La valutazione della fertilità del suolo

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1 La valutazione della fertilità del suolo

2 La fertilità integrale del suolo La valutazione della fertilità del suolo e della direzione del suo cambiamento nel tempo costituisce l indicatore primario della gestione sostenibile del territorio. (Karlen et al., 1997)

3 La fertilità integrale del suolo La valutazione della fertilità del suolo viene normalmente effettuata mediante l impiego integrato di indicatori agroambientali, correntemente individuati tra le variabili fisiche, chimiche e biologiche del suolo, opportunamente selezionate in relazione alle specifiche problematiche agroecosistemiche di un territorio.

4 Approvazione dei Metodi ufficiali di analisi mineralogica del suolo. D.M. 21 marzo 2005, pubblicato sul Supplemento Ordinario n. 60 alla Gazzetta Ufficiale n. 79 del 6 aprile Metodi ufficiali di analisi del suolo e dei fertilizzanti (Mipaaf) Approvazione dei Metodi ufficiali di analisi fisica del suolo. D.M. 1 agosto 1997, pubblicato sul Supplemento Ordinario n. 273 alla Gazzetta Ufficiale n. 204 del 2 settembre Approvazione dei Metodi ufficiali di analisi chimica del suolo. D.M. 13 settembre 1999, pubblicato sul Supplemento Ordinario n. 185 alla Gazzetta Ufficiale n. 248 del 21 ottobre Rettifiche al D.M. 13 settembre 1999 riguardante l approvazione dei metodi ufficiali di analisi chimica del suolo. D.M. 25 marzo 2002, pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale n. 84 del 10 aprile Approvazione dei Metodi ufficiali di analisi delle acque per uso agricolo e zootecnico. D.M. 23 marzo 2000, pubblicato sul Supplemento Ordinario alla Gazzetta Ufficiale n. 87 del 13 aprile Approvazione ed ufficializzazione dei Metodi di analisi microbiologica del suolo. D.M. 8 luglio 2002, pubblicato sul Supplemento Ordinario n. 156 alla Gazzetta Ufficiale n. 179 del 1 agosto Approvazione dei Metodi ufficiali di analisi biochimica del suolo. D.M. 23 febbraio 2004, pubblicato sul Supplemento Ordinario n. 42 alla Gazzetta Ufficiale n. 61 del 13 marzo 2004.

5 Metodi ufficiali di analisi del suolo e dei fertilizzanti (Mipaaf) Raccolta di metodi a cura dell Osservatorio Nazionale Pedologico e per la Qualità del Suolo Agricolo e Forestale del MIPAAF in collaborazione con la Società Italiana della Scienza del Suolo. 1. Metodi di analisi fisica del suolo (coord. M. Pagliai), Franco Angeli ed. 2. Metodi di analisi chimica del suolo (coord. P. Violante), Franco Angeli ed. 3. Metodi di analisi delle acque per uso agricolo e zootecnico (coord. G. Mecella), Franco Angeli ed. 4. Metodi di analisi microbiologica del suolo (coord. G. Picci e P. Nannipieri), Franco Angeli ed. 5. Metodi di analisi biochimica del suolo (coord. A. Benedetti e L. Gianfreda), Franco Angeli ed. 6. Metodi di analisi mineralogica del suolo (coord. P. Adamo), Franco Angeli ed. 7. Metodi di analisi molecolare per lo studio dei microrganismi del suolo (coord. S. Mocali), Ed. Cantagalli. 8. Metodi di analisi per i fertilizzanti (coord. A. Trinchera, L. Leita, P. Sequi), CRA-MIPAAF, Roma 9. Metodi di analisi chimica del suolo. 2015, 3^ versione, (C. Colombo, T. Miano a cura di), SISS-SILPA.

6 Indicatori della fertilità fisica del suolo e loro significato diagnostico Parametro Informazione Tessitura Stabilità della struttura Densità apparente e porosità Infiltrazione Drenaggio del suolo Profondità utile del suolo Ritenzione e movimento dell'aria e dell acqua, dei nutrienti, degli inquinanti; lavorabilità, erodibilità Coesività degli aggregati, resistenza all erosione, suscettibilità al compattamento ed al ristagno idrico, lavorabilità, capacità idrica Grado di compattazione, lavorabilità, erodibilità, abitabilità fisica (capacità di ospitare aria, acqua, apparati radicali ed attività biologica) Movimento dell'acqua in eccesso, permeabilità, erodibilità, tendenza al ristagno Controllo dei flussi idrologici, attitudine a ricevere lo spandimento di fanghi, reflui e compost, trasporto di soluti, vulnerabilità delle risorse idriche Volume di espansione radicale, disponibilità di acqua e di elementi nutritivi, potenziale di erosione, coltivabilità, destinazione d'uso del suolo

7 La tessitura Indica la percentuale in peso delle diverse classi granulometriche (sabbia, limo, argilla) presenti nella terra fine (Ø < 2mm). E una proprietà pedogenetica e può essere determinata: - in campagna mediante valutazione sensoriale al modellamento di un cilindretto di suolo bagnato, - in laboratorio dopo rimozione dei cementi organici ed inorganici, dispersione e sedimentazione diversificata (legge di Stokes). La tessitura di un suolo ne condiziona: il colore, il profilo termico, la capacità di riserva idrica, la permeabilità all'aria ed all'acqua, la struttura, la lavorabilità, la reattività delle superfici, tasso di mineralizzazione e contenuto di sostanza organica.

8 La classe tessiturale di un suolo viene attribuita mediante il triangolo della tessitura Triangolo della tessitura secondo USDA

9 La classe tessiturale di un suolo viene attribuita mediante il triangolo della tessitura Triangolo della tessitura secondo ISSS

10 Triangolo della tessitura secondo USDA Clay: argilloso Silty clay: argilloso limoso Silty clay loam: franco limoso argilloso Sandy clay: argilloso sabbioso Sandy clay loam: franco sabbioso argilloso Clay loam: franco argilloso Loam: franco Silt loam: franco limoso Silt: limoso Sandy loam: franco sabbioso Loamy sand: sabbioso franco Sand: sabbioso

11 Influenza delle tre frazioni granulometriche su alcune caratteristiche del suolo

12 Caratteristiche dei suoli in relazione alla frazione granulometrica prevalente Tessitura Vantaggi Svantaggi Sabbiosa Drenaggio veloce delle acque in eccesso Buona (o eccessiva) aerazione Riscaldamento rapido in primavera Buona lavorabilità Scarsa capacità di ritenzione idrica (suoli assetati ) Scarsa capacità di trattenere i nutrienti (facile lisciviazione) Vulnerabilità per la falda idrica Stato termico variabile Suscettibilità all erosione eolica Perdita di sostanza organica Scarso potere tampone Abitabilità difficile per il soil biota

13 Caratteristiche dei suoli in relazione alla frazione granulometrica prevalente Tessitura Vantaggi Svantaggi Limosa Lavorazione non difficoltosa Difficili da strutturare Suscettibilità al ristagno per formazione di crosta superficiale (per intasamento dei pori) Poco permeabili Suscettibilità all erosione sia idrica sia eolica Moderata capacità di ritenzione idrica Discreto potere tampone Discreta capacità di fissare i nutrienti

14 Caratteristiche dei suoli in relazione alla frazione granulometrica prevalente Tessitura Vantaggi Svantaggi Argillosa Alta capacità di ritenzione degli elementi nutritivi Stato termico costante Elevato potere tampone Elevata ritenzione idrica Scarso drenaggio dell acqua in eccesso (rischio di ristagno) Aerazione scarsa (se non strutturato) Lavorazione energeticamente dispendiosa Tendenza al compattamento Suscettibilità all erosione idrica, meno all eolica Protezione della sostanza organica e mineralizzazione lenta

15 La struttura Esprime l'arrangiamento spaziale delle particelle del suolo a costituire grumi o aggregati secondo uno scala gerarchica di aggregazione a formare architetture fisicamente eterogenee e spazialmente complesse, circondate da un articolato sistema di pori. E una proprietà dinamica e può essere determinata: - in campagna mediante ispezione visiva del suolo, - in laboratorio con metodi di analisi di immagine di microsezioni di suolo. Rappresenta il principale indicatore della fertilità fisica

16 Gli aggregati strutturali del suolo si organizzano secondo uno scala gerarchica di aggregazione Le particelle primarie si aggregano a costituire particelle composte strutturate definite ped. Microaggregati e macroaggregati si formano per opera di cementi diversi (sia organici sia inorganici) a seconda del tipo di suolo e di gestione.

17 Schematizzazione di un aggregato strutturale glomerulare e del contributo degli agenti strutturanti su scale dimensionali differenti

18 La formazione e la stabilità degli aggregati è correlata a: la tessitura il contenuto e la natura dei minerali argillosi il tipo e la concentrazione di cationi di scambio il contenuto di ossidi di ferro e di alluminio il contenuto di CaCO 3 il contenuto ed il tipo della sostanza organica (humus, esopolisaccaridi, glomalina) le comunità biotiche (batteri, funghi, lombrichi) lo sviluppo degli apparati radicali delle piante (Leguminosae)

19 Materiali organici ed inorganici determinano la genesi di tipi strutturali differenti

20 La glomalina è una glicoproteina prodotta dalle micorrize dell'ordine delle Glomales

21 Un importante indicatore fisico è rappresentato dall indice di stabilità degli aggregati (ISS) Metodo a vaglio umido (Tiulin modif.) I. S. S. P dispersione _ aggregati P tot P residuo 100

22 La struttura è una proprietà dinamica e rappresenta il risultato di processi che aggregano o disperdono i costituenti solidi del suolo La struttura può essere distrutta: da lavorazioni frequenti, energiche e profonde dall azione battente della pioggia e dalla compressione dai processi di rapido inumidimento che generano compressione dell'aria all'interno dei pori per dispersione dei colloidi dovuta al Na di scambio o a perdita di SOM per mineralizzazione

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24 Porosità e densità apparente del suolo La porosità esprime il grado in cui la massa di suolo è permeata da pori o interstizi; si misura indirettamente tramite la densità assoluta (costante) e la densità apparente (variabile). La densità apparente viene determinata in laboratorio su un campione di suolo indisturbato prelevato in campo. Collegata alla struttura la porosità è un altra variabile importante per esprimere la fertilità fisica del suolo e la risposta fisica del suolo alle forme di gestione.

25 Porosità e densità apparente del suolo La porosità è costituita da un sistema articolato e continuo di fessure e pori, di diversa forma e diametro, che attraversano il suolo sia verticalmente che orizzontalmente. La porosità rappresenta quindi la sede occupata dalla fase liquida e dalla fase gassosa e quindi controlla i rapporti tra le tre fasi del suolo. La porosità dipende dagli stessi fattori che controllano la stabilità della struttura: tessitura, contenuto di calcare e di ossidi di Fe e Al, contenuto e tipo dei cationi di scambio, contenuto e natura dei cementi organici, attività della componente biotica, profondità del profilo, forme di gestione.

26 Permeabilità e conducibilità idraulica satura La permeabilità esprime il flusso idrico nel suolo saturo d acqua (secondo la legge di Darcy) ed è influenzata dalle sue proprietà fisiche (tessitura, struttura, porosità). dove: Q/t flusso idrico A sezione della colonna di suolo K sat conducibilità idraulica in condizioni di saturazione ΔΨ/L gradiente idraulica Misurando sperimentalmente la permeabilità e riarrangiando la legge di Darcy si può calcolare il valore di K sat.

27 Permeabilità e conducibilità idraulica satura Il valore di K sat permette di classificare la classe di permeabilità di un suolo ed è definito dalla porosità del mezzo permeabile, in particolare dalla dimensione dei pori.

28 Permeabilità e conducibilità idraulica satura

29 La profondità utile del suolo La profondità utile dei suoli individua lo spessore di suolo biologicamente attivo, esplorabile e utilizzabile dalle piante per trarne acqua ed elementi nutritivi. La profondità utile, espressa in centimetri, è definita come distanza tra la superficie del terreno e lo strato del profilo che costituisce un ostacolo alla penetrazione della maggior parte delle radici (roccia madre, orizzonte indurito, strato eccessivamente ghiaioso o sabbioso, falda acquifera). Si determina in campagna mediante ispezione visiva del suolo. Valutazione cm Molto scarsa < 25 Scarsa Moderatamente elevata Elevata Molto elevata > 150 La profondità utile del suolo determina la riserva idrica, l accesso ai nutrienti, l arieggiamento del suolo, l ancoramento della pianta, l erodibilità, la capacità protettiva, lo spazio biologico per il soil biota.

30 La profondità utile del suolo

31 La profondità utile del suolo Esempio di sistemazione del terreno a bauli per accrescere il volume di suolo esplorabile dalle radici: nuovo impianto di agrumeto presso l azienda Xirumi (SR).

32 La profondità utile del suolo Esempio di sistemazione del terreno a bauli per accrescere il volume di suolo esplorabile dalle radici: agrumeto in produzione presso campi Anecoop (Valencia, E).

33 Indicatori della fertilita chimica del suolo e loro significato diagnostico C totale (e sostanza organica) Forme dell azoto (N totale, N organico, N-NH4 + e N- NO3 - ) Riserva di nutrienti e delle risorse biologiche, stabilità della struttura, ritenzione di pesticidi e di acqua Riserva di nutrienti e qualità della sostanza organica, tasso di immobilizzazione e di mineralizzazione, potenziale di lisciviazione del nitrato e di inquinamento delle falde P assimilabile e K scambiabile ph Capacità di scambio cationico Grado di saturazione in basi Conducibilità elettrica Calcare totale e attivo Micronutrienti, metalli pesanti (As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn) e agrofarmaci Disponibilità per la nutrizione minerale della pianta Disponibilità dei nutrienti, assorbimento e mobilità degli inquinanti, sviluppo ed attività microbica Potere tampone del suolo, capacità di ritenzione e di rilascio dei nutrienti Potere tampone del suolo Disponibilità dei nutrienti per le piante, salinità ph, disponibilità dei nutrienti per le piante, struttura Livelli di contaminazione locale e diffusa; attitudine a ricevere lo spandimento di fanghi, reflui e compost; vulnerabilità del suolo e delle risorse idriche; forma d'uso del suolo

34 Il grado di reazione (ph) del suolo Il grado di reazione, o ph, del terreno rappresenta la misura quantitativa del grado di acidità o di alcalinità di un suolo. Il valore di ph può essere determinato in: - una sospensione 1:2.5 (1g/2.5 ml) suolo/acqua, oppure in una sospensione 1:2.5 suolo/soluzione 0,01 M CaCl 2 (acidità reale), - oppure in una sospensione 1:2.5 suolo/soluzione acquosa 1 M KCl (acidità potenziale). Il ph del suolo condiziona: - l abitabilità per le specie vegetali - lo sviluppo della biomassa microbica - l assimilabilità e la mobilità dei nutrienti - la mobilità delle specie tossiche - le caratteristiche chimico-fisiche del sistema

35 Il grado di reazione (ph) del suolo Pur misurata in condizioni diverse da quelle di pieno campo, la misura del ph in laboratorio è riproducibile e fornisce un dato importante per valutare le proprietà chimiche del sistema suolo.

36 Classificazione dei terreni in base al grado di reazione Scala IUSS Scala USDA Classificazione ph in H 2 O Classificazione ph in H 2 O Estremamente acidi < 4,5 Peracidi Acidi Subacidi Neutri Subalcalini Alcalini Peralcalini < 5,3 5,4-5,9 6,0-6,7 6,8-7,2 7,3-8,1 8,2 8,8 > 8,8 Molto fortemente acidi Fortemente acidi Moderatamente acidi Debolmente acidi Neutri Debolmente alcalini Moderatamente alcalini Fortemente alcalini 4,5-5,0 5,1-5,5 5,6-6,0 6,1-6,5 6,6-7,3 7,4-7,8 7,9-8,4 8,5-9,0 Molto fortemente alcalini > 9,0

37 Il ph del suolo e l abitabilità per le piante Sono definite calciofile le piante che richiedono ricchezza in basi e ph relativamente elevato. Ossifile sono invece le piante rese più competitive dalla maggiore capacità di tollerare condizioni acide.

38 Variazione della disponibilità dei nutrienti al variare del ph del suolo

39 La capacità di scambio cationico La capacità di scambio cationico (CSC) è espressa come la somma dei cationi scambiabili per unità di massa, ovvero in meq 100 g -1 di suolo o, più correttamente secondo il SI, come cmol (+) kg -1 di suolo. La CSC è quindi pari alla somma della carica superficiale di tipo permanente (dovuta a sostituzione isomorfa eterovalente nei minerali argillosi) e di tipo variabile (dovuta a dissociazione di gruppi -OH di spigolo nei minerali argillosi e di gruppi R-COOH e Ph-OH delle sostanze umiche). Valutazione cmol (+) kg -1 di suolo Molto bassa < 5 Bassa 5 10 Moderatamente bassa Moderatamente alta Alta Molto alta > 50

40 I cationi di scambio ed il ph Esiste una relazione tra la composizione dei cationi associati al complesso di scambio ed i valori di ph del terreno. All'aumentare del ph del suolo aumenta il rilascio sia di ioni H +, che vengono neutralizzati, sia di ioni Al 3+ che formano specie polimeriche insolubili di Al(OH) x y+ in un intervallo di ph tra 5,5 e 8,0. Questi processi determinano un aumento della CSC effettiva ed un riassortimento dei cationi scambio. Il tipo di catione prevalentemente associato alle superfici dei collodi del suolo cambia con le condizioni pluviometriche: Al 3+, H + e Ca 2+ in regioni umide; Ca 2+, Mg 2+, Na + e K + in regioni aride e semiaride.

41 I cationi di scambio e GSB Il grado di saturazione in basi (GSB) esprime il contenuto percentuale delle basi di scambio (Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ ) che saturano il complesso assorbente di un suolo, calcolato rispetto alla CSC, e può essere così classificato: Valutazione GSB, % Molto bassa < 35 Bassa Moderatamente alta Alta Molto alta > 80 (SISS, 2006) GSB è una variabile chimica collegata al potere tampone del suolo il quale è massimo quando il GSB è pari a 50%.

42 CSC e tessitura Esiste una correlazione tra la classe tessiturale di un suolo e la sua CSC. Esempio di un suolo con ph < 7.0. Classe tessiturale CSC (cmol (+) kg -1 di suolo) Sabbiosa 1-8 Sabbiosa franca 9 12 Franco sabbiosa o franco limosa Franca Franco argillosa Argillosa > 40

43 CSC e proprietà del suolo Esiste una interdipendenza tra la CSC di un suolo ed alcune sue caratteristiche. CSC (cmol (+) kg -1 di suolo) Elevato contenuto di sabbia Bassa SOM Scarso potere tampone Scarsa capacità di riserva di nutrienti, lisciviabilità Scarsa riserva idrica Macroporosità Elevato contenuto di argilla Alta SOM Elevato potere tampone Elevata capacità di riserva di nutrienti, competizione con la pianta Elevata riserva idrica Microporosità

44 Significato della CSC Variabile che esprime la fertilità chimica del suolo E correlata alla classe tessiturale ed al contenuto di sostanza organica di un suolo Esprime la capacità di ritenzione e di rilascio dei nutrienti Prevede le modificazioni nella distribuzione ionica legate a interventi di concimazione, di correzione e di irrigazione Determina il destino ambientale dei metalli pesanti Permette il controllo della stabilità della struttura in relazione alle caratteristiche dell'acqua irrigua (SAR) e della saturazione in sodio del complesso di scambio (ESP)

45 La conducibilità elettrica (CE) dell estratto acquoso di suolo La CE rappresenta un indicatore chimico del contenuto di sali solubili presenti nel suolo per pedogenesi o intervento antropico. La CE viene analiticamente determinata: - sulla pasta satura, ovvero sul suolo portato alla sua capacità idrica massima (CE e ) - su una sospensione suolo/acqua 1:2 (p/v) (CE 1:2 ) - su una sospensione suolo/acqua 1:5 (p/v) (CE 1:5 ) La CE determina: - la classificazione dei suoli in salini o non salini - la suscettibilità alla salinizzazione - la presenza di nutrienti per le specie vegetali - il potenziale idrico del suolo e la disponibilità idrica - l abitabilità per specie salino sensibili e le forme di gestione

46 La CE misura la quantità di sali solubili del suolo

47 La salinità del suolo interferisce con la produttività

48 Il calcare totale Il calcare totale rappresenta la componente minerale costituita prevalentemente da carbonati di calcio, magnesio e sodio. Può costituire anche più della metà della frazione solida del terreno contribuendo in maniera determinante a definirne le proprietà. Il contenuto di calcare totale può essere determinato: - in campagna mediante reazione di effervescenza provocata dal contatto con una soluzione acquosa di HCl dil. 1:10, - in laboratorio mediante lettura al calcimetro (metodo gasvolumetrico). Il calcare totale del suolo condiziona: - il ph del suolo - le caratteristiche strutturali del sistema - la solubilizzazione/insolubilizzazione dei nutrienti e dei contaminanti - il tasso di mineralizzazione della sostanza organica

49 Equilibri che regolano il ph nei suoli calcarei Fase gassosa Fase liquida Fase solida CO 2 ( gas) CO2( disciolta ) H2O ( H2CO3 ) HCO3 H - H + + H + Ca 2 CO 2 3 CaCO 3( solido )

50 Valutazione del contenuto in calcare totale in campo mediante reazione con soluzione di HCl diluito

51 Valutazione del contenuto in calcare totale in laboratorio mediante calcimetro Valutazione Contenuto (%) Non calcareo < 0.5 Scarsamente calcareo Debolmente calcareo Moderatamente calcareo Molto calcareo Fortemente calcareo Estremamente calcareo > 40.0

52 Il calcare attivo Il calcare attivo rappresenta la frazione di calcare totale più finemente suddiviso, con una maggiore superficie specifica e quindi maggiormente reattivo in quanto più facilmente solubile ed idrolizzabile. Il contenuto di calcare attivo viene determinato: - in laboratorio mediante estrazione e titolazione (metodo Drouineau-Gallet). Valutazione Calcare attivo, g kg -1 Basso < 50 Medio e alto Molto alto > 100 Il calcare attivo del suolo condiziona: - il ph del suolo - la disponibilità di P e di Fe per la nutrizione minerale - l abitabilità per le specie agrarie (soprattutto arboree) - il rilascio di forme solubili di Ca 2+ e Mg 2+ - l assimilabilità di K +

53 Indice del potere clorosante (IPC) IPC = (CaCO 3 ) attivo x 10 4 / (Fe) 2 dove: CaCO 3 è la % di calcare attivo Fe è il Fe estraibile in ossalato di ammonio. IPC > 100 suscettibilità alla clorosi, ma varia con la specie vegetale e la varietà La clorosi ferrica si manifesta alla ripresa vegetativa con l ingiallimento delle foglie apicali a partire dalle estremità

54 Le proprietà fisico-chimiche del suolo impongono scelte colturali

55 Le proprietà fisico-chimiche del suolo impongono scelte colturali

56 Il calcare attivo è pedogeneticamente legato al calcare totale e controlla il contenuto di Ca 2+ (e Mg 2+ ) biodisponibile nel terreno

57 I cicli biogeochimici di Ca 2+ e Mg 2+ nel sistema suolo-pianta sono strettamente collegati Exchangeable forms on soil colloids

58 Mediamente il contenuto di Ca 2+, Mg 2+ e K + presenti come cationi di scambio nel suolo è cosi ripartito: Specie chimica Me/CSC, % Ca Mg K Poiché tra di essi vi è un rapporto di antagonismo nell assorbimento, non è tanto rilevante la quantità assoluta ma la quantità relativa tra di essi. meq (100 g) -1 Assorbimento ottimale Ca 2+ /Mg 2+ 10/1 Mg 2+ /K + (5-2)/1 Il Mg 2+ è il meno competitivo nella nutrizione minerale vegetale e può facilmente determinare fenomeni di carenza se non si correggono gli squilibri nutrizionali del suolo con interventi mirati.

59 Dotazioni ottimali di magnesio nel suolo in funzione della quantità di potassio scambiabile. Il rapporto ottimale Mg 2+ /K + (se le quantità sono espresse in mg kg -1 ) è tra 0.6 e 1.6.

60 Per una corretta valutazione dello stato nutrizionale dei suoli, occorre quindi considerare non singolarmente ma complessivamente la dotazione delle tre basi di scambio. L interazione tra elementi diversi all interfaccia suolo-radice costituisce un aspetto di notevole rilievo nella nutrizione minerale delle piante.

61 I microelementi L indice di disponibilità dei micronutrienti dà indicazioni sulla frazione potenzialmente utilizzabile dalle piante ed è valutato, per convenzione, in base all efficacia di specifiche soluzioni estraenti scelte in funzione della correlazione tra contenuto di ciascun micronutriente nei tessuti vegetali e quantità dell elemento rimovibile dal suolo. Il grado di reazione del suolo rappresenta uno delle variabili più importati nella valutazione della disponibilità dei micronutrienti. Il contenuto di microelementi viene determinato analiticamente: - in suoli non acidi mediante estrazione da suolo con soluzione di DTPA/CaCl 2 e TEA tamponata a ph 7.3 (metodo Lindsay e Norvell); - in suoli acidi mediante estrazione da suolo con soluzione di EDTA/CH 3 COOH tamponata a ph 4.65 (metodo Lindsay e Norvell); - il B richiede un estrazione con soluzione acquosa salina bollente. Le soglie di carenza e di tossicità dei microelementi sono tra loro molto vicine e variano con il tipo di pianta.

62 Deficiency, normal, and toxicity levels in plants for seven micronutrients. Note that the range is shown on a logarithmic scale and that the upper limit for manganese is about 10,000 times the lower range for molybdenum and nickel. In using this figure, keep in mind the remarkable differences in the ability of different plant species and cultivars to accumulate and tolerate different levels of micronutrients.

63 Microelemento Lindsay e Norvell (1978) 1 Lakanen ed Ervio (1971) 2 Povero Normale Ben dotato Povero Normale Ben dotato Rame (Cu) < 0,2 0,2-1,0 > 1,0 < > 10 Ferro (Fe) < 2,5 2,5-4,5 > 4, Manganese (Mn) < 1,0 1,0-1,5 > 1,5 < > 100 Zinco (Zn) < 0,5 0,5-1,0 > 1,0 < > 10 Boro (B) Estratto di suolo in acqua calda 3 < 0,2 0,2-0,5 > 0,5 Molibdeno (Mo) Estrazione con soluzione di Tamm (Grigg, 1953) 4 < 0,2 0,2-0,4 > 0,5 Cloro (Cl) Estratto in acqua 5 < > 10 Dipende molto dalla tolleranza di ciascuna specie vegetale Cobalto (Co) Estratto in acido acetico 2,5% a ph 2,5 6 Metodo per suoli con ph > 6,5 < 0,1 0,1-2 > 2 Valori superiori per suoli acidi

64 PARAMETRO Biomassa microbica Indicatori della fertilita biologica del suolo e loro significato diagnostico INFORMAZIONE Dinamica degli elementi nutritivi, impatto di composti inquinanti e delle pratiche colturali Respirazione basale Azoto potenzialmente mineralizzabile Attività enzimatiche Ossidabilità della sostanza organica, impatto di fattori ambientali e/o antropici sullo stato fisiologico delle comunità microbiche Stima della potenzialità del suolo a rifornire le piante di azoto, potenzialità di lisciviazione del nitrato Dinamica degli elementi nutritivi, impatto degli inquinanti e delle pratiche colturali Carica microbica Dimensione della comunità microbica, impatto di sostanze inquinanti e delle pratiche colturali Struttura delle comunità Presenza di gruppi eco-fisiologici all'interno delle comunità microbiche, capacità di microbiche risposta e di adattamento delle comunità microbiche ai fattori di pressione ambientale e/o antropica Microfauna (protozoi e nematodi) Mesofauna (collemboli ed acari) Macrofauna (lombrichi) Piante bioindicatrici Indicatori di diversità (S, H, E) Disponibilità degli elementi nutritivi, impatto di composti inquinanti e delle pratiche colturali Presenza di inquinanti Impatto degli inquinanti e delle pratiche colturali Proprietà chimiche e fisiche del suolo, monitoraggio di inquinanti inorganici Stima della diversità tassonomica e/o metabolica delle comunità biotiche, capacità di risposta e di adattamento a fattori di pressione ambientale e/o antropica

65 Indicatori biochimici Quantità della biomassa microbica Metodo della fumigazione con CHCl 3 ed incubazione per 10 giorni a 25 C (CFI) Metodo della fumigazione con CHCl 3 ed estrazione con 0.5 M K 2 SO 4 (CFE) CHCl 3 Determinazioni analitiche: MBC, MBN, MBP

66 Microbial biomass C as an early and reliable indicator of soil management

67 Microbial biomass C as an early and reliable indicator of soil management

68 Indicatori biochimici Attività della biomassa microbica La respirazione del terreno (R bas ) Viene sperimentalmente determinata come sviluppo di CO 2 emessa dal suolo a seguito della mineralizzazione della sostanza organica. Dipende dalla natura e dalla quantità del residuo organico. La respirazione del terreno può essere stimata mediante misure in laboratorio oppure mediante monitoraggi eseguiti in situ.

69 Nelle misure in laboratorio l efflusso di CO 2 indica le potenzialità della componente microbica del terreno di mineralizzare substrati organici naturalmente presenti o sperimentalmente addizionati. Viene determinata mediante incubazioni in condizioni ambientali controllate.

70 Curve di respirazione basale di un suolo agrario C t = C o (1-e -kt ) 350 g CO 2 -C (g suolo) Tempo (giorni) P100 P100/B50 F100/B50 F100 B100 F50/B50 P50/B50

71 Field measurements Per misurazioni di campo si utilizzano sistemi portatili di tipo dinamico chiuso collegati ad un sistema di campionamento del flusso di gas dal suolo (una camera di prospezione o survey chamber).

72 Indicatori biochimici Attività della biomassa microbica Azoto potenzialmente mineralizzabile (N o ) Viene stimato dosando analiticamente l N inorganico prodotto, senza aggiunta di substrati, in esperimenti di laboratorio in un intervallo di tempo definito ed in condizioni controllate. Incubazioni di breve periodo (a 30 C per 15 giorni) ed estrazione con 2M KCl (Bremner, 1965). Incubazioni di lungo periodo (a 35 C per 30 settimane) ed estrazione con 0.01 M CaCl 2 (Stanford e Smith, 1972). Determinazione del potenziale nitrificante/ammonizzante Si utilizzano substrati degradabili che stimolano l attività dei microrganismi del suolo, quali (NH 4 ) 2 SO 4, caseina lattica, arginina

73 Noti gli indicatori biochimici è possibile calcolare gli indici ecofisiologici MBC/MBN = Rapporto C/N della biomassa microbica MBC/TOC = Quoziente microbico qco 2 = Quoziente metabolico (µg CO 2 -C µg -1 MBC d -1 ) qm = R bas /TOC (coefficiente di mineralizzazione) qco 2 /TOC qn min = µg N ass µg -1 MBN d -1

74 Indicatori biochimici: gli enzimi del suolo Soils are enzymatically active (Ladd, 1985) Burns, 1978 Gli enzimi presentano nel suolo diverse localizzazioni, rimanendo attivi anche al di fuori della cellula d origine

75 Gli enzimi immobilizzati sui colloidi organo-minerali svolgono un rilevante ruolo nell ecologia del suolo in quanto si comportano da mediatori funzionali tra i substrati ad elevato peso molecolare rilasciati nel suolo e le cellule microbiche

76 Enzimi del suolo usati come indicatori biochimici Glucosidasi (α, b) e Galattosidasi (α, b) Le glucosidasi e le galattosidasi sono largamente presenti nel suolo e rappresentano gli enzimi chiave del ciclo del carbonio. Idrolizzano la sostanza organica liberando residui glicosidici (glucosio o galattosio) utilizzati dai microrganismi del suolo come fonte energetica. L attività, che in molti suoli è risultata significativamente correlata con le pratiche agronomiche, è da considerarsi un ottimo indice per la valutazione delle performance produttive e del grado di evoluzione dei suoli.

77 Enzimi del suolo usati come indicatori biochimici Ureasi Questo enzima catalizza la reazione di idrolisi dell urea in anidride carbonica ed ammoniaca. L ureasi è ubiquitaria in natura ed è stata rinvenuta nei microrganismi, nelle piante e negli animali. Il dosaggio enzimatico dell'ureasi, importante per valutare gli effetti prodotti sul ciclo dell'azoto nel suolo in seguito ad interramento di biomasse vegetali o di ammendanti organici, animali o vegetali, può risultare alterato in seguito ad interventi di concimazione con prodotti ammoniacali. Amidasi e proteasi Amidasi e proteasi sono importanti enzimi del ciclo dell azoto nel suolo. Promuovono la degradazione delle proteine mediante l'idrolisi del legame C-N liberando azoto nella forma ammoniacale. Sono ampiamente distribuite nel suolo, nelle piante, nei lieviti e nei funghi. Rappresentano un utilissimo indice dell evoluzione della sostanza organica nel suolo. L'attività amidasica risulta correlata con quella della b-glucosidasi.

78 Enzimi del suolo usati come indicatori biochimici Fosfatasi Le attività fosfatasiche partecipano al ciclo del fosforo in quanto catalizzano il rilascio del fosfato (fosfomonoesterasi) o del pirofosfato (fosfodiesterasi) da matrici organiche, rendendo l'elemento disponibile per la nutrizione minerale delle piante. Le fosfomonoesterasi sono classificate in acide e basiche in base al loro optimum di attività in risposta al ph del suolo. L'attività fosfatasica è considerata un buon indice per valutare la potenziale mineralizzazione del fosforo organico. L'aggiunta di concimi minerali fosfatici deprime sensibilmente l attività fosfatasica. Arilsulfatasi Le sulfatasi mobilitano il solfato contenuto in misura del 40-70% del totale nel pool organico del suolo sotto forma di esteri. Le sulfatasi sono considerate potenziali indicatori degli effetti prodotti dalle pratiche agronomiche.

79 Enzimi del suolo usati come indicatori biochimici FDA-idrolasi L idrolisi del diacetato di fluoresceina (FDA) riassume l attività idrolitica complessiva di numerosi enzimi quali: proteasi, lipasi, esterasi. E' relazionata alle attività demolitive di tipo idrolitico dei funghi e dei batteri. In tal senso l'attività della FDAidrolasi rappresenta un indice complessivo del potenziale di rilascio di nutriliti inorganici da matrici organiche.

80 Enzimi del suolo usati come indicatori biochimici Deidrogenasi Le deidrogenasi sono una classe di enzimi comuni alla maggior parte dei microrganismi, con una localizzazione prevalentemente endocellulare. Sono studiate in quanto partecipano alla evoluzione della sostanza organica del suolo, alla degradazione della lignina, alla sintesi dell'humus, alla degradazione dei xenobiotici. Tuttavia l attività deidrogenasica non risulta correlata con altre importanti attività biologiche proprie del suolo quali: il consumo di ossigeno, l evoluzione della anidride carbonica e la biomassa microbica. Inoltre, la presenza di fenolo-ossidasi extracellulari e la possibilità di reazioni abiotiche di tipo deidrogenasico-simile catalizzate da superfici metalliche presenti nel suolo, possono facilmente produrre letture sovrastimate di questa attività enzimatica. Pur con questi limiti le deidrogenasi sono utilizzate come indicatori della vitalità delle popolazioni batteriche.

81 Enzimi del suolo usati come indicatori biochimici