SCIENZE E TECNOLOGIE AGRARIE Principi di Agronomia docente: Mauro Mori II – TERRENO A) Caratteristiche Fisiche

Terreno E’ lo strato superficiale della crosta terrestre capace di ospitare la vita delle piante. E’ un sistema TRIFASICO

Fertilità: attitudine a produrre Terreno Funzioni abitabilità nutrizione Quantità (profondità) porosità permeabilità temperatura parassiti pH sostanze tossiche Nutrienti acqua colloidi attività microbica Fertilità: attitudine a produrre

Origine del terreno Pedogenesi: alterazione dei minerali della superficie terrestre a seguito di azione fisico-chimica, meccanica, biologica Alterazione dei minerali della superficie terrestre a seguito di azione fisico-meccanica rocce e minerali disgregati in particelle più piccole (gelo e disgelo) biologica organismi terricoli con azione pedogenetica chimica in successione a quella fisico-meccanica

Profili del terreno Terreno naturale Terreno coltivato

Tessitura Detta anche composizione granulometrica E’ la ripartizione in funzione della dimensione dei costituenti minerali (% in peso) Molte proprietà del suolo dipendono da essa. Conoscerla è indispensabile, ma non sufficiente per caratterizzare un terreno Sistema USDA (*) Secondo il sistema della SISS il limite tra sabbia e limo è 0.02 mm. Esistono dei programmi di conversione da un sistema all’altro

Il triangolo granulometrico (sulla terra fine) Tessitura (2) Il triangolo granulometrico (sulla terra fine) Sand = sabbia Silt= limo Clay = argilla Loam =di grana media (vecchio termine franco) Attenzione: in inglese l’aggettivo precede il nome. In italiano viceversa es: Sandy clay = argilloso-sabbioso Es: Argilla 35%, Limo 25%, Sabbia 40%

Tessitura Classificazione granulometrica - altre specificazioni Calcare tra 10 e 20% = calcareo dopo (es. argilloso- calcareo) calcare > 20% = calcareo prima (es. calcareo-argilloso) sost. organica tra 5 e 10% =umifero dopo (es. argilloso- umifero) sost. organica > 10% = umifero prima (es.: umifero- argilloso) scheletro > 40% = (scheletro prevalente) pietroso o ciottoloso Superficie specifica o massica Tanto più un terreno è composto da particelle fini tanto più ha possibilità trattenere acqua e scambiare elementi chimici, ma anche di compattarsi e cementarsi. In un elemento di 1 cm3 (10 mm di lato possono esserci ad es) particelle diametro tipo superficie cm2 1 10 ciottolo 6 1000 1 sabbia 60 106 0,1 s.fine 600 1015 0,0001 argilla 600000

Funzioni e caratteristiche delle frazioni granulometriche Sottrae volume al terreno: minor disponibilità di acqua e elementi nutritivi impedimento allo sviluppo delle radici difficoltà di lavorazione siccome in genere molto scheletro si accompagna a tessitura grossolana, alta permeabilità Scheletro Spietramento (talvolta)

Funzioni e caratteristiche delle frazioni granulometriche (2) Povertà chimica per ridotte superfici di scambio Scioltezza e facilità di lavorazione Forte drenaggio Elevato arieggiamento: troppo rapida mineralizzazione della sost. org. Non trattiene i fertilizzanti Incoerente: facile erodibilità Rapido riscaldamento Facile accesso ai campi Sabbia

Funzioni e caratteristiche delle frazioni granulometriche (3) Terreni polverosi allo stato secco Terreni fangosi allo stato umido Non conferisce struttura, intasa, quindi bassa permeabilità Terreni poveri di elementi nutritivi, formano croste superficiali e zolle dure, freddi, produttivi se con buone concimazioni organiche e chimiche Limo

Funzioni e caratteristiche delle frazioni granulometriche (4) Terreni pesanti, di difficile lavorazione. Elevata dotazione di elementi nutritivi Buone riserve idriche Terreni molto produttivi, ma difficili da gestire al meglio Terreni rigonfiabili se umidi e crepacciati se secchi argilla

Caratteristiche dei terreni in funzione della granulometria Sost. Org Acqua Fosforo Potassio Lavorabilità Temperatura contenuto diponibilità sabbiosi bassa alta variabile ottima caldo limosi media difficile freddo argillosi medio Azoto disponibilità Terreni Giudizi relativi, validi solo per terreni medio-profondi e profondi

Struttura Disposizione spaziale reciproca delle particelle di terreno derivanti dall’aggregazione delle componenti elementari della tessitura La capacità di aggregarsi è propria dell’argilla (flocculazione con formazione di micelle, grumi, glomeruli, ecc.) Le altre componenti della tessitura (limo e sabbia) possono aggregarsi in una certa misura solo tramite l’ausilio di “cementi” organici (humus) o minerali (calcare, sesquiossidi di Fe e Al, ecc.)

Struttura (2) TIPI DI STRUTTURA Granulare o stato astrutturale: particelle singole che assumono lo stato di massimo assestamento. Incoerente: particelle singole separate (t. sabbiosi) Compatta: formazioni di blocchi, con l’argilla dispersa, “annega” le altre componenti, quando asciutti formano una massa compatta molto tenace. Problema in terreni limosi e argillosi con argilla deflocculata (t. sodici). Frammentata: le altre particelle sono collegate da argilla o humus a formare aggregati di forma varia. Si riconoscono strutture prismatiche, cubiche e sferiche; tra queste la glomerulare è la più favorevole.

Struttura (3) Classificazione degli aggregati Zolle  > 150 mm Aggregati zollosi 150 >  > 50 mm Macroaggregati 50 >  > 5 mm Aggregati ottimali 5.0 >  > 1.0 mm Microaggregati 1.0 >  > 0.25 mm Aggregati astrutturali 0.25 >  Agiscono sulla struttura: variazioni del contenuto in acqua del terreno (rigonfiamento e contrazione), gelo e disgelo, lavorazioni, vegetazione, fauna terricola (es. lombrichi), ioni deflocculanti (Na+) e flocculanti (Ca+2), sostanza organica Stabilità della struttura: a) agli agenti meccanici (lavorazioni, calpestio, ecc.); b) all’azione dell’acqua (es. pioggia)

Interventi per migliorare la struttura Il problema si pone in particolare per i terreni limosi e argilloso-sodici, ed è particolarmente importante negli strati superficiali per avere buone emergenze Modifica della tessitura (solo orticoltura, aggiunta di sabbia) Aggiunta di calcio (flocculazione dei complessi argillo-umici) Aggiunta di sostanza organica: (sovescio, letamazioni) subito formazione di polisaccaridi e mucillagini, molto efficienti ma di breve durata, poi humus, meno efficiente ma duraturo. Compostaggio superficiale: lasciando in superficie paglia, letame, residui si protegge il suolo dall’azione battente della pioggia e sviluppo di intensa attività microbiologica Inserimento di prati poliennali di graminacee negli ordinamenti colturali: evita azione battente delle piogge, migliora la permeabilità, aumenta la sostanza organica nel suolo. Cementi artificiali, a imitazione di polisaccaridi naturali, uso molto limitato In terreni sodici, dilavamento del sodio (deflocculante) Evitare (se possibile) concimazione potassica (K è deflocculante)

Proprietà del T. collegate a tessitura e struttura Tenacità o coesione: resistenza del suolo a penetrazione e schiacciamento, fattore di resistenza all’avanzamento degli organi lavoranti. Diminuisce all’aumentare dell’umidità. A pari umidità è max nei suoli argillosi, minima in quelli sabbiosi. Buona struttura e sostanza organica riducono la tenacità. Plasticità: proprietà di cambiare forma in maniera continua sotto l’azione di una forza e di mantenerla dopo che la forza ha finito di agire. Stato plastico: il terreno può essere modellato. La plasticità determina la lavorabilità di un terreno, che deve essere lavorato quando non è plastico. Aumenta con il tenore in argilla e con l’umidità fino ad un massimo oltre il quale si ha lo stato fluido (sparisce l’effetto di una lavorazione, un solchetto si richiude. Stato di TEMPERA: la terra si sgretola senza impastarsi e offre la minima tenacità: condizioni ideali per la lavorazione. Adesività: tendenza del terreno ad aderire agli organi lavoranti. Aumenta con l’umidità. Troppa adesività è un problema per l’aratura.

Proprietà del T. collegate a tessitura e struttura (2) suolo argilloso suolo sabbioso umidità suolo limoso 1 2 3 - - - tenacità __ plasticità terr. lavorabile 1 = tempera 2 = minima tenacità 3 = max plasticità Il punto di tempera è l’umidità alla quale raggiungono contemporaneamente il valore minimo sia la tenacità che la plasticità L’intervallo di lavorabilità è max nei terreni sabbiosi. Al di fuori di questo intervallo la zollosità è eccessiva (aggregati troppo grossi)

Porosità E’ una caratteristica del terreno strettamente connessa con la sua tessitura ed il suo stato strutturale. Essa esprime il rapporto percentuale tra il volume degli spazi vuoti (interstizi tra e nelle particelle) ed il VOLUME TOTALE APPARENTE Volume reale = Volume della sola parte solida (Vr) Volume apparente = Volume dell’intera massa (Va) Densità assoluta (D) = Massa volumica reale o P. specifico reale = densità (o p. specifico) della parte solida D = Peso secco(1) della massa / Vr Densità apparente (d o ) = Massa volumica apparente o P. specifico apparente = densità (o p. specifico) della intera massa d = Peso secco(1) della massa / Va (1) Il peso della massa va valutato dopo aver eliminato tutta l’acqua presente in essa

Determinazione della massa volumica apparente 1) Inserire il cilindretto nel suolo, usando una tavoletta di legno 2) scavarlo fuori dal terreno. Usare una lama per separare la base. 3) pesare il terreno contenuto nel cilindretto dopo essiccazione

Porosità Densità assoluta (t m-3) Densità apparente (t m-3) Calcare 2.6-2.8 Sabbia 2.6-2.7 Argilla 2.50 Limo 2.65 Humus 1.23 Ematite 5.00 T. sabbioso 1.42 T. limo-sabbioso 1.2-1.3 T. argilloso 1.1-1.2 T. organico < 1.0 Dimensione dei pori: Macropori:  > 10 m Micropori:  < 10 m Macroporosità e Microporosità sono espresse in % della Porosità totale Porosità % (valori indicativi) T. sabbioso 30-40 T. medio impasto 50 T. argilloso 55-60 T. organico 70-80

Porosità Nei micropori l’acqua è trattenuta con una forza (tensione capillare) superiore alla forza di gravità, per cui la microporosità è detta anche “porosità capillare” Nei macropori, invece, tale forza è inferiore a quella di gravità. Pertanto, se lasciamo “sgrondare” una massa di terreno intrisa d’acqua (t. saturo), in assenza di evaporazione, si svuoteranno solo i macropori. Nel terreno resteranno una certa quantità di acqua detta “acqua capillare” (nei micropori) ed aria (nei macropori). Per allontanare questo residuo di acqua bisogna esercitare una pressione superiore alla tensione capillare o essiccare il terreno in stufa. acqua capillare (microporo) aria (macroporo) In un terreno ben strutturato i micropori sono situati all’interno dei grumi, mentre i macropori si instaurano prevalentemente tra i grumi. Eccesso di micropori = terr. asfittici Eccesso di macropori = scarsa ritenzione idrica Optimum: 50-60% di microporosità

Porosità

Determinazione dell’Umidità Trasformazione dell’Ups in Uvol Rapporti acqua-terreno Umidità = contenuto percentuale di acqua presente nel T. La % può essere riferita al peso del T. essiccato (Ups) oppure al suo volume apparente (Uvol oppure ). Determinazione dell’Umidità Metodo gravimetrico o della “doppia pesata” Si preleva un campione di T. e si pesa (Peso fresco =Pf). Si essicca in stufa a 105 °C fino al raggiungimento di un peso costante (24-48 h a seconda della dimensione e dell’umidità del campione) e si pesa nuovamente (Peso secco = Ps). Facile ma troppo puntuale. Pacqua = Pf – Ps Ups = Pacqua / Ps * 100 = (Pf – Ps) / Ps *100 Trasformazione dell’Ups in Uvol d = Ps / Va da cui Va = Ps / d Uvol = Pacqua / Va * 100 = (Pf – Ps) / (Ps / d) * 100 = = [(Pf – Ps) / Ps * 100 ] * d = = Ups * d

Blocchetti di Boyoucos Rapporti acqua-terreno Blocchetti di Boyoucos Blocchetti di gesso nei quali sono inseriti degli elettrodi. Infissi nel terreno, essi assorbono umidità fino all’equilibrio. Con un normale tester si misura la resistenza elettrica da cui si risale all’umidità del terreno. Vantaggi Attrezzatura semplice e poco costosa. Utile se non occorre molta precisione. Svantaggi Tempi d’equilibrio piuttosto lunghi Uniformità d’imbibizione ? Misure influenzate dalla temperatura

Rapporti acqua-terreno Umidometro a neutroni Basato sul principio che neutroni veloci emessi da una sorgente di Americio-Berillio, vengono rallentati (termalizzati) quando impattano contro uno ione H+. Conoscendo il numero di neutroni emessi dall’apparecchio e contando quelli che ritornano rallentati, dal rapporto tra i due numeri si risale al numero di H+ presenti nel terreno (e quindi all’acqua). Occorre un’accurata taratura. CAVO SCALER Vantaggi Affidabile se ben tarata sul terreno in studio Volume esplorato abbastanza ampio (  30 cm) Velocità d’uso Svantaggi Costosa Complicati sia l’uso che la detenzione (occorrono vari permessi di non facile acquisizione) Rischio (minimo) di radiazioni TUBO GUIDA SONDA

Rapporti acqua-terreno TDR Tecnologia basata sulla misura della costante dielettrica del suolo, che è correlata con la sua umidità. Il sensore è costituito da conduttori metallici (guide d’onda biassiali o triassiali) infissi nel suolo, attraverso i quali passa un impulso di tensione elettrica emesso dall’apparecchio. La velocità con cui si propaga il segnale lungo la guida permette di ricavare la cost.dielettr. e, quindi, di risalire all’umidità. Anche qui occorre un’accurata taratura. Il volume di terreno esplorato dipende dalla lunghezza delle guide. Abbastanza affidabile (se il T. non è saturo). Anche se egualmente costoso, non presenta le complicazioni di uso e detenzione della sonda neutronica.

Rapporti acqua-terreno Data la notevole variabilità del terreno, per valutare il contenuto d’acqua in un intero appezzamento occorrerà prendere un certo numero di campioni (tanto maggiore quanto maggiori sono la dimensione e la variabilità) per ogni profondità (strato di terreno) CAMPIONAMENTO Ogni punto è la media dei campioni presi a quella profondità. L’umidità media dell’intero profilo si ottiene mediando le varie profondità

Parametri idrologici Capacità Idrica Massima (C.I.M.): se immergiamo un campione di terreno in acqua, questa vi penetrerà fino ad occupare tutti gli spazi vuoti disponibili (macro e micropori) scacciandone l’aria. Il terreno in tali condizioni si definisce “saturo”, la percentuale di umidità sarà più o meno eguale alla porosità totale e viene detta Capacità Idrica Massima. Capacità Idrica di Campo (C.I.C.): se lasciamo sgrondare il terreno saturo, tutta l’acqua contenuta nei macropori e trattenuta con una forza inferiore a quella di gravità ne esce (acqua di percolazione o gravitazionale) fino a che nel terreno non resta solo l’acqua contenuta nei micropori e trattenuta con una forza superiore a quella di gravità (acqua capillare). La percentuale di umidità in tali condizioni si definisce Capacità Idrica di Campo ed è la condizione ideale per la crescita delle piante. Punto di appassimento (P.a.): ulteriori perdite di acqua (per evaporazione o traspirazione) porteranno l’umidità ad un punto (detto P. di appassimento o Coefficiente di avvizzimento) oltre il quale le piante non riescono più ad assorbire acqua.

Parametri idrologici (1) CIM., CIC e Pa sono valori di UMIDITA’ % in genere riferiti al Peso secco del terreno (Ups). La differenza tra CIM e CIC (CIM – CIC) costituisce l’acqua di percolazione o gravitazionale non disponibile per le piante. La differenza tra CIC e Pa (CIC – Pa), invece costituisce l’acqua (sempre espressa in %) disponibile o utilizzabile per le piante. Ad o Au = CIC – Pa C.I.M C.I.C P.a. Acqua gravitazionale Acqua disponibile Acqua non disponibile Acqua % Il valore di CIM, CIC e Pa dipende dalla porosità del terreno e, quindi, dalla sua struttura e tessitura. In particolare l’Ad cresce passando da un terreno sabbioso ad uno argilloso ben strutturato.

Parametri idrologici (2) Riserva utilizzabile (Ru): E’ l’acqua disponibile (o utilizzabile) per le piante riferita all’unità di superficie del terreno ed espressa in mm o m3 ha-1 dove Advol = Acqua disponibile in volume (= Adps* d) s = Strato di terreno interessato dalle radici (in mm) Ricordare che: 1 mm = 1 L m-2 =104 L ha-1 =10 m3 ha-1

Potenziale idrico del terreno (Ψt) Parametri idrologici (3) Potenziale idrico del terreno (Ψt) -Ψt = -Ψm - Ψo + Ψg dove: -Ψm= Potenziale matriciale, negativo, varia con la quantità di acqua presente nel terreno. -Ψo = Potenziale osmotico della soluzione circolante, negativo. +Ψg= Potenziale gravitazionale, positivo, varia con la quota del punto di misura. Relazione tra U% e Ψt Visto che esiste una relazione tra U% e Ψm, possiamo definire la forza con cui l’acqua è trattenuta in corrispondenza dei parametri idrologici precedentemente descritti: CIM, CIC e Pa

Parametri idrologici (4) Alla CIM il Ψt è praticamente nullo ( 0). La CIC (il punto in cui l’acqua cessa di percolare liberamente) non è di facile definizione specialmente nei terreni argillosi. Pertanto non vi è concordanza tra i vari autori che la fissano tra -0.1 e -0.3 bar (-10 e -30 kPa). Per semplificare è stato assunto convenzionalmente il valore di -0.33 bar (-33 kPa) che è la forza, lievemente superiore a quella di garvità, con cui l’acqua è trattenuta nei pori con  = 15 m. Anche per il Pa viene assunto il valore convenzionale di -15 bar (1.5 MPa), valido per la gra parte delle specie coltivate.

Relazione tra U% e Ψm e curve di ritenzione Parametri idrologici (5) Relazione tra U% e Ψm e curve di ritenzione La relazione tra U% e Ψm può essere illustrata con una curva che, dipendendo da porosità, struttura e tessitura, sarà diversa per ogni terreno: La scala dell’asse Y (Ψm) è logaritmica. Allo stesso valore di potenziale nei diversi terreni corrispondono valori diversi di contenuto idrico. Quindi, uno stesso contenuto idrico assume valore bio-agronomico molto diverso a seconda del tipo di terreno. L’Ad, che è quella trattenuta con una forza compresa tra -0.33 e -15 bar, quindi, sarà diversa per i vari terreni.

Parametri idrologici (6) Nel grafico sottostante sono riassunte i parametri idrologici ed il loro valore in termini di potenziale idrico e di disponibilità per le piante.

Per basse e medie pressioni Costruzione delle curve di ritenzione I campioni di terreno saturati vengono posti in una camera a tenuta stagna (Camera di Richards) nella quale viene immessa aria a pressione nota. La pressione che si è creata all’interno spinge l’acqua fuori dal campione finché non viene raggiunto l’equilibrio. Col metodo della doppia pesata si determina l’umidità del campione a quella data pressione. Eseguendo la stessa operazione alle pressioni di 0.1, 0.2, 0.3, 0.8, 1.0, 3.0, 8.0 e 15.0 si ottiene una serie di punti ( e U%) che possono essere disposti in un diagramma cartesiano per l’interpolazione della curva. Camere di Richards Per basse e medie pressioni Per alte pressioni

Schema di un tensiometro Tensiometro commerciale Misura in situ del  del terreno Schema di un tensiometro Tensiometri Valido fino a valori di potenziale non superiori a 0.8 bar. Per valori superiori si deve ricorrere a determinazioni di umidità ed interpolazione sulla curva di ritenzione. Tensiometro commerciale

Conducibilità idrica L’acqua nel terreno si muove da punti a potenziale più basso (meno negativo) a punti a potenziale più alto (più negativi) a una velocità determinata dal gradiente di potenziale (Ψ), dalla distanza (d) e dalla conducibilità (K). Legge di Darcy: K è la conducibilità idrica (o coefficiente di permeabilità o di infiltrazione) tipico di ogni terreno in condizioni di saturazione. Terreno K (mm h-1) Molto permeabile > 150 Mediocremente perm. 5 -15 Permeabile 50 - 150 Poco permeabile 1.5 - 5 Mediamente perm. 15 -50 Per. molto bassa < 1.5

Conducibilità idrica (2) Se il terreno non è saturo, si avrà che K=() o anche K=(Ψ). Tale funzione, inoltre, varierà con porosità e tessitura del terreno. In condizioni di alta umidità (ΨO) il moto avviene principalmente nei macropori: nei terreni leggeri (± sabbiosi, alta % di macropori) si avrà conducibilità maggiore rispetto ai terreni argillosi (alta % di micropori). Questi ultimi, per contro, saranno più permeabili dei sabbiosi in condizioni di umidità bassa ( a bassi Ψ diminuisce l’importanza dei macropori ai fini del movimento dell’acqua).

Movimento dell’acqua nel suolo Pioggia o Irrigazione Evaporazione Ψ basso (meno acqua) Ψ alto Infiltrazione Movim. per capillarità Ψ basso (meno acqua e quota inferiore Ψ alto

Struttura tipo montmorillonite Argilla Superfici esterne adsorbenti Unità cristalline Foglietti di silice foglietti di alluminio Legami forti 14-20 A Superfici interne adsorbenti Struttura tipo montmorillonite 7 a La kaolinite ha superfici di scambio ridotte: 20 m2 per grammo La montmorillonite ha 20 m2 per grammo di superficie esterna, 800 m2 per grammo tra i foglietti (molto rigonfiabile) La illite consente l’ingresso tra i foglietti del solo ione K+, che rimane bloccato (retrogradazione)

Terreni argillosi Crepacciatura Terreno argilloso lavorato Calanco

Rapporti acqua-terreno Capacità massima Capacità di campo Punto di appassimento Acqua di percolazione Acqua capillare Acqua igroscopica