Lezione 3.

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1 Lezione 3

2 Il terreno naturale e agrario:
Terreno naturale: frutto della profonda alterazione delle rocce superficiali continentali Terreno agrario: qualunque terreno naturale coltivato dall’uomo

3 FORMAZIONE DEL TERRENO NATURALE = PEDOGENESI
(CICLO SEDIMENTARIO vs EROSIONE) Il suolo si forma naturalmente ad un tasso medio  di 1 mm ogni anni (12 t/ha/anno). Globalmente i suoli agricoli sono persi da 10 a 40 volte più in fretta del loro ripristino naturale. L'intervento dell'uomo sul terreno naturale può accelerare o rallentare la pedogenesi. Il disboscamento delle aree collinari e montane, le lavorazioni profonde dei terreni declivi favoriscono l'erosione del suolo e il verificarsi di eventi come frane e smottamenti. L’uso di grandi quantitativi di concimi chimici e le coltivazioni agrarie ripetute (succedersi di una coltura per più anni sullo stesso campo) determinano particolari condizioni ambientali favorevoli all'involuzione pedologica del terreno.

4 (composizione e funzionamento agroecosistema)
Funzioni del terreno Supporto e ancoraggio piante Acqua Elementi nutritivi Ossigeno Temperatura idonea alla crescita delle piante AMBIENTE! (composizione e funzionamento agroecosistema)

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7 Stratigrafia del terreno

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9 classificazione per giacitura
COLORE: diverso a seconda dei fattori pedogenetici, del contenuto in s.o. e dei composti in ferro (un terreno più scuro si scalda prima e più intensamente) GIACITURA: classificazione per giacitura l’inclinazione influenza: a) erosione > accelerazione H2O b) temperatura (perpendicolarità raggi solari) c) lavorabilità Piani Inclinati : espressa in % (o in gradi) < 5% tutte le direzioni > 5% problemi stabilità crescenti (in traverso o obliquo) >10-15% solo a rittochino ESPOSIZIONE: rappresenta, nei terreni collinari, la posizione della superficie considerata rispetto ai punti cardinali: Est, Sud,Ovest, Nord. Ne consegue una differente angolazione fra raggi solari incidenti e superficie del terreno (e diversi tempi di riscaldamento della stessa) nelle diverse ore del giorno, sia al mattino (alba) che alla sera (tramonto); determina un differente andamento della temperatura e una diversa escursione termica

10 Componenti del suolo Il terreno è un sistema dinamico ed eterogeneo, composto da 3 fasi indispensabili per la vita: SOLIDA (50%): organica (humus, animali, vegetali, m.o.) e inorganica (scheletro e terreno fine); LIQUIDA (25%): acqua, sali disciolti, colloidi organici; GASSOSA (25%): atmosfera tellurica ricca di CO2 e vapor acqueo. L’interfaccia tra le 3 fasi è sede di processi biochimici molto intensi.

11 COSTITUENTI DEL TERRENO
MINERALI: 95% della fase solida; particelle diverse per forma e dimensione (determina le principali caratteristiche fisiche) SOST. ORGANICA: (0,.. – 5%) frazione solida non minerale, derivata da: residui vegetali animali morti letame, ecc. humus ORGANISMI TERRICOLI: enorme varietà di animali e vegetali diversi, utili e dannosi; (+ diffusi: batteri-funghi) ACQUA E ARIA: che occupano gli spazi lasciati vuoti dalle particelle solide – importante è l’equilibrio tra le due.

12 (spazi pieni e spazi vuoti)
Cosa intendiamo per terreno fertile ? Un terreno che permette di ottenere elevate produzioni in grado di produrre anche con scarsi apporti di concimi o di esaltare l’apporto di concimi; in grado di conservare l’acqua e resistere alla sua azione disgregante in grado di consentire un rapido smaltimento delle acque fertilità chimica – buona dotazione di nutrienti, CSC, equilibrato pH, fertilità biologica – attività nitrificanti – micorrizze fertilità fisica – densità – porosità - stabilità della struttura Un terreno che presenta una buona fertilità è un terreno con equilibrato rapporto tra fase solida, liquida e gassosa (spazi pieni e spazi vuoti) Alla fine tutte queste prerogative dipendono dal grado e dalla stabilità di aggregazione delle particelle elementari che definisce il rapporto tra spazi e vuoti e pieni nel terreno

13 Le caratteristiche che determinano le principali proprietà del terreno sono classificabili come:
fisiche chimiche biologiche

14 CARATTERISTICHE FISICHE DEL TERRENO:
tessitura struttura porosità – densità umidità permeabilità tenacità – plasticità resistenza alla penetrazione

15 TESSITURA: rappresenta la dimensione media delle
TESSITURA: rappresenta la dimensione media delle particelle elementari del terreno, supposte sferiche, allo stato di completa dispersione

16 LA TESSITURA classifica il terreno in scheletro e terra fine
con setacciamento per separare lo scheletro dalla terra fine con levigatori per separare le varie frazioni della terra fine (si base della legge di Stokes : la velocità di sedimentazione è proporzionale al quadrato del raggio medio delle particelle) V = KR2 Classificazione del terreno in base alla presenza di scheletro Scheletro % in volume Assente <1 Scarso Comune Frequente Abbondante Molto abbondante >70 levigatori

17 Diametro medio teorico (mm)
Classificazione delle particelle primarie del terreno in base al diametro medio IASS USDA Diametro medio teorico (mm) SCHELETRO > 2 ciottoli >20 ghiaia 20 - 2 TERRA FINE < 2 SABBIA 2 – 0,02 2 – 0,05 - molto grossa 2 – 1 - grossa 2 – 0,2 1 – 0,5 - media 0,5 – 0,25 - fine 0,2 – 0,02 0,25 – 0,10 - molto fine 0,10 – 0,05 LIMO 0,02 – 0,002 0,05 – 0,002 ARGILLA < 0,002

18 Sistema USDA Sistema ISSS

19 Tipo di terreno e superficie specifica
Connessa alla granulometria è la superficie specifica delle particelle elementari del suolo. La superficie specifica è il rapporto tra la superficie esterna della particella e il suo volume. È misurata in m2 g-1 di suolo ed a questa sono legati tutti i fenomeni che avvengono tra la fase solida, liquida e aeriforme del suolo. Con il ridursi del diametro delle particelle aumenta la superficie specifica. Ad esempio un cubo di 1 cm di spigolo ha 1 cm3 di volume e 6 cm2 di superficie. Se questo cubo viene diviso in cubi con 0,1 cm di spigolo il volume complessivo sarà identico (1 cm3) ma la superficie complessiva sarà 60 cm2. Il rapporto tra superficie esterna e volume passerà da 6:1 a 60:1. Tipo di terreno e superficie specifica Superficie specifica in m2 per g di suolo: valori indicativi. Suolo sabbioso Suolo sabbioso limoso Suolo franco o di medio impasto Suolo limoso argilloso Suolo argilloso

20 Le principali caratteristiche dei sistemi colloidali possono essere attribuite all'esistenza di un'interfaccia tra fase dispersa e mezzo disperdente. Ogni particella ha infatti una superficie ben definita che presenta le tipiche proprietà interfacciali: la tensione superficiale, lo stato elettrico, ecc. Pertanto il rapporto superficie/volume delle particelle disperse ha una notevolissima influenza nel determinare il comportamento dei sistemi colloidali.

21 STRUTTURA:. rappresenta la disposizione spaziale
STRUTTURA: rappresenta la disposizione spaziale reciproca delle particelle del terreno; non è una caratteristica statica, ma in continuo “divenire” Particelle elementari Assetto cubico Volume spazi vuoti: 47,6 % Assetto piramidale Volume spazi vuoti: 26,0 %

22 Glomerurale (o strutturale): le particelle si aggregano in glomeruli
Glomerurale (o strutturale): le particelle si aggregano in glomeruli ottenendo un più giusto equilibrio fra aria e acqua Micropori all’interno dei glomeruli Macropori tra i glomeruli importante per terreni a grana fine (argillosi) per aumentarne la capacità per l’aria dimensione ottimale dei glomeruli (1 – 5 mm) proprietà dinamica e non statica stabilità struttura Meccanismo formazione struttura: disgregazione massa terrosa (agenti atmosferici), tendenza delle particelle ad aggregarsi, presenza di cementi (organici e minerali)

23 Gli aggregati strutturali: base della fertilità del terreno
Un corretto equilibrio tra spazi vuoti e pieni nel terreno influenza la fertilità fisica (porosità, v. di infiltrazione, c. di ritenzione idrica, resistenza alla penetrazione) la fertilità chimica (dotazione di nutrienti, CSC, pH, p. oss.-riduzione) la fertilità biologica (presenza e attività di funghi , batteri e meso- macrofauna) fertilità fisica + fertilità chimica + fertilità biologica = FERTILTA’ Vi sono molte relazioni ottenute da dati sperimentali che indicano lo stretto legame tra stabilità degli aggregati e contenuto in sostanza organica

24 La struttura del terreno

25 Un colloide (o sistema colloidale) è una particolare miscela in cui una sostanza si trova in uno stato finemente disperso, intermedio tra la soluzione omogenea e la dispersione eterogenea. Questo stato "microeterogeneo" consiste quindi di due fasi: una fase costituita da una sostanza di dimensioni microscopiche (diametro da 1 nm a 1 μm[1]) e una fase continua disperdente.Dimensione particella < 10-9 m m > 10-6 m Soluzione omogenea Colloide Sospensione eterogenea La differenza con le soluzioni consiste nel fatto che queste ultime sono sistemi omogenei contenenti ioni o molecole di soluto disperse in un solvente libere di muoversi le une rispetto alle altre; esse risultano inoltre limpide, sottostanno alle leggi dell'ebullioscopia e crioscopia, e hanno tensione di vapore e pressione osmotica regolari. I sistemi colloidali, invece, sono sistemi eterogenei, che si presentano torbidi, non seguono le precedenti leggi e presentano tensioni di vapore e pressione osmotica non regolari.Molte sostanze a noi familiari sono colloidi, come per esempio il burro, la maionese, l'asfalto, la colla, l

26 Fattori di demolizione della struttura:
Azione battente acqua di pioggia Calpestio macchine e animali Manipolazione del terreno mal fatta: polverizzazione e impastamento Distruzione del cemento dei grumi, es. per il rammollimento da eccesso H2O Deflocculazione colloidi minerali (ioni Na) Mineralizzazione colloidi organici

27 Mezzi per migliorare/conservare la struttura:
Apporto sostanza organica Apporto di ioni flocculanti (Ca e Mg) Rimozione degli ioni deflocculanti (es. dissalamento) Evitare l’impiego di concimi deflocculanti Lavorazioni tempestive ed accurate Prati poliennali in rotazione Escludere impiego di acqua alcalina (irrigazione) Evitare inutili passaggi delle macchine Protezione del terreno (pacciamatura)

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30 Porosità: rappresenta il volume complessivo degli spazi
Porosità: rappresenta il volume complessivo degli spazi vuoti del terreno in rapporto al volume totale D = densità reale o peso specifico reale d = densità apparente o peso specifico apparente Densità: La densità reale (Dr) o peso specifico reale (PSr) del suolo è il peso dell’unità di volume esclusi gli spazi vuoti. La densità reale varia secondo i minerali del suolo. Le frazioni inorganiche hanno, ad es., i seguenti valori: argilla 2,50-2,60; limo 2,60-2,65; sabbia 2,65-2,7; calcare 2,60-2,80. La densità apparente (Da) o peso specifico apparente (PSa) del suolo è il peso dell’unità di volume compreso gli spazi vuoti (campione indisturbato ed essiccato). Questa varia in base alle caratteristiche granulometriche e % di sostanza organica infatti i suoli organici presentano valori inferiori ad 1, i suoli argillosi è circa 1,2, i suoli limosi e circa 1,3 e i suoli sabbiosi è circa 1,5. Entrambe si misurano in g cm-3 o in kg dm-3 o in t m-3

31 Accanto al valore assoluto della porosità, ugualmente di notevole importanza sono:
a) macroporosità: insieme degli spazi vuoti più grandi di 6-9 μ nei quali l’H2O non vince per capillarità la forza di gravità e rappresenta la capacità per l’aria b) microporosità: (o porosità capillare) insieme degli spazi più piccoli di 6-9 μ in cui la tensione capillare supera la forza di gravità e rappresenta la capacità per l’acqua - adesione - coesione n fisica, la coesione (dal latino cohaerere: essere congiunto, attaccato, stare unito) è la forza di attrazione di natura elettrostatica che si crea tra le particelle elementari di una stessa sostanza, tenendole unite e opponendosi alle eventuali forze esterne che invece tendono a separarle. L'azione attrattiva è dovuta alle forze intermolecolari e assume valori molto diversi, a seconda dello stato di aggregazione della materia. Pertanto, nello stato solido la coesione è molto intensa, nello stato liquido è minore, ed è quasi nulla nello stato aeriforme. Mentre il termine "coesione" fa riferimento all'azione di attrazione tra molecole di tipo eguale, il termine "adesione" fa riferimento all'azione di attrazione tra molecole di tipo differente.[1] La forza di coesione tra le particelle di un solido può essere rappresentata dalla durezza dei minerali e dalla loro sfaldatura. Le forze di coesione e quelle di adesione hanno notevole importanza nella spiegazione di alcuni fenomeni come la tensione superficiale e la capillarità (che sono anche chiamati "fenomeni di superficie").

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33 Rapporti acqua – terreno

34 Rapporti acqua - terreno
Potenziale idrico ψ (psi): esprime lo stato energetico dell’acqua nel suolo e quindi la forza con cui il terreno trattiene l’acqua che contiene, o anche la resistenza che esso oppone alla sua perdita. Il potenziale idrico si può esprimere come una pressione positiva, negativa o pari a 0 . Si misura in: pascal = Newton/m2 (1 Newton = la quantità di forza necessaria per accelerare un chilogrammo di massa di un metro al secondo quadrato alla pressione esercitata da una colonna di mercurio alta 760 mm); atmosfere = (pressione esercitata da una colonna di mercurio alta 760 mm = circa1 kg/cm2); bar = 0,987 atmosfere; pF = rappresenta il log in base 10 dell’inverso del potenziale idrico espresso in millibar; varia da 0-7 Ψ ha valori positivi quando l’acqua è capace di fare un lavoro e quindi è capace di sfuggire al sistema suolo (acqua in eccesso) Ψ ha valori negativi quando per utilizzarla occorre effettuare un lavoro di suzione per sottrarla al sistema (acqua non in eccesso) Ψ ha valore zero quando non occorre effettuare un lavoro di suzione per sottrarla al sistema (terreno saturo).

35 terreno saturo terreno alla C.C. terreno al P.A.
Acqua disponibile (AD) = quella compresa fra la capacità di campo ed il punto di appassimento; acqua facilmente utilizzabile (AFU), anche meno del 50% dell’AD

36 Tessitura % di acqua del terreno (in volume) P.A. C.C. A.D.
Sabbioso-limoso 4,2 6,9 2,7 Limo-argilloso 10,0 18,4 8,4 Medio impasto 14,3 24,4 10,1 Molto argilloso 26,0 45,9 19,9

37 PERMEABILITA’:. altezza dello strato d’acqua
PERMEABILITA’: altezza dello strato d’acqua assorbibile dalla superficie del terreno nell’unita di tempo (es. 1ora) Sulla permeabilità influisce: la natura del terreno (tessitura, struttura, densità, ecc.) pendenza del terreno copertura della vegetazione epoca e modalità delle lavorazioni distribuzione della pioggia o acqua irrigua

38 I terreni possono essere classificati, in funzione della permeabilità in:
molto permeabili > 40 mm/ora permeabili da 15 a 40 mm/ora mediamente permeabili da 4 a 15 mm/ora poco permeabili da 1 a 4 mm/ora permeabilità molto bassa < 1 mm/ora Nel caso in cui l’apporto idrico (pioggia o irrigazione) risulti di intensità superiore alla permeabilità del terreno saturo si ha ristagno e/o scorrimento superficiale

39 TENACITA’ (coesione): rappresenta la resistenza opposta alla lavorazione e determina lo sforzo di trazione (potenza, tempi di lavoro, ecc.) diminuisce con l’umidità lavorabilità cresce con il contenuto in argilla PLASTICITA’: proprietà di un terreno di cambiare forma sotto l’azione di una forza e mantenerla anche dopo che questa cessa cresce con la % di argilla e varia in funzione della % di H2O: terreno non plastico terreno plastico terreno fluido Caratteristiche lavorabilità di un terreno stato di tempera

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

42 S.O. - PRODOTTI INTERMEDI
La sostanza organica E’ l’insieme del materiale di origine biologica, vivente e non, più o meno decomposto, presente nel terreno. Catena detrito SO - RESIDUI ORGANICI MINERALIZZAZIONE UMIFICAZIONE SOSTANZE MINERALI O, H20, CO2 S.O. - PRODOTTI INTERMEDI HUMUS Sintesi s.o. Decomposizione s.o. Prodotti organici derivati dalla decomposizione dei residui colturali: lignina, fenoli, cere e polisaccaridi: resistenti alla mineralizzazione (demolizione); zuccheri semplici, amminoacidi, proteine: mineralizzati (demoliti) velocemente dalla microflora del suolo.

43 La sostanza organica Si distinguono 2 tipi di sostanza organica: a breve durata e a lunga durata nel tempo. La S.O. a breve durata (humus labile) è rappresentata da residui organici di recente immissione nel suolo; si decompone e mineralizza entro pochi mesi (circa il 66% in 6 mesi) La S.O. a lunga durata (humus stabile) è rappresentata da quei composti organici nuovamente sintetizzati dall’attività biologica dell’Edafon; si decompone nel corso degli anni. Questa forma di S.O. rappresenta l’Humus propriamente detto. Il termine S.O. non è quindi sinonimo di Humus. La S.O. può essere definita come un etero-polimero, ossia un composto macromolecolare di composizione non definita, di elevato peso molecolare, dotato di proprietà colloidale, di colore variabile dal giallo al bruno al nero. La descrizione chimica della S.O. è indefinita a causa della complessità ed eterogeneità della sua composizione. Edafon: insieme di tutti gli organismi viventi del suolo

44 Funzioni della S.O. in relazione
alla sua natura colloidale Nutrizione: fonte di NPK, microelementi; Qualità fisica dei suoli Crescita radici Interazioni tra pianta e microrganismi; Equilibri microbici.

45 Per il calcolo della S.O. del suolo si ricorre alla determinazione della sua quantità di C organico. Sapendo che il C nella S.O. è mediamente il 58%, moltiplicando la quantità di C organico trovato nel suolo x 1,724 (100:58) si risale alla quantità di S.O.

46 C NELL’ATMOSFERA COME CO2
BILANCIO DEL CARBONIO C ORGANICO NEL SUOLO C NELL’ATMOSFERA COME CO2 emissioni indirette (organicazione) Input (mineralizzazione) Output Emissioni da fonti non rinnovabili

47 Bilancio S.O. - INPUT Materiali organici (input di C org. al suolo) :
- Residui colturali (degradazione microbica); - Fertilizzanti organici e ammendanti (letame); - Colture da sovescio. Queste sostanze si trasformano in S.O. del suolo in % diversa in relazione a: loro composizione chimica fertilità biologica del suolo Il rapporto C/N Il Coefficiente isoumico (K1)

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49 Bilancio S.O. - OUTPUT La S.O. del terreno si perde fondamentalmente per mineralizzazione (respirazione che produce acqua, ossigeno, anidride carbonica). La facilità di mineralizzazione di un suolo è espressa dal: Coefficiente di mineralizzazione (K2) Questo coefficiente dipende da: clima: > in zone secche e calde; terreno: > in terreni sabbiosi, lavorati, nudi. Nell’area mediterranea, in media K2 oscilla tra 1,5 e 2%.

50 Influenza del clima e del tipo di terreno sul coefficiente di mineralizzazione della sostanza organica (K2).

51 K2 Esempio della quantità che potrebbe andare persa in un anno nello strato arato (30 cm) da un ettaro di terreno sabbioso con: - densità apparente di 1,5 t/m3 - contenuto in S.O. pari a 1,25% - peso terreno = t/ha ( x 0,3 x 1,5) - peso della S.O. = 56,3 t/ha (4.500 x 1,25/100) assumendo K2 = 2.5 (clima temperato) - perdita S.O = 1,41 t/ha/anno (56.3 x 2.5/100)