Relatore: Dott. Lorenzo Sbaraglia Roma, 25 Marzo 2015 CONOSCENZA CRITICA DELLE RISORSE TERRENO e ACQUA: Prima Parte: Il Terreno Relatore: Dott. Lorenzo Sbaraglia

1. INTRODUZIONE La fase solida del terreno è costituita da materiale estremamente eterogeneo, non solo da un punto di vista qualitativo ma soprattutto per la dimensione delle particelle che la compongono (composizione granulometrica) È chiaro che questa differente composizione si riflette in maniera determinante su alcune caratteristiche idropedologiche quali: permeabilità, capacità di ritenzione idrica e porosità. Lo studio della composizione granulometrica (scheletro e tessitura) è pertanto un esame basilare per valutare le "caratteristiche produttive di un terreno"

2. SCHELETRO Per scheletro si intende la frazione di terreno costituita da elementi di diametro superiori ai 2 mm; la frazione passante il setaccio da 2 mm prende il nome di terra fine La presenza di scheletro, che è un inerte, riduce la quantità di terra fine e conseguentemente risultano ridotti sia la capacità di ritenzione idrica che i livelli di fertilità chimica. In linea generale si può affermare che all'aumentare dello scheletro, la capacità produttiva del terreno diminuisce

3. TESSITURA La tessitura è l'elemento che meglio caratterizza il terreno dal punto di vista fisico strutturale. La permeabilità, la capacità di scambio cationico, la capacità di ritenzione idrica e la struttura, sono alcune delle caratteristiche del terreno che dipendono in larga misura dalla tessitura Il termine granulometria si riferisce alla composizione del terreno (Percentuale di sabbia, limo e argilla) La tessitura invece è il giudizio agronomico di sintesi che permette di associare ad una composizione granulometrica alcune caratteristiche tipiche di una particolare classe di terreni

4. REAZIONE pH La reazione pH gioca un ruolo fondamentale nel regolare i processi chimici e biologici del terreno infatti, sia l'assimilabilità degli elementi nutritivi indispensabili alle piante che la vita microbica del terreno sono condizionati dalla reazione pH La reazione pH, principale responsabile del chimismo del terreno, esplica quindi nei confronti delle colture un'azione fondamentale in quanto determina la compatibilità tra pianta e terreno

Terreni basici inospitali Terreni neutri ottimali per lo sviluppo Terreni subacidi con caratteri di maggiore normalità ed ospitalità Terreni molto acidi con bassa produttività

5. CALCARE TOTALE e CALCARE ATTIVO Il termine "calcare totale" definisce la quantità dei carbonati presenti nel terreno, senza specificarne la natura CaCO3 >>> MgCO3 e Na2CO3 Poco solubile CaCO3 + H2O + CO2 -------> Ca(HCO3)2 maggiore solubilità capacità di passare in soluzione più o meno rapidamente e quindi di imprimere al terreno caratteristiche specifiche tipiche dei suoli calcarei, viene detta "attività" del calcare e dipende dalla finezza delle particelle e dall’abito cristallino

5. CALCARE TOTALE e CALCARE ATTIVO Per quanto concerne i parametri chimici c'è da ricordare che il calcare condiziona la reazione pH (pH >7.0) Interferisce sulla solubilità dei fosfati, favorendo la formazione di fosfati di calcio più basici e quindi meno solubili ed assimilabili. In sua presenza inoltre, risulta ridotta l'assimilabilità dei microelementi fino a giungere, in certi casi, a carenze nutrizionali Non trascurabile è l'azione che il calcare esplica nei confronti della struttura La determinazione del calcare attivo è importante soprattutto per le colture arboree, in quanto permette di valutare il potere clorosante del terreno e di scegliere quindi i portainnesti più idonei

5. SOSTANZA ORGANICA proprietà chimiche: è ben nota l'importanza che la sostanza organica riveste nella nutrizione vegetale. La maggior parte dell'azoto, dello zolfo ed una frazione importante del fosforo sono infatti presenti sotto forma organica. la liberazione progressiva di questi elementi, attraverso la mineralizzazione della sostanza organica, è un processo importante che assicura la nutrizione vegetale la sostanza organica è in grado di complessare i cationi metallici e di ritenerli sotto forma di chelati facilmente assimilabili dall’apparato radicale esplica un ruolo positivo sull'assimilabilità del fosforo in quanto riduce l'attività degli ossidi di ferro e di alluminio responsabili dell'immobilizzazione dell'elemento

5. SOSTANZA ORGANICA proprietà fisiche: Secondo alcuni autori, l'effetto primario della sostanza organica è, nella maggior parte dei casi, relativo più alle caratteristiche fisiche che non a quelle chimiche del terreno La sostanza organica umificata esplica un effetto importante sulla struttura per due motivi: aumenta la coesione tra particelle mediante legami di natura chimico‑fisica; modifica la bagnabilità degli aggregati a causa della sua natura idrofoba e conseguentemente riduce la pressione dell'acqua nei capillari La sostanza organica non umificata esplica invece un' azione fisica di tipo diretto quando viene applicata sul terreno sotto forma di pacciamatura (diminuzione temperatura, riduzione fenomeni erosione, effetto positivo sulla mineralizzazione)

5. SOSTANZA ORGANICA e AGRICOLTURA Negli ultimi decenni si è assistito in Italia ad una graduale diminuzione della sostanza organica nei terreni agrari come risultante sia dei ridotti apporti che delle lavorazioni più frequenti e profonde maggiore mineralizzazione e diluizione nella massa del suolo La maniera tradizionale di aumentare la sostanza organica nel terreno è quella di apportare letame, compost, residui vegetali o sovesci verdi

Frazione disponibile per il nutrimento delle piante 6. AZOTO L'azoto è tra gli elementi nutritivi il più importante per le piante; entra a far parte di una serie di composti di grande importanza biologica (clorofilla, proteine, acidi nucleici ) Con l'eccezione dei terreni vergini o di quelli lasciati incolti per lungo tempo, la gran parte dei terreni risulta deficiente di azoto La quasi totalità del N nel terreno e’ Frazione disponibile per il nutrimento delle piante Che è in relazione con la sostanza organica. L'entità delle trasformazioni dipende dall'attività microbica e dalle condizioni pedoclimatiche

gli ossidi di ferro ed alluminio 7. FOSFORO Il Fosforo, dopo l'azoto è il nutriente che con maggiore frequenza limita la crescita delle colture Retrogradazione: (fissazione o assorbimento sono sinonimi spesso usati) è un termine molto generico che indica la rimozione del fosforo dalla soluzione circolante e la conseguente immobilizzazione. i principali fattori responsabili della retrogradazione del fosforo sono: il carbonato di calcio l'alluminio di scambio gli ossidi di ferro ed alluminio l'allofane

7. FOSFORO: dinamica nel terreno Ai fini della nutrizione delle piante, l'insieme delle forme fosfatiche presenti nel terreno possono essere suddivise in tre frazioni: ‑ Frazione solubile costituita dal fosforo disciolto nella soluzione circolante; risulta essere prontamente disponibile per le colture. ‑ Frazione labile costituita dal fosforo adsorbito sui siti di bassa affinità o da forme fosfatiche moderatamente solubili; risulta essere potenzialmente disponibile per le colture. L'assorbimento del fosforo nella soluzione del suolo da parte delle colture, ha come conseguenze, la mobilizzazione delle forme labili . ‑ Frazione non labile costituita dal fosforo poco solubile come le forme occluse; risulta essere scarsamente disponibile per le colture

8. CSC capacità di scambio cationica La capacità di scambio da un punto di vista agronomico può essere considerata come un magazzino in cui sono "riposti" i cationi di scambio (Ca, Mg, Na, K) sotto una forma prontamente utilizzabile dalle colture scambiatori : Argille Fillosilicate: sostituzioni isomorfe nel reticolo cristallino Colloidi Organici : dissociazione gruppi funzionali carbossilici e fenolici Ossidi di Ferro e Alluminio nei suoli rossi tropicali Allofane nei suoli vilcanici I cationi assorbiti sul complesso sono in equilibrio dinamico con la soluzione circolante del terreno ed ad ogni variazione che la soluzione subisce il complesso di scambio risponde modificando l'equilibrio, opponendosi alla variazione

9. Calcio, Magnesio, Potassio Assicurano la nutrizione delle piante A differenza dell'azoto, del fosforo e dello zolfo il calcio, il magnesio ed il potassio si trovano nel terreno prevalentemente sotto forme minerali Assicurano la nutrizione delle piante Forma di Riserva (non disponibile) Forma Scambiabile (prontamente disponibile) Forma Solubile (facilmente disponibile) equilibrio dinamico :Via via che l'elemento presente nella soluzione viene assorbito dalle piante, il livello nella soluzione viene ripristinato a spese della forma scambiabile e viceversa. la velocità di rilascio da queste forme è troppo bassa rispetto ai fabbisogni di una coltura in pieno sviluppo

9. Calcio, Magnesio, Potassio La risposta agli elementi nutritivi è funzione delle colture e del tipo di suolo L'importanza agronomica del calcio non va considerata solo in funzione della nutrizione vegetale. E’in grado di condizionare il terreno e di imprimergli le migliori caratteristiche chimiche, fisiche e biologiche Nonostante il magnesio rivesta un ruolo fisiologicamente importante e diversificato è richiesto dalla pianta in quantità assai minori rispetto al calcio ed al potassio Tra i cationi metallici indispensabili per la crescita delle colture, il potassio è senz'altro tra i più importanti. Le piante lo assorbono in elevata quantità e spesso in misura maggiore dell'azoto

10. SALINITA’ E SODICITA’ Tutti i terreni presentano una certa quantità di sali che derivano dall'alterazione meteorica delle rocce, dai fertilizzanti, dalle acque di irrigazione; quando però a causa di condizioni climatiche, morfologiche ed idrologiche tali quantità diventano eccessive, le colture ne risentono negativamente ed il terreno viene classificato come salino. Il termine SALINITA’ indica pertanto un eccesso di sali solubili nel terreno. La salinità si manifesta in campo con una diminuzione dei raccolti e con la presenza di aree con germinazione molto ridotta; le piante presentano uno sviluppo stentato e manifestano alterazioni anatomiche Gli effetti negativi dovuti alla salinità sono essenzialmente due: un effetto aspecifico legato cioè alla quantità totale di Sali (secchezza fisiologica); un effetto specifico legato alla presenza di alcuni elementi tossici (Na, Cl, B)

10. SALINITA’ E SODICITA’ Il termine SODICITA’ definisce l'accumulo di sodio di scambio nel terreno; gli effetti nocivi ad esso associati sono: ‑ deterioramento delle proprietà fisiche: dispersione ed il rigonfiamento dei minerali argillosi; la permeabilità decresce più o meno drasticamEnte ed il terreno diventa impermeabile sia all'aria che all'acqua ‑ elevata reazione pH del terreno: insolubilizzazione di alcuni microelementi quali il ferro, il manganese, il rame, lo zinco e possono manifestarsi carenze nutrizionali. ‑ tossicità dell'elemento verso le colture - influenza la nutrizione delle piante nei terreni sodici è l'elevato contenuto di sodio di scambio che condiziona la presenza degli altri cationi sia sul complesso che nella soluzione circolante

10. Bonifica dei terreni sodici conversione del carbonato e bicarbonato di sodio in sali meno alcalini e conseguente diminuzione della reazione pH Na2CO3 + (gesso) CaSO4 ----> CaCO3  + Na2SO4 (lisciviazione) Arg ‑ 2Na + (gesso) CaSO4 -----> Arg ‑ Ca + Na2SO4 Sodio di scambio viene sostituito con il calcio e la percentuale di argilla deflocculata diminuisce, la struttura tende a ristabilirsi e conseguentemente i parametri idrologici raggiungono i valori tipici conformi alle caratteristiche tessiturali del terreno.

Scarsa assimilabilità Fitotossicità: Assorbimento eccessivo 11. MICROELEMENTI Oltre agli elementi nutritivi principali la pianta necessita, per i suoi processi biochimici, di altri elementi quali: ferro, manganese, rame, zinco e boro. Pur essendo indispensabili alla crescita vengono assorbiti dalle piante in quantità minime Il contenuto di microelementi nel terreno dipende dalla natura del substrato pedologico Mentre il contenuto dipende dal tipo di substrato l'assimilabilità dipende dalla ripartizione tra forme minerali ed organiche e dagli equilibri esistenti tra esse e la fase liquida e dalla reazione pH del terreno. Carenze Primarie: basso contenuto Carenze Secondarie: Scarsa assimilabilità Fitotossicità: Assorbimento eccessivo

CONOSCENZA CRITICA DELLE RISORSE TERRENO e ACQUA: Seconda Parte: L’acqua

CENNI STORICI CLASSIFICAZIONE PER LE ACQUE DI IRRIGAZIONE di colture in pieno campo: 1954: CLASSIFICAZIONE AMERICANA PROPOSTA DA RICHARD 1976 : LA FAO PROPOSE UNA SUA CLASSIFICAZIONE. _________________________________________________________________________ MODERNA CLASSIFICAZIONE DELLE ACQUE APPLICABILI NEI CASI DI IRRIGAZIONE, FERTIRRIGAZIONE DI PIANTE IN VASO O COLTURE IDROPONICHE SALINITA’ (CE / PO) 2. SODIO, CLORURI e BORO 3. BICAREBONATI ( pH e Durezza) 4. Problemi di occlusione I PARAMETRI

1. SALINITA’ DELLE ACQUE LA SALINITA’ DELLE ACQUE E’ IL PRIMO PARAMETRO DA PRENDERE IN CONSIDERAZIONE NELLA LORO CLASSIFICAZIONE GLI EFFETTI CHE LA SALINITA’ ESERCITA SULLE COLTURE SONO DUE : EFFETTO ASPECIFICO DOVUTO ALLA PRESENZA DEI SALI SENZA RIFERIMENTO AL TIPO ( EFFETTO OSMOTICO) EFFETTO SPECIFICO DOVUTO ALLA PRESENZA DI DETERMINATI SALI CHE ESERCITANO AZIONE FITOTOSSICA (SODIO, CLORO, BORO)

Salinità dell’ Acqua Salinità totale Rappresenta la totalità dei sali Salinità Fissa Rappresenta l’insieme dei Sali ad eccezione dei (carbonati) e bicarbonati Salinità temporanea Salinità da elementi nutritivi Ca, Mg, K, SO4 Salinità da elementi non nutritivi Na, Cl (Fitotossici)

2. SODIO: PARAMETRI E DEFINIZIONI SI DEFINISCE SODICITA’ L’ACCUMULO DI SODIO SCAMBIABILE NEL TERRENO L’ACCUMULO DI SODIO DI SCAMBIO E’ LA DIRETTA CONSEGUENZE DELL’USO DI ACQUE CON SAR ELEVATO.

SODICITA’ IL SODIO ESERCITA SULLE COLTURE DUE EFFETTI: 1. EFFETTO INDIRETTO: DOVUTO ALLE CATTIVE CAPACITA’ STRUTTURALI DEL TERRENO CHE INDUCONO EFFETTI NEGATIVI SULLA COLTURA 2. EFFETTO DIRETTO: TOSSICITA’ DELL’ELEMENTO

3. Bicarbonati e reazione pH: Diagramma di Stato Equilibrio ione bicarbonato/anidride carbonica: reazione pH 5.0 – 8.3 Presenza ione carbonato: pH> 8.3

Regole di neutralizzazione dei Bicarbonati PER VALUTARE LA QUANTITÀ DI ACIDO DA AGGIUNGERE PER OTTENERE UNA ADEGUATA NEUTRALIZZAZIONE DEI BICARBONATI (PH 5.5 – 6.0) SENZA ACIDIFICARE ECCESSIVAMENTE L’ACQUA ESISTONO 2 REGOLE: 1 LA REGOLA EMPIRICA Lasciare una millimole residua di bicarbonati Formula Per il calcolo : H3O+ MILLIMOLI/L = N-1 Dove N è il numero di moli di bicarbonati presenti nell’acqua IL VALORE DELLA REAZIONE PH E COMPRESA TRA 5,5-6,0 2 LA REGOLA ANALITICA RICHIEDE LA CURVA DI TITOLAZIONE DEI BICARBONATI.

Curva di titolazione dei Bicarbonati (con titolatore automatico) pH iniziale acqua Bicarbonati presenti nell’acqua pH 5.5 meq di acido da aggiungere

Frontespizio

Referto Analitico

Valutazione qualità dell’acqua in fertirrigazione Linee guida per l’interpretazione agronomica del certificato: Valutazione qualità dell’acqua in fertirrigazione

Curva di titolazione dei bicarbonati e Tabella di correzione del pH con acidi minerali

Tabelle di correzione del pH con acidi minerali

4. VALUTAZIONE RISCHI DI OCCLUSIONE SOLIDI SOSPESI: PARAMETRI FISICI Sabbia Limo Argilla Sost. Organica Rimozione con Filtri PARAMETRI CHIMICI Carb. di Ca e Mg Solfato di Ca Idrossidi di Fe e Mn Residui Fertilizzanti Rimozione per Dissoluzione (IDS) PARAMETRI BIOLOGICI Batteri filam. Mucillagini Depositi Batt. Rimozione per Ossidazione (Cl2)

Valutazione rischi di occlusione Linee guida per l’interpretazione agronomica del certificato: Valutazione rischi di occlusione