DEFINIZIONE FERTILITA’ DEL SUOLO
FERTILITA’ FISICA =
TESSITURA, STRUTTURA → GIUSTO EQUILIBRIO TRA
FASE SOLIDA-LIQUIDA-GASSOSA (POROSITA’) →
CIRCOLAZIONE DI ACQUA E ARIA
FERTILITA’ CHIMICA =
N P K oligolelementi pH → DISPONIBILITA’
ELEMENTI NUTRITIVI
FERTILITA’ BIOLOGICA =
BIODIVERSITA’ → STABILITA’ ECOSISTEMA
MICRORGANISMI UTILI → CICLI DEI NUTRIENTI,
MINERALIZZAZIONE/UMIFICAZIONE
TECNICHE AGRONOMICHE PER
MIGLIORARE LA FERTILITA’
COMPLESSIVA DEL SUOLO
1. AVVICENDAMENTO/CONSOCIAZIONI
2. LAVORAZIONI
3. PACCIAMATURA
4. APPORTI DI SOSTANZA ORGANICA: fresca, compostata
MECCANISMI D’AZIONE
RILASCIO NUTRITIVI
-residui ricchi di azoto (o composti solforati)
DISPONIBILITA’ NUTRITIVI
-rimobilizzazione elementi (radici profonde)
- solubilizzazione fosfati
BIODIVERSITA’
- biodiversità microbica (fitopatie radicali)
- riduzione infestanti (erbai con più sfalci)
Rotazioni
BILANCIO DELL’AZOTO (kg ha-1) DEL FRUMENTO IN
ROTAZIONE CON FAVINO
ASPORTAZIONI
APPORTI NETTI
MIN
ORG
BILANCIO
TOT
Monosuccessione
Frumento
50a
100
0
100
+50
Rotazione
Frumento
89
100
0
100
+11
Favino
85
0
188*
188
+103
100
174
200
100
0
188
200
288
+100
+114
BIENNIO
MONOSUCC.
ROTAZIONE
* stima dell’N da azotofissazione (69% dell’N totale assorbito). a= minor produzione
Da Fagnano et al., 2003
3. RUOLO DELLA PACCIAMATURA
La copertura del suolo riduce la mineralizzazione
I film plastici limitano anche l’evaporazione del suolo
determinando un aumento delle disponibilità idriche
I materiali vegetali possono essere anche una fonte diretta di S.O.
(prodotti di degradazione)
Es. leguminose annuali autoriseminanti:
Trifolium spp. (subterraneum, vesciculosum, michelianum, ,…);
Medicago spp. (polymorpha, truncatula, scutellata , ....):
- pacciamatura viva, morta, sovescio, asportazione o pascolo
- la persistenza delle leguminose e la presenza di infestanti
indesiderate, può essere regolata scegliendo le cultivar o
modulando il momento e del taglio e la gestione della biomassa
4. APPORTI DI SOSTANZA ORGANICA
La frazione idrofila e solubile definita anche non
umica (principalmente carboidrati, ma anche acidi
aromatici e alifatici, glicolipidi, cere, peptidi,
aminoacidi, ac.nucleici):
- ha importanza rispetto alla struttura solo nel breve periodo;
- è il principale substrato per la mineralizzazione e quindi
sostiene la nutrizione minerale delle colture;
- trasporta elementi nutritivi anche in profondità:
è substrato per i microbi negli aggregati e negli orizzonti
profondi (cicli di N e C, es. risintesi di macromolecole);
trasporta metalli e protoni (anche metalli pesanti);
stabilizza colloidi e aggregati lontani dalla superficie.
La frazione più stabile, definita umica (umina, acidi umici e
fulvici), non è composta tanto da grossi polimeri, ma è
considerata una struttura sovramolecolare di molecole
relativamente piccole legate da una serie di forze idrofobiche
e ponti idrogeno:
1. resiste all'aggressione microbica per protezione idrofobica.
2. presenta sulla propria superficie gruppi funzionali, che:
- conferiscono al suolo maggiore CSC
- consentono la formazione di complessi con le argille o
con altre molecole idrofile (S.O. fresca), mediati da
cationi polivalenti (Ca++).
I complessi argillo-umici hanno orientati
- verso l'interno delle particelle i gruppi carbossilici e fenolici,
- verso la superficie esterna delle particelle le componenti
idrofobiche (alifatiche e aromatiche)
 rivestimento con alta tensione superficiale che riduce
l’infiltrazione di acqua (e microbi)
3. conferisce anche alle altre particelle di suolo le proprie
caratteristiche idrofobiche proteggendole dalla
degradazione e dispersione
Stabilità struttura
Accumulo di C nel suolo
Apporti di materiali organici
I materiali freschi si decompongono rapidamente soprattutto se:
- C/N<15-20;
- temperatura = 25-37°C;
- umidità a capacità di campo (con acqua in <90% dei pori);
- aerobicità (dipende da tessitura, struttura, porosità, lavorazioni,
profondità di interramento);
- alto contenuto iniziale di sostanza organica.
NB. argillosità del suolo può conferire un certo grado di protezione
alla S.O. legata
L'inserimento di materiali freschi inoltre può determinare anche
problemi alle colture per una serie di fattori:
- veloce degradazione microbica con riduzione dell'ossigeno e del
potenziale redox che può aumentare la mobilità di alcuni
metalli in traccia;
-con rapporto C/N alto, immobilizzazione delle riserve di N del
suolo, con C/N basso liberazione di N-NH4,con rischi di
tossicità per le piante e di inquinamento delle falde;
- fitotossicità per la presenza di acidi organici semplici;
- aumento della salinità;
- alterazione degli equilibri della microflora  patogeni.
I pretrattamenti al materiale fresco consentono di ridurne la
fitotossicità, distruggerne i patogeni o i semi di infestanti,
trasformarlo in un materiale stabile simile all'humus.
Compostaggio (biologico, aerobico controllato) dipende da:
struttura fisica del materiale,
composizione chimica (soprattutto C/N),
eventuali aggiunte di additivi,
temperatura,
pH,
umidità,
aerazione,
durata del compostaggio.
sostanze umiche, (acido fulvico e umico): in compost di fanghi
reflui dei depuratori, rifiuti solidi urbani, reflui zootecnici, materiali
vegetali (erbacei e legnosi) o reflui agro-industriali.
Sostanza organica e stabilità della struttura.
- sostanze umiche (anche esogene derivate dal carbone),
- sostanze idrofobiche non umiche (ac. stearico),
- materiali contenti precursori delle componenti idrofobiche
(polifenoli e lignina, suberina, acidi grassi a lunga catena, cere,
macromolecole alifatiche, terpenoidi, melanina,...), meglio se dopo
compostaggio.
LETAMAZIONE
- prima della lavorazione (deve essere interrato subito),
- considerare il coefficiente di umificazione/mineralizzazione
- la mineralizzazione è più veloce in primavera
- attenzione alle dosi (frazionate dove possibile)
- attenzione alle infestanti (letame non maturo)
- attenzione al costo (letami essiccati e pellettati)
es. 40 t letame  200 kg N, 100 P2O5, 200 K2O
se ammettiamo C.M. 50% la disponibilità di N per la
coltura successiva sarà di 100 kg di N
Azione lenta:
cornunghia, cuoiattoli, laniccio, sovescio graminacee o polifita
Azione media:
panelli di semi oleosi, vinacce, semi lupino, sovescio leguminose
Azione rapida:
letami, pollina, carniccio, scleroproteine idrolizzate
?
Curve di mineralizzazione
Effetto delle diverse matrici sulla dinamica dell’humificazione
APPORTO DI FERTILIZZANTI COMMERCIALI
- COSTO
- POCA SPERIMENTAZIONE
- NON RISOLVONO LE INCERTEZZE SULLA
DINAMICA DELLA SOSTANZA ORGANICA
MINERALIZZAZIONE: DISPONIBILITA’ DI AZOTO
UNIFICAZIONE: EFFETTI SULLA STRUTTURA
Es. scleroproteine idrolizzate: 22.7 € q-1 (12.5% N) =
1.8 € kg-1 di N.
N disponibile in 3-5 mesi?
Ruolo delle leguminose sulla fertilità del suolo.
1. La loro utilità è dovuta principalmente all'azotofissazione
simbiontica: fino a 450 kg ha-1 anno-1 per soia ed erba
medica, seguita da favino, lupino, tr. violetto con oltre 300 kg
ha-1 anno-1
(+ N ipogeo = 26 - 100% di N epigeo);
2. incorporato della frazione labile della S.O.
3. disponibile per le altre colture (essudati radicali, micorrize
vescicolo-arbuscolari (VAM), decomposizione foglie, radici e
residui colturali, sovescio).
In consociazione = fino a 80 kg ha-1 anno-1
Nell'avvicendamento = fino a > 250 kg ha-1 anno-1
Con sovescio = fino a > 300 kg ha-1 anno-1
SOVESCIO
Più economico rispetto alle altre fonti organiche e competitivo
con quello minerale (0.60 € kg-1), ma non deve sostituire colture
da reddito:
ordinamenti irrigui estensivi (mais-pomodoro, mais-tabacco,
mais-grano, mais-soia, ...): leguminose microterme (favino,
lupino, veccie,…);
ordinamenti ortivi in serra: leguminose macroterme (vigna, soia).
Altri vantaggi:
- solubilizzazione P non disponibile (acidi organici e di fosfatasi
acide in essudati radicali di lupino e cece);
- aumento dei coefficienti di umificazione  struttura
(es. soia in rotazione da 0.15 a 0.37)
- sovesci Polifiti (C/N=30-40): aumento C umificato
- Vigna sinensis: aumento di azotofissatori liberi
- trifoglio violetto: capacità erbicida
PERÒ:
oltre ai problemi visti per interramento S.O. fresca (in particolare
sviluppo Pythium),
le previsioni della reale disponibilità di azoto per le altre colture
sono molto aleatorie  dipendono da mineralizzazione:
-
fertilità biologica iniziale del suolo,
-
grado di sminuzzamento ed interramento del materiale
(umidità al momento del sovescio),
-
temperatura e umidità,
-
disponibilità di ossigeno (tessitura, struttura e lavorazioni
consecutive),
CZ = colza
FV = favino
LI = loiessa
OR = orzo
PS = pisello
TS = tr. squarroso
VE = veccia
Da Guiducci et al., 2003
Da Guiducci et al., 2003
1. Favino, pisello e veccia forniscono i più alti apporti di N,
sia in purezza sia in consociazione con non leguminose.
2. I tassi di rilascio di N e l’efficienza fertilizzante  C/N e
lignificazione: veccia > favino; colza > orzo; leguminose
pure > miscugli; interramento precoce > di quello tardivo.
3. Nei migliori sovesci l’unità fertilizzante azotata ha un costo
circa doppio rispetto all’urea.
4. La pratica del sovescio appare economicamente
sostenibile ,  incassi = 85-95% di quelli massimi con
urea.
5. Ulteriori ricerche sulla composizione dei miscugli e sulla
densità di impianto sembrano essere necessarie per
ottimizzare la pratica da un punto di vista agronomico e per
ridurre i costi.
Anche N rimasto nel terreno in forma organica potrà essere
soggetto a mineralizzazione e andrà a sommarsi a quello derivato
dalle nuove fertilizzazioni, (anche in periodi in cui l'asportazione
da parte delle colture non è in grado di intercettarlo).
Anche il sovescio deve essere visto con attenzione perché
potenzialmente è in grado di apportare quantitativi di azoto
eccessivi e pericolosi per l’ambiente.
Inserito nei sistemi colturali tenendo conto del bilancio dell'azoto
complessivo e di tutti quei fattori specifici (C/N, lignina) ambientali
(temperatura e umidità) e colturali (soprattutto lavorazioni) che
possono influenzare il ritmo di mineralizzazione.
(Es. non ogni anno, ma ad anni alterni)
ANALISI DELLE ESIGENZE DEI SISTEMI
COLTURALI
- BILANCIO DELL’AZOTO
- BILANCIO ISOUMICO
BILANCIO DELL’AZOTO
APPORTI
- dotazione iniziale di azoto,
- N mineralizzabile (massimo in autunno e primavera),
- restituzioni colturali,
- N nelle deposizioni atmosferiche (10-20 kg ha-1 fino a 40 kg ha-1),
- fissazione simbiontica (100-300 kg ha-1 epigei + 50-100% radicali),
- fertilizzazione.
PERDITE
- organicazione N solubile (dipende da C/N e gener. 20-40% apporti),
- percolazione (acqua di drenaggio x concentrazione nitrati),
- erosione (acque di deflusso + terreno eroso x concentrazione N),
- N fissato dalle argille (generalmente 5 - 30 kg ha-1),
- denitrificazione (massima con surplus idrico e nei suoli argillosi),
- asportazione (dipende da altri stress che riducono le produzioni previste)
IL BILANCIO UMICO:
FATTORI DI INCERTEZZA
NELLA STIMA DELLA DINAMICA DELLA
SOSTANZA ORGANICA
RAPPORTO C/N IN DIVERSI RESIDUI COLTURALI
Sottoprodotti
C/N
C (%)
N (%)
Orzo e avena
120-140
45
0.5
Frumento tenero
118-129
45
0.5
Frumento duro
Girasole
Mais
Riso
110-130
85-90
60-70
60-65
45
40
46
43
0.6
0.5
0.7
0.7
Tabacco
Fagioli
Pomodoro
40-45
29-31
23-24
42
48
42
1.3
1.8
1.8
Fava
23-24
48
2.5
Patate
Piselli
18-22
18-19
46
48
2.0
2.0
Bietola
13-17
37
2.5
FATTORI CHE INFLUENZANO LA
DECOMPOSIZIONE
DELLA SOSTANZA ORGANICA
-AERAZIONE (max in T.Sabbiosi)
-UMIDITA’ (max a Capacità di Campo)
-TEMPERATURA (max a 30-35°C)
-COMPOSIZIONE (max C/N <25)
amido>proteine, cellulosa>grassi, lignina
-FERTILITA’ SUOLO (biologica e chimica)
C/N SUOLO = 7-25 = in media 10 (50/5)
C/N MICROBI = 4-9 = in media 7 (50/7)
FABBISOGNO IN AZOTO
Per trasformare materiale con C/N alto (anche 100)
a humus con C/N = 10
la microflora ha bisogno di N per colmare la differenza
C/N di alcuni materiali organici
Residui cereali
= 100
Residui mais, girasole
= 70
Residui leguminose
= 25
Letame maturo
= 25
Letame mediam. maturo
= 35
Sovescio leguminose
= 20
Sovescio polifita
= 40
Efficienza conversione microbica
50%
Coefficiente isoumico di alcuni materiali
Frumento
= 0.10
Mais
= 0.15
Leguminose
= 0.30
Letame mediam. maturo
= 0.40
Letame maturo
= 0.50
NB. Tutti i dati sono espressi in sostanza organica secca
S.S.
%
S.O.
%
C/N
K1
%
humus
% t.q.
RESIDUI COLTURALI
residui di mais
paglia avena
paglia grano
paglia orzo
paglia segale
piante girasole
piante sorgo secco
sansa olive
bucce pomodoro
farina vinaccioli
FERTILIZZANTI
84,40
87,00
88,91
86,40
88,50
85,00
85,00
91,51
90,00
89,00
76,63
80,64
82,79
81,14
83,99
55,00
66,00
68,55
86,50
86,25
52
100
111
87
63
30
95
32
31
23
20 %
15 %
15 %
15 %
15 %
20 %
20 %
20 %
20 %
20 %
15,326
12,036
12,418
12,170
12,600
11,000
13,200
13,700
17,000
17,000
letame bovino
letame equino
letame suino
letame ovino
pollina fresca
pollina secca
22,00
30,00
28,00
35,40
68,80
85,80
16,40
26,30
25,00
31,80
40,00
63,00
29
23
31
22
6
7
30 %
30 %
30 %
30 %
30 %
30 %
4,920
7,900
7,500
9,540
12,000
18,900
S.S.
%
S.O.
%
C/N
K1
%
humus
% t.q.
MATERIALI VERDI
erba medica
prato stabile
erbaio avena
Residui bietola
erbaio colza
erbaio loietto
erbaio mais ibrido
erbaio autunnale
erbaio orzo
erbaio pisello
erbaio segale
erbaio sorgo ibrido
erbaio veccia
erbaio tr. incarnato
erbaio vigna sinen.
19,60
17,56
13,94
13,64
8,34
18,65
12,58
12,07
13,65
13,01
14,09
18,07
13,85
11,02
11,47
17,97
15,76
12,39
11,87
6,97
17,09
11,73
10,78
12,39
12,10
12,77
17,05
12,75
10,30
10,13
16
19
22
21
12
30
37
15
22
15
18
61
15
16
15
25 %
20 %
20 %
25 %
25 %
20 %
20 %
25 %
20 %
25 %
20 %
20 %
25 %
25 %
25 %
4,492
3,150
2,478
2,967
1,742
3,418
2,346
2,692
2,476
3,025
2,554
3,410
3,187
2,500
2,500
MATERIALI SECCHI
fieno di medica
fieno prato
82,77
84,03
74,38
74,88
17
20
25 %
20 %
18,595
14,970
APPORTI DI ELEMENTI MINERALI
CON I RESIDUI COLTURALI
S.S.
Sottoprodotti
Paglia orzo e avena
Paglia frumento tenero
Paglia frumento duro
Residui di girasole
Stocchi tutoli mais
Paglia riso
Residui di tabacco
Residui di fagioli
Residui di fava
Residui di piselli
Foglie colletti bietola
t ha-1
6-7
6-7
5-6
5-10
7-13
4-8
3-4
2-3
4-5
3-4
3-4
In irpinia:
10 t/ha s.s. x 2.5% N =
250kg/ha di N
N
30-40
30-40
30-40
25-50
50-100
30-60
40-50
40-50
80-100
60-80
70-100
P2O5
Kg ha-1
10-20
10-20
10-20
10-20
20-30
10-20
15-30
10-20
20-40
20-30
30-40
K2 0
90-100
90-100
90-100
100-200
200-230
100-200
40-60
30-60
60-80
40-60
75-100
ESEMPI DI CALCOLO
Sapendo che
C/N humus = 50/5 = 10; C/N biomassa microbica = 50/6 = 8
Residuo frumento
Q = 6000 kg/ha, C/N =120, C = 45%, N=0.5 %
C apportato = 6000 * 0.45 = 2700 kg/ha
C incorp. nella biomassa microbica = 2700*0.50 = 1350 kg/ha
N richiesto dai microbi = 1350/8 = 169 kg/ha
N apportato dalla paglia = 2700 * 0.5/100 = 14 kg/ha
% della paglia umificabile = 14/169 =8%
Deficit di azoto = 169-14 = 155 kg/ha
PER COMPENSARE LO SQUILIBRIO DOVUTO ALL’ECCESSO
DI CARBONIO SAREBBERO NECESSARI CIRCA
150 kg/ha DI AZOTO
Nel breve periodo però non tutta la sostanza organica sarà
degradata ma solo una quota (coeff. Isoumico) che può variare non
solo in funzione del materiale, ma anche delle condizioni pedoclimatiche.
Es. K1 = 0.10
N apportato = 6000 * 0.5/100 = 30 kg/ha
Humus prodotto in 1 anno = 6000 * 0.10 = 600 kg/ha
N contenuto nell’Humus = 600*5/100 = 30 kg/ha
Fabbisogno di N = 30-30 = 0
Es. K1 = 0.15
Humus prodotto in 1 anno = 6000 * 0.15 = 900 kg/ha
N contenuto nell’Humus = 900*5/100 = 45 kg/ha
Fabbisogno di N = 45-30 = 15 kg/ha
SONO TUTTI NUMERI EMPIRICI
- chi ci dice che in anno solo il 10 o 15 % della paglia
interrata sarà umificata???
-e perché non il 20 o 30%????
-In quali condizioni (T, Umidità, Areazione,….) è 10% ed
in quali altre il 30%???
PURTROPPO NON C’E’ STATA ADEGUATA
ATTIVITA’ DI RICERCA PER OTTENERE
INFORMAZIONI PIU’ PRECISE
Kumar e Goh, 2002
Residui leguminose: + assorbimento e mineralizzazione N, produzione
Residui graminacee: apporto N limitato, ma meglio della rimozione
I residui vanno interrati: pacciamatura crea problemi alla germinabilità
della c. successiva, bruciatura non serve
Ruolo delle radici importante:
% s.s. totale
Trifoglio
34
Pisello
24
Loietto
27
Grano
. 16
% N totale
26
26
38
33
.
ALTRI ESEMPI DI CALCOLO
Dati : 50 cm strato attivo, da =1.2, s.o.=2%, K2 =2
10.000 m2 * 0.5 m = 5000 m3/ha
5000 m3 * 1.2 t/m3 = 6000 t/ha
6000*2/100 = 120 t/ha
120 *2/100 = 2400 kg/ha
Che corrispondono a letame (k1=0.4; s.s. =50%)
2400/0.4/0.50 = 12000 kg/ha = 120 q/ha
Nel bilancio di un sistema colturale considerare anche i residui
colturali
Coefficiente di mineralizzazione K2
1.0
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
molto argilloso (arg>40%)
argilloso
medio-argilloso
media costituzione
medio-sabbioso
molto sabbioso
In realtà dipende anche da pH, calcare, lavorazioni, fertilità iniziale,
temperatura, umidità,…
K2=1200/[ (argilla+20)*(calcare+20) ]
Formula empirica di Remy e Martin-la Fleche (1974)
NB - in Italia i valori possono essere molto più alti (perché 1200 e non 1300???),
- in serra possono arrivare fino a 4-5 %
Tipo di terreno
Argilla
%
Calcare
%
PH
K2
%
Sabbioso neutro
5
0,2
7,0
2,0
Sabbioso acido
5
0,0
5,0
1,0
Sabbioso calcareo
5
10,0
8,0
1,7
Limoso medio
15
0,2
7,5
1,6
Limoso argilloso
22
0,2
7,5
1,3
Limoso calcareo
10
30,0
8,1
0,9
Argilloso
38
0,2
7,5
1,0
Argilloso calcareo
30
15,0
8,0
0,7
da Sostanza organica: conti e bilanci di Enos Costantini, AGRICOLTURA BIOLOGICA – 9
STIMA DELLA DISPONIBILITA’ DI AZOTO
OLTRE ALLE INCERTEZZE SUI VALORI DEL K2,
C’E’ IL PROBLEMA DELLA DINAMICA DI
MINERALIZZAZIONE IN RELAZIONE ALLE
CAPACITA’ DI ASSORBIMENTO DELLE COLTURE
Coefficienti di recupero dei nutrienti in caso di apporti regolari di
ammendanti organici (Norme generali DPI Emilia Romagna)
Frequenza di distribuzione
Ogni anno (%) Ogni 2 anni (%) Ogni 3 anni (%)
Coefficiente di
65
30
20
recupero
Coefficienti di mineralizzazione dei nutrienti in caso di apporti saltuari di
ammendanti organici.
Coefficienti di
mineralizzazione
Disponibilità nel 1°
anno
Disponibilità nel 2°
anno
30%
20%
Coefficiente tempo delle principali colture (Norme tecniche di coltura del DPI)
Coltura
Colture arboree
Bietola
Cereali autunno-vernini
Mais, girasole, sorgo
Prati polifiti
Loiessa
Graminacee foraggere
Pomodoro in pieno campo
Patata
Pisello, fagiolo, fagiolino, spinacio
Fragola
Coefficiente tempo
1,0
0,66
0,6
0,75
1
0,75
1
0,75
0,66
0,5
1
Somministrazione annuale di 10 t di sostanza secca da ammendante compostato
misto (circa 15.4 t/ha di tal quale)
Totale Coefficiente
Totale
Totale
Coefficiente
apportato di recupero mineralizzato
disponibile
tempo
(kg/ha)
(%)
(kg/ha)
(kg/ha)
N
191
65
124
0,75
93
P2O5
82
65
49
0,75
40
K2O
92
65
60
0,75
45