Sistemi Colturali. CS azoto nel sistema suolo-coltura

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1 CS azoto nel sistema suolo-coltura

2 Aspetti che affronteremo Sistemi Colturali L ambiente suolo Forme di azoto nel terreno Trasformazioni dell azoto Asportazione di azoto da parte della coltura Trasporto dell azoto Fissazione dell azoto atmosferico Bilancio dell azoto

3 Ambiente suolo: variabili di stato e parametri per profilo Proprietà chimico-fisiche (file.sim,.sil) ph CSC capacità di campo punto di appassimento caratteristiche idrologiche Variabili simulate (file.sim) contenuto idrico temperatura contenuto in azoto minerale sostanza organica (P) (P) (P) (P) (P) (S) (S) (S) (S)

4 Ambiente suolo: variabili di stato e parametri per profilo Attenzione: per tutte le variabili di stato dobbiamo fornire dei valori iniziali (inizializzazione) Per i parametri, invece, dobbiamo fornire dei valori che saranno utilizzati per tutta la simulazione. Se il modello fosse più complesso, anche i parametri diverrebbero, in qualche modo, variabili ad esempio?

5 Forme di azoto nel terreno Sistemi Colturali N organico: 1 pool di sostanza organica stabile (humus) n pool di sostanza organica a diversa velocità di mineralizzazione (uno per ogni operazione): N minerale: residui colturali reflui zootecnici N-NH 4 + N-NO 3 - Con i fertilizzanti, bisogna specificare una quota minerale (sempre) una quota organica (se usiamo fertilizzanti organici)

6 Forme di azoto nel terreno Sistemi Colturali NH 3 N 2 aria raccolti N 2 O, N 2 NH 3 reflui microrg. SOM mineralizzazione NH 4 + NO 3 - lisciviazione nitrificazione

7 Azoto nel sistema Sistemi Colturali In grandissima parte in forma organica (equilibrio tra mineralizzazione e immobilizzazione) Mineralizzazione (ammonificazione): prevalentemente batterica (es. Clostridium, Pseudomonas), rallentata da ph molto bassi Nitrificazione (Nitrosomonas NH 4+ a NO 2- ) (Nitrobacter NO 2- a NO 3- ) limitata da ph > 9 o acido e da insufficiente aerazione, da T e da altri fattori,

8 Azoto nel sistema Sistemi Colturali Denitrificazione: E la respirazione dei nitrati o di altri composti ossidati dell azoto da parte di certi batteri, o che ossidano substrati ridotti e o usano nitrati o altri composti ossidati dell azoto come accettori di elettroni, riducendoli. Il prodotto è N 2 o N 2 O (gassosi). Ovviamente avviene in assenza di O 2, altrimenti i batteri userebbero l ossigeno come accettore.

9 Trasformazioni dell azoto: generalità Cinetiche di primo ordine Tasso: dn/dt = -k N Stato: N(t) = N(0) (1 e -k t ) N(t) = N al tempo t, dopo la trasformazione N(0) = N al tempo 0, prima della trasformazione k = tasso di trasformazione dipende dalla temperatura e dal contenuto idrico del terreno mineralizzazione, nitrificazione, denitrificazione Nitrification / Denitrification Rate Adjustment

10 Mineralizzazione della sostanza organica Humus (1): dipende anche da: Mineralization rate adjustment (0 2) Refluie residui(n): dipendono anche da: Decomposition Time Constant = il tempo richiesto per mineralizzare il 63% del carbonio contenuto nel materiale organico in decomposizione, in condizioni ideali di temperatura e umidità rapporto C/N (aggiornato giornalmente)

11 Mineralizzazione della sostanza organica MRATE, NRATE, DRATE = Mineralization, nitrification e denitrification rate constant. Dipendono da tassi misurati in specifiche condizioni di T e umidità MF = moisture factor (dipende dalla frazione di pori contenente acqua)

12 Incorporazione della sostanza organica Necessità di incorporare residui e reflui Le lavorazioni del terreno spostano verso il basso i residui e i reflui presenti in superficie Redistribuzione del materiale superficiale una parte in superficie una parte incorporata a 5-8 cm il resto incorporato più in profondità (surface) (shallow) Secondo percentuali diverse per ogni lavorazione (tabulate)

13 Volatilizzazione di ammoniaca Importante quantitativamente: quando il fertilizzante (refluo o concime ammoniacale) non è interrato e/o su terreni alcalini e/o in presenza di vento Approccio semplificato: in funzione delle condizioni di applicazione, si sottrae all ammonio applicato la frazione volatilizzata (stima)

14 Asportazione da parte della coltura Equivale al valore più basso tra: domanda di azoto della coltura (Nmax): per la nuova crescita (ipo- ed epi-gea) e eventuale deficit per la vecchia crescita offerta di azoto del suolo, funzione di: azoto minerale nel terreno profondità radicale massimo assorbimento unitario della radice contenuto idrico del terreno Cosa asportano le piante?

15 Trasporto dell azoto nel profilo L acqua percola; vi è associato il movimento dell azoto nitrico (NO 3- ) Ne segue eventuale lisciviazione L ammonio (NH 4+ ) è adsorbito e quindi è meno mobile L azoto nitrico diventa quindi disponibile a diverse profondità Bilancio di massa

16 Fissazione: Azoto nel sistema A-simbiontica o batteri eterotrofi aerobi [Azotobacter] o eterotrofi anaerobi [Clostridium] o fotosintetici anaerobi [Anabaena], funghi Simbiontica (Rhizobium) o o Il rizobio penetra nelle radici e forma dei noduli costituiti da tessuto batteroide La nitrogenasi (rompe N 2 ) compare dopo i batteroidi che sfruttano l energia della pianta per fissare l N atmosferico (N 2 ) come NH 3 e amino composti e lo cedono alla pianta

17 Fissazione dell azoto (modello) Converte N 2 atmosferico in azoto nella coltura Riduce la domanda di N della coltura Azoto fissato è funzione della domanda di azoto La frazione fissata è legata allo sviluppo Fattori limitanti: temperatura terreno contenuto idrico terreno contenuto azoto minerale terreno

18 INPUT Bilancio dell azoto minerale: giornaliero, mensile, annuale OUTPUT Fertilizzazioni Mineralizzazione SOM residui, reflui N fissazione Acqua irrigua Azoto atmosferico N minerale all inizio Volatilizzazione Denitrificazione Lisciviazione Asportazione colturale Immobilizzazione N minerale alla fine