Lezione 4

Caratteristiche chimiche del terreni Sostanza organica pH Presenza/disponibilità degli elementi nutritivi CSC Calcare totale ed attivo Conducibilità elettrica

pH: il pH o reazione del suolo è l’inverso del logaritmo in base 10 della concentrazione degli idrogenioni (H+) nella sua soluzione circolante cambiata di segno o il logaritmo negativo in base 10 della concentrazione di ioni H+. Etimologia del termine pH (dal latino): (i) pondus hydrogenii, peso dell'idrogeno; (II) potentia hydrogenii = potenza dell'idrogeno. La concentrazione di ioni H+ dipende dalla cessione di ioni H+ da parte delle componenti inorganiche e organiche del suolo. (NB correlazione inversa tra idrogenioni e ossidrili) Si misura attraverso il grado di neutralità, acidità, alcalinità del suo estratto acquoso (1:2,5 terra/acqua). L’inverso di un numero a è un numero b tale che a*b=1 ; b=1/a Il pH influenza la solubilità degli elementi nutritivi e l’attività dei microrganismi responsabili della maggior parte delle trasformazioni chimiche che avvengono nel suolo. Il pH regola, pertanto, la disponibilità di molti nutritivi per le piante.

In base alla reazione i terreni si classificano in: per-acidi < 4,5 acidi 4,6 – 5,2 moderatamente acidi 5,3 – 5,9 sub-acidi 6,0 – 6,6 neutri 6,7 – 7,3 sub-alcalini 7,4 – 8,0 moderatamente alcalini 8,1 – 8,7 alcalini 8,8 – 9,4 per-alcalini > 9,4 Acidi = terreni organici per presenza ac. fulvici e umici, poco evoluti, poveri di basi (terreni sciolti per forte dilavamento cationi) Basici = terreni ricchi di Ca o altri cationi, terreni ricchi di Na+ (sottoforma di carbonato)

Fonti di basicità del suolo L'aumento del pH causato dall'alcalinità costituzionale è dovuto all'idrolisi alcalina del bicarbonato di calcio il pH non raggiunge valori particolarmente elevati, da cui deriva la moderata alcalinità dei terreni calcarei Ca(HCO3)2 bicarbonato di calcio Ca2+ + 2HCO3- HCO3- + H2O H2CO3 + OH- Ca2+ sostituisce Al3+ dalla superficie degli scambiatori.

Fonti di acidità del suolo Acidità attiva: dovuta all’attività degli ioni H+ nella soluzione del suolo in un dato momento Acidità di scambio: dovuta agli ioni H+ e Al3+ adsorbiti (*) che possono essere scambiati da altri cationi entrando così nella soluzione circolante dove posso sviluppare idrolisi …… I cationi H+ e Al3+ sono corresponsabili dell’acidità del suolo L’acidità dell’Al3+ è dovuta all’idrolisi dell’alluminio Al3+ + H2O ---> Al(OH)++ + H+ Al(OH)++ + H2O ---> Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H2O ---> Al(OH)3 + H+ (*) Assorbimento: il trasferimento di una specie chimica (ovvero uno scambio di materia) da una soluzione sulla superficie di un solido (adsorbimento) o attraverso l'interfaccia di separazione tra due fasi (absorbimento). Il fenomeno dell'assorbimento comporta l'accumulo di specie chimiche in prossimità dell'interfaccia tra le due fasi, dovuto ad interazioni sia fisiche che chimiche. Adsorbimento: se l'accumulo delle specie avviene solo da una parte dell'interfaccia; Absorbimento: se l'accumulo delle specie avviene su entrambe le parti dell'interfaccia (ovvero si ha un flusso di materia attraverso l'interfaccia).

2 – Ossidazioni Mineralizzazione della sostanza organica N organico → NH3 + 2O2 → H+ + H2O + NO3- (nitrificazione) C organico → CO2 + H2O ⇄ H+ + HCO3- ⇄ 2H+ + CO32- CO32- + 2H+ → CO2 + H2O S organico → H2S + 2O2 → 2H+ + SO42- • La CO2 è prodotta oltre che dalla mineralizzazione della sostanza organica anche dalla respirazione dei microrganismi o delle radici delle piante • La decomposizione della sostanza organica porta a NH3 e H2S, che sono ossidati a HNO3 e H2SO4.

3 - Assorbimento radicale Rilascio di protoni dalle radici conseguente all’assorbimento di cationi nutritivi 4 – Dissociazione acidi organici Dissociazione di acidi organici a basso peso molecolare rilasciati dalle radici o dalla decomposizione di residui organici (amminoacidi, acido acetico, formico, citrico, ossalico, malico, malonico, piruvico, etc.) R-COOH → R-COO- + H+ 5 – Concimazioni fertilizzanti chimici a base di: NH4+ → NH4+ + O2 → HNO3 + 3H+ Fe → Fe+3 + 3 H2O → Fe(OH)3 + 3H+ (ferroso +2 solubile; ferrico +3 insolubile) S elementare → 2S + 3O2 + 2H2O → 2SO4-2 + 4H+ 6 – Irrigazione 7 – Piogge acide

Di solito i suoli sabbiosi e quelli ricchi di humus sono acidi, mentre quelli calcarei hanno reazione alcalina. •L’acidità del terreno aumenta con la mineralizzazione spinta della sostanza organica, così come con l’eccessivo dilavamento provocato dalle piogge. •I terreni acidi sono in genere poveri di elementi nutritivi, in essi, inoltre, sono sfavorite la crescita della flora batterica e i processi di trasformazione della sostanza organica Cause di acidità: 1- Dilavamento delle basi 2- Processi di ossidazione 3- Assorbimento radicale 4- Dissociazione di acidi organici 5- Concimazioni 6- Irrigazione con acque povere di sali 7- Piogge acide

L'ortensia è una pianta acidofìla un ph di 4,5-5 favorisce le tonalità blu, viola, bianca dei fiori; un ph 6-6,5 determina colorazione rosa o rossa. E' possibile, nei terreni a reazione neutra, somministrare solfato di Fe o Al per ottenere tonalità di blu o, in quelli acidi, aggiungere carbonato di calcio per ottenere la colorazione rosa o rossa. Oltre ai componenti stessi del terriccio ciò che influenza il ph è anche la durezza o meno delle acque.

Caratteristiche chimiche del terreni Sostanza organica pH Presenza/disponibilità degli elementi nutritivi CSC Calcare totale ed attivo Salinità

Caratteristiche chimiche del terreni Presenza/disponibilità degli elementi nutritivi Gli elementi nutritivi delle piante sono di tre tipi. Macroelementi plastici principali azoto (N), fosforo (P/P2O5), potassio (K/K2O); macroelementi plastici secondari calcio (Ca/CaO), magnesio (Mg/MgO), sodio (Na), zolfo (S) microelementi oligodinamici boro (B), cobalto (Co), rame (Cu), ferro (Fe), manganese (Mn), molibdeno (Mo) e zinco (Zn). Gli elementi minerali, sono assorbiti dalle piante sottoforma ionica in modo prevalente dalle radici anche se è possibile un loro modesto assorbimento per via fogliare.

Azoto nel terreno Nel terreno possiamo distinguere diverse forme di N: N totale = N organico + N minerale L’N totale è presente nel terreno per circa l’0,1 % (1‰) in peso l’N organico (forma non utilizzabile dalle piante) è pari al 92-98% del totale l’N minerale (forma utilizzabile dalle piante) è presente per il 2-8% del totale; essenzialmente in forma ionica: NO3- e NH4+ (caratteristiche) Esempi di calcolo: terreno con 1‰ di N tot., 1,2 densità apparente N tot. = 10.000 m2 x 0,30 m x 1,2 t/m3 = 3600 t/ha 3600 x 1 / 1000 = 3,6 t Ntotale/ha = 3600 kg N totale/ha N minerale (utilizzabile dalle piante) = 3600*8/100 = 288 kg N min/ha 3600*2/100 = 72 kg N min/ha

Ciclo biogeochimico dell’azoto (N)

Proprietà - umificazione: sost.organica humus - mineralizzazione: humus H2O, CO2, NH3 sali Ammonizzazione 2 tappe Nitrificazione NH3 NO2 NO3 denitrificazione N-nitrico riduzione dei nitrati e N si dei nitriti a N2 e/o Nox perde allo stato gassoso fissazione Natm. Azoto fissazione (batteri) simbionti: genere Rhizobium non simbionti: genere Azotobacter, Clostridium

Azoto nelle piante Elemento fondamentale per la vita (sostanza organica C+H+O + N = proteine); Le piante assorbono l’azoto sottoforma di NO3- o più raramente NH4+ Nelle piante la percentuale di N totale sulla sostanza secca varia sia con l’età dei tessuti, oscillando dall’1-3 %, nei tessuti vecchi, al 5-6 % nei tessuti giovani, sia con la specie (leguminose vs graminacee) L’N entra a far parte di acidi nucleici, proteine enzimatiche e strutturali, clorofilla. L’azoto è un elemento con forti effetti sull’accrescimento delle piante: crescita vegetativa, produttività, composizione proteica equilibrata (qualità dei prodotti) se in eccesso può determinare effetti negativi come: minor resistenza delle colture alle avversità biotiche e abiotiche, riduzione della fioritura e fruttificazione, maggiori consumi idrici per aumento della superficie fogliare, accumulo di nitrati nei tessuti vegetali, tessuti fragili e più sensibili a stress (biotici e non), maturazione tardiva, ostacolo all’allegagione

L’Azoto nell’ambiente Inquinamento delle acque e dei prodotti alimentari. Acqua = 50 ppm di N nitrico per litro ossia 50 mg kg-1. Aria = Protossido di N2O ; Ossidi di N= Nox Prodotti alimentari

Il Fosforo P nel terreno Il P nel terreno, anche se presente in buone quantità (simile all’N), ma è poco disponibile. In natura il fosforo nel suolo deriva principalmente: dall’alterazione dei minerali fosfatici (fosforiti) dai sedimenti trasportati dall’erosione idrica dalla mineralizzazione della sostanza organica del suolo. Il fosforo, come P è presente nel terreno in concentrazione variabile: 0,10 – 0,12 %. Esso è presente sotto forma: - fosforo direttamente assimilabile, sottoforma ionica nella soluzione circolante PO4-3 da 0,1 – 1 mg/l; - fosforo trattenuto dal potere ass. del terreno : metalli trivalenti, complesso argillo- umico; colloidi elettropositivi; idrossidi Fe e Al; - fosforo precipitato (in ambiente acido da Fe e Al, in ambiente alcalino da Ca e Mg); - fosforo organico, nell’Humus circa lo 0,5% (con C/P=110 circa), disponibile per la pianta previa mineralizzazione. NB da P a P2O5 = 2,2915 (0,4364 per il contrario)

Il Fosforo P nel terreno Il fosforo nella soluzione tellurica è presente sotto forma ionica come: ione fosfato PO4-3 ione idrogeno-fosfato H PO4-2 ione diidrogeno-fosfato H2PO4-1 Il fosforo è principalmente assorbito dalle piante come H2PO4-1 e H PO4-2 . Contrariamente allo ione NO3-, PO4-3 è poco mobile nel suolo: solo pochi mm/anno. Ad esempio, in un suolo argilloso limoso calcareo, è stato osservato che solo lo 0,24 % della P2O5 distribuita in superficie oltrepassa i 3 cm di profondità perché bloccata per retrogradazione calcica Il fosforo del suolo si misura con diverse procedure analitiche che lo esprimano come P o P2O5 totale o P2O5 assimilabile.

Il ciclo biogeochimico del Fosforo P

Il Fosforo P nelle piante Elemento fondamentale per la vita; Nelle piante il P totale sulla sostanza secca varia sia con la specie sia con l’età della pianta oscillando mediamente, come P2O5, tra lo 0,7 e il 2 % Il P entra a far parte di: - Acidi nucleici = Fosfolipidi; ATP (adenosin-tri-fosfato), NADP (nicotinammide-adenina- dinucleotide-fosfato) Sostanze di riserva La buona disponibilità di P nel terreno determina nelle piante: - buona crescita iniziale delle plantule (effetto starter); crescita equilibrata parte ipogea/epigea; buona qualità produzione (buona maturazione semi); - fase riproduttiva facilitata (tempi e % allegagione);

CARENZE DI P (basse temperature) Sintomi: colorazione rossastra delle foglie basali (tipica nel caso del mais) colorazione verde scuro delle giovani foglie crescita fortemente ridotta

Il Potassio K nel terreno Il potassio nel suolo deriva principalmente dall’alterazione dei minerali. I terreni italiani sono generalmente ben dotati di K (K totale 100-150 ppm), ma le piante ne assorbono in quantità anche molto superiori al reale fabbisogno (consumo di lusso) Il potassio nel suolo è presente come: potassio combinato, compreso quello tra i foglietti delle argille, pari a circa il 95-98 % del totale del suolo potassio solubile potassio scambiabile Ai fini agronomici sono quest’ultime due forme sono le più importanti: K assimilabile = solubile + scambiabile Le analisi chimiche di laboratorio forniscono la quantità di potassio del suolo come K+ o come K2O totale, scambiabile e solubile Il potassio, pur essendo soggetto al potere adsorbente del suolo, può essere interessato a perdite per dilavamento (al massimo, poche decine di Kg ha-1 anno-1 quando la % d’argilla nel suolo è superiore al 5%) Contrariamente all’NO3 anche il K+, come il P, è poco mobile nel suolo anche se più di quest’ultimo: in media circa 8-10 mm/anno nei suoli argillosi.

Ciclo biogeochimico del Potassio

Il Potassio K nelle piante Nei vegetali il quantitativo di K varia, come per gli altri elementi, con la specie e l’età della pianta. Mediamente il potassio, espresso come K2O, è circa l’1 % sulla s.s. Elemento fondamentale per la vita; nelle piante entra a far parte di: coenzimi, pompe per regolazione osmotica e trasporto cellulare. Dal potassio dipende la regolazione della semipermeabilità della membrana citoplasmatica, la formazione delle sostanze proteiche , l’accumulo dei lipidi di riserva, ecc.. . Effetto fondamentale è il miglioramento della robustezza della pianta e della qualità delle produzioni (specialmente di quelle fresche e zuccherine), sulla precocità, sulla fioritura, sulla fecondazione, sulla maturazione e sulla resistenza ai fattori nocivi abiotici e biotici Insieme al fosforo mitiga gli effetti di un’eccessiva concimazione azotata Il potassio è assorbito dai vegetali come ione K+

> sensibilità agli stress abiotici CARENZE DI K Sintomi: colorazione giallastra-brunastra dei lembi fogliari delle foglie basali (nel tempo i sintomi possono evidenziarsi anche sulle foglie più giovani) necrosi dei margini fogliari > sensibilità agli stress abiotici

CARATTERISTICHE BIOLOGICHE DEL TERRENO il terreno non è un materiale inerte, ma sede di una complessa attività biotica che influenza, più o meno direttamente, la produzione vegetale agraria e la vita sulla terra Ecco le sue funzioni: - presiedere a molte e importanti funzioni dell’ecosistema supportare la produttività primaria-nutrizione delle piante supportare la realizzazione dei cicli bio-geochimici controllare la stabilità del clima purificazione delle acque biodegradazione degli inquinanti .

CARATTERISTICHE BIOLOGICHE DEL Gli organismi presenti variano a seconda del tipo di terreno andamento stagionale temperatura umidità stato fisico del suolo profondità apporto di residui org. Soil biota include 4 gruppi, basati sulle loro dimensioni: Microfauna Mesofauna Macrofauna Microflora

Macrofauna (2 mm - 2 m) lombrichi insetti

Mesofauna (100 µm - 2 mm) piccoli artropodi acari collemboli

Microfauna (2mm-100mm - 5 µm-200µm) nematodi protozoi flagellati, amebe e ciliati

BIOMASSA ORGANISMI DEL SUOLO Organismi biomassa (g/m2) BATTERI 30-500 FUNGHI 60-100 ALGHE 0,5-10 PROTOZOI 5-20 NEMATODI 0,1-0,3 ARTROPODI 0,2-0,5 ANELLIDI 0,5-200 Andrè et al, 2001, Nature, 409, 761.

La microflora tellurica (batteri, funghi e virus <5 µm) Batteri o schizomiceti – si tratta di microrganismi unicellulari, la cui biomassa varia, a seconda dei terreni, da 3 a 70 q/ha. Attinomiceti – si tratta di microrganismi di tipo intermedio tra i batteri e i funghi, presenti nel terreno in quantità 3-15 volte inferiore rispetto ai batteri. La loro azione è particolarmente utile per l’attitudine a: degradare le sostanze organiche non biodegradabili da parte di funghi e batteri, produrre sostanze come le vitamine del gruppo B, biotina, acido folico, sostanze antibiotiche. Funghi – sono presenti in grande quantità (da 1 a 10 q/ha di biomassa in un terreno normale) e svolgono varie e importanti funzioni come: simbiosi micorrizica, parassitismo, degradazione dei residui organici Alghe – si tratta di organismi uni o pluricellulari presenti generalmente nella parte superficiale del terreno in quantità comunque inferiore rispetto ai funghi ed i batteri; possono fissare l’N atmosferico e intervengono come agenti primari nel processo pedogenetico

Caratteristiche chimiche del terreni Presenza/disponibilità degli elementi nutritivi: opportunità e limiti delle analisi del terreno

CAMPIONAMENTO DEL TERRENO Rappresentatività del campione - Si deve individuare un appezzamento uniforme; l’area prescelta non deve mostrare differenze nel colore, nell’aspetto, nella sensazione al tatto, nell’ordinamento colturale e nei risultati produttivi. Raccolta del campione - Il campione deve essere prelevato in più punti affinché possa rappresentare tutto l’appezzamento, si deve quindi prendere il terreno in almeno 7-8 punti diversi scelti a caso su tutta la superficie; non si dovrebbe scendere sotto i 6 prelievi per ettaro. Si deve prelevare alla giusta profondità: dopo l’asportazione dei primi centimetri di suolo, con l’eventuale vegetazione, eseguire i singoli campionamenti alla massima profondità di lavorazione prevista; in linea generale per le colture erbacee il campione si preleva nei primi 25-40 cm, per le colture arboree si può scendere anche a 40-50 cm. Una volta raccolti, i singoli prelievi devono essere mescolati accuratamente; 1 Kg di questo terreno sarà il campione da inviare al laboratorio. Confezionare il campione in un sacchetto di materiale plastico pulito. Aggiungere una etichetta (non metterla in contatto con il suolo!) che identifichi il campione (necessaria solo se si invia più di un campione). Scaricare, compilare e allegare la scheda di campionamento (file pdf compilabile). Evitare di conservare a lungo il campione e di esporlo a temperature elevate.

Confronto tra terreni argillosi, sabbiosi e limosi caratteristiche t. argilloso t. limoso t. sabbioso struttura * * * * * * macroporosità microporosità permeabilità capacità rit.idr. plasticità tenacità var. temperatura sostanza org. CSC -pH * * * - * * * * * - * * * - * lisciviazione