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DEFINIZIONE FERTILITA DEL SUOLO FERTILITA FISICA = TESSITURA, STRUTTURA GIUSTO EQUILIBRIO TRA FASE SOLIDA-LIQUIDA-GASSOSA (POROSITA) CIRCOLAZIONE DI ACQUA.

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1 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

2 TECNICHE AGRONOMICHE PER MIGLIORARE LA FERTILITA COMPLESSIVA DEL SUOLO 1. AVVICENDAMENTO/CONSOCIAZIONI 2. LAVORAZIONI 3. PACCIAMATURA 4. APPORTI DI SOSTANZA ORGANICA: fresca, compostata

3 MECCANISMI DAZIONE 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)

4 ASPORTAZIONI APPORTI NETTI BILANCIO MINORGTOT Monosuccessione Frumento 50 a Rotazione Frumento Favino * BIENNIO MONOSUCC ROTAZIONE * stima dellN da azotofissazione (69% dellN totale assorbito). a = minor produzione BILANCIO DELLAZOTO (kg ha -1 ) DEL FRUMENTO IN ROTAZIONE CON FAVINO Da Fagnano et al., 2003 Rotazioni

5 3. RUOLO DELLA PACCIAMATURA La copertura del suolo riduce la mineralizzazione I film plastici limitano anche levaporazione 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

6 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.

7 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 ++ ).

8 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 linfiltrazione di acqua (e microbi) 3. conferisce anche alle altre particelle di suolo le proprie caratteristiche idrofobiche proteggendole dalla degradazione e dispersione Stabilità strutturaAccumulo di C nel suolo

9 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

10 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-NH 4,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.

11 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 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.

12 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.

13 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 P 2 O 5, 200 K 2 O se ammettiamo C.M. 50% la disponibilità di N per la coltura successiva sarà di 100 kg di N

14 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 dellhumificazione

15 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?

16 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 = % 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

17 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 SOVESCIO

18 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),

19 CZ = colza FV = favino LI = loiessa OR = orzo PS = pisello TS = tr. squarroso VE = veccia Da Guiducci et al., 2003

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21 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 lefficienza fertilizzante C/N e lignificazione: veccia > favino; colza > orzo; leguminose pure > miscugli; interramento precoce > di quello tardivo. 3. Nei migliori sovesci lunità fertilizzante azotata ha un costo circa doppio rispetto allurea. 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.

22 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 lambiente. 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)

23 ANALISI DELLE ESIGENZE DEI SISTEMI COLTURALI - BILANCIO DELLAZOTO - BILANCIO ISOUMICO

24 BILANCIO DELLAZOTO 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 ( kg ha -1 epigei % radicali), - fertilizzazione. PERDITE - organicazione N solubile (dipende da C/N e gener % apporti), - percolazione (acqua di drenaggio x concentrazione nitrati), - erosione (acque di deflusso + terreno eroso x concentrazione N), - N fissato dalle argille (generalmente kg ha -1 ), - denitrificazione (massima con surplus idrico e nei suoli argillosi), - asportazione (dipende da altri stress che riducono le produzioni previste)

25 IL BILANCIO UMICO: FATTORI DI INCERTEZZA NELLA STIMA DELLA DINAMICA DELLA SOSTANZA ORGANICA

26 RAPPORTO C/N IN DIVERSI RESIDUI COLTURALI SottoprodottiC/NC (%)N (%) Orzo e avena Frumento tenero Frumento duro Girasole Mais Riso Tabacco Fagioli Pomodoro Fava Patate Piselli Bietola

27 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)

28 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

29 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

30 15,326 18,90030 % 763,0085,80 pollina secca 12,00030 % 640,0068,80 pollina fresca 9,54030 %2231,80 35,40 letame ovino 7,50030 %3125,0028,00letame suino 7,90030 %2326,3030,00letame equino 4,92030 %2916,4022,00letame bovino FERTILIZZANTI 17,00020 %2386,2589,00farina vinaccioli 17,00020 %3186,5090,00bucce pomodoro 13,70020 %3268,5591,51sansa olive 13,20020 %9566,0085,00piante sorgo secco 11,00020 %3055,0085,00piante girasole 12,60015 %6383,9988,50paglia segale 12,17015 %8781,1486,40paglia orzo 12,41815 %11182,7988,91paglia grano 12,03615 %10080,6487,00paglia avena 20 %5276,63 84,40 residui di mais RESIDUI COLTURALI S.S. S.O. C/N K1 humus % % % % t.q.

31 14,97020 %2074,8884,03fieno prato 18,59525 %1774,3882,77fieno di medica MATERIALI SECCHI 2,50025 %1510,1311,47erbaio vigna sinen. 2,50025 %1610,3011,02erbaio tr. incarnato 3,18725 %1512,7513,85erbaio veccia 3,41020 %6117,0518,07erbaio sorgo ibrido 2,55420 %1812,7714,09erbaio segale 3,02525 %1512,1013,01erbaio pisello 2,47620 %2212,3913,65erbaio orzo 2,69225 %1510,7812,07erbaio autunnale 2,34620 %3711,7312,58erbaio mais ibrido 3,41820 %3017,0918,65erbaio loietto 1,74225 %126,97 8,34erbaio colza 2,96725 %2111,8713,64Residui bietola 2,47820 %2212,3913,94erbaio avena 3,15020 %1915,7617,56prato stabile 4,49225 %1617,9719,60erba medica MATERIALI VERDI S.S. S.O. C/N K1 humus % % % % t.q.

32 Foglie colletti bietola Residui di piselli Residui di fava Residui di fagioli Residui di tabacco Paglia riso Stocchi tutoli mais Residui di girasole Paglia frumento duro Paglia frumento tenero Paglia orzo e avena K20K20P 2 O 5 Kg ha -1 N S.S. t ha -1 Sottoprodotti APPORTI DI ELEMENTI MINERALI CON I RESIDUI COLTURALI ESEMPI DI CALCOLO In irpinia: 10 t/ha s.s. x 2.5% N = 250kg/ha di N

33 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 = = 155 kg/ha PER COMPENSARE LO SQUILIBRIO DOVUTO ALLECCESSO DI CARBONIO SAREBBERO NECESSARI CIRCA 150 kg/ha 150 kg/ha DI AZOTO Sapendo che C/N humus = 50/5 = 10; C/N biomassa microbica = 50/6 = 8

34 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 pedo- climatiche. 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 nellHumus = 600*5/100 = 30 kg/ha Fabbisogno di N = = 0 Es. K1 = 0.15 Humus prodotto in 1 anno = 6000 * 0.15 = 900 kg/ha N contenuto nellHumus = 900*5/100 = 45 kg/ha Fabbisogno di N = = 15 kg/ha

35 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 CE STATA ADEGUATA ATTIVITA DI RICERCA PER OTTENERE INFORMAZIONI PIU PRECISE

36 Residui leguminose Residui leguminose: + assorbimento e mineralizzazione N, produzione Residui graminacee Residui graminacee: apporto N limitato, ma meglio della rimozione I residui vanno interrati I residui vanno interrati: pacciamatura crea problemi alla germinabilità della c. successiva, bruciatura non serve Ruolo delle radici importante: % s.s. totale % N totale Trifoglio34 26 Pisello Loietto2738 Grano Kumar e Goh, 2002

37 ALTRI ESEMPI DI CALCOLO Dati : 50 cm strato attivo, da =1.2, s.o.=2%, K2 = 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 = kg/ha = 120 q/ha Nel bilancio di un sistema colturale considerare anche i residui colturali

38 Coefficiente di mineralizzazione K2 1.0 molto argilloso (arg>40%) 1.5 argilloso 1.8 medio-argilloso 2.0 media costituzione 2.2 medio-sabbioso 2.5 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 %

39 da Sostanza organica: conti e bilanci di Enos Costantini, AGRICOLTURA BIOLOGICA – 9

40 STIMA DELLA DISPONIBILITA DI AZOTO OLTRE ALLE INCERTEZZE SUI VALORI DEL K2, CE IL PROBLEMA DELLA DINAMICA DI MINERALIZZAZIONE IN RELAZIONE ALLE CAPACITA DI ASSORBIMENTO DELLE COLTURE

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