CHIMICA DEL SUOLO A.A. 2006/07

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1 Tipologia del corso Corso Obbligatorio Docente Alessandra Premoli Obiettivo del corso: Fornire allo studente le conoscenze di base per la comprensione delle proprietà chimico-fisiche che determinano il comportamento nel suolo di specie chimiche sia essenziali che tossiche. Contenuti del corso - La frazione minerale del suolo (1,0 CFU) Classificazione dei silicati. Struttura dei minerali argillosi. Ossidi e idrossidi di Fe e Al. - La frazione organica (0,5 CFU) Componenti. Decomposizione, mineralizzazione e umificazione. Ruolo e funzioni. Equilibri biologici e conservazione del suolo. - Le proprietà fisiche del suolo (0,1 CFU) Tessitura. Struttura. Importanza agronomica della tessitura e della struttura. - Le proprietà chimico-fisiche del suolo (2,0 CFU) Carica permanente e carica ph dipendente della frazione colloidale. Adsorbimento e scambio cationico. Adsorbimento specifico. -Reazione in ph del suolo(0,5 CFU) Equilibri acido-base nel suolo. Potere tampone. Suoli calcarei. Influenza del ph sulla disponibilità dei nutrienti. - Le acque di irrigazione (0.5 CFU) Suoli a reazione anomala e loro correzione. - Reazioni redox (0.2 CFU) Suoli sommersi. - Controllo dell inquinamento da agenti inorganici (0,2 CFU) Mobilità dei metalli pesanti nel suolo. Materiale didattico Il materiale didattico utilizzato durante le lezioni è reperibile presso la Biblioteca della Facoltà. Testi consigliati Sequi P.: Fondamenti di Chimica del Suolo. Patron Ed., 2005 Sequi P.: Chimica del Suolo. Patron Ed., Radaelli L., Calamai L.: Chimica del Terreno. Piccin, 2001 Per approfondimenti McBride M.B.: Environmental Chemistry of Soils, Oxford University Press,1994. Bohn H.L., McNeal B.L., O Connor G.A.: Soil Chemistry, Wiley & Sons, Propedeuticità consigliate: Chimica organica, Matematica, Fisica, Chimica generale, Chimica organica Modalità d esame: Durante il corso vengono effettuate verifiche di apprendimento con il solo scopo di guidare lo studente nella preparazione alla prova orale finale. Ricevimento studenti: Mercoledì, ore CHIMICA DEL SUOLO A.A. 2006/07 Corso di Laurea inscienze e Tecnologie Agrarie Dipartimento di Scienze Ambientali Agrarie e Biotecnologie Agro- Alimentari tel: fax: apremoli@uniss.it Anno II Semestre II Attività formativa prevista 4 CFU (32 ore)

2 CHIMICA DEL SUOLO A.A. 2006/07 Storicamente: il suolo è la componente dell ecosistema, composta di frammenti di rocce, minerali e sostanza organica, che copre una parte delle superfici emerse della Terra e costituisce l interfaccia tra l atmosfera, la litosfera e l idrosfera. Il punto di vista contemporaneo: il suolo costituisce una risorsa naturale non rinnovabile che, raggiunta una condizione di stabilità determinata da fattori di stato (roccia madre, clima) può, per alterazione (erosione, inquinamento) di tali fattori, regredire verso la rottura dell equilibrio (degradazione)

3 Molecole organiche ad alto e basso peso molecolare? Specie polimeriche solubili con attività complessante e/o riducente anioni cationi?

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5 Biomassa del suolo Microflora: batteri, funghi, attinomiceti, alghe Microfauna: (< 0,2 mm): protozoi, Mesofauna (0,2 mm<dim.<2 mm): collemboli, acari Macrofauna (2 mm< 20 mm): macroinvertebrati Megafauna (> 20 mm): (Insettivori, Roditori) MACROINVERTEBRATI DEL SUOLO Anellidi Oligocheti: Lumbricidi ed Enchitreidi Aracnidi: Opilioni, ragni, pseudoscorpioni. Miriapodi: Millepiedi, centopiedi, scolopendre. Crostacei: Isopodi, i porcellini di terra Molluschi: Gasteropodi polmonati, chiocciole e limacce. Artropodi: Coleotteri, Ortotteri (grillotalpa), Imenotteri Insetti: Formiche, coleotteri, larve di ditteri e termiti

6 PROFILO: sezione verticale del suolo in cui si osservano strati (ORIZZONTI ) uniformi, disposti parallelamente alla superficie del suolo

7 Composizione del suolo

8 FASE GASSOSA Aria nell atmosfera O 2 + CO 2 21% Aria nel suolo O 2 + CO 2 21% CO 2 0,03% CO 2 0,1 - > 5% acqua aria M CO2 = K H x P CO2 K CO2 =

9 P CO2 0,00033 ph 5,7 P CO2 0,003 0,03 ph 4,6 Nei suoli sommersi P CO2 0,2 ph 4,4 Il contenuto in CO 2 nella fase gassosa del suolo dipende dall attività microbica e dall attività radicale e dalla velocità di diffusione verso l atmosfera

10 Distribuzione delle specie CO 2 in soluzione aq in relazione al ph H 2 CO 3 HCO 3 - CO 3 2- ph = pk a + log [A - ] / [HA] ph CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 K = 5,4 x 10-5 pk = 4.26 H 2 CO 3 + H 2 O H 3 O + + HCO 3 - K a = 4,4 x 10-7 pk a = 6,36 HCO H 2 O H 3 O + + CO 3 2- K a = 4,4 x pk a = 10,33

11 FASE LIQUIDA

12 Concentrazione di importanti ioni nella soluzione del suolo Ione mg/l Molarità, x 10-6

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14 Densità di carica di uno ione = CARICA / RAGGIO Ione Raggio ionico (pm) Energia di idratazione (Kcal/mol) Li Na K Mg Ca Ba Raggio ionico: Li + < Na + < K + Mg 2+ < Ca 2+ < Ba 2+ Densità di carica: Li + > Na + > K + Mg 2+ > Ca 2+ > Ba 2+ Energia di idratazione: Li + > Na + > K + Mg 2+ > Ca 2+ > Ba 2+

15 (0.65 A) Raggio ionico: Li + < Na + < K + Mg 2+ < Ca 2+ < Ba 2+ Densità di carica: Li + > Na + > K + Mg 2+ > Ca 2+ > Ba 2+ Energia di idratazione: Li + > Na + > K + Mg 2+ > Ca 2+ > Ba 2+

16 hv O 2 Asportazione CO 2 H 2 O Il ciclo dei nutrienti si interrompe quando vengono asportate le colture. La fertilizzazione ristabilisce il pool dei nutrienti. Fertilizzazione Assorbimento Minerali Alterazione Fissazione Nutrienti Mineralizzazione Sostanza organica Lisciviazione

17 Un suolo ha una dinamica ideale dei nutrienti se questi possono essere immagazzinati in forma strettamente legata, e perciò protetti dalla lisciviazione, ma prontamente mobilizzabili in caso di perdite Nutrienti solubili Nutrienti scambiabili Nutrienti di riserva I nutrienti si trovano nel suolo in 3 forme: solubili nella soluzione del suolo: non essendo legati, sono prontamente disponibili; scambiabili: cationi e anioni strettamente legati a complessi di scambio elettricamente carichi (particelle di argilla e humus) e in generale facilmente disponibili; di riserva: nutrienti che si trovano in composti da moderatamente a leggermente solubili; una piccola frazione è prontamente mobilizzabile e perciò parzialmente disponibile, ma la maggior parte sono praticamente non disponibili per lungo tempo.

18 Elementi principali N, P, K Elementi secondari Ca,, Mg, S Microelementi B, Co,, Cu, Fe, Mn,, Mo, Zn

19 NUTRIENTI - Macroelementi: N, P, S (specie anioniche) N, Ca, Mg, K (specie cationiche) - Microelementi: Fe, Mn, Zn, Cu (specie cationiche) Cl, B, Mo (specie anioniche)

20 Composizione della fase solida del suolo composizione in peso sostanza organica argilla sabbia limo composizione in volume sabbia sostanza organica limo argilla

21 La distribuzione percentuale delle frazioni granulometriche prende il nome di TESSITURA. La Tessitura regola molteplici funzioni e proprietà specifiche del terreno, quali i fenomeni di ritenzione idrica e dei nutrienti, gli scambi gassosi e la permeabilità, la plasticità e la lavorabilità. Sistema internazionele o di Atterberg (diametro in mm) Classificazione dei terreni in base alla loro composizione granulometrica, secondo il criterio USDA. Rappresentazione in diagramma triangolare di un terreno avente composizione granulometrica con 50% di sabbia, 20% di limo e 30% di argilla.

22 TESSITURA

23 MACROSTRUTTURA: forma e dimensioni degli aggregati lamellare: l aggregazione ricorda foglietti sovrapposti prismatica: orientamento verticale degli aggregati comune soprattutto negli orizzonti profondi poliedrica: gli aggregati ricordano un blocco comune soprattutto negli orizzonti profondi granulare: gli aggregati ricordano delle sfere tipica degli orizzonti superficiali di molti suoli coltivati

24 Microstruttura: disposizione e composizione delle particelle, sostenuta da interazioni con ioni e cementi Complesso argillo-umico Aggregazione molto stabile 200 nm Fattori che condizionano la struttura del suolo: argilla, sostanza organica, minerali di Fe e Al, basi di scambio (Ca 2+,Na +, H +, Al 3+ ) lavorazioni