Perdita sostanza organica [modalità compatibilità] - disat

Corso di
Qualità, Degradazione e Conservazione dei Suoli
SOSTANZA ORGANICA DEL SUOLO
Chiara Ferré
10/5/2011

Componenti
organiche del
suolo
Sostanza organica nel suolo
Organismi viventi
Sostanza organica
morta
Pedofauna
Flora batterica
Radici vegetali viventi
Labile (facilmente
decomponibile)
Stabile (humus s.s.)

SO = C x 1,72
Sostanza organica
(dove SO = sostanza organica e C = carbonio organico)
Sostanza
organica
g kg -1
Valutazione
< 10 Molto povero
10-20 Povero
20-30 Mediamente dotato
30-100 Ricco
100-200 Umifero
> 200 Torboso

Stock di carbonio organico
SUOLO
1500 – 1600 Pg
BIOMASSA VEGETALE
720 Pg
ATMOSFERA (CO2)
560 Pg

Stock di carbonio organico in alcune tipologie pedologiche
(Europa centrale e orientale)
Tipologia
pedologica
Media CO
(kg m -2 )
0-30 cm
Media CO
(kg m -2 )
0-100 cm
Arenosols 2,3 3,9
Cambisols 6,9 11,8
Gleysols 11,4 17,3
Histosols 22,1 72,9
Leptosols 8,4
Podzols 12 29,6

Azioni della sostanza organica nei suoli
•Azione sulle proprietà fisiche
Miglioramento e stabilizzazione della struttura
Protezione dall’erosione per impatto (splash, raindrop)
Aumento della capacità di ritenzione idrica
•Azione sulle proprietà chimiche
Aumento della capacità di scambio cationico
Rilascio di cationi (Ca ++ , Mg ++ , K + , Na + , NH 4 + …) e anioni (NO3 - , PO4 3- , SO4 --
…) a seguito di mineralizzazione primaria e secondaria
Potere tampone
•Azione sulle proprietà biologiche
Liberazione di sostanze nutritive indispensabili per la crescita delle
piante (macro e microelementi nutritivi, oligoelementi) e per lo sviluppo della
biomassa microbica
Messa a disposizione di sostanze alimentari per i lombrichi e l’altra fauna
terricola
Rilascio di fattori di crescita per i vegetali (fitormoni)

Suolo: serbatoio ed emettitore di C
CO 2 per respirazione
eterotrofa autotrofa
lettiera
humus
Radici +
rizosfera

Umificazione e mineralizzazione della sostanza organica
Resti vegetali e
animali
Piante
Mineralizzazione primaria
Humus stabile
NH 4+, CO 2, NO 3 -
HPO 4 2- , SO4 2-

Umificazione
Vie:
•H1 – Eredità
•H2 – Policondensazione
•H3 – Neosintesi batterica

Acido fulvico
Molecole umiche
a.crenico a.fulvico a.umico umina
a.imatomelanico
Acido umico

Frazionamento della sostanza organica
Frammenti di materiale
organico
Frammenti di materiale
organico
Acido crenico
Acido imatomelanico
Acidi umici, acidi fulvici,
umina
Acidi umici
acidi fulvici acidi fulvici
umina
Acidi umici

Mull
carbonatico
Tipi principali di humus sec. Duchaufour
Mull
eutrofico
Vegetazione Prateria Latifoglie,
suoli
coltivati
Clima Continentale
Mull acido Moder Mor Anmoor Torba
oligotrofa
(alta)
Querceto,
castagneto
Conifere,
latifoglie
(degrad.)
Atlantico Atlantico Umido e
freddo
Brughiere,
conifere
Molto umido
e freddo
Prateria
inondata
Torba
meso/
eutrofa
(bassa)
Sfagni Muschi,
canne di
palude
- - -
pH >7,0 6,0-6,5 4,0-4,5 4,0-5,0 3,5-4,5 variabile 3,5-4,0 6,0-7,5
C/N 10 12 15 15-25 25-40

Coefficiente di umificazione
K1 = coefficiente di umificazione = coefficiente isoumico
Rappresenta la percentuale di sostanza secca che si trasforma in humus stabile.
Dipende soprattutto dal tipo di sostanza organica (contenuto di lignina, cellulosa, emicellulose) e
dal suo rapporto C/N
Ammendante Sostanza
organica
(% sul secco)
K1
(%)
Letame maturo 20 50
Letame mediam. maturo 22 40
Letame fresco paglioso 25 25
Paglie di cereali 85 15

Rapporto C/N della lettiera fresca di alcune specie forestali
Larix decidua
Pinus sylvestris
Populus tremula
Sorbus aucuparia
Quercus rubra
Acer pseudoplatanus
Picea excelsa
Fagus sylvatica
Betula pendula
Quercus petraea
Salix alba
Tilia cordata
Corylus avellana
Carpinus betulus
Fraxinus excelsior
Robinia pseudacacia
Alnus nigra
Sambucus nigra
12
16
16
24
28
27
37
37
40
45
45
48
0 20 40 60 80 100
54
53
53
56
Rapporto C/N
65
77

Coefficiente di mineralizzazione
K2 = coefficiente di mineralizzazione secondaria
Rappresenta la percentuale di humus stabile che si mineralizza annualmente.
E’ in media pari a 1,5-2%, con estremi di 0,5-3%
Secondo Rémy & Marin-Laflèche (INRA), per climi temperati:
K2 = 1200
(A + 20) * (CaCO 3 + 20)
dove: A = argilla % e CaCO 3 = carbonati totali %
I dati e l’equazione sopra indicati sono validi per climi di tipo temperato, con
temperatura media annua di circa 12 °C. Il valore di K2 locale si può stimare
moltiplicando il dato, calcolato come sopra, per il coefficiente correttivo empirico KT.
KT
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
-10 10 30 50 70
T (°C)

Attività microbica del suolo e umidità
Relazione ipotetica fra attività microbica (respirazione,
denitrificazione, nitrificazione) e il contenuto di acqua del suolo
espresso come WFPS (Water Filled Pore Space)

lettiera
humus
Cambiamento dello stock di carbonio del suolo
CO 2 per respirazione
eterotrofa autotrofa
Radici +
rizosfera
Principali fattori che contribuiscono
al declino di C nel suolo:
Aumento della T del suolo
Cambiamento d’uso del suolo

Suolo e cambiamenti climatici
Ipotesi dell’effetto del cambiamento climatico,
connesso all’aumento della concentrazione di CO 2 in
atmosfera, sulla dinamica del C nel suolo (feedback
positivo o negativo)

Cambiamento d’uso del suolo
da foresta a seminativo
Sostanza organica epigea e ipogea
Tratto da: H. Jenny (1980) “The soil resource” Springer-Verlag, New
York

Cambiamento d’uso del suolo
da prato a seminativo
XV anni
X anni
V anni
I anno
Variazione del contenuto in sostanza organica con la lavorazione del terreno
(trasformazione prato -> seminativo). 1, situazione iniziale; 2, dopo la prima
lavorazione; 3 dopo cinque anni; 4, dopo dieci anni di lavorazione; 5, dopo
quindici anni di lavorazione.

Possibili rimedi alla diminuzione della sostanza organica del suolo
•Adozione di pratiche agronomiche conservative
Lavorazioni superficiali o non lavorazioni
Semina su sodo
Avvicendamento colturale
Residui colturali non asportati, ma lasciati in campo
Applicazione di ammendanti organici
•Realizzazione di impianti da biomassa a uso energetico (SRF di
pioppi, salici, ecc.) su seminativi
Contribuiscono a ridurre le emissioni di gas a effetto serra legate
all’uso di combustibili fossili
Diminuiscono la pressione sui boschi naturali, premettendo a questi
ultimi di sviluppare appieno la propria funzione di serbatoi di C
Prevedono un’unica aratura profonda pre-impianto, seguita da 1-2
erpicature annuali durante il ciclo vegetativo
Possono determinare un incremento dello stock di sostanza organica
del suolo

Metodi diretto di stima dei cambiamenti dello stock di C nei suoli
Fattori critici
Alta variabilità spaziale
Es. suolo agricolo (5 ha):
Media CO: 2.39 %
Min:1.26 %
Max:3.48 %
Profondità da considerarare per il calcolo delle variazione di carbonio
organico del suolo
Individuazione REV (Representative Elementary Volume)
a)
b)

Metodi diretto di stima dei cambiamenti dello stock di C nei suoli
Orizzonti minerali
Biomassa ipogea
Necromassa
Orizzonti organici
Orizzonti
organici
Orizzonti
minerali
Necromassa
Radici

Modelli di stima dei cambiamenti dello stock di C organico dei suoli
Model Input Meteo Soil and
plant
DNDC Hour, Day,
Month
Ecosys Minute,
Hour
P, AT Lay, Cl, OM,
pH, BD
P, AT,
Ir, WS,
RH
RothC Month P, AT,
EvW
Lay, W, Cl,
CEC, PS,
OM, pH, N,
BD, PG, PS
Management Soil Output
Root, Ti, Fert,
Man, Res, Irr,
AtN
Rot, Ti, Fert,
Man, Res, Irr,
AtN
C, BioC, N, W,
ST, gas
C, BioC, N, W,
ST, pH, Ph, EC,
gas, ExCat
Cl, C Man, Res, Irr C, BioC, gas, 14C