SCHEDE DI GEOPEDOLOGIA ITG A. POZZO TERZA LICEO TECNOLOGICO Prof. Romano Oss
IL SUOLO Sistema naturale, più o meno continuo, che costituisce lo strato più superficiale della crosta terrestre, formatosi nel corso del tempo per azione del clima e degli organismi viventi sulla roccia madre. Importanza della conoscenza del suolo: Caso dei Sumeri, Greci, Romani L errore dei Maya Il suolo come sistema naturale capace di: organizzazione evoluzione proprietà
Nel suolo si svolgono i principali processi di trasformazione di energia e materia collegati alla vita. In particolare il suolo è un elemento del macroecosistema.
Ecosistema come modello di rappresentazione dell ambiente si compone di: componente abiotica componente biotica L ecosistema è caratterizzato dalle RELAZIONI TROFICHE passaggi di energia sotto varie forme di sostanza organica Energia dal sole Produttori (costruzione di sostanza organica) Consumatori primari, secondari, terziari Decompositori Mineralizzazione (demolizione della sostanza organica) Perdita di energia e liberazione di sostanze minerali che riprendono il ciclo.
CICLO DEL CARBONIO Il Carbonio è l elemento fondamentale che sostiene l esistenza della VITA Ha la capacità di formare catene infinite con se stesso e costruisce le principali sostanze base della vita: proteine, zuccheri, grassi Il carbonio inorganico CO2 viene reso organico a mezzo della Fotosintesi che trasforma l energia radiante solare in energia chimica vitale. Il Carbonio si trasforma attraverso due cicli: Ciclo breve: CO2 vegetale animale morte Decomposizione Ciclo lungo: CO2 vegetale animale morte erosione roccia fossile sedimentazione Il ciclo breve dura da pochi giorni a migliaia di anni Il ciclo lungo può durare milioni di anni
Utilizzazioni del suolo Agricoltura Allevamento Forestazione Estrazione di minerali (alluminio, argille) Materiali da costruzione Base per le fondazioni Contenitore dei residui Sepolture CONCETTO DI SOSTENIBILITÀ Utilizzo senza alterare la capacità produttiva Il mondo preso a prestito dai nostri figli
PEDOLOGIA Scienza che studia il suolo il termine deriva dal greco: Pedon - Logos Lo studio del suolo indaga: morfologia (forma, colore, consistenza, stratificazioni) funzionalità (attitudine all utilizzo) proprietà (chimiche, fisiche, biologiche) origine (pedogenesi)
Il Suolo deriva dalla interazione tra: litosfera idrosfera atmosfera biosfera Il suolo, luogo di transizione, viene definito PEDOSFERA
IL PROFILO DEL SUOLO Nel corso del tempo il Suolo si stratifica in ORIZZONTI che si sviluppano durante il processo Pedogenetico. L insieme degli orizzonti sovrastanti la Roccia Madre viene definito: REGOLITE Il Regolite può avere origine: autoctona o alloctona Le variazioni tra gli orizzonti sono graduali e non discrete Le zone di transizione tra i profili presentano caratteristiche intermedie La parte superiore degli orizzonti è il Suolo propriamente detto ed è abitato dalle radici dal quale traggono il nutrimento e l acqua. Il Suolo è il luogo di maggiore attività biologica. Le profondità degli orizzonti sono estremamente variabili
R E G O L I T E S U O L O ORIZZONTE ORGANICO ORIZZONTE MINERALE ELUVIALE P R O F I L O lettiera materiale parzialmente decomposto Humus Lisciviato, impoverito, spesso sabbioso ORIZZONTE MINERALE Accumulo di elementi minerali e collidi ILLUVIALE SUBSTRATO PEDOGENETICO Roccia disgregata e alterata ROCCIA MADRE Roccia originaria, sana, inalterata
RIPARTIZIONE DELLA SUPERFICIE TERRESTRE Le terre emerse rappresentano il 25% della superficie della Terra Acque 75% Ghiacci, deserti, rocce, spiagge, insediamenti umani 15% suoli bioproduttivi 10%
FUNZIONI SVOLTE DALLA PEDOSFERA Biologica: sede dei principali cicli bioenergetici Alimentare: grazie alla sua fertilità fornisce gli elementi nutritivi ai Produttori primari Filtro: attraverso la sua porosità depura le acque Fornitore di materiali: vetro, ceramica, bauxite, sostanza organica, legno Archivio storico: i paleosuoli forniscono informazioni sull evoluzione e sui climi Condiziona i climi
COMPOSIZIONE DEL SUOLO Il volume del suolo è composto da: Sostanze minerali circa il 45% Sostanze organiche circa il 5% Acqua variabile dal 20 al 30 % Aria variabile dal 20 al 30% Acqua ed aria occupano la POROSITÀ e sono quindi complementari Sostanze minerali Sostanze organiche acqua aria
FRAZIONI MINERALI DEL SUOLO La frazione minerale del suolo è suddivisa in: Scheletro Sabbia grossa Sabbia fine Limo Argilla diametro > di 2 millimetri diametro fra 2 e 0,2 millimetri diametro fra 0,2 e 0,02 millimetri diametro fra 0,02 e 0,002 millimetri diametro < a 0,002 millimetri In relazione alla composizione percentuale delle varie classi diametriche si possono classificare i suoli Proporzioni tra i vari componenti minerali Sabbia Limo Argilla
FRAZIONE ORGANICA Deriva dall accumulo e dalla successiva degradazione nel suolo di residui vegetali e animali Mediamente costituisce il 2-10% del volume del suolo La frazione organica viene definita Humus Necessaria per l attività biologica dei microrganismi decompositori Suoli con più del 10% di humus vengono definiti organici Può arrivare anche al 90% nelle torbiere (suoli ricchi di vegetali indecomposti per la presenza di acqua e una situazione anaerobica) (Torbiere importanti per alcune ricerche archeologiche) La frazione organica è ricca di azoto, zolfo, fosforo
ACQUA L acqua piovana penetra nel terreno e si infiltra attraverso i pori fino alle falde e si distinguono in: Acque vadose Sono dette quelle che scendono nel sottosuolo per azione della gravità. Acque freatiche Sono contenute nelle falde omonime, ossia entro strati permeabili superiormente e impermeabili inferiormente. Acque artesiane Sono racchiuse entro due strati impermeabili, possono essere raggiunte con i pozzi omonimi. I pozzi che raggiungono le falde freatiche necessitano di pompe per la risalita delle acque. I pozzi che raggiungono le falde artesiane permettono la risalita dell acqua grazie alla pressione naturale che si forma nella falda.
Dopo una pioggia l acqua caduta può: Rimanere in superficie e scorrere come acqua superficiale e può causare erosione del suolo mediante lo scorrimento. Scendere nel suolo e riempire tutti i pori acqua di saturazione e corrisponde alla capacità idrica massima (variabile da suolo a suolo) contenibile da quel suolo. Dopo poco tempo, a causa della forza di gravità, una parte di acqua percola negli strati più profondi e si suddivide in: Acqua gravitazionale: occupa temporaneamente tutti gli spazi vuoti poi, sotto l azione della forza di gravità percola negli strati più profondi. Dopo la percolazione quella che rimane negli strati superiori è: acqua capillare: trattenuta nello strato superficiale del suolo dalle forze di attrazione fra le molecole d acqua (coesione) che trattengono l acqua nei micropori del terreno. Questa misura dell acqua è molto importante e si chiama capacità di campo
L acqua capillare si compone di due frazioni: Assimilabile: utilizzata dai vegetali e persa per evaporazione dal suolo Non assimilabile: acqua igroscopica forma una pellicola d acqua (idratazione) sulle particelle del suolo dovuta alla struttura a dipolo che si fissa alle cariche delle particelle. L acqua del suolo si definisce soluzione circolante perché contiene disciolti i sali minerali derivanti dalla solubilizzazione e dallo scambio ionico.
ATMOSFERA DEL SUOLO l atmosfera del suolo è importante perché da essa dipende la vita di piante e microrganismi. Essa occupa gli spazi vuoti ed è complementare all acqua. Nel suolo aria e acqua devono trovarsi nella giusta misura per favorire la vita. La sua composizione è diversa da quella della atmosfera esterna: più ricca di umidità, di anidride carbonica più povera di ossigeno. Gli scambi gassosi tra atmosfera esterna e suolo sono regolati da: trasporto nell acqua piovana e di scorrimento diffusione entro i pori del suolo
FAUNA E FLORA Fauna: la fauna del suolo è principalmente dovuta a vermi, millepiedi, talpe, roditori, insetti, acari, gasteropodi che provvedono allo sminuzzamento e mescolamento dei residui organici allo scopo di procurarsi l approvvigionamento energetico. Flora: oltre alle piante che penetrano con le radici nel suolo, si trovano di estrema importanza i microrganismi, batteri che decompongono la sostanza organica e rendono nuovamente disponibili sostanze minerali, i funghi che abitano i terreni più acidi, concorrono alla decomposizione della lignina e aiutano le piante nell assorbimento radicale (micorrize). Alcuni funghi possono essere parassiti e causare danni alle piante (marciume radicale)
PRINCIPALI ORGANISMI DEL SUOLO
MICORRIZA Simbiosi tra funghi e piante. Il micelio del fungo ricopre come un mantello le radici apportando alle piante dei vantaggi di tipo: aumento della superficie di assorbimento maggiore efficacia di assorbimento di N, P, K apporto di composti energetici protezione da malattie.
TUBERCOLI RADICALI Alcuni microrganismi si introducono nella corteccia delle radici sottili e si moltiplicano in colonia formando dei tubercoli (palline). Assorbono l azoto atmosferico dall aria e lo trasformano fino a formare aminoacidi che vengono poi demoliti e assorbiti dalle piante. Necessari per l apporto di azoto al terreno specie per alcune specie di piante leguminose: soja, erba medica...
PEDOGENESI E SUOI FATTORI Il processo di formazione del suolo è chiamato: pedogenesi è dovuto alla azione interagente fra: rocce, clima, vegetali, animali, uomo, tempo. Schematizzando i fattori della pedogenesi si possono raggruppare in tre gruppi: Fattori abiotici: Fattori biotici: Fattore tempo: matrice litologica, clima, morfologia, acqua circolante nel suolo vegetali, animali, uomo ne misura l evoluzione
Fattori abiotici Matrice litologica: detta anche substrato roccioso o roccia madre, influisce nella formazione e nell evoluzione del suolo. Dalla sua disgregazione iniziale prende origine il: Substrato pedogenetico che può derivare solamente dalla litosfera locale oppure essere composto anche da detriti di origine glaciale, fluviale, eolica. Ne derivano suoli autoctoni o alloctoni. Clima: interviene sia nella formazione sia nella evoluzione del suolo attraverso le precipitazioni e la temperatura. Acqua e calore sono i principali agenti della decomposizione e della disgregazione delle rocce inoltre determinano lo sviluppo di flora e fauna che possono concorrere al processo di pedogenesi. Morfologia: assieme alla topografia condiziona la formazione e la evoluzione del suolo attraverso la diversa acclività dei versanti (erosione), l esposizione (escursione termica), quota (temperatura). Acqua circolante: nel suolo favorisce o inibisce lo sviluppo della vita e l interazione con le componenti minerale e organica. L alternanza di periodi di siccità e saturazione fanno variare le velocità di formazione ed evoluzione dei suoli.
Fattori biotici Vegetazione interviene attraverso l attività radicale, con l apporto di residui organici, modificando il microclima. La vegetazione agisce anche direttamente sulla roccia madre con i Licheni (simbiosi tra fungo e alga) iniziando il processo di disgregazione, successivamente intervengono i muschi. Animali in genere compiono azioni di rimescolamento degli strati superficiali e con i microrganismi degradazione ad humus della sostanza organica. Uomo è intervenuto e interviene nella evoluzione del suolo sia come agricoltore che come sfruttatore di risorse. Taglio di foreste, utilizzo di zone per il pascolamento di mandrie, eliminazione di coperture arboree, deviazione di corsi d acqua, modificazione delle condizioni climatiche, occupazione e cementificazione di superfici, inquinamento idrico
Tempo È durante il suo trascorrere che avvengono i fenomeni di formazione ed evoluzione del suolo. Con l andare del tempo il suolo può raggiungere condizioni di stabilità ovvero di equilibrio con le caratteristiche del clima e della vegetazione. Questo stadio è definito: Climax Se si considera la colonizzazione di una superficie assistiamo successivamente a: primi occupanti: società pioniera occupanti successivi: transitori occupanti finali: specie climax
TERRENO AGRARIO Il terreno agrario deriva dal suolo naturale per intervento dell uomo dove la vegetazione naturale è stata sostituita dalle coltivazioni dell uomo. I principali interventi dell uomo hanno riguardato la stratigrafia del suolo modificata attraverso strumenti di lavoro rimescolatori e rovesciatori
Da questa attività ne è derivato un nuovo profilo costituito da: Strato attivo: è quello interessato dalle lavorazioni e dalle pratiche agronomiche, in questo è più intensa l attività radicale e microbiologica. Il suo spessore varia dai 30 agli 80 centimetri. Strato inerte: con ridotta attività biologica, il suo spessore dipende dalla profondità di lavorazione e dallo sviluppo degli apparati radicali. È importante per la dinamica dell acqua, percolazione, ristagno, approvvigionamento. Il suo spessore, molto variabile, può essere di pochi centimetri fino ai 90 100 Substrato pedogenetico e roccia madre come nel profilo naturale.
PROPRIETA FISICHE Comprendono un insieme di aspetti fisici molto importanti in quanto possono condizionare la capacità produttiva e di orientare la tecnica colturale. Si suddividono in: Statiche Dinamiche praticamente immodificabili senza interventi straordinari influenzate dalle normali pratiche agronomiche
statiche dinamiche Tessitura Giacitura Esposizione Struttura Porosità Coesione Plasticità
GRANA O TESSITURA rappresenta la descrizione dei componenti del suolo suddivisi percentualmente per frazioni diametriche teoriche. Le varie particelle minerali che si trovano nel suolo vengono suddivise con dei setacci le cui maglie sono fissate per convenzione. Calcolando le percentuali delle frazioni che ne derivano si definiscono le qualità minerali del suolo. Le maglie dei setacci partono dai 2 millimetri La frazione sopra i 2 mm. viene definita scheletro; La frazione sotto i 2 mm. è definita terra fine; la terra fine è a sua volta divisa in: sabbia grossa, sabbia fine, limo, argilla
TRIANGOLO DELLA TESSITURA
GIACITURA ED ESPOSIZIONE Per Giacitura si intende la posizione della sua superficie (inclinazione) rispetto al piano orizzontale. I problemi connessi alla giacitura riguardano: regimazione delle acque erosione lavorabilità e meccanizzazione Per Esposizione si intende l orientamento della superficie rispetto ai punti cardinali Interessa esclusivamente i terreni con giacitura non orizzontale. In diretta relazione con l ambiente climatico: azione dei venti, caldi o freddi; periodi di insolazione; esposizione a mezzogiorno...
POROSITÀ Peso specifico e porosità: il peso specifico del suolo è necessariamente condizionato dai pori presenti nel suo interno, ha poco senso quindi parlare del peso specifico assoluto ma ciò che si considera è il peso specifico apparente o densità apparente. Rispetto a ciò la caratteristica che interessa è la Porosità che rappresenta il volume degli spazi vuoti presenti fra le varie particelle e che è occupato dall aria o dall acqua. Come calcolarla: La porosità è data dal rapporto: Volume dei pori Volume totale del suolo I valori normali della porosità sono tra 0,3 e 0,6 un volume indisturbato di terreno in acqua e si guarda lo spostamento di volume che corrisponde al volume netto del terreno. Volume indisturbato meno volume spostato uguale porosità.
Coesione: è rappresentata dalla forza che tiene unite le particelle terrose, aumenta con il diminuire della umidità, è massima nei terreni argillosi secchi. Si oppone alla penetrazione degli attrezzi da lavoro, aratri vanghe, zappe. Plasticità: è la capacità che ha il suolo di assumere una certa forma da bagnato e mantenerla quando si asciuga, i suoli più plastici sono quelli con alto contenuto di argilla. Capillarità: formazione dei vasi capillari, perdita di acqua, zappatura e piante sarchiate.
STRUTTURA rappresenta la disposizione reciproca degli aggregati che nel suolo si formano per unione delle particelle elementari che lo compongono. I fattori che favoriscono la struttura dipendono dalle capacità dei colloidi (minerali argillosi o sostanze umiche) di flocculare e poi di cementare le particelle di terreno. Le sostanze ad azione cementante sono prodotte dai microrganismi del suolo, dalle radici e da cementi inorganici come carbonato di calcio, ossidi di ferro e di alluminio. La struttura è una proprietà dinamica che può essere favorita dall avanzamento delle radici, dall aumento di volume dell acqua, dagli organismi come i lombrichi. La struttura permette buona aereazione, circolazione dell'acqua e delle radici. Un suolo ben strutturato è più fertile di uno destrutturato.
PROPRIETA CHIMICHE ph: si intende la misurazione nella soluzione circolante Differenza tra terreni di montagna acidificati che subiscono la lisciviazione e la eluviazione e terreni di pianura tendenzialmente basici per la illuviazione e deposizione di sali. L'acidità del terreno definisce le specie che lo possono abitare Intervallo di ph: tra5 e 7,5 per la maggior parte delle piante tra 6 e 7 per le piante coltivate
Sostanza organica Ha influenza sia sulle caratteristiche fisiche sia su quelle chimiche I residui vegetali e animali provenienti dai fenomeni della vita vengono decomposti dai microrganismi con formazione di humus che a sua volta diventa fonte energetica per altri organismi che alla fine di vari processi lo trasformano nei componenti minerali, originariamente utilizzati dalle piante, e liberazione di CO2, acqua, energia. Caratteristiche fisiche influenzate dalla sostanza organica: Struttura; Stabilizzazione degli aggregati; Porosità; Acqua trattenuta; Aereazione Caratteristiche chimiche influenzate dalla sostanza organica: Processi di scambio; Energia per microrganismi; Riserva di elementi nutritivi
Potere adsorbente Caratteristica dei colloidi del terreno di trattenere ioni e impedire che l'acqua di scorrimento o percolazione li porti via. Viene sfruttata dalla tecnica di concimazione per ritardare l'effetto di alcuni concimi ed evitare troppe concimazioni, P e K Disponibilità di nutrienti Vengono generalmente distinti in macroelementi e microelementi, non per importanza ma per quantità. Macroelementi: C, H, O, N, P, S, Ca, Mg, K, Cl, Microelementi: Fe, Mn, Zn, Cu, Le piante assorbono dalla soluzione circolante che viene mantenuta rifornita da: processi di alterazione delle rocce processi di mineralizzazione della sostanza organica somministrazione di fertilizzanti
PROPRIETA BIOLOGICHE Le proprietà biologiche del suolo si concretizzano nella attività di trasformazione operata dai microrganismi i quali aggrediscono la sostanza organica in fasi successive utilizzando i composti organici di alcuni elementi e trasformandoli nei composti minerali dopo averne utilizzato l'energia per i processi vitali. Queste trasformazioni per facilità didattica e non con la presunzione di costruire un modello reale, vengono schematizzate secondo cicli e quindi avremo il ciclo del carbonio, il ciclo dell'azoto, del ferro, dello zolfo e così via.
Schema generale di degradazione della sostanza organica Sostanza organica attaccata da microrganismi più ossigeno Humus utilizzato da microrganismi Composti organici di C, Fe, S, N e altri, utilizzati da microrganismi Composti minerali acqua, CO2, energia
Schematizzazione del ciclo dell'azoto Composti organici dell'azoto costituiti da azoto proteico, acidi nucleici, utilizzato dai microrganismi ammonizzanti Formazione di composti ammonici NH4 + + OH - utilizzati da parte di microrganismi nitrificanti NH4 + O2 NO2 + H2O + H NO2 viene sciolto nella soluzione circolante e utilizzato dalle piante attraverso le radici. Se il terreno è asfittico e ristagna l'acqua può avvenire una reazione da parte di microrganismi denitrificanti e la molecola scissa con perdita di N sotto forma gassosa e perdita di fertilità
MICRORGANISMI AZOTOFISSATORI Il terreno può essere arricchito di azoto mediante i microrganismi azotofissatori Liberi che utilizzano l'azoto atmosferico per costruire la propria sostanza organica e alla loro morte rimane nel terreno. Simbionti che vivono in comunità sulle radici di alcune piante (leguminose, soia, erba medica) prendono dalle piante sostanze elaborate e alla loro morte arricchiscono il terreno di azoto. Sperimentazione della soia.