Eco new farmers. Modulo 2 Suolo e ciclo degli elementi. Sezione 2 Il Sistema pianta/suolo

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1 Eco new farmers Modulo 2 Suolo e ciclo degli elementi Sezione 2 Il Sistema pianta/suolo

2 Modulo 2 Suolo e ciclo degli elementi Sezione 2 Il Sistema pianta/suolo 1. Introduzione Trovare l equilibrio tra la domanda e l'offerta di sostanze nutritive è una questione complicata. Senza abbastanza nutrienti i raccolti saranno limitati. Se l'offerta supera la domanda di sostanze nutritive possono verificarsi delle perdite con conseguente inquinamento ambientale. La sincronizzazione (timing) tra la domanda e l'offerta di azoto è probabilmente la più grande sfida della produzione agricola biologica. 2. Mineralizzazione La Mineralizzazione è un processo con il quale l azoto nel suolo è trasformato dalla forma organica in quella minerale assimilabile dalla pianta. I microrganismi del suolo sono gli strumenti per attuare questo processo. Le piante possono usare sia l ammonio (NH + 4 ), che nitriti (NO - 2 ) e nitrati (NO - 3 ), anche se la maggior parte preferisce i nitrati. Il processo inverso è chiamato immobilizzazione (Figura 1). Crescita della pianta N nella sostanza organica Mineraliszzazione Immobilizzazione Ammonio + (NH 4 ) Mineralizzazione Immobilizzazione Nitriti e Nitrati (NO 2, NO3 ) Fig.1. Processi di mineralizzazione ed immobilizzazione dell azoto nel suolo Il tipo di materia organica presente influenza il tasso di rilascio dell'azoto dalla sostanza organica. Questo è noto come 'il tasso di mineralizzazione'. L'azoto è mineralizzato in modo più rapido da residui vegetali freschi piuttosto che che da paglia o letame (Figura 2). La temperatura, il contenuto d'acqua e la struttura del suolo influenzano anche il tasso di mineralizzazione.

3 Sostanza organica rimanente (%) Letame aziendale Paglia Residui vegetali freschi tritati Anno Fig.2. Tasso di mineralizzazione della sostanza organica proveniente da diverse fonti 2. Fissazione dell azoto Nell agricoltura convenzionale, i fertilizzanti solubili sono la principale fonte di azoto. Nei sistemi biologici la fonte più grande è la fissazione dell azoto atmosferico. I batteri che vivono nei noduli che si trovano sulle radici delle piante leguminose convertono l'azoto che si trova nell atmosfera in materiale vegetale. Questo è un rapporto simbiotico tra piante e batteri (Figura 3). Le leguminose includono trifogli, vecce, piselli e fagioli. Batteri simbionti Fig.3. I noduli dei batteri simbionti sulle radici del trifoglio (piante leguminose) La quantità di azoto fissato varia a seconda delle colture (Tabella 1). Le leguminose foraggere, come il trifoglio e l erba medica, generalmente fissano grandi quantità di azoto che fornisce azoto sia per il raccolto che per il suolo.

4 Nelle leguminose da granella, come piselli e fagioli, la maggior parte dell'azoto fissato è raccolto nei semi, restituendo pochi benefici al terreno. Le pratiche di gestione come il pascolo e il taglio influenzano la quantità di azoto fissato. Le temperature e gli andamenti stagionali dello sviluppo delle piante influiscono pure sulla fissazione dell'azoto. 3. Ciclo dell azoto Tabella 1. N fissato da differenti specie di leguminose N fissato Kg ha -1 Trifoglio bianco (anni 1 e 2) 150 Trifoglio bianco (3 anno) 85 Trifoglio rosso 240 Piselli/veccia 175 Fagioli 240* Lupini 125* * La maggior parte dell N fissato viene consumato dal grano Finora abbiamo trattato alcuni importanti processi del Ciclo dell azoto (Figura 4) - mineralizzazione, immobilizzazione, assimilazione delle piante e la fissazione dell'azoto. Altri processi importanti sono la lisciviazione, che è la perdita di nitrati nelle acque di scarico e perdite gassose in atmosfera e la volatilizzazione che è la perdita diretta di gas ammoniaca. Azoto gassoso e protossido di azoto possono entrambi essere persi all'atmosfera mediante un processo microbico chiamato denitrificazione. L'agricoltura biologica mira a ridurre al minimo queste perdite in atmosfera.

5 N in atmosfera 2 Fissazione simbiotica Fertilizzante Denitrificazione Prodotti consumati dall uomo e dagli animali Assimilazione Residui delle piante rimaste nel suolo N organico (sostanza organica nel suolo e microbi) Ammonio NH 4 + Nitriti NO 2 Nitrati NO 3 Fig.4. I processi del Ciclo dell azoto includono mineralizzazione, immobilizzazione, assimilazione delle piante e 4. Ciclo del fosforo azotofissazione Ora sapete quanto sia importante la materia organica del suolo per la fornitura di nutrienti e che l'azoto gioca un ruolo essenziale. Ammonificazione Volatilizzazione (Perdita diretta di gas di ammoniaca) Nitrosomonas Nitrobacter Lisciviazione (Perdita nelle acque di drenaggio) Un altro contributo importante è quello del Fosforo (P). Il fosforo apportato al suolo con i concimi organici ed i residui del raccolto viene reso disponibile per le piante dalle attività microbiche. Il fosforo apportato al suolo in forma minerale, per es. il fosfato di roccia, è anche reso disponibile per le piante dall azione microbica. Nel caso del fosfato, questo può richiedere però molto tempo.

6 Prodotto consumato dagli animali e dall uomo P in piante viventi Breakdown of organic material P nella sostanza organica del suolo & microrganismi Assimilazione I fosfatici insolubili P nella soluzione del suolo Mineralizzazione Fertilizzanti contenenti fosfato solubile in acqua P disponibile nella parte labile Fissazione Lento rilascio Fosfato contenente minerali e P fissato Fertilizzanti fosfatici insolubili Fig.5. I processi del Ciclo del fosforo comprendono mineralizzazione, assimilazione delle piante e fissazione del fosforo Fino al 70% del fosforo si trova nel terreno in forme non assimilabili dalle piante, il resto è presente nella sostanza organica. Gli organismi del suolo sono molto importanti per il Ciclo del fosforo. Alcuni batteri possono secernere acidi organici che rilasciano i fosfati minerali, ad es. fosfato. Funghi chiamati funghi micorrizici arbuscolari possono migliorare l'accesso delle piante al fosforo. I funghi micorrizici arbusculari (AMF) vivono in Associazione simbiotica con le piante e sono in circolo da milioni di anni (Figura 6). Sono presenti in molte famiglie di piante, eccetto le famiglie di Brassicaceae e le Chenopodiaceae ed apportano benefici alle piante in molti modi oltre all assimilazione di fosforo. I benefici dei funghi micorrizici arbusculari sono il miglioramento della struttura del suolo e la resistenza alle malattie. Sono però molto influenzati dai sistemi di gestione e hanno avversione nei confronti di pesticidi, fertilizzanti e lavorazioni. Fig.6. I funghi micorrizici arbusculari (AMF) sulle radici di una pianta

7 5. Ciclo del potassio Il terzo elemento importante è il potassio, la cui disponibilità è in gran parte controllata dalla chimica del suolo. C'è un continuo scambio di potassio tra le riserve del suolo (figura 7). Queste riserve differiscono nella loro disponibilità per le piante. I fertilizzanti solubili, come il solfato di potassio, e il letame apportano potassio alla soluzione di riserva del terreno. Altri prodotti come la farina di pietra e roccia potassa contribuiscono alle priserve che diventano disponibili solo per le piante nel lungo termine. K nelle piante viventi Parte del K può essere espulso dall apparato radicale quando le piante raggiungono la maturità Assimilazion K nella soluzione circolante del terreno K scambiabile Prodotti consumati dall uomo e dagli animali. La maggior parte del K è nelle urine ed è solubile K fertilizzanti Fissazione Agenti atmosferici K nei reticoli minerali argillosi Fig.6. Il Ciclo del potassio è in gran parte controllato dalla chimica del suolo 6. PH del suolo e disponibilità di nutrienti Infine, in questa sezione, vediamo l'effetto del ph sulla disponibilità di nutrienti. PH è una misura di acidità del suolo: ph 7 è neutro, al di sotto di questo livello il terreno è acido, al di sopra di 7 è alcalino (Figura 8a). Gli elementi primari sono principalmente disponibili con un ph tra 6 e 8. Ferro, manganese, rame e zinco sono più disponibili con un ph basso (cioè quando il terreno è acido) (figura 8b).

8 Acido Neutro Alcalino (a) (b) Alta disponibilità Bassa disponibilità Fig.7. (a) Il ph del suolo da acido (ph basso) ad alcalino (ph alto) e (b) la disponibilità di nutrienti nei suoli a seconda dei diversi ph 7. Riassunto In questa sezione sono stati presentati i diversi processi chimici e biologici che forniscono alle piante azoto, fosforo e potassio. La fissazione dell azoto è la più importante fonte di azoto in agricoltura biologica. Fosforo e potassio provengono sia da fonti organiche che inorganiche.