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Corso di formazione integrata scientifica e tecnologica (A.S. 2002/03) Corso di formazione integrata scientifica e tecnologica (A.S. 2002/03)

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Presentazione sul tema: "Corso di formazione integrata scientifica e tecnologica (A.S. 2002/03) Corso di formazione integrata scientifica e tecnologica (A.S. 2002/03)"— Transcript della presentazione:

1 Corso di formazione integrata scientifica e tecnologica (A.S. 2002/03) Corso di formazione integrata scientifica e tecnologica (A.S. 2002/03) Aspetti chimico-fisici e biologici dellambiente "suolo" Modulo 6: Aspetti chimico-fisici e biologici dellambiente "suolo" Daniela Lippi e Maria Rita De Paolis Istituto di Biologia Agroambientale e Forestale Area della Ricerca di Roma1 Montelibretti - Consiglio Nazionale delle Ricerche

2 Calendario degli incontri del modulo 6: Aspetti chimico-fisici e biologici dellambiente "suolo 1. Ecosistema suolo06/02 Artov 2. Pedogenesi20/02 Mlib 1. Ecosistema suolo06/02 Artov 3. Turnover della sostanza organica nel suolo27/02 Mlib 4. Ecologia delle popolazioni microbiche del suolo06/03 Mlib 5. Ciclo dellAzoto13/03 Mlib 6. Ciclo del Carbonio20/03 Mlib 2. Pedogenesi20/02 Mlib

3 Aspetti chimico-fisici e biologici dellambiente "suolo" 3. Turnover della sostanza organica Origine Decomposizione Mineralizzazione Umificazione Parte teoricaEsperienza di laboratorio Definizione e ruolo Determinazione della sostanza organica nel suolo

4 3. Sostanza organica 3. Sostanza organica Rappresenta lunica forma di energia disponibile in magazzino, presente generalmente in percentuali variabili dallo 0,5 al 5% Assolve funzioni fisiche, chimiche, biologiche. E il fattore determinante per la fertilità di un terreno Si può dividere in due grandi componenti: HumusHumus Dal punto di vista della dinamica delle trasformazioni, si può dividere in: Pool a breve termine Pool a lungo termine frazione labile e frazione stabile. Ha natura eterogenea, comprende materiali vegetali e animali a vari stadi di decomposizione e una grande quantità di molecole diverse: organiche e minerali Definizione e ruolo

5 Funzioni della sostanza organica nel terreno 4 strutturali 4 di protezione sterica 4 di reattività chimica 4 di rilascio ormonale 4 trofiche - incremento della flora microbica utile, aumento delle attività, sintesi e liberazione di nutrienti (mineralizzazione) rapida (pool a breve termine) lenta (humus) - sviluppo di aggregati con dimensioni variabili, secondo la tessitura; aumento della porosità, della ritenzione idrica e della lavorabilità - aumento della capacità di scambio, presenza di gruppi acidi chimicamente attivi tampone - enzimi batterici protetti in tasche idrofobiche accessibili ai substrati - molecole di origine batterica, con funzioni ormono-simili, inertizzate sugli aggregati, rilasciate ed assunte dalle cellule radicali

6 3. Sostanza organica 3. Sostanza organica Fasi della formazione di un suolo Origine

7 1 - licheni - simbiosi mutualistica tra un fungo ed unalga, trattiene umidità; Successioni vegetali 1230 lichene foglioso lichene composto lichene crostoso lichene fruticoso il fungo (funzione meccanica) fornisce ancoraggio e rifornimento di nutrienti minerali sciolti dai secreti acidi emessi dalle ife, l'alga (funzione solvente) sintetizza carboidrati (fotosintesi), "fissa" l'azoto

8 3 - organismi vegetali superiori (possono passare molti anni): per mezzo di questo processo, si ha il progressivo accumulo di sostanza organica stabile (umificata) = componente costitutiva essenziale per un suolo. 2 - muschi - assorbono acqua e alterano ulteriormente le rocce, lasciano un substrato organico più abbondante dei licheni e più favorevole al successivo sviluppo di piante superiori.

9 0 - L'attività di batteri, decomposizione della sostanza organica alterazione dei detriti rocciosi 2 Alghe Funghi Batteri che arrivano per deposizione atmosferica prima, durante o dopo la colonizzazione dei licheni, continua per tutto il processo della pedogenesi: funghi, alghe,

10 Importante è il ruolo della micro, meso e macrofauna che vive nella parte superiore del terreno. Predatori e detritivori Lombrichi, formiche, ragni, larve di insetti ecc. operano notevoli modificazioni della sostanza organica, migliorando le proprietà fisiche e chimiche del suolo, attraverso diverse attività: Ingestione di materiale minerale e organico, mescolamento, trasformazione e deposito di escrementi Formazione di canalicoli che contribuiscono soprattutto alla porosità, alla permeabilità e alla capacità idrica del suolo.

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12 3. Sostanza organica 3. Sostanza organica Decomposizione, umificazione e mineralizzazione 1. Disgregazione fisico-meccanica della roccia madreParticelle 2. Decomposizione chimica e biochimicaDecomposizione 3. Lisciviazionese prevaleEvoluzione regressiva 4. Erosione superficialeDepauperamento di sostanze organiche 5. Assorbimento radicale e microbicoCicli nutritivi 6. Decomposizione residui organici 7. Humificazione 8. Mineralizzazione della sostanza organica Diretta Indiretta DecompositoriDecompositori

13 E il destino finale di tutta la sostanza organica. Decomposizione ossidativa con formazione di composti minerali solubili assimilabili dalle piante. Consiste nella frammentazione dei composti organici della lettiera (polimeri) nelle singole unità strutturali (monomeri), spesso zuccheri semplici (glucosio), aminoacidi, vitamine, ecc. Processo lento di ripolimerizzazione a carico dei residui organici nel suolo e dà origine all humus, frazione responsabile delle principali funzioni della sostanza organica. 5. Assorbimento radicale e microbico Prima tappa del complesso ciclo di trasformazioni che avvengono nel suolo. 6. Decomposizione residui organici o biodegradazione 7. Umificazione 8. Mineralizzazione della sostanza organica

14 Diretta Indiretta Residui vegetali NH 3, CO 2, NO 3 -, PO 4 2-, SO 4 2- Mineralizzazione diretta Mineralizzazione indiretta Humus Piante Composti carboniosi: completa ossidazione (n)CH 2 O + O 2 (n)CO 2 + H 2 O rapida climi caldi pool a breve t. lenta climi freddi pool a lungo t.

15 Composizione e proprietà dell humus Miscela di composti di diverso peso molecolare: lignina e suoi derivati, proteine, carboidrati, cere, acidi organici e alcooli. Non umiche *Acidi umici, solubili a pH 7 insolubili a pH 2 *Acidi fulvici, solubili Umina, insolubile Materiale vegetale altamente decomposto trasformato in una sostanza scura, allo stato colloidale, parzialmente aromatica, acida, idrofila e con proprietà polielettrolitiche. Trattiene acqua e cationi, è fonte di elementi nutritivi. Biopolimeri parzialmente decomposti, frazione labile, ma può permanere diversi anni Umiche Macromolecole senza formula chimica definita, maggior parte di Carbonio totale nel suolo, frazione stabile Sostanze * frazioni più attive

16 Determinazione della sostanza organica nel suolo Metodo di Walkley - Black Il metodo di Walkley-Black si basa sull'ossidazione del carbonio organico del suolo (che si libera come diossido di carbonio) con un eccesso di dicromato di potassio in presenza di acido solforico concentrato. L'eccesso di dicromato di potassio viene titolato con una soluzione di sale di Mohr in presenza di indicatore alla difenilammina fino al viraggio dal bleu al verde. Reagenti Dicromato di potassio 0,5N Acido solforico concentrato Acido ortofosforico Sale di Mohr [(NH 4 ) 2 Fe(SO 4 ) 2 ] soluzione 0,5N Indicatore alla difenilammina soluzione 0,5% in acido solforico concentrato 3. Sostanza organica 3. Sostanza organica

17 Procedimento In un altro becker da 500 ml (bianco o controllo) versare 10 ml di dicromato di potassio e 20 ml di acido solforico concentrato Lasciare riposare per 30 minuti poi aggiungere 150 ml di acqua distillata, 5 ml di acido ortofosforico, 1 ml di indicatore alla difenilammina e titolare con la soluzione di sale di Mohr fino al viraggio dal bleu al verde Per differenza dei ml di sale di Mohr usati per il bianco e quelli usati per il campione si risale ai ml di dicromato di potassio che sono serviti per ossidare il carbonio organico presente nei 500 mg di suolo Pesare 500 mg di suolo in un becker da 500 ml, aggiungere 10 ml di dicromato di potassio e 20 ml di acido solforico concentrato

18 Calcoli Per trasformare infine il carbonio organico in sostanza organica si introduce un fattore sperimentale medio uguale a 1,72 Dai ml di dicromato di potassio serviti per ossidare tutto il carbonio organico presente nei 500 mg di suolo, moltiplicati per la Normalità (0,5), si ottiene il n° di equivalenti e, ricordando che le sostanze reagiscono in egual numero di equivalenti, si può scrivere che n° di equivalenti di dicromato di potassio è uguale al n° di equivalenti di carbonio Si ricorda ancora che nella reazione col dicromato, il carbonio scambia 4 elettroni. Pertanto il peso equivalente del carbonio in questa reazione è p.e. = 12/4 = 3 n° eq. C x p. eq. C x 100 C(%) = mg di suolo


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