L acqua nel suolo. Gassosa (vapore acqueo, solitamente meno di 5 g/kg Solida (ghiaccio) Liquida Non è mai pura Si può definire soluzione circolante

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Edoardo Bruno
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1 La fase liquida

2 L acqua nel suolo Gassosa (vapore acqueo, solitamente meno di 5 g/kg Solida (ghiaccio) Liquida Non è mai pura Si può definire soluzione circolante

4 La fase liquida è composta dalla soluzione circolante, in altri termini dall acqua e dai sali minerali in essa disciolti. Questo componente del terreno è soggetto ad ampie fluttuazioni in virtù della dinamica degli apporti meteorici e di quelli da falda, dell'evapotraspirazione e della percolazione profonda. La proprietà fisica del terreno strettamente correlata alla fase liquida è il potenziale idrico.

5 Potenziale idrico È una grandezza che esprime la forza con cui il terreno lega la soluzione circolante e, quindi, il lavoro necessario per sottrarre l'acqua al terreno. Per convenzione si misura in MPa (Pa = N/m 2 ). Ha quasi sempre valori negativi. Il potenziale idrico (Ψw) può essere espresso come la somma algebrica di più potenziali: Ψw = Ψm + Ψo + Ψg

6 Dove: Ψm è definito potenziale matriciale o capillare e rappresenta la forza con cui la matrice solida trattiene l'acqua in virtù dei fenomeni di capillarità e di adsorbimento. Il potenziale matriciale aumenta con il tenore in particelle fini e, in particolare, quelle dotate di proprietà colloidali. Esso dipende dalla capacità delle molecole d acqua di formare legami idrogeno con le superfici delle componenti solidi del suolo e dai fenomeni di capillarità che sono alla base della ritenuta idrica nei micropori. È la componente più significativa del potenziale idrico nel terreno agrario in condizioni ordinarie.

7 Ψo è definito potenziale osmotico dipende dalla concentrazione dei soluti in acqua ed esprime l energia con cui l acqua è attratta dai soluti in essa disciolti. In condizioni ordinarie ha un contributo minimo, ma può diventare considerevole nei terreni salini, nei terreni aridi e in quelli che hanno subito un apporto considerevole di concimi chimici. Il valore del potenziale osmotico, sempre riferito all'unità di volume, si determina analiticamente applicando l'equazione: dove π è la pressione osmotica; m è la concentrazione molare; i è il fattore di van 't Hoff; R è la costante dei gas (8,3144 J mol 1 K 1 ); T è la temperatura assoluta.

8 Ψg è definito potenziale gravitazionale e rappresenta la forza con cui il terreno si oppone all'adsorbimento dell'acqua in virtù della forza gravitazionale. Il potenziale gravitazionale concorre in misura trascurabile nel determinare il potenziale idrico.

9 Il potenziale matriciale e osmotico sono negativi perché agiscono nel senso della ritenzione dell acqua al suolo. Infatti, l'acqua trattenuta nei micropori è soggetta ad una pressione negativa (tensione) e il suo valore è tanto più basso quanto maggiore è il raggio di curvatura dei menischi nell'interfaccia di separazione fra acqua e aria del terreno.

L'acqua adsorbita sui colloidi è soggetta ad una tensione ancora più bassa e il suo valore è tanto più basso quanto minore è il numero di strati di solvatazione che

10 L'acqua adsorbita sui colloidi è soggetta ad una tensione ancora più bassa e il suo valore è tanto più basso quanto minore è il numero di strati di solvatazione che rivestono la superficie dei colloidi. Pertanto, il potenziale matriciale ha un valore negativo ed è tanto più basso quanto minore è il contenuto dell'acqua nel terreno.

11 S: particella non colloidale A: colloide minerale H: colloide organico I: acqua adsorbita C: acqua capillare m: macroporo

12 Analogamente, dato che l'acqua nel terreno non è mai allo stato puro, bensì è una soluzione in cui gli ioni disciolti esercitano forze di attrazione elettrostatica sulle molecole d'acqua. La pressione osmotica è sempre negativa.

13 Il potenziale gravitazionale, che tende a portare l acqua fuori dal suolo a causa del campo gravitazionale, ha segno positivo.

14 Il potenziale idrico assume, nella maggior parte dei casi, un valore negativo. Occorre perciò fare attenzione al significato delle locuzioni potenziale alto e potenziale basso. Trattandosi di valori negativi, un potenziale alto (basso in valore assoluto) presuppone una bassa capacità di ritenuta dell'acqua, perciò le piante effettueranno una modesta spesa energetica. Al contrario, se il potenziale è basso (ossia alto in valore assoluto) il terreno trattiene l'acqua con forza e le piante devono compiere un notevole sforzo per assorbire l'acqua.

15 La misura dell'umidità del terreno non è sufficiente a valutare l'effettiva disponibilità idrica per le piante. Lo stesso valore di umidità può rappresentare una buona disponibilità idrica in un terreno sabbioso e invece provocare l'appassimento della stessa pianta in un terreno argilloso o in uno terreno torboso.

16 L'effettiva disponibilità dell'acqua è dunque determinata dal valore del potenziale idrico. Mettendo in relazione l'umidità del terreno con il potenziale idrico si possono individuare alcuni parametri.

17 Capacità idrica massima La Capacità Idrica Massima (CIM) è il valore di umidità corrispondente alla completa saturazione del terreno. Quando il terreno è alla capacità idrica massima la tensione matriciale è nulla e le piante assorbono l'acqua contenuta nei macropori, soggetta esclusivamente alla forza di gravità.

18 Capacità di campo La capacità di campo (CC) è il valore di umidità corrispondente alla piena saturazione dei micropori e all'assenza totale dell'acqua nei macropori. Il terreno alla capacità di campo è considerato un valore ottimale di umidità in quanto rappresenta il punto di incontro fra le esigenze di equilibrio disponibilità d'acqua e disponibilità d'aria. L'acqua in eccesso sopra la capacità di campo occupa i macropori sottraendo spazio all'aria indispensabile per le piante.

19 Coefficiente di avvizzimento Il Coefficiente di appassimento (CA) o punto di appassimento (PA) è quel valore di umidità in corrispondenza del quale le piante non riescono più a vincere la tensione. Il coefficiente di avvizzimento rappresenta il limite estremo compatibile con la vita delle piante agrarie. L'acqua contenuta in eccesso, rispetto a questo valore, è considerata disponibile; al di sotto del valore è invece acqua non disponibile.

24 Acque disponibili in terreni di diversa tessitura

25 Determinazione della capacità di campo Il metodo diretto per rilevare l'umidità del terreno consiste nel sottoporre il campione di terreno, dopo pesatura, ad essiccazione in stufa ad una temperatura maggiore di 100 C ( C). Durante il processo di essiccazione si determina periodicamente il peso del campione; quando due pesate consecutive daranno lo stesso valore, il campione si può considerare essiccato. L'umidità percentuale è data : Il peso umido è quello misurato sul campione prima dell'essiccazione, il peso secco quello misurato nelle ultime due pesate. Questo metodo richiede tempi relativamente lunghi, in media sono necessarie almeno 48 ore per un'essiccazione completa.

26 la capacità di campo si assesta sui valori più alti nei terreni argillosi o ricchi di humus e su quelli più bassi nei terreni pietrosi o sabbiosi, mentre ha valori intermedi nei terreni a tessitura equilibrata e in quelli limosi. Tipologia di terreno Terreno sabbioso Terreno di medio impasto Capacità di campo (% sul peso secco) Terreno argilloso 45-50

27 Quando il terreno è alla capacità di campo, l'acqua è presente in due stati: Acqua igroscopica. È acqua adsorbita sulla superficie dei colloidi, trattenuta a tensioni molto alte. Acqua capillare. È acqua trattenuta per fenomeni di capillarità nei micropori del terreno, ossia nei pori che hanno un diametro inferiore a 8 mm. È trattenuta a tensioni più basse rispetto all'acqua igroscopica. A differenza del terreno alla capacità idrica massima, pertanto, l'umidità corrispondente alla capacità di campo non comprende l'acqua gravitazionale, ossia l'acqua sottratta alla ritenzione perché la forza di gravità prevale sulla tensione matriciale.

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