Aspetti chimico-fisici e biologici dell’ambiente "suolo"

2. Pedogenesi

Definizione di suolo

Processi pedogenetici

Orizzonti del suolo

Parte teorica Esperienze di laboratorio

Campionamento del suolo

Analisi qualitative

Granulometria

Permeabilità

Acidità

Calcare

Presenza di N, P, K

Fasi del suolo

Classificazione-Tipo

2. Pedogenesi

Il suolo è lo strato più superficiale della crosta terrestre

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’ un insieme di sostanze organiche e minerali ( 50% del volume)

Viene suddiviso in:

E’ la parte esplorata dalle radici

e nella quale operano i microrganismi

Definizione e caratteristiche del suolo

Strato attivo (eluviale) 30-40 cm

Strato inerte (illuviale)

Sottosuolo

2. Pedogenesi

Sistema eterogeneo complesso costituito da tre fasi (polifasico)

Solida Liquida Gassosa

Componente

organica

non vivente

5%

Componente

inorganica

45%

Particelle

(Si, Ca, Al, Mg, K, Fe)

Scheletro - non disgregato - 2mm

Terra fine

Sabbia Limo Argilla

• Tessitura o composizione granulometrica

• Struttura Granulare Poliedrica Prismatica Lamellare

Terreni privi di struttura: mancanza di cementanti

eccesso di cementazione

Fasi del suolo

Proprietà fisiche dei suoli

Granulometria particelle grossolane = sabbia grossa 0,2 mm

sabbia fine 0,2 mm 0,02 mm

particelle fini = limo 0,02 mm 0,002 mm

particelle finissime = argilla 0,002 mm

Porosità volume dei pori compreso tra 40 e 60%

Permeabilità 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.

Tessitura percentuale delle diverse frazioni granulometriche

Struttura come sono legate tra loro le particelle e

come sono disposti i pori

Calore specifico e conducibilità termica

Sabbia

argilloso

argilloso limoso

franco-

argilloso

franco

franco-

limoso -argilloso

sabbioso

franco-limoso franco-sabbioso

franco-sabbioso-

argilloso

argilloso

sabbioso

limoso

100

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

0 100

Triangolo delle tessiture

La percentuale delle diverse frazioni granulometriche determina diversi tipi

di terreno:

Franco: questo termine

indica una tessitura in cui non

c’è prevalenza di alcuna classe

granulometrica sulle altre.

argilloso

limoso

sabbioso

e diverse loro combinazioni

Composizione chimica degli strati solidi

Soluzioni ioniche e colloidali - Gas presenti

Sostanza organica - Humus

Potere assorbente capacità di trattenere le sostanze disciolte

Potere tampone capacità di evitare eccessive variazioni di pH

pH può variare da 5,5 a 8,5 per il terreno agrario

dipende da umidità, clima, tipo di substrato

Reattività delle particelle limo e argilla sono molto più "reattivi" della sabbia, per il numero maggiore di cariche, prevalentemente negative

Proprietà chimiche dei suoli

O OH Al Si

10 Å

Fasi del suolo

Solida Liquida Gassosa

Acqua come soluzione circolante di sali, gas e colloidi (25%)

Precipitazioni

Falda

Acqua gravitativa o di percolazione

Acqua capillare

Acqua igroscopica

Acqua di cristallizzazione

Punto di appassimento

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.

In anaerobiosi sono presenti CH4, H2S, NH3…….

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%

2. Pedogenesi

pédon = suolo, terreno + génesis = generazione

Le proprietà dei suoli sono determinate, in via teorica, da 5 fattori:

• Roccia madre • Topografia • Clima

• Bioma • Tempo

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.

• Evoluzione progressiva

• Evoluzione regressiva

Il suolo è una struttura dinamica che ha, nel tempo,

una origine una vita una fase terminale

Processi pedogenetici

“Climax” = equilibrio stabile del suolo e della flora

In seguito alla rottura di un equilibrio

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

Fasi della formazione di un suolo

La pedogenesi comprende diverse fasi

1. Disgregazione fisico-meccanica della roccia madre Particelle

2. Decomposizione chimica e biochimica Decomposizione

3. Lisciviazione se prevale Evoluzione regressiva

4. Erosione superficiale Depauperamento di sostanze organiche

5. Assorbimento radicale e microbico Cicli nutritivi

6. Decomposizione residui organici

7. Humificazione

8. Mineralizzazione della sostanza organica

Diretta

Indiretta

Principali agenti della disgregazione

Fisico-meccanici

Acqua corrente

Vento

Ghiacciai

Crioclastismo

Termoclastismo

Radici vegetali

Chimici e biochimici

Acqua e CO2 Az. solvente

Ossigeno

Organismi viventi

Acqua

Az. idrolizzante

Az. idratante

2. Pedogenesi

Profilo del suolo è una sezione trasversale di un suolo maturo.

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

Orizzonti (profilo pedologico)

Orizzonte è ogni strato nel profilo, individuato

dal cambiamento del colore e dell’aspetto generale.

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 La sillaba alf deriva da al e fe, simboli di alluminio e ferro Andisuoli Japan. Ando, suolo scuro Aridosuoli Lat. Aridus, secco Entisuoli La sillaba ent può stare per recente Istosuoli Gr. Histos, tessuto Inceptisuoli Lat. Inceptum, inizio o principio Mollisuoli Lat. Mollis, molle, soffice Oxisuoli Oxi abbreviazione di ossido Spodosuoli Gr. Spodos, cenere di legno Ultisuoli Lat. Ultimus, ultimo Vertisuoli Lat. Vertere, invertire

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:

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

1. Definire l’epoca del campionamento

2. Pedogenesi

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

Sacchetti di nylon

Etichette

Telo di plastica

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

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

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

A) Suddivisione della zona da campionare

B) Reticolo di dimensioni opportune

C) Unità di campionamento

D) Prelevamento casuale del campione

Legenda

3) Bordi 4) Aree da non campionare 5) Unità di campionamento 6) Campione elementare

Legenda

3) Bordi 4) Aree da non campionare 6) Campione elementare

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 X o W

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

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…..

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)

2. Pedogenesi

Esame granulometrico

Sospendere 100 g di terreno in 500 ml di acqua ed omogenizzare con una bacchetta di vetro

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)

H2O

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.

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 CaCl2 +H2O + CO2

Cartina tornasole H2O

Effervescenza, 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 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.

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.