La fertilità biologica

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1 La fertilità biologica

2 La fertilità biologica è collegata all attività delle comunità microbiche residenti nel terreno, dalle quali dipendono le dinamiche dei cicli biogeochimici degli elementi nutritivi, primi fra tutti il C, l N, lo S, il P. La fertilità biologica è strettamente correlata alla quantità ed alla qualità della sostanza organica, che costituisce la principale fonte energetica e di nutrienti per i microrganismi.

3 Il suolo è un sistema biologicamente attivo nel quale si completano i cicli biogeochimici dei nutrienti (C, N, S, P) ad opera di comunità complesse che costituiscono una notevole riserva di diversità biologica. Costituisce la principale riserva terrestre di C (~ t C)

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

5 Il suolo come sistema vivente Gli spazi tra gli aggregati ed all'interno degli aggregati possono ospitare, in presenza di un film d acqua, dei micro-ambienti, della dimensione di poche decine di µm, in cui si sviluppa la componente biologicamente attiva del suolo. La microflora esprime l 80-90% dell attività biologica totale di un suolo (Stotzky, 1997).

6 Life in soil and associated size range

7 Gli organismi del suolo in relazione alla loro dimensione ed alla loro abbondanza ponderale e numerica ORGANISMI BIOMASSA (t ha-1) N individui g-1 suolo Batteri (microflora) (x 106) Attinomiceti (microflora) (x 106) Funghi (microflora) Lieviti (microflora) Alghe (microflora) 0,1-0, Protozoi (microfauna) 0,1-0, Nematodi (mesofauna) 0-0, Altri organismi 0-3,0 --- Radici (macroflora)

8 Il suolo è la sede privilegiata dei processi di sostenimento dei cicli biogeochimici degli elementi (C, N, P, S) sintesi di humus e degradazione della sostanza organica degradazione di molecole xenobiotiche azotofissazione biologica rilascio di enzimi extracellulari interazioni pianta-suolo-patogeni

9 Soil microbes are the eye of the needle, through which all organic material that enters the soil must pass (Jenkinson and Powlson, 1976)

10 Indicatori biochimici Quantità della biomassa microbica Metodo della fumigazione con CHCl3 ed incubazione per 10 giorni a 25 C Metodo della fumigazione con CHCl3 ed estrazione con 0.5 M K2SO4 CHCl3 Determinazioni analitiche: BC, BN, BP

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

12 Indicatori biochimici Attività della biomassa microbica La respirazione del terreno Viene sperimentalmente determinata come sviluppo di CO2 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.

13 Nelle misure in laboratorio l efflusso di CO2 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.

14 Field measurements Per misurazioni di campo si utilizzano sistemi portatili di tipo dinamico chiuso (LI-COR 8100, a dx nella foto) collegato ad una camera di prospezione per indagini a breve termine (10-cm survey chamber, a sin nella foto).

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17 Nelle misure in situ l efflusso di CO2 indica il livello di attività biologica dell intera comunità vivente del suolo comprensiva dei microrganismi, della pedofauna e degli apparati radicali delle piante. Kuzyakov, 2006 Respirazione eterotrofa: 65-80% Respirazione autotrofa: 15-30%

18 E possibile misurare due differenti attività di tipo respiratorio Respirazione basale (BAS) Respirazione indotta da substrato (SIR)

19 Respirazione del suolo a confronto prima e dopo aggiunta di glucosio SIR F CO2 (µ mol. m-2. s-1) BAS Elapsed time (hours before/after the addition of glucose) 264

20 Indicatori biochimici Attività della biomassa microbica Azoto potenzialmente mineralizzabile (No) 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 0.01M CaCl2 (Stanford e Smith, 1972). Determinazione del potenziale nitrificante/ammonizzante Si utilizzano substrati degradabili che stimolano l attività dei microrganismi del suolo, quali (NH4)2SO4, caseina lattica, arginina

21 Indicatori biochimici: indici ecofisiologici BC/BN = Rapporto C/N della biomassa microbica BC/TOC = Quoziente microbico qco2 = Quoziente metabolico (µg CO2-C µg-1 BC d-1) BN/TN qnmin = µg Nass µg-1 BN d-1