS
Sabbia:
2-0,050 mm USDA
2-0,020 mm ISSS
<0,002 mm USDA
<0,002 mm ISSS
TRIANGOLO DELLA TESSITURA
TESSITURA REGOLA LA SUPERFICIE MASSICA
(superficie specifica)
lato cubo
unitario
(mm)
volume
cubo
unitario
(mm3)
superficie
cubo
unitario
(mm2)
numero
cubi
in 1 dm3
superficie
totale del
dm3
(in mm2)
1.E+02
1.E+01
1.E+00
1.E-01
1.E-02
1.E-03
1.E+06
1.E+03
1.E+00
1.E-03
1.E-06
1.E-09
6.E+04
6.E+02
6.E+00
6.E-02
6.E-04
6.E-06
1.E+00
1.E+03
1.E+06
1.E+09
1.E+12
1.E+15
6.E+04
6.E+05
6.E+06
6.E+07
6.E+08
6.E+09
i.e.: terreno franco, ca. 50-100 m2/g suolo
TESSITURA REGOLA LA POROSITÀ
Diametro
pori
> 0.5 mm
500 - 20 µ
20 - 0.5 µ
< 0.5 µ
Tipo
( funzione prevalente)
fessurazioni
(scambi gassosi)
macropori
(acqua gravitazionale)
micropori
(acqua disponibile)
criptopori
(riserva nutritiva)
Caratteristiche
crepe, decomposi- zione
grandi radici, meso-fauna
microfauna, piccole
radici,
peli radicali, ife fungine,
batteri, capillizio capillare
acqua non disponibile,
interazioni chimicofisiche tra suolo e pianta
TERMINOLOGIA INTERNAZIONALE
RELATIVA ALLA
TESSITURA DI UN SUOLO
Sand = sabbia
Silt = limo
Clay = argilla
Loam = suolo a grana media
i.e.: sandy clay soil = suolo argilloso - sabbioso
CONCETTO DI SUOLO FRANCO O A GRANA MEDIA
•Scheletro:
assente (o minimo 11-2%)
•Sabbia:
2525-55%
•Limo:
2525-45%
•Argilla:
Argilla:
1010-25%
Terreni a scheletro prevalente
Caratterizzazione: scheletro > 5%, sensibile 5-20%,
abbondante > 20%
Diffusione: zone pedemontane Piemontesi e Friulane
Caratteristiche:
minor volume di terra fine
minore superficie massica totale del suolo
nessun contributo (o lentissimo) alla nutrizione minerale
elevata permeabilità (elevata richiesta irrigua)
elevata aerazione (elevata mineralizzazione)
difficoltà per la meccanizzazione
aree ad elevata sensibilità ambientale
Possibilità di utilizzazione
allontanamento pietre (dipende da dimensioni)
frantumazione pietre
Sabbia
• < 2 mm a > 0.05 mm
• Visibile senza
microscopio
• Forma arrotondata o
angolare
• Le particelle di
sabbia sono di
quarzo se sono
prevalentemente
bianche, di altri
minerali se sono
colorate in maniera
diversa.
• Alcune sabbie
presenteranno colori
scuri, gialli e rossi a
causa dell presenza
di Fe, Al e Mn .
SUOLI SABBIOSI, LEGGERI,SCIOLTI, A GRANA GROSSA
Caratterizzazione: sabbia oltre il 50-60%
Diffusione: ovunque, soprattutto suoli alluvionali
Caratteristiche:
facile penetrabilità (bassa tenacità)
bassa superficie massica (1-20 m2/g)
basso contributo alla nutrizione minerale e bassa CSC
bassa capacità di trattenere elementi dilavabili (N!)
elevata macroporosità, permeabilità (richiesta irrigua)
elevata aerazione (mineralizzazione)
facilissima meccanizzazione
Possibilità di utilizzazione
ampia, se disponibile acqua irrigua e
fertilizzanti; veloci successioni (orticoltura)
Suoli sabbiosi
(tessitura grossolana)
20
10
Franco sabbioso
Sabbioso franco
sabbioso
70
50
Limo
• < 0.050 mm a > 0.002
mm
• Non è visibile senza
microscopio
• Il quarzo spesso è il
minerale dominante, ma
sono presenti altri
minerali in diversi stadi
di alterazione.
SUOLI LIMOSI (1)
Caratterizzazione: limo oltre il 50% (raro oltre 80%:
terreni solo limosi)
Diffusione: soprattutto a Nord del Po, suoli antichi,
altopiani e terrazzi
Caratteristiche:
variabili in funzione della granulometria del limo
variabili in funzione del grado di umettamento
se umidi
• elevata resistenza meccanica alla penetrazione, fangosi
per adesività
• rischi di asfissia radicale,
• facilità al compattamento (zolle dure)
SUOLI LIMOSI (2)
se secchi:
• polverulenti o molto tenaci
si strutturano in modo instabile
superficie massica media (100-150 m2/g)
contributo alla nutrizione minerale medio-basso
(dipende da minerali)
medi rischi di perdite di nutrienti (media CSC, medie
riserve idriche)
bassa permeabilità, terreni "freddi“ (elevato calore
specifico dell’acqua), difficile irrigazione, problemi di
ristagno
difficoltà di lavorazione se non in tempera
Possibilità di utilizzazione
ampia per colture di pieno campo
nei casi peggiori foraggere permanenti
Suoli franco/limosi
(tessitura media)
60
35
Franco limoso
argilloso
Franco sabbioso
argilloso
75
20
Franco
Franco
limoso
90
limoso
70
50
20
Argilla
• < 0.002 mm
• Forma prevalentemente di
foglietti è possibile vederla
al microscopio elettronico
• Le particelle più piccole
sono colloidali
– Se vengono sospese in
acqua non si depositano
• Ampia area superficiale
SUOLI ARGILLOSI O PESANTI O A GRANA FINE (1)
Diffusione: molto ampia in Italia (suoli collinari ad argille
plioceniche dell'Italia Centrale e Meridionale, suoli
alluvionali della pianura emiliana e in genere di ampie
zone padane)
Caratteristiche
variabili in funzione del tipo di argille
variabili con umidità e struttura
se umidi : elevata resistenza meccanica alla penetrazione,
plastici, si rigonfiano
se in tempera : si strutturano facilmente
se secchi : induriscono le zolle per forte coesione tra le
particelle (tenacità)
SUOLI ARGILLOSI (2)
•
•
•
•
•
•
•
elevata crepacciabilità
superficie massica elevata (150-250 m2/g)
contributo alla nutrizione minerale alto
(soprattutto K e NH4+)
bassi rischi di perdite di nutrienti (alta CSC,
alte riserve idriche)
buone riserve idriche
bassa permeabilità, terreni "freddi", problemi di ristagno
difficoltà di lavorazione se non in tempera
Possibilità di utilizzazione
ampia per colture di pieno campo
problemi di meccanizzazione
Suoli argillosi
(tessitura fine)
argilloso
40
55
Argilloso
limoso
Argilloso
sabbioso
60
Franco
argilloso
Franco-limoso
argilloso
Crepacciabilità
Crepacciabilità
Fenomeno di rigonfiamento e contrazione del suolo.
Dimensione crepe: larg. 0,1 - 10 cm, prof. 20-80 cm
Effetti negativi:
dispersione acqua irrigua
ostacolo a irrigazione per scorrimento
maggiore evaporazione
rottura apparati radicali
Effetti positivi:
rottura zolle (formaz.struttura del suolo)
aumenta velocità d’infiltrazione (utile se la permeabilità è
troppo bassa)
arieggiamento
riduzione sforzo per le lavorazioni
STRUTTURA
Localizzazione spaziale reciproca delle particelle elementari, modalità di
aggregazione e intensità dei legami (stabilità dei legami)
Organizzazione spaziale particelle elementari e spazi vani (pori)
Classificazione della struttura
Dimensioni degli aggregati: classificazione
Aggregati astrutturali: diam. < 0.25 mm
Microaggregati: diam. 1 - 0.25 mm
Aggregati ottimali o grumi o glomeruli: diam. 1 - 5 mm
Macroaggregati: diam. 5 - 50 mm
Aggregati zollosi: diam. 50 - 150 mm
Zolle: > 150 mm
MICROSTRUTTURA (250-500 µm): FLOCCULAZIONE + CEMENTAZIONE
MACROSTRUTTURA ( > 2 mm): INUMIDIMENTO E DISSECAMENTO
DINAMICA ARGILLA E RADICI
PROCESSI FISICI, CHIMICI E BIOLOGICI
INFLUENZATI DALLA STRUTTURA DEL SUOLO
Struttura di un suolo prima e dopo la
distruzione degli aggregati
Formazione della struttura
(soil structure o soil fabric)
Durante il processo di strutturazione le particelle primarie
(sabbia, limo e argilla) si uniscono, secondo un ordine
gerarchico, a formare unità secondarie chiamate “aggregati”
Aggregati primari : legami tra argille e sesquiossidi idrati di Fe e
Al
Aggregati secondari: humus e favoriti da presenza di Ca
Importante potere flocculante dei seguenti ioni:
Na+<NH4+<K+<Mg2+<Ca2+<Al3+<Fe3+
LA NATURA GERARCHICA DELLA STRUTTURA
Il modello gerarchico della
struttura
afferma
che
i
macroaggregati
sono
il
risultato
dell’unione
di
microaggregati,
microaggregati a loro volta
formati da aggregati ancora più
piccoli costituiti principalmente
da flocculi di argilla (clay
domains)
I flocculi di argilla
Il modello gerarchico è un altro
modo per rappresentare il
modello C-P-OM, nel quale C
rappresenta l’argilla, OM i
colloidi organici e P i cationi
polivalenti che fungono da ponte
tra le cariche elettriche negative
presenti su C e OM
LA GENESI DELLA STRUTTURA
FLOCCULAZIONE + CEMENTAZIONE
Processo di strutturazione: inizio con la flocculazione delle sostanze colloidali
I colloidi sono sostanze con proprietà intermedie fra quelle di una soluzione e
quelle di una sospensione, caratterizzate da aspetto gelatinoso; le particelle
sospese hanno dimensioni tra 1 nanometro e 1µm
- frazione più “attiva” del suolo e ne determinano in larga misura le
proprietà fisiche e chimihe
- si distinguono, sulla base della loro origine in
COLLOIDI
INORGANICI
-minerali argillosi
argille a struttura cristallina (fillosilicati)
argille a struttura amorfa
- sesquiossidi di Fe e Al
ORGANICI
- humus
STRUTTURA : distribuzione spaziale particelle
terreno teorico: un tipo di particella,
massima porosità
porosità (48%)
terreno teorico: un tipo di
particelle, minima porosità
porosità (26%)
terreno teorico: due particelle,
minima porosità
porosità
I PRINCIPALI TIPI DI MACROSTRUTTURA
l’interazione degli agenti fisici, chimici e biologici che intervengono nel
processo di formazione della struttura, origina aggregati di forma e
dimensioni diverse
In base alla forma degli aggregati si distinguono i seguenti tipi di
struttura:
• Granulare
• Grumosa
• Poliedrica angolare
• Poliedrica
subangolare
a)
b)
c)
d)
• Prismatica
• Sfenoidale
• Colonnare
• Lamellare
e)
f)
a) prismatica, b) colonnare, c) poliedrica angolare, d)
poliedrica subangolare, e) lamellare, f) granulare
STRUTTURA GRANULARE
STRUTTURA GRUMOSA
Sono strutture tipiche degli orizzonti superficiali
La s. grumosa: maggiore quantità di sostanza organica. I principali
agenti stabilizzanti sono i prodotti originati dalla decomposizione
microbica della sostanza organica, le ife fungine e il capillizio
radicale
La s. granulare si forma come conseguenza dei processi di
inumidimento/essiccamento e gelo/ disgelo, che causano la
disgregazione di aggregati di dimensioni maggiori
STRUTTURA POLIEDRICA
Gli aggregati hanno la forma di un solido con molte facce
(poliedro) sulla cui superficie sono osservabili le impronte degli
aggregati circostanti. Nel caso in cui si osservino spigoli netti la
struttura e definita poliedrica angolare;
angolare qualora gli spigoli siano
smussati viene definita subsub-angolare.
angolare Talvolta sulla superficie di
questi aggregati si osservano pellicole di argilla. Aggregati con
questa forma si osservano comunemente negli orizzonti B
STRUTTURA PRISMATICA
Nel caso in cui la struttura poliedrica presenti uno sviluppo
prevalentemente verticale, con vertici angolari, si
evidenziano le strutture prismatica e colonnare. Queste
forme si originano tramite la fessurazione verticale del suolo,
si rinvengono negli orizzonti profondi
STRUTTURA SFENOIDALE
Se le fessure sono
sviluppate in diverse
direzioni (vertisuoli) si
hanno gli aggregati a
cuneo “sfenoidi”
STRUTTURA COLONNARE
La principale differenza rispetto alla struttura prismatica è
rappresentata dalla forma arrotondata che assume la parte
superiore degli aggregati
STRUTTURA LAMELLARE
lamellare si osserva in genere in orizzonti
sottosuperficiali, spesso in dipendenza dell’azione operata dai
macchinari agricoli. Questo tipo di struttura può costituire un serio
impedimento per l’approfondimento degli apparati radicali e per la
percolazione dell’acqua
La
struttura
STRUTTURA MASSIVA
Può essere considerata una “non struttura”, tipica di orizzonti C nei
quali sono assenti i processi di aggregazione o di strati interessati da
forti fenomeni di compattamento
STRUTTURA SCIOLTA
Può essere considerata una
“non-struttura”, tipica di
orizzonti C sabbiosi
STRUTTURA E PERMEABILITÀ
Il deterioramento della struttura
La struttura è una proprietà dinamica del suolo. Alcuni dei processi di
formazione della struttura sono reversibili, e questo spiega perché tali
processi presentano un ritmo ciclico legato alle vicende stagionali
Alcuni fattori del dinamismo strutturale possono però avere effetti
negativi sulla struttura.
Tra questi fattori:
• l’acqua (precipitazioni)
• la temperatura
• le lavorazioni del terreno
ƌĂƚƵƌĂ͗ƐŝŶŽŶŝŵŽ Ěŝ
'Z/K>dhZ
FATTORI CHE INFLUENZANO LA
STABILITÀ DELLA STRUTTURA
Sostanza organica (paglie, letame): sempre positivo
Concimazioni azotate : variabile
Concentrazione salina : sempre negativa
Piante : residui, effetto aggregante radici, diversità graminacee
e radici fittonanti
Lavorazioni : calpestamento negativo, sminuzzamento suolo
positivo, corretto sgrondo acque positivo
Variazioni contenuto acqua : positivo
Pioggia battente : negativo
Gelo – disgelo : positivo
Gelo suoli saturi : negativo
Fauna : positivo
Ammendanti artificiali : positivo, ma costoso
POROSITÀ
Esprime il volume degli spazi vuoti del terreno come rapporto percentuale sul
volume totale.
Porosità totale s’intende la porosità complessiva del terreno, all’interno della
quale si distingue una microporosità e una macroporosità.
Per convenzione:
macropori quelli con diametro superiore a 10µ,
micropori quelli con diametro inferiore a 10µ.
MICROPOROSITÀ: ha riflessi sulla capacità di ritenuta idrica; correlata sia
alla tessitura sia alla struttura; in generale aumenta con il tenore in particelle
fini e finissime, raggiungendo i valori più alti nei terreni argillosi e limosi.
MACROPOROSITÀ: ha riflessi sulla permeabilità e sui movimenti dell’aria
e dell’acqua nel terreno ed è correlata principalmente alla tessitura,
raggiungendo i valori più elevati nei terreni sabbiosi.
MACROPORI (40%) e micropori (60%)
RAPPORTO OTTIMALE
MACROPOROSITÀ
Sabbia
MACROPORI
Aggregati colloidali
MACROPORI
micropori
+
Flocculazione
Aggregazione
Porosità interna
micropori
POROSITÀ
POROSITÀ
Valori di porosità e di indice dei pori misurati in suoli diversi (modificata da
Marshall e Holmes, 1979)
SUOLI
Porosità (P)
Indice dei pori (e)
m3/m3
Suolo argilloso bagnato
0.58
1.37
Suolo di tessitura franca
0.52
1.07
Suolo di tessitura
sabbiosa
0.39
0.65
Suolo di tessitura francosabbiosa, compattato da
frequente passaggio di
macchine agricole
0.28
0.39
POROSITÀ e PESO SPECIFICO
Porosità : spazio aria e acqua (ma anche da piante e
animali)
Peso specifico o peso volumico o densità:
g/cm3, kg/dm3 o t/m3.
Peso specifico: apparente e reale
Rapporti tra grandezze e quantificazione grandezze
Porosità :
(Vol. app.
app. - Vol. reale) / Vol. app.
app.
(Dens.
Dens. reale - Dens.
Dens. app.) / Dens.
Dens. reale
i.e: CALCOLO
POROSITÀ e PESO SPECIFICO
Porosità
Porosità : P %
Densità
Densità:
reale Dr = 2,65 t m-3
apparente Da = 1,4 t m-3
P % = (2,65 – 1,4) / 2,65 = 47,2 %
Massa volumica reale, apparente e porosità in cinque
terreni diversi prima e dopo la lavorazione del terreno
(da Giardini, 2002)
non lavorato
lavorato
dens.reale dens.app. porosità dens.app. porosità
-3
-3
-3
tm
tm
tm
%
%
argilloso
2,6
1,2
54
0,9
65
grana media
2,6
1,4
48
1,0
62
sabbioso
2,6
1,6
38
1,3
50
calcareo-limoso 2,3
1,2
48
0,9
61
torboso
2,0
0,9
55
0,6
70
CARATTERISTICHE FISICHE E LAVORAZIONI
TENACITA' O COESIONE (attrazione reciproca tra
molecole della stessa natura)
ADESIVITA‘ o ADESIONE (attrazione tra molecole di
liquido e fase solida)
PLASTICITA'
A seconda delle condizioni di umidità un suolo: stato fluido,
plastico o non plastico.
I limiti della plasticità (espressi in umidità del suolo):
verso lo stato fluido limite plastico superiore (l. di liquidità);
verso lo stato non plastico limite plastico inferiore (l. di
plasticità).
Indice di plasticità: differenza tra le due umidità:
bassa nei terreni sciolti (4-7) alta in quelli argillosi (20).
TEMPERA
Arrabiaticcio o caldafredda
LAVORAZIONI E UMIDITA’
Stati
U
m
i
d
i
t
à
fisici del terreno:
terreno
coesivo
plastico lavorabile
adesivo
non transitabile, liquido
Stato ottimo: tempera
z: zollosità
p: polverizzazione
s: sbriciolamento
m: modellamento fetta
nt: terreno non transitabile
C: stato coesivo
L: stato lavorabile
A: stato adesivo
Permeabilità-drenaggio
• I suoli sabbiosi
presenteranno un
facile drenaggio e
una bassa
ritenzione d’acqua.
• I suoli argillosi
presenteranno un
basso movimento
d’acqua (drenaggio)
e alta ritenzione
d’acqua.
LE PRINCIPALI
CARATTERISTICHE BIOLOGICHE
Dipendono dal numero e dal tipo di macro e microrganismi
presenti nel terreno.
Da questi derivano importanti processi come:
• la mineralizzazione della sostanza organica;
• l’umificazione;
• la nitrificazione;
• la fissazione dell’azoto atmosferico;
• il parassitismo;
• la competizione.
IL COLORE DEL SUOLO
E’ la caratteristica del suolo più evidente e
più facilmente determinabile. Costituisce la
misura indiretta di altre e più importanti
proprietà e qualità non valutabili con
altrettanta semplicità ed accuratezza
Colorazioni molto chiare sono conseguenti ad
asportazione di sostanze umiche, di ossidi, di
minerali argillosi o ad accumulo di sali e
carbonati
Colori variabili da giallo-bruno a rosso sono
dovuti alla presenza di ossidi e idrossidi di
ferro
Macchie di colore diverso (screziature), chiare,
grigie, inglobate o inglobanti zone più scure,
più rosse, costituiscono indicazione di
alternanza di condizioni di ossidazione e di
riduzione
Sfumature bluastre, grigiastre e verdastre, con
o senza screziature, sono tipiche di climi umidi
o di aree caratterizzate da prolungato
impedimento nel drenaggio
Denominazione dei colori del suolo al variare della
combinazione di value e chroma per l’
l’hue 7.5YR
La temperatura del suolo
Influenza in vario modo il processo di pedogenesi,
controlla la velocità delle reazioni chimiche e biologiche ed
è fattore essenziale della vita del suolo
Definisce l’intensità dell’evapotraspirazione e regola, quindi,
la presenza dell’acqua e dell’aria. Agisce sullo sviluppo
radicale delle piante superiori, influisce sul tipo e sulla
quantità di vegetazione che si insedia nel suolo e, quindi,
sul tipo e la quantità di residui organici che arrivano al suolo
La
distribuzione
in
profondità del calore nel
suolo varia con il ciclo
giornaliero e stagionale
Si ha passaggio di calore
verso gli strati più
profondi
del
suolo
durante
le
ore
di
insolazione
e
allontanamento di calore
dal suolo durante le ore
notturne
Regimi di temperatura del suolo proposti dall’
dall’ USDA (1975)
LE PRINCIPALI
CARATTERISTICHE CHIMICO E CHIMICO-FISICHE
• La composizione;
• il potere adsorbente;
• il pH;
• il potenziale di ossidoriduzione.
LA COMPOSIZIONE
È estremamente variabile e dipende, oltre che dai
componenti mineralogici del substrato pedogenetico,
anche dagli altri fattori che hanno contribuito alla sua
evoluzione, come:
• IL CLIMA
• LA VEGETAZIONE
• LA MORFOLOGIA
• IL TEMPO
• I MICRORGANISMI
• GLI INTERVENTI AGRONOMICI
LA COMPOSIZIONE
Gli elementi principali
della fertilità chimica:
AZOTO (K),
POTASSIO (K),
FOSFORO (P),
CALCIO (Ca),
ZOLFO (Z).
L’Azoto
Si può trovare sotto forma organica o minerale, la forma organica è
quasi sempre la prevalente e costituisce una riserva per il rifornimento
azotato delle piante.
Il bilancio dell’azoto elementare nel terreno agrario può essere
sintetizzato con:
con
• l’apporto di concimi chimici azotati,
• l’apporto di fertilizzanti organici,
• la fissazione dell’azoto atmosferico da parte dei microrganismi,
• l’apporto da parte delle acque meteoriche e del pulviscolo atmosferico,
• apporti eventuali per sedimentazione di particelle terrose trasportate dall’aria e
dall’acqua a seguito di fenomeni erosivi,
• il dilavamento da parte dell’acqua di percolazione e di scorrimento superficiale,
• l’erosione,
• le reazioni di vario tipo che portano alla formazione di azoto gassoso dai nitriti,
• le perdite per volatilizzazione dell’ammoniaca gassosa,
• le perdite dovute al fuoco che si riscontrano quando si bruciano delle stoppie o
residui colturali.
81
L’Azoto
Classifica dei terreni agrari in base al contenuto di azoto
Denominazione
% di AZOTO
POVERI
< 1%
MEDIAMENTE DOTATI
1 - 1,5 %
BEN DOTATI
1,5 - 2,2 %
RICCHI
2,2 - 5 %
ECCESSIVAMENTE
DOTATI
>5%
IL POTASSIO
Il potassio dei terreni naturali deriva da silicati come ortoclasio, nefelina, leucite,
muscovite; al quale si aggiunge nei terreni agrari quello apportato con i concimi
minerali e organici. La frazione minerale è prevalente e si trova in quattro forme
diverse:
• K reticolare,
• K legato – fissato,
• K scambiabile,
• K in soluzione
Il contenuto totale di potassio nel terreno varia dallo 0,1% al 4%.
IL POTASSIO
Classifica dei terreni agrari in base al contenuto in potassio scambiabile
espresso in K2O
Denominazione
POTASSIO in ppm
POVERI
< 80
MEDIAMENTE DOTATI
80 - 150
BEN DOTATI
150 - 250
RICCHI
> 250
I terreni italiani, soprattutto quelli argillosi,
sono ben dotati o ricchi di questo elemento
IL fosforo
Il fosforo disponibile per le piante nei terreni naturali trae origine da minerali
primari o di neoformazione, rappresentati da fosfati di calcio, fosfati di ferro e
fosfato di alluminio.
Nei terreni agrari c’è anche l’apporto, dall’esterno, di quello contenuto nei concimi
minerali ed organici.
L’apporto di concimi fosfatici, contenenti fosfato monocalcico, comporta una più o
meno consistente insolubilizzazione a contatto con il terreno, questo fenomeno
riduce l’efficienza e l’efficacia dei fertilizzanti.
Anche i fosfati precipitati possono essere parzialmente recuperati e portati in
soluzione ad opera dell’acqua, dell’anidride carbonica, dei cambiamenti di pH, delle
radici e dei microrganismi del suolo.
Una frazione molto variabile del fosforo presente nel terreno è sotto forma
organica in quanto presente nei residui vegetali, nell’humus e nella biomassa
microbica.
IL fosforo
Classifica della dotazione fosfatica totale e assimilabile dei terreni.
Assimilabile(ppm)1 è per i terreni con pH>7;
Assimilabile(ppm)2 è per i terreni con pH<7
DOTAZIONE
TOTALE in %
ASSIMILABILE
(ppm) 1
ASSIMILABILE
(ppm) 2
RIDOTTA
< 1
< 5
< 10
MEDIO RIDOTTA
1 – 1,5
5 – 10
10 – 20
MEDIA
1,5 – 2
10 – 18
20 – 30
ELEVATA
2 – 2,5
18 – 25
30 – 40
MOLTO
ELEVATA
> 2,5
> 25
> 40
IL CALCIO
È un elemento indispensabile per la vita delle piante, ci sono alcune colture in cui si
può andare incontro ad un depauperamento del CaO, più accentuato nei climi umidi o
in ambienti fortemente irrigati, dove si può perdere anche 4-500 kg.ha-1 di CaO per
anno.
Il problema è più evidente nei terreni poveri di tale elemento e lo sarà ancor di più
nel futuro in quanto si impiegano concimi minerali a titolo elevato e si limitano le
letamazioni.
Nel passato il rifornimento di calcio al terreno agrario avveniva attraverso: concimi
organici, concimi minerali contenenti calcio legato chimicamente al fosforo e
all’azoto, concimi minerali a basso titolo contenenti gesso o calcare come eccipiente.
eccipiente
LO ZOLFO
Si può trovare nel terreno sia sotto forma minerale che sotto forma organica;
nei terreni coltivati la forma minerale è rappresentata da solfati che solo
raramente sono accompagnati da solfuri.
La quantità di S presente nel terreno sotto forma organica è quasi sempre
prevalente su quella minerale.
Anche le acque di irrigazione possono contribuire ad apportare un certo
quantitativo di S al terreno agrario.
Vari interventi agronomici possono comportare un arricchimento di S nel
terreno: le concimazioni organiche, certe concimazioni chimiche eseguite allo
scopo di apportare altri elementi nutritivi, certi trattamenti antiparassitari.
Il terreno agrario perde lo zolfo ad opera di alcune colture, mediamente da 20 a
40 kg.ha-1 per anno.
Anche le perdite per dilavamento sono molto variabili a seconda delle piovosità,
dall’uso o meno di acqua irrigua.
Il terreno può perdere zolfo anche per erosione e per volatilizzazione.
Il contenuto di zolfo nel terreno agrario può essere molto basso (anche solo 50
ppm) o anche molto alto.
Soluzione circolante e potere adsorbente
La soluzione
circolante
- fase liquida del terreno, formata dall’acqua e dalle sostanze in
essa disciolte.
- importante perché le piante assorbono da questa la quasi totalità
degli elementi nutritivi unitamente all’acqua.
- in continuo movimento nel terreno mentre la sua concentrazione è
soggetta ad un gioco di equilibrio con la fase solida.
Il complesso dei composti disciolti nella soluzione circolante
assume una concentrazione dello 0,5 - 0,8%. Ci sono dei fattori
che modificano le caratteristiche della soluzione circolante: le
piogge, l’irrigazione, la temperatura, le concimazioni, le lavorazioni,
l’attività microbiologica, l’assorbimento da parte delle piante. Essa
sarebbe soggetta ad oscillazioni se la fase solida non fosse dotata
di una proprietà importante:
LA CAPACITA’ DI SCAMBIO IONICO: è un
fenomeno che avviene continuamente fra la fase solida e la
fase liquida del terreno, in quanto sia i cationi che gli anioni
tendono a ristabilire qualsiasi alterazione dell’equilibrio fra le
due fasi, attraverso i processi di adsorbimento e
89
desorbimento
Soluzione circolante e potere adsorbente
Il potere
adsorbente
È legato alla presenza di colloidi organici e minerali nel
terreno, i primi sono rappresentati dall’humus, i secondi dal
complesso delle argille; per tutti e due si parla di
CAPACITA’ DI SCAMBIO CATIONICO(C.S.C.).
Classificazione del terreno in base alla C.S.C.
NOME
C.S.C
RIDOTTA
< 6
MEDIO - RIDOTTA
6 – 12
MEDIA
12 – 18
ELEVATA
18 – 32
MOLTO ELEVATA
> 32
Scambio di cationi
• L’interscambio tra un catione in
soluzione e un catione legato ai
colloidi elettronegativi del suolo come
argilla e sostanza organica
suolo
H+
Ca++ 2H+
suolo
Ca++
H+
colloide
Soluzione del suolo
colloide
soluzione
suolo
pH
Soluzioni acide sono quando il pH è <
7.0
Soluzioni alcaline quando pH > 7.0
Un acido può essere definito come
donatore di protoni,
protoni una sostanza
chimica che incrementa la
concentrazione di H3O+ nella soluzione.
Inversamente, una base è un acettore
di protoni,
protoni una sostanza chimica che
riduce la concentrazione H3O+ nella
soluzione ed incrementa la
concentrazione degli ioni ossidrili OH-.
H+
OHH2O
Soluzione neutra
Soluzione
debolmente acida
pH del suolo
* pH – log negativo della concentrazione idrogenionica
(H+) nella soluzione del suolo.
pH = - log [ H+]
* La scala di pH misura l’acidità e l’alcalinità di una
soluzione.
Alla neutralità (pH =7) il numero di H+ = OHA pH 6 ci sono 10x volte più ioni H+ rispetto a pH 7 e
ce ne sono 100x di più tra pH 7 & 5
pH del suolo
Ioni positivi e negativi sono sempre presenti nella fase liquida
del suolo.
L’accertamento di ioni H+ risulta funzione di equilibri che si
stabiliscono nella pedosfera tra le fasi solida, liquida e gassosa.
Tra questi:
• meccanismi di scambio a livello delle superfici dei minerali
argillosi e delle sostanze umiche.
• Dissociazione di ossidrili OH- dalla struttura cristallina dei
fillosilicati e dei gruppi carbossilici e fenolici delle sostanze
umiche.
Sostanza organica
Minerale argilloso
-+
-+
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
pH del suolo
La reazione del terreno o pH condiziona molto le funzioni di abitabilità e di nutrizione.
Assume valori che oscillano da 0 a 14, ma nel terreno agrario i valori estremi non sono
riscontrabili. La scala di pH corrisponde alla concentrazione di ioni idrogeno che sono in
soluzione.
Classificazione del terreno in base al pH
NOME
pH
PERACIDI
ACIDI
MODERATAMENTE ACIDI
SUBACIDI
NEUTRI
SUBALCALINI
MODERATAMENTE ALCALINI
ALCALINI
PERALCALINI
< 4,6
4,6 – 5,2
5,3 – 5,9
6 – 6,6
6,7 – 7,3
7,4 – 8
8,1 – 8,7
8,8 – 9,4
> 9,4
96
pH del suolo
La fertilità chimica del terreno è influenzata fortemente dal pH: N, P, K e S sono
più disponibili per le piante con reazione vicina alla neutralità.
Al di sotto di pH 5,5 il loro assorbimento è compromesso; la stessa cosa vale per il
Ca, Mg, Mo.
A pH acido o subacido le piante possono assorbire abbastanza bene Fe, Mn, B, Cu,
Zn.
Sia un pH troppo basso che un pH troppo alto sono da considerarsi sfavorevoli per
l’espletamento di una buona agricoltura per cui i terreni che possiedono tali
caratteristiche sono detti a REAZIONE ANOMALA.
Il pH del terreno è un’importante proprietà chimica così come la tessitura lo è per
le proprietà fisiche.
La conoscenza del pH del terreno permetterà di capire se il terreno è adatto per la
coltivazione delle piante e se ci potranno essere limitazioni per qualche nutriente.
Influenza del pH sulla migrazione di sostanze
pH
da 3 a 5
da 5 a 7
da 7 a 8,5
da 8,5 a 10
Humus
Dispersione o migrazione da
solo o allo stato di
complesso con il ferro
Dispersione o migrazione da solo o
allo stato di complesso con
l’argilla e con il ferro
Tendenza alla stabilità
stabilità
Dispersione o migrazione
allo stato di humati alcalini
Argilla
Dispersione e migrazione da
sola o con l’l’humus e con il
ferro.
Dispersione e migrazione con
l’humus come colloide protettore
ed in assenza di Ca++
Tendenza alla stabilità
stabilità
Dispersione e migrazione
allo stato di argilla sodica
(o magnesiaca)
Silice
Migrazione sotto forma di raggruppamenti monomolecolari Si(OH)4 se
la sua concentrazione non è troppa elevata; altrimenti dispersione e
migrazione dei gel colloidali polimolecolari [Si(OH)4]n. Dispersione e
migrazione come complesso ferrisilicico
Stesse possibilità
possibilità di migrazione che
ai pH precedenti; ma a condizione
che i sali di Ca non sorpassino la
concentrazione limite
Da pH 9 migrazione allo
stato ionizzato
Ferro ferroso
Migrazione allo stato di ione ferroso, in ambiente riduttore fino
fino a pH
8. Dispersione e migrazione allo stato di complesso elettronegativo
elettronegativo
associato all’
all’humus (colloide protettore), all’
all’argilla o alla silice
Migrazione allo stato di complesso
ferrosilicico se i sali di Ca non
raggiungono la concentrazione
limite, negli altri casi segue la
sorte dell’
dell’humus e dell’
dell’argilla
Dispersione e migrazione
con gli humati alcalini
Ferro ferrico
Impossibilità
Impossibilità di migrazione
allo stato di ione ferrico
(Fe+++), al di sopra di pH 3
Dispersione e migrazione allo stato
di complesso elettronegativo
associato all’
all’humus (colloide
protettore), alla argilla o alla
silice
Migrazione allo stato di complesso
ferrisilicico se i sali di Ca non
raggiungono la concentrazione
limite
Alluminio
Migrazione allo stato di
ione Al3+
Allo stato di idrato insolubile, Al(OH)3, comportamento variabile, secondo le
condizioni dell’
dell’ambiente.
Per valori superiori a pH
10 ionizzazione possibile
sotto forma di alluminato
AlO2-
Il pH del suolo influenza:
• Le caratteristiche
chimico-fisiche del
sistema suolo
• Disponibilità di elementi
nutritivi
Il pH del suolo influenza:
• Tossicità di elementi.
elementi In suoli a pH acido l’alluminio diviene
tossico, inibendo la normale assimilazione di elementi nutritivi
(intasamento delle pareti cellulari delle radici) ed impedendo la
divisione cellulare (fissazione al DNA).
• Lo sviluppo della biomassa microbica e quindi la
decomposizione della sostanza organica. I batteri prediligono pH
subalcalini, i funghi prediligono pH acidi per cui, in questo ultimo
caso, risultano notevolmente rallentate l’evoluzione e la
mineralizzazione dei residui vegetali.
• Il destino dei pesticidi nel suolo.
suolo
Valori di pH nei suoli
Le piogge provocano allontanamento
delle basi di scambio e conseguente
acidificazione del suolo.
Le scarse precipitazioni lasciano in loco
le basi di scambio ed il pH risulta
alcalino.
Fattori di variabilità del pH nel suolo
• Presenza di particolari sostanze
La presenza di ferro solfuro (FeS2) determina valori di pH inferiori a 3; la
presenza di sodio bicarbonato (Na2CO3) conferisce valori superiori a 10.
• Caratteristiche climatiche stagionali
Durante la stagione invernale la ridotta attività biotica con minore
produzione di specie chimiche che accrescono la concentrazione di ioni H+ e
la relativa minore presenza di ioni alcalini ed alcalino terrosi favoriscono
l’aumento dei valori di pH.
Durante il periodo estivo, di contro, il metabolismo più spinto delle colonie
microbiche, provoca maggiore produzione di CO2 con una diminuzione del pH.
+ + HCO - ←→ H+ + CO 2CO2 + H2O ←→ HDott.ssa
3
Livia 3Vittori Antisari
Fattori di variabilità del pH nel suolo
• Tecniche colturali
La fertilizzazione mediante l’impiego di sali a reazione acida quali ammonio
solfato, ammonio nitrato ed urea, favorisce la diminuzione del valore di pH.
La somministrazione di concimi a reazione basica quali calcio nitrato, scorie
Thomas, provoca l’innalzamento del pH.
Acidità del suolo
Acidità attiva – dovuta
all’attività degli ioni
H+ nella soluzione del suolo in un dato momento
Acidità di riserva –
viene rappresentata
dagli ioni H+ e Al3+ che sono facilmente
scambiabili da altri cationi (ioni caricati
positivamente)
HHHH
H
Suolo Mg
Ca
H H H Na
Acidità di riserva
H+
H+
Ca++ H+
Mg++
H+
Ca++
H+
H+
Acidità attiva-soluzione del suolo
Fasi dell’acidità del suolo
Acidità di
legame
Acidità
scambiabile
Acidità
solubile
Fonti di acidità del suolo
* I cationi acidi Idrogeno e Alluminio sono
responsabili dell’acidità del suolo
* L’idrogeno scambiabile è la principale fonte di
protoni (H+) a pH 6 e superiore. Al di sotto di pH 6
Alluminio è la principale fonte di protoni (H+)
dovuta alla dissociazione di Al dai minerali
argillosi. Al diventa solubile a pH molto acidi
Al3+ + H20 ----> Al(OH)++
+ H+
Al(OH)++ + H2O ---> Al(OH)2+ + H+
Al(OH)2+ + H20 ---> Al(OH)3 + H+
Determinazione dell’ acidità attiva
Questa determinazione viene esguita in laboratorio per via
potenzionetrica mediante pH-metro.
Si pone in un baker contenente 25ml di acqua distillata, una
quantità di terra fine pari a 10g (rapporto 1:2,5 peso/volume).
Si agita e si lascia riposare per 30’. La determinazione
potenziometrica si effettua immergendo gli elettrodi nella
sospensione limpida.
Determinazione dell’ acidità di riserva
Questa determinazione viene eseguita in laboratorio per via
potenziometrica mediante pH-metro.
Si pone in un baker contenente 25ml di soluzione 1 molare di KCl,
una quantità di terra fine pari a 10g (rapporto 1:2,5 peso/volume).
Si agita e si lascia riposare per 30’. La determinazione
potenziometrica si effettua immergendo gli elettrodi nella
sospensione limpida.
I valori risultano più bassi rispetto a quelli dell’acidità reale.
Terreni acidi
Col variare del tipo di terreno cambia il quantitativo di sostanza correttiva
necessaria per determinare le stesse variazioni di pH.
TERRENI
CaO
Ca(OH)2
CaMg(CO3)2
CaCO3
SABBIOSO
1-2
1,3 - 2,6
1,6 - 3,3
1,8 - 3,6
LIMOSO
(10-20% DI
ARGILLA)
2-3
2,6 - 3,9
3,3 - 4,9
3,6 - 5,4
ARGILLOSO O
UMIFERO
3-5
3,9 - 6,6
4,9 - 8,2
5,4 - 9
Suoli acidi
Problemi legati a:
• ridotta attività della
flora e fauna tellurica.
•Tossicità legata all’Al, al
Mn molto solubili.
•Ridotta disponibilità
elementi
IL POTENZIALE DI OSSIDO-RIDUZIONE NEL SUOLO
Elementi che possono trovarsi nel suolo in forma ridotta o ossidata
ossidata
In condizioni di aerazione normale essi si
accertano in forma ossidata, in presenza
di ristagno d’
d’acqua e di conseguente
scarsa diffusione dello O2 sono presenti
in forma ridotta
Schematizzazione dei processi di ossidazione coinvolti nell’
nell’evoluzione della sostanza organica del suolo (modificata da
Morel, 1989)