Il ciclo del Carbonio (3/3): Caratteristiche dei composti umici Prof.ssa Serenella Nardi

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Giovanna Abate
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1 Università degli Studi di Padova Facoltà di Agraria Dipartimento di Biotecnologie Agrarie Il ciclo del Carbonio (3/3): Caratteristiche dei composti umici Prof.ssa Serenella Nardi

2 Indice Definizione e inquadramento delle forme di C Il ciclo della sostanza organica proprietà mineralizzazione/umificazione Umificazione teorie Estrazione caratteristiche caratterizzazione Caratteristiche dei composti Umici

3 SOSTANZE UMICHE Estratto con alcali SOLUZIONE SOLUBILE UMINA ACIDO IMATOMELANICO ACIDO UMICO Trattamento con acido Solubilizzazione in una base e trattamento con un elettrolita ACIDO FULVICO ACIDO UMICO GRIGIO ACIDO UMICO FULVO

BIOMOLECOLE NON-UMICHE DI ORIGINE VEGETALE E MICROBICA CARBOIDRATI IDROLISI (H2SO4) ESOSI, PENTOSI, AMINOZUCCHERI, ACIDI URIONICI PROTEINE IDROLISI (HCl) AMINOACIDI

4 BIOMOLECOLE NON-UMICHE DI ORIGINE VEGETALE E MICROBICA CARBOIDRATI IDROLISI (H2SO4) ESOSI, PENTOSI, AMINOZUCCHERI, ACIDI URIONICI PROTEINE IDROLISI (HCl) AMINOACIDI RESIDUI DI LIGNINA OSSIDAZIONE e TERMO-CHEMOLISI STRUTTURE MONOMERICHE DI FENILPROPANOIDI COMPOSTI ALIFATICI ESTRAZIONE (SOLVENTI ORGANICI) STRUTTURE ACIDO GRASSO-TIPO

5 Acidi fulvici Acidi umici Umine Polimerizzazione Bassa Sferocoloidi Elevata Colore Giallo-arancio Marrone-nero Nero Proprietà delle Sostanze Umiche %C %N Acidità Elevata Bassa Adsorbimento H 2 O e ionico Leggero Elevato Leggero Mobilità Molto mobili Poco mobili Origine Chimica Biologica Presenza Terreni acidi poveri con bassa attività biologica Terreni debolmente acidi-neutri, ricchi di nutritivi, con elevata attibità biologica Invecchiamento degli umati e fulvati In tutti i suoli

6 Le SostanzeUmiche DEFINIZIONE E CARATTERIZZAZIONE DELLE SOSTANZE UMICIHE Le SOSTANZE UMICHE hanno una loro precisa identità chimica diversa rispetto a quella di altri prodotti Sono organici eteropolimeri come a peso di seguito e complessità indicato: molecolsre variabile. 1. Sono eteropolimeri a peso e complessità molecolare variabile; il peso molecolare può variare Sono dall ordine costituite da delle un nucleo centinaia centrale (acidi che fulvici) deriva dall assemblaggio ad uno dell ordine di anelli delle aromatici, centinaia di chinonici migliaia ed eterociclici di daltons a (acidi cui si umici). legano catene alifatiche e gruppi funzionali periferici; 2. Sono costituiti da un nucleo centrale che deriva dall assemblaggio di anelli aromatici, chinonici ed eterociclici a cui si legano catene alifatiche e gruppi funzionali periferici; la presenza di strutture alifatiche è più elevata di quanto si ritenesse in precedenza. Figura: Principali costituenti delle sostanze umiche (Schroeder, 1984).

7 Le SostanzeUmiche SONO SOSTANZE QUATERNARIE (contengono C, H, O, N); SONO COMPLESSI METALLO-ORGANICI HANNO UN ELEVATA CAPACITÀ DI SCAMBIO CATIONICO NEL TERRENO TENDONO A POLICONDENSARSI E RAGGIUNGONO PESI MOLECOLARI APPARENTI MOLTO ELEVATI I POLICONDENSATI UMICI TENDONO A LEGARSI GLI UNI AGLI ALTRI FORMANDO MICELLE COLLOIDALI LE PROPRIETÀ SOPRA E LENCATE DETERMINANO LA FORMAZIONE DI CARATTERISTICI SPETTRI ALL INFRAROSSO

8 analisi elementare: C, H, N, S possono essere facilmente e rapidamente determinati con gli analizzatori automatici, mentre O è determinato per differenza (O = (C+H+N+S) Elemento Acidi fulvici % del campione secco e senza ceneri Acidi umici Carbonio Ossigeno Idrogeno Azoto Zolfo

9 gelfiltrazione: tecnica che si basa sulla separazione delle varie classi molecolari delle sostanze umiche attraverso l'eluizione su colonne riempite di una sostanza gelatinoso e porosa. Il gel più usato è il Sephadex che è costituito da catene di un polisaccaride, il destrano, dove le macromolecole lineari sono legate insieme in modo più o meno fitto così da ottenere una struttura tridimensionale con degli spazi interni vuoti di grandezza diversa. I vari tipi di Sephadex esistenti hanno un limite di esclusione molecolare che varia con il grado di concatenazione molecolare.

10 CARBONIO AZOTO OSSIGENO IDROGENO

11 ANALISI DEL MODELLO HA E FA (SCHNIZER AND KHAN, 1978) ELEMENTI (%) HA FA C H N S O GRUPPI FUNZIONALI HA Acidità totale FA -COOH OH fenolici OH alcolici C=O chinonici C=O chetonici OCH 3 (gruppi metossilici) E 4 /E 6 (indice di Welte)

12 Alcuni caratteri dei terreni contenenti diversi tipi di humus forestali Tipo di humus Mor Moder Mull Orizzonti O 5-20 cm A1 2-5 cm Ben differenziati O 2-3 cm A1 nero con limite netto O mancante A1 spesso Struttura Aggregato umici e aggregati minerali separati Complessi argilloso-umici Sostanza organica % (40-50) 5-25 (12-18) C/N Capacità di scambio meq/100g Tasso di saturazione basica % (60-100) ph ( ) Condizioni di formazione Fauna dominante Foresta di aghifoglie, terreno degradato, lettiera aggressiva Assente o scarsa Acari e collemboli Foresta rada di latifolgie Foresta di aghifoglie Varia Artropodi Microflora dominante Funghi acidofili Funghi acidofili Batteri Foresta di latifoglie, terreno ben areato ricco di basi Varia Lombrichi Batteri, attinomiceti, funghi Mineralizzazione Lenta Media Rapida Umificazione Formazione di composti solubili che migrano nell orizzonte B Variabile, formazione di aggregati umici Sintesi di complessi argillosoumici Criteri adottati per la differenziazione dei diversi sottotipi Sviluppo relativo dell orizzonte O e A1 Sviluppo relativo dell orizzonte O e A1 Dimensione aggregati argillosoumici

13 RIPARTIZIONE % IN COLONNA Sephadex G100 delle S.U. estratte con NaOH 0.5 M da alcuni terreni forestali (Dell Agnola e Ferrari, 1971) PESO MOLECOLARE APPARENTE Natura della S.O. Orizzonti > < Mor su podzol A B Moder mulliform e gemellar e A B Moder micogeni co A B Spettri NMR

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