Proprietà Fisico-Chimiche ed Ecologiche Fondamentali del Suolo

Proprietà Fisico-Chimiche del Suolo

Capacità di Scambio Ionico

Proprietà relativa all'argilla e al limo nella frazione minerale, è una delle più importanti proprietà del suolo. Si riferisce a uno scambio reversibile di anioni e cationi tra i minerali e la superficie di particelle organiche con specifiche molecole e ioni.

L'adsorbimento di ioni è di grande importanza per:

• Le reazioni del suolo (pH)
• La struttura del suolo
• L'approvvigionamento di nutrienti
• La formazione del suolo

Gli ioni scambiabili sono quelli che possono essere scambiati in un periodo limitato da altri ioni, utilizzando soluzioni a concentrazione e pH standardizzati (es. acetato di ammonio a pH 7,0, acetato di sodio a pH 8,2, ecc.).

Gli ioni non scambiabili (o fissati) sono quelli bloccati in siti inaccessibili dei minerali o legati chimicamente.

Capacità di Scambio Cationico (CSC)

Sia i colloidi organici che quelli inorganici contribuiscono alla Capacità di Scambio Cationico (CSC). La CSC rappresenta il numero totale di siti di scambio (cariche negative) o la quantità totale di cationi adsorbiti.

Origine delle Cariche Negative

• Sostituzione isomorfa: È indipendente dal pH. Genera una carica netta negativa non compensata quando un catione viene sostituito da un altro di carica inferiore (es. sostituzione di Si⁴⁺ con Al³⁺ nella posizione tetraedrica; sostituzione di Al³⁺ con Mg²⁺ o Fe²⁺ nella posizione ottaedrica).
• Bordi rotti o superfici dei minerali: Dipende dal pH. Un pH più alto favorisce la dissociazione di H⁺ dai gruppi idrossilici (-OH) esposti.
• Ionizzazione di gruppi funzionali (-OH e -COOH) dei colloidi organici e inorganici: Dipende dal pH. È molto importante nei suoli ricchi di sostanza organica e in quelli derivati da ceneri vulcaniche (Andosuoli).

Meccanismi di Scambio

Lo scambio avviene tra una fase solida (superficie colloidale) e una fase liquida (soluzione del suolo). I cationi sono attratti dai siti carichi negativamente. Il meccanismo è sempre reversibile e tende a raggiungere un equilibrio.

Capacità di Scambio Anionico (CSA)

Nei suoli, la Capacità di Scambio Anionico (CSA) è generalmente minore della CSC. Tuttavia, suoli a carica variabile (come gli Andosuoli, derivati da ceneri vulcaniche) possono sviluppare anche carica positiva. Cariche positive possono trovarsi su minerali argillosi, idrossidi e sostanze organiche.

Origine delle Cariche Positive (a pH basso)

• Protonazione di gruppi funzionali su minerali argillosi, idrossidi di Fe e Al.
• Protonazione di gruppi amminici (-NH₂) nelle sostanze umiche.
• Dissociazione e sostituzione di gruppi OH⁻ legati ad Al (Al-OH) sui bordi rotti dei minerali.

Percentuale di Saturazione in Basi (PSB)

Esprime la frazione della CSC occupata da cationi basici (principalmente Ca²⁺ e Mg²⁺ nella maggior parte dei suoli).

Reazione del Suolo (pH)

La reazione del suolo, o pH, è una proprietà estremamente importante, correlata alla CSC. È una caratteristica della soluzione del suolo, misurata come l'attività degli ioni H⁺ in soluzione ed espressa in unità di pH, che indicano il livello di acidità o alcalinità del suolo.

Cause dell'Acidità del Suolo

• Clima (elevate precipitazioni favoriscono il dilavamento delle basi)
• Materiale parentale (rocce acide)
• Produzione di CO₂ dall'attività biologica (che forma acido carbonico)
• Produzione di H⁺ dalle radici delle piante
• Umificazione della sostanza organica (produzione di acidi organici)
• Processi di ossidazione (es. ossidazione dello zolfo)

Importanza del pH

• Influenza i processi di formazione e sviluppo del suolo (pedogenesi).
• Determina la disponibilità e l'assorbimento dei nutrienti per le piante.
• Regola l'attività degli organismi del suolo.
• Influenza la velocità di decomposizione della sostanza organica.

Tipi di Acidità

L'acidità attiva è causata dalla presenza di ioni H⁺ nella soluzione del suolo. Esiste anche un'acidità potenziale o di scambio, legata agli H⁺ e Al³⁺ adsorbiti sui colloidi.

Potere Tampone del Suolo

È la capacità del suolo di resistere alle variazioni di pH della soluzione circolante. Il potere tampone varia tra i suoli ed è dovuto principalmente ai colloidi organici e inorganici.

Le variazioni di pH vengono contrastate (tamponate) ricorrendo ai meccanismi di scambio ionico.

Suoli Interessati da Sale (Suoli Salini e Sodici)

Questi suoli sono caratterizzati in base a:

• Contenuto di sali solubili (misurato come conducibilità elettrica, EC)
• Percentuale di sodio scambiabile (ESP)
• Rapporto di adsorbimento del sodio (SAR) nella soluzione del suolo
• Contenuto di elementi potenzialmente tossici (es. boro, cloruro, sodio)

La salinità è una delle più gravi limitazioni per l'agricoltura nelle regioni aride e semiaride. Le colture presentano diverse tolleranze alla salinità.

Effetti della Salinità

• Scarsa germinazione
• Limitazione della crescita delle piante (stress osmotico)
• Ridotta disponibilità idrica a causa dell'eccesso di ioni disciolti
• Possibili problemi di tossicità specifica da ioni (es. B, Na⁺, Cl⁻)

Origine dei Sali nel Terreno

• Accumulo dovuto all'apporto con l'acqua di irrigazione
• Materiali parentali ricchi di sali
• Clima arido in cui il dilavamento (lisciviazione) dei sali è limitato

Effetti del Sodio (Na⁺)

Le colture differiscono nella loro sensibilità al sodio. Elevate concentrazioni di Na⁺ possono:

• Indurre problemi chimici e nutrizionali (es. antagonismo con K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺)
• Causare il deterioramento della struttura del suolo (suoli sodici)
• Diventare lo ione dominante nella soluzione del suolo

Ecologia del Suolo

Il suolo è un sistema biologicamente attivo e fertile, dove i processi organici giocano un ruolo determinante.

Sostanza Organica del Suolo

La sostanza organica è una miscela complessa di:

1. Organismi viventi (microrganismi, fauna terricola) e loro detriti in decomposizione.
2. Prodotti della decomposizione di residui vegetali e animali.
3. Sostanze sintetizzate biologicamente e/o chimicamente durante l'umificazione (sostanze umiche).

Si distingue comunemente tra residui organici (materiale non ancora decomposto o parzialmente decomposto) e sostanze umiche (prodotti finali stabilizzati della decomposizione).

Importanza della Fauna del Suolo

La fauna del suolo (es. lombrichi, artropodi) è importante per:

• Macerazione e sminuzzamento dei residui vegetali.
• Distribuzione di questi residui nel profilo del suolo.
• Contributo all'aerazione e al drenaggio (bioturbazione).

Importanza dei Lombrichi

• Condizionano i residui per la decomposizione microbica.
• Svolgono un'azione simile all'aratura (bioturbazione), migliorando l'aerazione e il drenaggio.
• Migliorano e stabilizzano la struttura del suolo (formazione di aggregati stabili).

Microflora del Suolo

La microflora (batteri, funghi, attinomiceti, alghe) occupa un volume ridotto (spesso < 0.0001% del volume totale), ma ha un'attività metabolica immensa. La sua distribuzione nel suolo è eterogenea.

Importanza Generale della Microflora

• Decomposizione dei residui organici.
• Processo di umificazione (formazione di humus).
• Mineralizzazione della sostanza organica (rilascio di nutrienti in forma inorganica).
• Instaurazione di associazioni (simbiosi, ecc.) con le piante superiori.

La microflora è direttamente responsabile della sintesi delle sostanze umiche attraverso la trasformazione della sostanza organica.

Composizione Elementare dell'Humus

L'humus è composto principalmente da:

• Carbonio (C): 45-65%
• Ossigeno (O): 30-48%
• Idrogeno (H): ~5%
• Azoto (N): 2-6%
• Contiene anche piccole quantità di zolfo (S), fosforo (P) e altri elementi.

Fattori che Influenzano il Contenuto di Sostanza Organica

Il tenore di sostanza organica nei suoli varia in funzione di:

• Clima
• Vegetazione
• Topografia
• Materiale parentale
• Età del suolo
• Azione antropica (gestione agricola, ecc.)

Effetti della Sostanza Organica sulle Proprietà del Suolo

Effetti sulle Proprietà Chimiche

• Aumento della Capacità di Scambio Cationico (CSC).
• Aumento della resistenza alle variazioni di pH (potere tampone).
• Fonte e riserva di nutrienti (N, P, S).
• Complessazione di metalli (micronutrienti e potenziali tossici).

Effetti sulle Proprietà Biologiche

• Fonte di energia e nutrienti per gli organismi del suolo.
• Favorisce lo sviluppo e l'attività della biomassa microbica e della fauna.

Perdite di Azoto (N) dal Suolo

L'azoto può essere perso dal sistema suolo-pianta attraverso:

• Immobilizzazione microbica (temporanea).
• Erosione (perdita di suolo contenente N organico e minerale).
• Combustione della sostanza organica (es. incendi, bruciatura stoppie).
• Processi biologici di denitrificazione (conversione di nitrato in gas N₂ o N₂O).
• Dilavamento (lisciviazione) dei nitrati.

Associazioni tra Microrganismi del Suolo e Piante Superiori

1. Associazioni a Livello della Rizosfera

La rizosfera è la zona di suolo direttamente influenzata dagli essudati radicali delle piante. Quest'area è ricca di microrganismi che interagiscono con la radice. Esempi includono batteri promotori della crescita delle piante (PGPB), come Azospirillum, spesso associato a graminacee.

2. Associazioni Micorriziche

Le micorrize (dal greco: mykes = fungo, rhiza = radice) sono associazioni simbiotiche tra funghi specifici e le radici della maggior parte delle piante.

• Ectomicorrize: Il fungo forma un mantello esterno attorno alla radice.
• Endomicorrize (o Micorrize Arbuscolari - AM): Il fungo penetra nelle cellule corticali della radice formando strutture specializzate (arbuscoli e vescicole).
• Ectoendomicorrize: Presentano caratteristiche intermedie.

Tutti i tipi di micorrize migliorano l'assorbimento dei nutrienti da parte della pianta, in particolare del fosfato (P), ma anche di acqua e altri elementi.

3. Simbiosi Rhizobium-Leguminose

È un'associazione simbiotica tra batteri del genere Rhizobium (e generi correlati) e le radici delle piante leguminose, dove i batteri formano noduli radicali.

Grazie a questa simbiosi, la pianta:

• Può raggiungere l'autosufficienza per l'azoto, grazie alla capacità dei batteri di fissare l'azoto atmosferico (N₂).
• Può fornire azoto alle altre piante in consociazione (es. prati misti di graminacee e leguminose).
• Lascia un residuo di azoto nel suolo (azoto organico) che beneficia le colture successive nella rotazione agricola.