La fase gassosa del terreno

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1 (o aria tellurica) permea il sistema dei pori del suolo non occupati dall'acqua. Pur essendo costituita da gas presenti anche nell'aria atmosferica, differisce da questa per la composizione media (0-20 cm): N 2 : ~79% (v/v) O 2 : 18-21% (v/v) CO 2 : 0.3-5% (v/v) H 2 O: come vapor d'acqua in condizioni di saturazione Minerali (40-60%) Altri gas occasionalmente presenti: H 2 S, SO 2, NO x, N 2 O, NH 3, CH 4, C 2 H 4. Sostanza Organica (0,1-10%) Acqua (20-50%) Aria (10-25%)

2 Il contenuto ed il tipo dei gas presenti nell'aria tellurica controllano non soltanto l'intensità dei processi biotici ed abiotici, ma anche le condizioni di abitabilità del terreno. In particolare, il contenuto fortemente variabile di O 2 nell'aria tellurica determina lo stato redox (E h ) del suolo.

3 Il suolo si comporta come un sistema respiratorio che consuma O 2 e libera CO 2. La composizione media dell'aria tellurica, ed in particolare il contenuto in O 2 e CO 2, è dovuta ai livelli di attività biotica dei microrganismi e degli apparati radicali delle piante, e varia con: la tessitura la porosità il contenuto idrico la stagione la profondità la temperatura le lavorazioni il tipo e la quantità di SOM

4 Il contenuto di O 2 e CO 2 nell'aria tellurica varia con la stagione, la profondità ed il contenuto idrico.

5 Il contenuto di acqua e, quindi, di O 2 nell'aria tellurica controlla l'intensità dei processi biotici. L'attività biotica è ottimale quando l'acqua occupa circa il 60% della porosità.

6 L'attività respiratoria (e quindi il contenuto di O 2 e CO 2 nell'aria tellurica) varia con la stagione, la temperatura, la profondità e l'umidità del suolo.

7 La concentrazione minima di O 2 per la maggioranza delle piante è circa 100 ml l -1. Quando la fase liquida occupa più dell'80-90% della porosità totale (la fase gassosa occupa il 10-20%) l'attività biologica del suolo e la crescita delle piante viene fortemente limitata. Idrofite: piante adattate a vivere in condizioni di suolo sommerso (Riso, Mangrovie).

8 I processi di ricambio dell'aria tellurica sono dovuti: al flusso di massa alla diffusione Il flusso di massa è controllato da: variazioni di pressione gradiente di temperatura movimenti dell'acqua del terreno azione del vento sulla superficie La diffusione è controllata da differenze nella pressione parziale di O 2 e CO 2. Rappresenta il principale meccanismo di ricambio dell'aria tellurica.

9 I film liquidi che circondano parte delle radici ed i colloidi organo-minerali del suolo controllano gli scambi gassosi con gli organismi viventi del terreno.

10 Il potenziale redox (E h ) del terreno Il potenziale redox esprime la tendenza di una specie chimica ad accettare oppure a cedere elettroni. Il potenziale di riduzione (espresso in volt V, o in millivolt mv) di una coppia redox in condizioni non standard viene calcolato mediante l'equazione di Nernst, considerando anche gli eventuali m ioni H + coinvolti nella reazione: E h E o RT nf log Ox Red H m

11 Scala dei potenziali normali di riduzione in acqua a 25 C Il potenziale redox esprime la tendenza di una sostanza ad accettare oppure a cedere elettroni. Il trasferimento spontaneo di e - comporta una diminuzione di energia libera - G = nfe

12 Il potenziale redox (E h ) del terreno L'E h del suolo è la risultante dei potenziali di tutti i sistemi redox presenti nel sistema ed è condizionato dal ph del mezzo; viene determinato analiticamente mediante elettrodi combinati di platino. Da osservare che: il potenziale di ossidoriduzione risente fortemente della eterogeneità spaziale del suolo; esiste una correlazione positiva tra il contenuto in O 2 nell'aria tellurica e l'e h.

13 Il potenziale redox (E h ) del terreno E h del suolo: in condizioni di aerobiosi: V; in condizioni di anaerobiosi: < 0.32 V. In suoli ricchi in sostanza organica, sommersi ed in climi caldi: E h sino a V.

14 Il potenziale redox (E h ) del terreno Il grado di aerazione del suolo determina lo stato redox e quindi indirettamente: l'ecologia e l'attività dei microrganismi; la disponibilità, la mobilità e la tossicità di specie inorganiche; i tassi di degradazione della sostanza organica; la presenza di prodotti del metabolismo fermentativo; le azioni dei metaboliti sulle radici e sulla microflora tellurica.