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Modulo 2 – Suolo e ciclo degli elementi
Sezione 2 – Il Sistema
pianta/suolo
Modulo 2 – Suolo e ciclo degli elementi
Sezione 2 – Il Sistema pianta/suolo
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1. Introduzione
Trovare l’equilibrio tra la domanda e l'offerta di sostanze nutritive è una questione complicata.
Senza abbastanza nutrienti i raccolti saranno limitati. Se l'offerta supera la domanda di sostanze
nutritive possono verificarsi delle perdite con conseguente inquinamento ambientale. La
sincronizzazione (timing) tra la domanda e l'offerta di azoto è probabilmente la più grande sfida
della produzione agricola biologica.
2. Mineralizzazione
La Mineralizzazione è un processo con il quale l’azoto nel suolo è trasformato dalla forma
organica in quella minerale assimilabile dalla pianta. I microrganismi del suolo sono gli strumenti
per attuare questo processo. Le piante possono usare sia l’ammonio (NH 4 +), che nitriti (NO 2 -) e
nitrati (NO 3 -), anche se la maggior parte preferisce i nitrati. Il processo inverso è chiamato
immobilizzazione (Figura 1).
Crescita della pianta
N nella
sostanza
organica
Mineraliszzazione
Ammonio
Mineralizzazione
+
Immobilizzazione
(NH4 )
Immobilizzazione
Nitriti e Nitrati
−
−
(NO2 , NO3 )
Fig.1. Processi di mineralizzazione ed immobilizzazione dell’azoto nel suolo
Il tipo di materia organica presente influenza il tasso di rilascio dell'azoto dalla sostanza organica.
Questo è noto come 'il tasso di mineralizzazione'. L'azoto è mineralizzato in modo più rapido da
residui vegetali freschi piuttosto che che da paglia o letame (Figura 2). La temperatura, il
contenuto d'acqua e la struttura del suolo influenzano anche il tasso di mineralizzazione.
Sostanza organica rimanente (%)
Letame aziendale
Paglia
Residui vegetali
freschi tritati
Anno
Fig.2. Tasso di mineralizzazione della sostanza organica proveniente da diverse fonti
2. Fissazione dell’azoto
Nell’agricoltura convenzionale, i fertilizzanti solubili sono la principale fonte di azoto. Nei sistemi
biologici la fonte più grande è la fissazione dell’azoto atmosferico. I batteri che vivono nei noduli
che si trovano sulle radici delle piante leguminose convertono l'azoto che si trova nell’atmosfera in
materiale vegetale. Questo è un rapporto simbiotico tra piante e batteri (Figura 3). Le leguminose
includono trifogli, vecce, piselli e fagioli.
Batteri
simbionti
Fig.3. I noduli dei batteri simbionti sulle radici del trifoglio (piante leguminose)
La quantità di azoto fissato varia a seconda delle colture (Tabella 1). Le leguminose foraggere,
come il trifoglio e l’erba medica, generalmente fissano grandi quantità di azoto che fornisce azoto
sia per il raccolto che per il suolo.
Nelle leguminose da granella, come piselli e fagioli, la maggior parte dell'azoto fissato è raccolto
nei semi, restituendo pochi benefici al terreno. Le pratiche di gestione come il pascolo e il taglio
influenzano la quantità di azoto fissato. Le temperature e gli andamenti stagionali dello sviluppo
delle piante influiscono pure sulla fissazione dell'azoto.
Tabella 1. N fissato da differenti specie di leguminose
N fissato Kg ha
Trifoglio bianco (anni 1 e 2)
Trifoglio bianco (3° anno)
Trifoglio rosso
Piselli/veccia
Fagioli
Lupini
-1
150
85
240
175
240*
125*
* La maggior parte dell’ N fissato viene consumato dal grano
3. Ciclo dell’azoto
Finora abbiamo trattato alcuni importanti processi del Ciclo dell’azoto (Figura 4) mineralizzazione, immobilizzazione, assimilazione delle piante e la fissazione dell'azoto. Altri
processi importanti sono la lisciviazione, che è la perdita di nitrati nelle acque di scarico e perdite
gassose in atmosfera e la volatilizzazione che è la perdita diretta di gas ammoniaca. Azoto
gassoso e protossido di azoto possono entrambi essere persi all'atmosfera mediante un processo
microbico chiamato denitrificazione. L'agricoltura biologica mira a ridurre al minimo queste
perdite in atmosfera.
N in atmosfera
2
Fissazione
simbiotica
Denitrificazione
Fertilizzante
Prodotti consumati
dall’uomo e dagli animali
Assimilazione
Residui delle piante
rimaste nel suolo
N organico (sostanza
organica nel suolo e microbi)
Ammonio NH
+
4
Ammonificazione
Nitriti NO
−
2
Nitrati NO
−
3
Nitrosomonas
Nitrobacter
Volatilizzazione
(Perdita diretta di gas di ammoniaca)
Lisciviazione
(Perdita nelle acque di drenaggio)
Fig.4. I processi del Ciclo dell’azoto includono mineralizzazione, immobilizzazione, assimilazione delle piante e
azotofissazione
4. Ciclo del fosforo
Ora sapete quanto sia importante la materia organica del suolo per la fornitura di nutrienti e che
l'azoto gioca un ruolo essenziale.
Un altro contributo importante è quello del Fosforo (P). Il fosforo apportato al suolo con i concimi
organici ed i residui del raccolto viene reso disponibile per le piante dalle attività microbiche. Il
fosforo apportato al suolo in forma minerale, per es. il fosfato di roccia, è anche reso disponibile
per le piante dall’azione microbica. Nel caso del fosfato, questo può richiedere però molto tempo.
Prodotto consumato dagli animali e dall’uomo
Breakdown of organic material
P in piante viventi
Assimilazione
P nella sostanza organica
del suolo &
microrganismi
Mineralizzazione
P nellaI fosfatici
soluzioneinsolubili
del
suolo
Fertilizzanti contenenti
fosfato solubile in acqua
P disponibile nella parte labile
Fissazione
Lento rilascio
Fosfato contenente minerali e P fissato
Fertilizzanti fosfatici
insolubili
Fig.5. I processi del Ciclo del fosforo comprendono mineralizzazione, assimilazione delle piante e fissazione del fosforo
Fino al 70% del fosforo si trova nel terreno in forme non assimilabili dalle piante, il resto è
presente nella sostanza organica. Gli organismi del suolo sono molto importanti per il Ciclo del
fosforo. Alcuni batteri possono secernere acidi organici che rilasciano i fosfati minerali, ad es.
fosfato. Funghi chiamati funghi micorrizici arbuscolari possono migliorare l'accesso delle piante al
fosforo.
I funghi micorrizici arbusculari (AMF) vivono in Associazione simbiotica con le piante e sono in
circolo da milioni di anni (Figura 6). Sono presenti in molte famiglie di piante, eccetto le famiglie di
Brassicaceae e le Chenopodiaceae ed apportano benefici alle piante in molti modi oltre
all’assimilazione di fosforo. I benefici dei funghi micorrizici arbusculari sono il miglioramento della
struttura del suolo e la resistenza alle malattie. Sono però molto influenzati dai sistemi di
gestione e hanno avversione nei confronti di pesticidi, fertilizzanti e lavorazioni.
Fig.6. I funghi micorrizici arbusculari (AMF) sulle radici di una pianta
5. Ciclo del potassio
Il terzo elemento importante è il potassio, la cui disponibilità è in gran parte controllata dalla
chimica del suolo. C'è un continuo scambio di potassio tra le riserve del suolo (figura 7). Queste
riserve differiscono nella loro disponibilità per le piante. I fertilizzanti solubili, come il solfato di
potassio, e il letame apportano potassio alla soluzione di riserva del terreno. Altri prodotti come la
farina di pietra e roccia potassa contribuiscono alle priserve che diventano disponibili solo per le
piante nel lungo termine.
K nelle piante viventi
Parte del K può
essere espulso
dall’apparato
radicale quando le
piante
raggiungono la
maturità
Assimilazion
Prodotti consumati
dall’uomo e dagli animali.
La maggior parte del K è
nelle urine ed è solubile
K nella soluzione circolante del
terreno
K fertilizzanti
K scambiabile
Fissazione
Agenti atmosferici
K nei reticoli minerali argillosi
Fig.6. Il Ciclo del potassio è in gran parte controllato dalla chimica del suolo
6. PH del suolo e disponibilità di nutrienti
Infine, in questa sezione, vediamo l'effetto del pH sulla disponibilità di nutrienti. PH è una misura
di acidità del suolo: pH 7 è neutro, al di sotto di questo livello il terreno è acido, al di sopra di 7 è
alcalino (Figura 8a). Gli elementi primari sono principalmente disponibili con un pH tra 6 e 8.
Ferro, manganese, rame e zinco sono più disponibili con un pH basso (cioè quando il terreno è
acido) (figura 8b).
Acido
Neutro
Alcalino
(a)
(b)
Alta disponibilità
Bassa disponibilità
Fig.7. (a) Il pH del suolo da acido (pH basso) ad alcalino (pH alto) e (b) la disponibilità di nutrienti nei suoli a seconda dei
diversi pH
7. Riassunto
In questa sezione sono stati presentati i diversi processi chimici e biologici che forniscono alle
piante azoto, fosforo e potassio. La fissazione dell’azoto è la più importante fonte di azoto in
agricoltura biologica. Fosforo e potassio provengono sia da fonti organiche che inorganiche.
