Principi di nutrizione vegetale

Suolo

Suolo: substrato di crescita naturale per le piante. Suolo naturale: suolo sul quale insiste solo vegetazione spontanea erbacea o arborea e la sua formazione è da imputare solo a fenomeni naturali. Nel suolo sono presenti l’uno accanto all’altro frammenti del materiale roccioso di partenza, residui biologici e materiali fluidi (25%), liquidi e gassosi (25%).

Fasi del suolo

Fase liquida: costituisce il mezzo dal quale le piante rilevano l’acqua e le sostanze nutritive. L’acqua presente nel suolo può essere divisa in acqua gravitazionale (macropori > 8 micrometri) -> capacità di campo, acqua capillare (micropori < 8 micrometri) -> forza capillare e acqua igroscopica.

Fase gassosa: è costituita dall’aria che si trova nei pori lasciati liberi dall’acqua (macropori) ed è influenzata dall’umidità del suolo.

Fase solida (50%): può essere suddivisa in:

• Frazione inorganica: si forma per processi di disgregazione e decomposizione della roccia (processi di alterazione di tipo chimico e fisico) che danno origine a prodotti di reazione che presentano un elevato grado di stabilità. L’azione di ossigeno e di anidride carbonica è quella di favorire l’azione dell’acqua che è la vera responsabile dei fenomeni di decomposizione.
• Frazione organica: residui animali e vegetali che subiscono processi di alterazione di natura chimica, fisica e, soprattutto, microbiologica. Per effetto dei microorganismi si formano sostanze a diversa stabilità, tra le quali riveste particolare importanza l’humus (processi di mineralizzazione e umificazione).

Mineralizzazione e umificazione

Frazione mineralizzata - Residui animali e vegetali (carboidrati, composti azotati, lignina, tannini) -> sostanze non umiche (non decomposte, poco reattive a differenza di quelle che si formano a seguito) che producono energia per i microorganismi.

Turnover microbico: il carbonio si trasforma in un carbonio più complesso (carbonio residuale e uno prodotto dai microorganismi) in parte viene disperso e altre diventano parte dei microorganismi -> sostanza organica sempre più resistente alla degradazione.

Umificazione – Reazioni prevalentemente ossidative. Attacco ai composti organici più semplici (carboidrati e proteine) da parte degli organismi viventi (batteri, funghi, invertebrati) che trasformano la sostanza organica in composti maggiormente stabili -> humus (polimero amorfo, più omogeneo, più stabile, più resistente alla degradazione) più è scuro più è complesso.

Composizione elementare humus: C:52-58%, H:3.4-4.8%, O:34-39%, N:3.8-4.1% -> C/N:8-13. Un terreno ricco di carbonio è difficilmente degradabile.

Il rapporto carbonio/azoto definisce ogni materiale organico. La diminuzione del rapporto è causata dal fatto che molti di questi componenti (residui carboidrati, lipidi e proteine) sopperiscono ai bisogni energetici dei microorganismi e vengono quindi trasformati in anidride carbonica e acqua.

La reattività dell’humus sta proprio in questi gruppi (ammidici, fenolici) presenti all’esterno delle micelle.

Un buon fertilizzante dovrà avere un rapporto C/N basso. Aggiungendo compost: più carbonio viene aggiunto, più si attivano i microorganismi al suolo si attivano, e più la sostanza al suolo viene degradata. L’humus non viene degradato, mentre le sostanze non umiche vengono degradate (residui animali e vegetali). Il carbonio del compost è più simile all’humus ed una volta aggiunto al suolo lo arricchisce e rimane lì. Qualsiasi altro tipo di sostanza organica, non simile all’humus, viene aggredito dai microorganismi e lo distruggono.

Suolo agrario

La sua formazione è da imputare, oltre che ai fenomeni pedogenetici naturali (processi naturali che avvengono a carico della roccia madre), anche all’intervento dell’uomo che con le lavorazioni, le concimazioni e l’impianto di diverse colture induce modificazioni più o meno marcate.

Caratteristiche fisiche del suolo

Tessitura

Tessitura. È una proprietà fisica del terreno che lo identifica in base alla composizione % delle sue particelle solide distinte per classi granulometriche. Proporzione tra le particelle di terreno di diversa grandezza -> granulometria: dimensione delle particelle di terreno. Rappresenta la composizione granulometrica del terreno, ossia la percentuale di particelle singole di diversa dimensione presenti nel terreno stesso. Infatti dal disfacimento delle rocce si originano particelle di differente grandezza con diametri che vanno da >2 mm a <0.002 mm.

Due dei sistemi di classificazione più utilizzati: USDA (degli Stati Uniti), e ISSS. Entrambi i sistemi fanno una prima suddivisione tra:

• Scheletro: particelle di diametro > 2 mm. Sopra il 40% il terreno può essere considerato anche non adatto alle coltivazioni. Nella sua formazione sono intervenuti solo fattori fisici delle pedogenesi. Svantaggi: impedimento alle lavorazioni, ostacolo allo sviluppo radicale, scarsa capacità di ritenzione idrica, incoerenza del terreno, ostacolo alla uniforme distribuzione della soluzione.
• Terra fine: particella di diametro < 2 mm che viene poi suddivisa nelle varie classi granulometriche:
  • Sabbia: nella sua formazione sono intervenuti non solo fattori di disgregazione. Su di essa agiscono i fattori di decomposizione che porteranno alla formazione delle frazioni più sottili. Vantaggi: costituisce l’ossatura del terreno, facilita la circolazione di aria ed acqua, facilita la penetrazione radicale, facilita la lavorabilità. Svantaggi: scarsa ritenzione idrica e scarsa reattività.
  • Limo: non possiede le caratteristiche positive della sabbia conservandone quelle negative.
  • Argilla: le sue proprietà sono correlate alla più o meno estesa superficie specifica ed alle sue dimensioni colloidali (piccoli), più soggetti a fenomeni di decomposizioni. Vantaggi: elevata reattività (responsabile fenomeni di flocculazione e dispersione), elevata ritenzione idrica. Svantaggi: difficoltà nelle lavorazioni, ristagni idrici se il terreno non è ben strutturato (non c’è una giusta distribuzione di micro e macropori), fessurazione quando si secca.

Stato di dispersione e flocculazione

Stato di dispersione: materiale cementante, le particelle sono separate, non è presente molta argilla.

Stato di flocculazione: le particelle si aggregano come collante sulle particelle più grosse. Permette alle particelle di creare lo stato di aggregazione primaria (creano i micropori), dallo stato di aggregazione secondaria dipende la creazione dei macropori. Suolo argilloso.

Struttura

Struttura: disposizione delle particelle. Dipende dall’uomo, da come viene lavorato, dalle pratiche agronomiche. Definisce la disposizione nello spazio delle particelle granulometriche. Da essa dipende il volume degli spazi vuoti non occupati da componenti solide, le cosiddette porosità, nei quali circolano aria ed acqua. L’humus può essere considerato il colloide organico del suolo (reattivo ed ha una classe granulometrica piccola). L’argilla è un colloide inorganico. I colloidi nel suolo sono importanti perché conferiscono la struttura.

Avremo idea di quella che sarà l’acqua disponibile per le piante:

• L’acqua è disponibile in dimensione minore nei terreni sabbiosi.
• Nei terreni argillosi, la capacità di trattenere l’acqua è estremamente elevata.

Vi è una stretta connessione tra tessitura e capacità di trattenere l’acqua. Capacità di campo: acqua disponibile presente nel suolo fino al punto di avvizzimento. Punto di avvizzimento: acqua che viene trattenuta con un’energia superiore a quella di assorbimento delle piante (acqua non utilizzabile dalle piante). Percentuale tale che c’è una certa quantità di acqua che però non è disponibile per le piante, servirebbe un’energia troppo elevata per rendere quell’acqua accessibile. Energia trattenuta > energia di assorbimento.

Caratteristiche chimiche del suolo

Colloidi inorganici

I minerali sono sostanze inorganiche naturali di composizione costante o variabile (minerali cristallini e amorfi). Le superfici dei minerali possono presentare carica elettrica (possono subire delle reazioni acido-base e sostituzioni isomorfe) positiva o negativa a seconda del pH del suolo. I minerali sono classificati in base all’anione dominante nel minerale (ossidi o idrossidi di Fe e Al, ossidi e Si).

I silicati rappresentano oltre il 90% dei minerali della crosta terrestre e la maggior parte dei minerali del suolo. I fillosilicati rivestono particolare importanza sia per la loro abbondanza che per il ruolo che svolgono sulle proprietà fisiche e chimiche del suolo. Possono formare strutture miste tetraedriche e ottaedriche del tipo 1:1 (una struttura tetraedrica e una ottaedrica) e 2:1 (due tetraedri e un ottaedro). I fogli vengono tenuti insieme da legami a idrogeno. Tra i due fogli vi è la distanza interbasale.

Struttura della muscovite: il silicio forma 4 legami con 4 atomi di ossigeno (forma due strutture tetraedriche). L’alluminio può formare fino a 6 legami di coordinazione per la grandezza del suo raggio ionico. L’alluminio può formare anche una struttura ottaedrica. L’alluminio in realtà è in grado di formare entrambe le strutture (da 4 legami o da 6 legami). Nel caso in cui si vada a sostituire ad un silicio nella sezione tetraedrica avrà una valenza negativa libera. I minerali argillosi possono presentare sulla superficie delle cariche scoperte negative dovute a delle sostituzioni isomorfe (sostituzione di un atomo di silicio con un atomo di alluminio).

I colloidi inorganici possono avere una carica elettrica variabile o permanente.

• Permanente: carica negativa dovuta alle sostituzioni isomorfe. È indipendente dal pH.
• Variabile: pH dipendente (ioni OH legati al silicio si ionizzano a pH>7.5; ioni OH legati all’alluminio vi è ionizzazione per pH>7). Per pH<7 avremo una carica variabile positiva, per pH>7 avremo una carica variabile negativa.

Un suolo a pH neutro in cui sono presenti i fillosilicati, presenteranno carica negativa.

Colloidi organici

Humus -> Natura della carica elettrica: positiva e negativa (più diffusa perché dipende dalla presenza dei gruppi carbossilici (a pH 7 si trova in forma dissociata perché presenta la carica negativa) e gruppi fenolici). Dipende dal pH del suolo. Grazie alla presenza di queste cariche negative, il suolo ha maggiore capacità di assorbire le sostanze nutritive. Ha un’azione diretta sulla fertilità chimica (trattengono i nutrienti) e fisica (queste particelle vanno a dare struttura al suolo) del suolo. È in grado di contrastare variazioni repentine di pH -> potere tampone. Trattenimento degli elementi metallici (legami forti).

Potere di ritenzione del suolo

• Trattenere alcuni elementi del suolo:
  • Assorbimento: porta alla formazione di composti insolubili.
  • Assorbimento meccanico: il terreno funziona come un filtro e trattiene le particelle in sospensione nella fase liquida. La capacità di assorbimento dipende dalla struttura del terreno (porosità).
  • Assorbimento chimico: reazioni chimiche che portano alla formazione di composti insolubili, non più disponibili per la pianta, che non possono essere assorbiti dalla radice della pianta. Il fosforo, in particolare, si lega al ferro e all’alluminio formando dei composti altamente insolubili. A pH neutri e basici il calcio è il più presente. Ferro e alluminio cationi presenti nei terreni acidi.
  • Assorbimento biologico: gli elementi nutritivi inglobati dai microrganismi (degradazione della sostanza organica, perché assumono il carbonio come forma di energia. Organicazione) e poi rilasciati in seguito ai processi di mineralizzazione (ossidativi, portano alla formazione di composti semplici).
• Adsorbimento: processo reversibile.
• Adsorbimento di scambio: lo scambio avviene tra la soluzione interna e la soluzione esterna, in corrispondenza della zona di separazione tra il solido ed il liquido.
• Adsorbimento su colloidi elettronegativi: cationico positivo (specifico e non specifico -> vi è lo scambio di cationi differenti), anionico negativo. Colloide elettronegativo sono quelli del suolo. Lo scambio avviene tra cationi positivi che vengono attratti da anioni negativi. Più è alta la capacità di scambio, più conferirà effetti positivi sulla fertilità. Più cariche positive, più la pianta ne potrà disporre con il minor dispendio di energia. L’humus ha la capacità di scambio più elevata.
• Adsorbimento su colloidi elettropositivi: anionico positivo (specifico e non specifico) cationico negativo. Sul colloide elettronegativo in presenza di anioni, si avrà un adsorbimento anionico negativo: perché avendo carica negativa, non avendo cariche elettrostatiche, viene respinto. Può essere elettronegativo o positivo in base al pH e alle sostituzioni isomorfe.

Grado di acidità e basicità del suolo

Per pH del terreno si intende il pH di una sospensione terreno/acqua preparata nel rapporto 1 /2,5 e agitata per 30 min. È influenzato dalla composizione del complesso di scambio e dalla presenza di calcare. Terreno acido 5.5-6, terreno neutro 6.6-7.3, terreno basico 7.9-8.5 -> 14.

In base al pH cambiano le caratteristiche dei colloidi e la disponibilità degli elementi nutritivi. Regola la solubilità dei diversi sali del terreno. Il pH ottimale per ciascuna specie è quello in cui tutti gli elementi hanno la massima disponibilità. La fertilità di un suolo dipende dalla quantità e dalla disponibilità di elementi nutritivi per lo sviluppo delle piante e si distinguono in:

• Macronutrienti: gli elementi più importanti per la nutrizione vegetale sono: azoto, fosforo e potassio.
• Micronutrienti: carbonio, idrogeno, ossigeno, calcio, magnesio, zolfo, boro, ferro.

I terreni acidi sono migliori da un punto di vista della fertilità, in quanto i macro e micronutrienti sono disponibili. L’utilizzo dei correttivi serve a migliorare le condizioni del pH. Dal pH del terreno dipende la scelta della specie vegetale (pianta orticola, alberi ornamentali, alberi da frutto).

Lavorazioni

Lavorazioni. Pratiche agronomiche volte a creare e mantenere un profilo culturale idoneo a favorire la crescita e lo sviluppo delle piante (preparazione del letto di semina, controllo delle malerbe (piante infestanti) e dei parassiti, concimazioni e interramento dei residui colturali).

Ordine teorico di esecuzioni: (lavorazioni classiche)

• Lavori di bonifica (disboscamento) -> Aratura profonda - Scasso -> Rippatura profonda (arieggiamento del terreno) -> Erpicatura (lavorazione superficiale) -> Rullatura (compressione e livellatura) – Fresatura (lavorazione superficiale 20 cm di profondità) -> Rincalzatura (ricompattamento attorno alle piante) - Coltivazione.

Ora si cerca di rendere minimo ogni intervento (attenzione alla sostenibilità): lavorare un suolo impone l’utilizzo di macchine, maggiore emissione di CO2, il rimescolamento del terreno può essere causa di un aumento delle emissioni di CO2.

No tillage: seminare su un suolo non lavorato con deposizione di seme in un solo o in una ristretta fascia lavorata (non lavorazione del terreno).

Minimum tillage: preparazione del letto di semina con il rimescolamento dei pochi centimetri superficiali per mettere il lavoro delle seminatrici (lavorazioni minime).

Fertilizzazione

Fertilizzazione. Apporto artificiale di elementi nutritivi al fine di migliorare le caratteristiche del terreno agrario e il nutrimento delle piante coltivate. I fertilizzanti devono rispettare la normativa italiana relativa al decreto legislativo 75/2010.

Concimi

Concimi. Va ad aggiungere le sostanze nutritive. Possono essere classificati in base alla presenza di uno o più elementi chimici:

• Minerali: semplici, composti, a base di elementi secondari (Ca, Mg, S, Na) o microelementi (Mn, Fe) Sono quelli a più rapido rilascio nel suolo.
• Organo-minerali: composto da concimi organici e uno o più concimi minerali semplici o composti (azoto-potassici, fosfo-potassici, azoto-fosfo-potassici).
• Organici: composti del carbonio di origine animale o vegetale (azotati e azotati-fosfatici).

Vengono somministrati: fogliari, radicali, fluidi, polvere, granuli.

Ammendanti e correttivi

Gli ammendanti sono materiali da aggiungere al suolo in situ utilizzati per conservare e migliorare le caratteristiche chimico-fisiche e microbiologiche del suolo. I correttivi sono aggiunti al suolo per modificare e migliorare proprietà chimiche anomale del suolo dipendenti da reazioni (pH), salinità e tenore di sodio.

• Ammendante compostato misto: rifiuti urbani provenienti da raccolta differenziata, rifiuti di origine animale, rifiuti di attività agroindustriali, digestato da trattamento anaerobico.
• Ammendante composto verde: scarti della manutenzione del verde ornamentale e scarti vegetali.
• Ammendante torboso composto: miscela di torba con ammendante compostato verde e/o misto.

Modalità di impiego: riqualificazione tappeti erbosi degradati, alberi e arbusti, ricostruzione dello strato superficiale del suolo, manutenzione di giardini, pacciamatura (teli che servono a difendere il suolo dalle gelate o evitare che nascano delle piante infestanti), controllo dell’erosione.

Gli elementi non devono essere solo presenti, ma devono essere anche disponibili, accessibili per la pianta. Bisogna quindi capire quando i nutrienti sono disponibili per le piante.

Gas serra

Gas serra. Protossido di diazoto, metano, anidride carbonica.

Organicazione (più complesso) è l’inverso di mineralizzazione (più semplice). Precipitazione: rendere insolubile una sostanza nutritiva, non renderlo più disponibile alla pianta. Da questi fenomeni dipende la disponibilità degli elementi nutritivi nel suolo:

• Solubilizzazione
• Desorbimento
• Mineralizzazione