Soil C is the basis of Soil Fertility and Plant Productivity. Fertilità del suolo

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Massimo Motta
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1 Soil C is the basis of Soil Fertility and Plant Productivity Fertilità del suolo

2 Il ciclo globale del carbonio Flussi di carbonio tra i comparti dell ecosfera. Il comparto dei combustibili fossili (fossil fuel) corrisponde al pool geologico (1 Pg = g) (Brady and Weil, 2002).

3 Il ciclo globale del carbonio Flussi di carbonio tra i comparti dell ecosfera. Il comparto dei combustibili fossili (fossil fuel) corrisponde al pool geologico (1 Pg = g) (Lal, 2008).

4 Mass of organic C in the world s soils Stima del contenuto in carbonio organico nei suoli delle terre emerse (1 Pg = g) (Brady and Weil, 2002).

5 La sostanza organica del suolo Per sostanza organica del terreno (SOM) si deve intendere l'insieme complesso ed eterogeneo di componenti organiche, viventi e non viventi (esclusi i residui vegetali grossolani, la macrofauna e la mesofauna) presenti nel suolo. Appartengono alla SOM composti diversi per composizione chimica e fisica, per funzioni e dinamiche, risultanti dai processi di accumulo, degradazione, decomposizione e resintesi di residui rilasciati da organismi microbici, animali e vegetali residenti nel terreno.

6 La SOM comprende: Le biomasse degli organismi viventi animali, vegetali e microbici, costituenti le comunità edafiche Tutte le necromasse (animali, vegetali e microbiche) integre o in fase più o meno avanzata di demolizione delle strutture cellulari I materiali di neogenesi, di natura complessa e di struttura chimica non ancora ben definita, meno suscettibili di decomposizione e genericamente indicati con il nome di sostanze umiche Tutti i composti di natura organica rilasciati nel suolo dagli apparati radicali (come gli essudati e le rizodeposizioni) e dai microrganismi (ad es. gli enzimi del suolo)

7 Origine e composizione degli apporti organici al suolo

8 Fonte primaria del C organico del suolo è il C fotosintetico

9 I fotosintetati raggiungono il suolo ed alimentano le catene trofiche delle comunità edafiche

10 Origine e composizione degli apporti organici al suolo C flow Esiste un flusso continuo di carbonio organico (C flow) che rifornisce gli orizzonti del suolo distribuendosi in modo diversificato lungo il profilo. Fonte primaria del C organico del suolo è il C fotosintetico.

11 La lettiera I residui vegetali freschi contengono, mediamente, dal 60 al 90 % (p/p) di acqua. La sostanza secca (60 C, 3 giorni) è costituita principalmente da C (42 %), O (42 %), H (8 %), oltre ad altri elementi.

Il turnover della sostanza organica nel suolo I residui rilasciati sia durante le fasi vitali che come necromasse animali, vegetali e microbiche subiscono continuamente nel suolo processi biotici di

12 Il turnover della sostanza organica nel suolo I residui rilasciati sia durante le fasi vitali che come necromasse animali, vegetali e microbiche subiscono continuamente nel suolo processi biotici di trasformazione. Il processo biotico di trasformazione della SOM in forme minerali solubili è chiamato mineralizzazione, il processo inverso è definito immobilizzazione. Una quota del C si deposita come humus.

13 Destino del C nel suolo CO 2 C input 5-15% (immobilizzazione) Biomassa microbica Humus

14 Fasi della decomposizione microbica del residuo organico nel suolo Residuo minerale Quantità iniziale del residuo organico Fase iniziale: Decomposizione di sostanze facilmente degradabili. Parziale conversione a CO 2 (mineralizzazione) e a biomassa microbica (B) (immobilizzazione). B CO 2 Fasi intermedie: Cellulosa e altri carboidrati utilizzati con ulteriore perdita di peso. Formazione di nuova biomassa microbica (B) e parziale mineralizzazione della stessa. B CO 2 B CO 2 Fasi intermedie: Ulteriore perdita di cellulosa. Inizio della decomposizione della lignina. Ulteriore mineralizzazione della biomassa microbica (B). B CO 2 B B CO 2 CO 2 Fase terminale: Mineralizzazione di parte del materiale resistente, formazione e mineralizzazione di biomassa microbica, conversione a CO 2. Circa 1/3 del carbonio iniziale rimane nel suolo alla fine del ciclo.

15 Destino del residuo aggiunto al suolo Soil organism population and CO 2 released Amount of organic substance in the soil

I fattori che controllano i processi biologici di trasformazione della SOM sono: la temperatura del suolo l umidità del terreno la disponibilità di O 2 il contenuto ed il tipo di argilla il contenuto

16 I fattori che controllano i processi biologici di trasformazione della SOM sono: la temperatura del suolo l umidità del terreno la disponibilità di O 2 il contenuto ed il tipo di argilla il contenuto in carbonati totali il ph l addizione di sostanza organica fresca la qualità del residuo (rapporto C/N, lignocellulosa, polifenoli, resine, etc.) la presenza di nutrienti le caratteristiche geomorfologiche la profondità del profilo le attività antropiche

17 Dinamiche di accumulo e mineralizzazione della SOM in risposta a diversificate condizioni di T e umidità del suolo Aerobic conditions Anaerobic conditions

18 Contenuto in sostanza organica nei suoli europei in relazione ai gradienti di temperatura ed umidità (da Buckman e Brady, 1960)

19 I dati sono riferiti allo strato superficiale (0-30 cm) (da Zdruli et al., 2004)

20 Tassi di mineralizzazione annua (k) della SOM in climi temperati in relazione al contenuto in argilla e in carbonati totali Calcolati secondo la relazione empirica di Rémy e Marin-Lafléche

21 Cambiamenti nelle frazioni della SOM in risposta alla coltivazione (primi 25 cm) Soil organic matter (Mg ha -1 )

22 Il rapporto C/N del residuo C/N 25

23 C/N = 8:1 C/N = 12:1

24 Trasformazioni della lettiera in relazione al rapporto C/N del materiale vegetale e al contenuto di N solubile presente nel suolo C lost as CO kg C (88%) 2240 kg C (67%)

25 L interessante caso della paglia di cereali Elemento Contenuto medio (%) Carbonio 42,0 } C/N = 70 Azoto 0,60 Fosforo 0,07 Potassio 0,75 Calcio 0,25 Magnesio 0,09 Sodio 0,008 N supply: 0,8 1,0 kg N per 100 kg paglia interrata

26 La qualità della lettiera Alta/media qualità Bassa qualità Effetto del contenuto in lignina, polifenoli e rapporto C/N del residuo organico sul rilascio di N solubile nel suolo. Valori soglia: lignina, 20%; polifenoli, 3%; C/N, 30.

27 Cambiamenti nei livelli di attività microbica, N solubile e nel rapporto C/N del residuo dopo aggiunta di materiale organico con C/N > 25 (a) e C/N < 25 (b). Si noti la fase di carenza di N solubile in (a).

28 Dinamiche di rilascio di N minerale dal residuo organico in relazione alla presenza di Cephalobus persegnis Il rilascio di N minerale è promosso da forme di gestione che favoriscono catene trofiche complesse con molti livelli trofici

g kg -1 suolo secco % org C org :N tot :P org :S tot Carbonio 4.5-38 14 100 130 Azoto 0.2 5.0 1.5 95-99 10 Fosforo 0.

29 non solo carbonio La frazione organica del suolo è fonte primaria di atomi di C, N, P e S presenti secondo quantitativi e rapporti stechiometrici che si mantengono generalmente costanti. g kg -1 suolo secco % org C org :N tot :P org :S tot Carbonio Azoto Fosforo Zolfo Tali rapporti cambiano in relazione al tipo di suolo: Suolo indisturbato di prateria 200:10:1:1 Suolo organico 160:10:1.2:1.2

30 Destino del C nel suolo CO 2 + H 2 O, NH 4+, (NO 3- ), H 2 PO 4-, SO 4 2-, K +, Na +, Mg 2+, Ca 2+, Fe 3+, Zn 2+, Cu 2+, Mn 2+ e altri micronutrienti rilasciati nel suolo C input 5-15% (immobilizzazione) Biomassa microbica Humus

31 La sostanza organica è fonte di nutrienti

32 La sostanza organica è fonte di nutrienti

33 Dinamiche di rilascio di nutrienti da decomposizione di residuo di differente qualità

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