La sostanza organica del suolo (parte 1)

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Silvia Villa
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1 Di.Pro.Ve. - Università degli Studi di Milano Dipartimento di Produzione Vegetale Sezione di Fisiologia delle Piante Coltivate e Chimica Agraria Via Celoria Milano - Tel Fax fabrizio.adani@unimi.it La sostanza organica del suolo (parte 1) Corso di Laurea in Protezione delle Piante- Corso di Chimica Agraria Docente: Fabrizio Adani

2 Carbonio organico

3 Distribuzione del C nei principali comparti implicati nel ciclo del C del suolo Compartimento C (x kg) Atmosfera 700 Sostanza organica suolo 2,500 Humus marino 3,000 Organismi viventi terresti 480 Organismi viventi negli oceani 50 CO 2-3 /HCO 3- negli oceani 3,840 Carbone e petrolio 1 x 10 4 Sedimenti 1 x 10 7

4 Principali componenti del suolo (vol) 1-2 % Minerali (40-60%) SO acqua (20-50%) aria (5-10%)

5 La totalità del carbonio organico nel suolo è pari a T, ovvero 3-4 volte il C atmosferico 5-6 volte il C della biomassa terrestre

6 Sostanza organica nei suoli

7 SOSTANZA ORGANICA NON VIVENTE FRAZIONI ORGANICHE INALTERATE (molecole organiche la cui struttura è riconoscibile ed riconducibile a ben note classi di composti) (sostanze non umiche) HUMUS (molecole organiche trasformate, non riconducibili alle classi di composti organici noti)

8 SOSTANZE NON UMICHE Riconducibili a classi note di composti

9 CARBOIDRATI: 5-25 % SO del suolo monosaccaridi Presenti nel suolo: in soluzione oligosaccaridi polisaccaridi insolubili (polisaccaridi) in forme polimeriche attaccate ai colloidi Significato: capacità complessanti,, formazione di aggregati, energia, nutrimento

10 Contributo dei diversi zuccheri: aminozuccheri : 2-6 % ac. uronico. 1-5 % esosi: 4-12 % pentosi: < 5 % cellulosa ed emicellulose: 15 % altri : tracce

11 Monosaccaridi e oligosaccaridi

12 emicellulosa Polisaccaridi Monosaccaridi

13 MOLECOLE CONTENENTI AZOTO: 5-10 % SO suolo AA liberi AA legati ai minerali argillosi AA legati ai colloidi umici amminozuccheri e ac. teoico (origine cell. Batteriche, funghi es chitina) ac. nucleici (DNA batterico) vitamine { ac. muramico { tracce clorofille { % N { 5-10 % N 1 % N

14 Amminoacidi del suolo AA unità base Diversi AA del suolo Prticolare del legame peptidico (proteine)

15 Chitina Aminozucchero

16 LIPIDI (solubili in solventi organici) : 2-6 % SO suolo (sino a 20 % in suoli organici) Classe eterogenea di frazioni solubili in solventi organici: es. ac. grassi, steroli, terpeni, clorofille, fenoli, cere e resine Significato: sono fisiologicamente attivi: effetti depressivi e/o effetti attivatori (effetti ormonali); nutrimento, precursori delle sost. umiche

17 Principali costituenti lipidici

18 Struttura della cutina e suberina (poliesteri)

19 TANNINI E FENOLI: 1-2 % SO suolo Polifenoli tipici delle piante superiori Tannini condensati Tannini idrolizzabili

20 Tannini idrolizzabili (zucchero + fenolo) Tannini condensati (polimeri di fenolo unità)

21 Fenoli

22 LIGNINA: 20 % SO dei suoli Significato: precursore delle sostanze umiche; nutrimento unità strutturali delle lignine

23 Struttura della Lignina

24 cellulosa Residui totali lignina emicellulosa

25 Plant & Animals Nutrients Decomposable Organic residues (10 20 %) Eterotrophic Biomass (1 8 %) Microbial products Biologically Refractory Organic Compounds HUMUS (50 85 %)

26 SOSTANZE UMICHE Miscela di molecole eterogenee di origine naturale ad elevato peso molecolare (?), sostanze colloidali prevalentemente alifatica ed aromatiche

27 Classificazione delle sostanze umiche: Basandosi sulla solubilità della sostanza organica in acidi e alcali, le sostanze umiche sono suddivise in: acidi umici (AU; HA): sol. in alcali insolubili in acidi acidi fulvici (AF; FA): solubili in alcali ed in acidi umina: : (HU): insolubile in alcali e acidi

28 Schema di frazionamento delle sostanze umiche

29 Teoria Lignina-proteine

30 Teoria dei polifenoli

31 Teoria condensazione amino-zuccheri

32 Teoria della depolimerizzazione-ripolimerizzazione ripolimerizzazione

33 Teoria della conservazione delle biomolecole: Lignina, cutina, suberina, chitina etc. Conservazione e trasformazione Sostanze umiche

34 Molecole aromatiche ed alifatiche probabile precursori delle sostanze Precursors Remarks Melanoidins Microbial melanins Microbial & lower plant phenols Polyphenols & lignins Algaenan Sporopollenin Cutan/Suberan Pollutants Questionable, carbohydrate and amino acids reaction unlikely in soil Possible, soil m.o. produce melanins & extracellular pigments Possible, polymerization reactions Possible Possible, phototrophic m.o. produce aliphatic macromolecules Possible, highly resistant structures Possible, preserved from m.o. degradation Possible (areosols and particulates)

35 MA COME SONO FATTE LE SOSTANZE UMICHE??

41 O 2 H + C Proposta di struttura tridimensionale di acido umico

42 Immagine di acidi umici al microscopio elettronico a scansione (35000x)

44 Diverse conformazione di acidi umici

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