I CICLI DEGLI ELEMENTI Conseguenza del flusso energetico (aspetti climatici e alimentari). Spostamenti ciclici nati da flusso unidirezionale elementi presenti negli esseri viventi e nell’ambiente fisico. CICLI BIOCHIMICI, C. BIOGEOCHIMICI E C. GEOCHIMICI CICLI GASSOSI (C e N) C. SEDIMENTARI IN FORMA LIQUIDA O SOLIDA
Cicli biochimici, geochimici e geobiochimici
1. FISSAZIONE SOSTANZE DA PARTE DELLE PIANTE FOGLIE , MICORRIZE, RADICI (azotofissazione) Assunzione di CO2 Necessità di assumere le sostanze in forma inorganica (ionica) Assunzione dei minerali da (rocce) soluzione circolante nel suolo Azotofissazione simbiontica e non
2. Distribuzione nella pianta (c. biochimico) (foglieaghi cortecciaalburnodurame). TRASLOCAZIONE (soprattutto primaverile) da tessuti vecchi (scorte) a quelli in via di formazione gli aghi che cadono al suolo possiedono solo una frazione di minerali che avevano prima di cadere. Aghi come deposito minerale per i tessuti di neo-formazione (es. abete rosso d’alta quota).
ELEMENTI MINERALI (% SOSTANZA SECCA) Concentrazione degli elementi minerali in diverse parti di alberi di douglasia di 26 anni di età cresciuti alla Consuma (Firenze). Le dimensioni delle radici sono riferite al diametro. Le maggiori concentrazioni di minerali si registrano negli aghi e, in minore misura, nelle radici fini, seguite da quelle dei rami e della corteccia. Da Borghetti et al., 1988, modificata. ELEMENTI MINERALI (% SOSTANZA SECCA) N P K Ca Mg Biomassa epigea Aghi 1,60 0,08 0,72 1,13 0,12 Corteccia 0,35 0,03 0,21 0,50 Alburno 0,07 0,06 0,006 Durame 0,05 0,002 0,007 0,02 0,001 Rami vivi 0,64 0,20 0,77 Rami morti 0,63 0,01 0,34 Biomassa ipogea Ceppaia 0,15 Radici 4 cm 0,30 0,015 0,39 Radici fra 4 mm e 4 cm 0,36 0,025 0,11 0,10 Radici 4 mm 0,56 0,09
Allocazione stagionale del C in foglie, fusto e radici di semenzali di Acer saccharum, espressa in % del totale. Da Burke et al., 1991, in Barnes et al., 1998. Foglie Fusto Radici grosse Radici fini ( 2 mm) Inizio stagione vegetativa 85 5 10 Piena stagione vegetativa 30 25 15 Tarda stagione vegetativa 60 35
Allocazione dell’azoto secondo l’età Allocazione del C secondo la stazione, in relazione a disponibilità di H2O e di N Allocazione dell’azoto secondo l’età
3. RESTITUZIONE SOSTANZE AL SUOLO IN FORMA DIRETTA (lettiera, dilavamento, prodotti del metabolismo di insetti defogliatori) INDIRETTA (feci, carogne)rapidità di utilizzazione
4. ALTERAZIONE DELLA LETTIERA ALTERAZIONE LETTIERA da parte di pedofauna (fisica), funghi e batteri (chimica). Ruolo dei lombrichi. pH, temperatura, aerazione e rifornimento idrico del suolo e C/N. Ruolo delle piante sottobosco: biomassa limitata ma velocità di flusso e apporto minerale alto tessuti verdi e legnosi giovani. Tempo demolizione foglia: da poche settimane all’equatore a 40 anni in alta montagna.
Conclusioni sul bilancio dei cicli le quantità dei flussi sono irrisorie rispetto a quelle stoccate nella sostanza organica del suolo le quantità dei flussi sono elevate se poste a confronto con quelle stoccate dalla pianta nello stesso periodo le quantità che escono ed entrano dall’ecosistema sono irrisorie rispetto a quelle coinvolte nel c. biogeochimico dal momento che le precipitazioni svolgono un ruolo importante nel rifornimento minerale ecosistema, l’inquinamento modifica non poco i c. biogeochimici riguardo alla chimica dei deflussi, la foresta agisce da filtro.
AZIONE DELL’UOMO NEI CICLI MINERALI prelievo lettiera, pascolo, funghi, caccia, prelievi legnosi importanza della scortecciatura e ruolo della ramaglia nei cedui. in boschi di douglasia perdite triple di Ca, K e Mg per aspostazione completa rispetto a scortecciatura e rilascio ramaglia.
AZIONE DELL’UOMO NEI CICLI MINERALI
I CICLI GLOBALI Le forme gassose di C, O, S e N hanno cicli globali: si servono dell’atmosfera come riserva. P, K, Ca ed elementi traccia sono meno mobili nell’ambiente
IL CICLO DELL’AZOTO Fissazione dell'azoto (Nitrosomonas) N2 + 3 H2 -> 2 NH3 Ammonificazione (ad opera di batteri che decompongono la sostanza organica NH3) Nitrificazione (nitrobatteri) 2 NH3 + 3O2 - > 2 NO2 + 2 H+ + 2 H2O 2 NO2- + O2 -> 2 NO3- Le piante assorbono NH4+ e NO3-, che poi (Amminazione) convertono in molecole organiche (aminoacidi e DNA) Denitrificazione (batteri anaerobi vari) NO3- + CH2O + H+ -> ½ N2O + CO2 + 1½ H2O
Scambi di N espressi in Teragrammi all’anno ((1 Tg = 1012 g = 109 kg) IL CICLO DELL’AZOTO Scambi di N espressi in Teragrammi all’anno ((1 Tg = 1012 g = 109 kg)
CICLO DEL CARBONIO In bosco la respirazione del suolo (autotrofa + eterotrofa) contribuisce fino al 65% dell’emissione totale di C ll C stoccato negli ecosistemi forestali (bio-+ necromassa + suolo) è circa il 50% di quello atmosferico Il C stoccato nel suolo è circa 3 volte quello presente nella vegetazione
IL CICLO DEL CARBONIO: i valori numerici indicano gli scambi di carbonio espressi in Gigatonnellate (1 GT=109 t) all’anno
BILANCIO A LIVELLO PLANETARIO
CONCLUSIONI