Osservazioni sulle Correlazioni tra
le caratteristiche microbiologiche
e pedologiche dei suoli
Letizia Pompili, Anna Benedetti
CRA Istituto Sperimentale
per la Nutrizione delle Piante
CCR Ispra
21-23 novembre 2006
La fertilità del suolo
Cosimo Ridolfi (1843) - la mirabile attitudine del suolo a produrre
Doran e Parkin (1994) - la capacità del suolo di interagire con l’ecosistema
per mantenere la produttività biologica, la qualità ambientale e promuovere
la salute animale e vegetale
Tutti i fattori naturali ed antropici che influenzano
la produzione sono fattori di fertilità
FERTILITA’ INTEGRALE
La fertilità fisica
La fertilità chimica
La fertilità biologica
QUALITA’ AMBIENTALE
La qualità ambientale di un’area o di un territorio può
essere stimata e rappresentata con l’uso di opportuni
Indicatori ambientali
strumenti in grado di rappresentare, con differenti livelli di
approssimazione, particolari condizioni (eventi, processi, stati
complessivi di qualità o criticità)
dell’ambiente (OCSE, 1993; Benedetti e De Bertoldi, 2000)

Parametro: proprietà che si misura o osserva.
Indicatore: parametro, o valore derivato da un
parametro, dal quale è possibile ricavare informazioni
circa lo stato di un fenomeno, ambiente, area perché
direttamente correlato al valore del parametro.

Indice: insieme di parametri o indicatori aggregati o
pesati.

OCSE (1993)
Temperatura
Parametro
Indicatore dell’Influenza
Indice di salute/
malattia
Standard
C org. Suolo
Parametro
Indicatori qualità del suolo
Indice di fertilità /
depauperamento
I MICRORGANISMI COLONIZZANO, CONDIZIONANO E
MODIFICANO CON LA LORO PRESENZA TUTTI GLI
AMBIENTI DELLA BIOSFERA
• attaccano substrati anche molto complessi grazie alla produzione
di particolari enzimi
• colonizzano spesso ambienti proibitivi a qualsiasi altro organismo
ED IN PARTICOLARE NEL SUOLO
• modulano i cicli biogeochimici degli elementi nutritivi rendendoli
disponibili all’assorbimento delle piante
• regolano la decomposizione e le successive trasformazioni della
sostanza organica
…quindi…
espressione dell’attività biologica del suolo
…e dunque…
LA QUALITÀ DI UN SUOLO PUÒ ESSERE
DESCRITTA IN FUNZIONE DEI PROCESSI
MICROBICI O DELLA COMPOSIZIONE DELLE
COMUNITÀ MICROBICHE.
I Metodi
Carbonio Organico Totale – misura diretta della
concentrazione di Carbonio Organico Totale nel campione di
suolo, Corg (Springer & Klee, 1954)
Biomassa Microbica – stima quantitativa del Carbonio della biomassa
microbica, Cmic, attraverso fumigazione con cloroformio per avere lisi
cellulare e successiva estrazione (Vance et al., 1987)
C della biomassa = 1-4% del C organico totale
La biomassa microbica è un indicatore molto sensibile di
cambiamento delle condizioni del suolo.
Le variazioni quantitative della biomassa microbica e della
sua attività costituiscono un preallarme dei cambiamenti
molto prima che questi possano essere rilevati con altre
misure.
I Metodi
Respirazione del Terreno – misura dell’evoluzione di C-CO2 dal
suolo stimata in circa 14 giorni (fino alla fase di plateau) come somma
cumulativa per tutto il periodo dell’analisi (Isermeyer, 1952)
Curva Cumulativa di
Mineralizzazione
del carbonio organico
(mgC-CO2/kg suolo)
tempo (gg)
Ciascuna curva è caratterizzata da due parametri cinetici che la descrivono
univocamente:
- C0 carbonio potenzialmente mineralizzabile all’infinito
- kcin costante cinetica di mineralizzazione che rappresenta la pendenza della
curva disegnata, ossia la velocità di reazione
derivabili dall’equazione: Ccum=C0*(1-exp(-k*t))
La Fertilità Biologica dei Suoli
Per ciascuno dei parametri considerati sono stati stabiliti 5 range di valori.
Parametri utilizzati
Sostanza organica
Respirazione basale
Respirazione cumulativa
Carbonio microbico
Quoziente metabolico
Quoziente di mineralizzazione
1
<1
<5
<100
<100
>0,4
<1
Range di Valori
2
3
4
1 – 1,5
1,5 – 2
2–3
5 – 10
10 – 15
15 – 20
100 – 250
250 – 400
400 – 600
100 – 200
200 – 300
300 – 400
0,3 – 0,4
0,2 – 0,3
0,1 – 0,2
1–2
2–3
3–4
5
>3
>20
>600
>400
<0,1
>4
Ciò permette di ottenere una scala di fertilità biologica come segue.
Classe di
Fertilità
I
stanchezza
allarme
II
stress
preallarme
III
IV
V
media
buona
alta
Il suolo della Provincia di Pavia
Superficie di 2.965 km2
Progetto pilota sul monitoraggio
del suolo mediante indicatori di
qualità nella provincia di Pavia
Monitoraggio della Fertilità
Biologica (CRA-ISNP)
Caratterizzazione del profilo
pedologico (ERSAF)
Osservazioni sulle colture o
coperture vegetali
Obiettivo: Trovare eventuali
correlazioni tra la copertura vegetale,
le caratteristiche microbiologiche e
pedologiche dei suoli
I campioni di Suolo
Le coperture vegetali
12
29%
27%
10
1. Riso
3. Soia
4. Frumento
5. Prato stabile
22%
22%
8
N. osservazioni
2. Mais
24%
20%
17%
6
15%
10%
4
10%
2
5%
2%
6. Copertura agro-forestale
0
0%
1.rice
3.soy
2.maize
5.meadow
4.wheat
Crop
6.forest
WRBRSG - I Gruppi di Riferimento dei Suoli
Suoli influenzati dall’acqua
1. Fluvisols
16
2. Gleyisols
39%
34%
14
34%
Suoli con accumuli di sostanza12 organica
3. Phaeozems
29%
24%
24%
N. osservazioni
10
Suoli con accumuli di sali poco8 solubili o sostanze non solubili
4. Calcisols
20%
17%
6
15%
12%
Suoli con sottosuolo ricco di argilla
4
5. Luvisols
10%
5%
2
5%
2%
2%
2%
0
Suoli relativamente giovani o con
profili
poco
sviluppati
1.FL
2.GL
3.PH
4.CL
5.LV
6. Arenosols
7. Cambisols
8. Regosols
WRBRSG
0%
6.AR
7.CM
8.RG
WRBFE – Elementi Formativi dei Suoli
1. Gleyic
18
44%
41%
16
39%
3. Calcaric
14
34%
4. Eutric
12
29%
10
24%
5. Else
(Haplic Luvisols)
N. osservazioni
2. Distric
8
6
17%
15%
15%
20%
15%
12%
4
10%
2
5%
0
0%
dystric
eutric
luvisols
WRBFE
calcaric
gleyic
La Fertilità Biologica dei Suoli
Sulla base dei risultati ottenuti dalle misure analitiche di attività microbica
29% per i suoli
dei suoli è possibile 12identificare quattro classi di fertilità biologica
1. Alta
24
24%
54%
20
8
4. Scarsa
16
14
9 17% 49%
6
4
2
44%
8
10%
10
12%
-50
7%20% 7%
29%
0
5%
2
50
100
5%
2%
1,0
1,5
2,0
2,5
C_org
5%
10%
24%
12%
5%
5%
3,0
3,5
20%
34%
17%
24%
15%
20%
12%
15%
10%
10%
10%
0%
15%
150
200
250 5%300
350
2
C_mic
10%
1.high
2.good
3.medium
2%
1
MicAct
0%
400
450
7%
0%
500 5%
5%
5%
0%
4.stress
2%
2%
5%
0%
0%
0
0,5
20%
4
2%
0%
0,0
10%
5
3 5%
0
4
15%
34%
6
20%
0%
2
0
22%
29%
4
6
44%
17%
39%
7
12
6
8
15%
14
8
10
22%
24%
39%
29%
12
20%
16
N. osservazioni
N. osservazioni
44%
18
49%
10
18
N. osservazioni
3. Media
20
0
59%
56%
24%
22
2. Buona
N. osservazioni
24%
10
4,0
0%
0%
0%
0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30 0,32 0,34
4,5
Kmin
0%
Scatterplot dei dati biologici
0,34
450
0,32
C_org:C_mic: r = 0,6619, p = 0,000002
0,30
350
250
Kmin
C_mic
300
200
150
100
0,32
0,28
0,28
0,26
0,26
0,24
0,24
0,22
0,22
0,20
C_org:Kmin: r = 0,1603, p = 0,3168
C_mic:Kmin: r = -0,0050, p = 0,9754
0,30
Kmin
400
0,34
0,20
0,18
0,18
0,16
0,16
0,14
0,14
0,12
0,12
0,10
0,10
50
0
0,5
1,0
0,08
1,5 0,5
2,0
1,0
C_org
0,08
50
2,5 1,5 0 3,0 2,0
2,5
3,5 100
C_org
150 3,0 200 3,5250
4,0
1
C_mic
300
4,0
350
1
400
450
1
Scatterplot di coppie di dati
La copertura vegetale
450
4,0
0,34
0,32
400
3,5
0,30
350
0,28
3,0
0,26
300
0,24
2,0
250
Kmin
C_org
C_mic
2,5
200
0,22
0,20
0,18
150
0,16
1,5
0,14
100
0,12
1,0
50
0,10
0
0,08
1
3.soy1.rice
5.meadow
3.soy
5.meadow
2
2.maize
4.wheat
2.maize
6.forest
4.wheat
2.maize
4.wheat
6.forest
3
r = 0,4475,
0,0034
r = -0,0918,
Crop:C_org: r = 0,2421, p = Crop:C_mic:
0,1272
Crop p = 0,5680
Crop
Crop p =Crop:Kmin:
0,5
1.rice
3.soy1.rice
5.meadow
1
6.forest
1
2
Scatterplot di coppie di dati
I Gruppi di Riferimento dei Suoli
4,0
450
0,34
0,32
400
3,5
0,30
350
0,28
3,0
0,26
300
0,24
2,0
250
Kmin
C_org
C_mic
2,5
200
0,22
0,20
0,18
150
0,16
1,5
0,14
100
0,12
1,0
50
0,10
0,5
1.FL
2.GL
0
3.PH
4.CL
1.FL
5.LV
2.GL
WRBRSG
0,08
6.AR
3.PH
7.CM
4.CL
1.FL
8.RG
5.LV
2.GL
WRBRSG
6.AR
3.PH
1
27.CM
4.CL
8.RG
5.LV
3
WRBRSG
6.AR
7.CM
1
8.RG
1
Scatterplot di coppie di dati
Gli Elementi Formativi dei Suoli
4,0
450
0,34
0,32
400
3,5
0,30
350
0,28
3,0
0,26
300
0,24
2,0
250
Kmin
C_org
C_mic
2,5
200
0,22
0,20
0,18
150
0,16
1,5
0,14
100
0,12
1,0
50
0,10
0,5
2.dystric
0
4.eutric
5.else
2.dystric
WRBFE
1
0,08
2
3.calcaric
1.gleyic4.eutric
4.eutric
2.dystric
5.else
3.calcaric
3
WRBFE
5.else
1.gleyic
WRBFE
3.calcaric
1
1.gleyic
1
2
3
Osservazioni conclusive
4.stress
3.medium
3.medium
3.medium
FertBiol
2.good
FertBiol
4.stress
FertBiol
4.stress
2.good
1.high
2.good
1.high
1.rice
2.maize
1.high
3.soy
5.meadow
1.FL 4.wheat
2.GL
3.PH
2.dystric
4.CL
6.forest5.LV
Crop
WRBRSG
1
2
3
4
4.eutric
6.AR 5 7.CM 5.else
8.RG
6
WRBFE
1
2
3
4
5
6
3.calcaric
7
1.gleyic
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Osservazioni conclusive
1. Non è stata messa in evidenza una coltura che più delle altre assomma in
sé un numero significativo dei casi considerati.
2. Quasi la totalità dei campioni di suolo a fertilità biologica media sono
rappresentati da suoli di tipo CL, LV, AR e CM.
3. In particolare un numero significativo di dati a fertilità biologica media
sono rappresentati da suoli di tipo “calcaric” e i pochi altri dati sono
equamente distribuiti negli altri gruppi.
L’attività microbica dei suoli e di conseguenza la loro fertilità biologica
non è apparsa legata tanto al tipo di copertura vegetale presente sul
suolo, quanto alla natura pedologica del suolo stesso ed in
particolare ancor di più all’aspetto funzionale dei suoli piuttosto che
alla loro natura genetica.
Si ricorda che questo studio è stato effettuato utilizzando un campione di dati relativamente
scarso (41 casi) e si auspica di poter ampliare la casistica considerando per esempio la zona
climatica, il tipo di gestione agronomica ed altre variabili
Distribuzione di Frequenza
Tipi di gestioni agronomiche
Gestione Biologica
C
Gestione Convenzionale
OM
Fertilizzazione Organo -Minerale
M
Fertilizzazione Minerale
O
Fertilizzazione Organica
Coltivazione Ridotta
N
Coltivazione Minima
S
Coltivazione Convenzionale in Serra
A
Aggiunte effettuate in laboratorio
65
39
62
26
13
17
20
Numero totale di campioni raccolti:
493
46 %
R
67
53
nord
B
126
17 %
centro
Suoli di Controllo
37 %
sud
T
Range di emissione annuale di C -CO2
Grazie per
l’attenzione!