Laboratorio di Chimica Analitica: pedogenesi, composizione e campionamento del suolo

Introduzione al Suolo

Il terreno costituisce la parte più superficiale della crosta terrestre che si è evoluta a partire dalla disgregazione della roccia madre per azione fisica, meccanica e chimica. In questo processo di trasformazione incessante, il suolo raggiunge, all'apice del suo sviluppo, uno stadio di equilibrio dinamico con l'ambiente esterno. In figura è riportato uno schema semplificato del processo pedogenetico di formazione del suolo.

Processo Pedogenetico

Terrene Roccia madre Piante Microrganismi autotrofi CO2 Disgregazione Residui vegetal e microbici Detrito Assortimento radicais e microcico Microflora eterotrofa Microtauna Decomposizione chimica Mineralzzazione Umnificazione Composti minerali solubili Humus Mineralzzazione Lisciviazione Dapprima avviene la disgregazione ad opera degli agenti atmosferici e geologici. In un secondo momento avviene una vera e propria decomposizione chimica che solubilizza i minerali solubili importanti per la vita vegetale, animale e microbiologica.

Orizzonti del Suolo

Il profilo del suolo generato dalla disgregazione porta alla formazione di strati chiamati orizzonti. .

• Orizzonte O: strato superficiale costituito da materia organica di origine vegetale e animale.
• Orizzonte A: strato in cui l'azione di microrganismi decompongono la materia organica in humus unita alla frazione minerale.
• Orizzonte E: in questo strato sono presenti i minerali che la pioggia ha trascinato in basso.
• Orizzonte B: lo strato risulta più scuro e ricco di minerali; si accumulano argille, minerali ferrosi, silicati con attività biologica limitata.
• Orizzonte C: strato mineralizzato.
• Orizzonte R: letto di roccia madre non disgregata.

Classificazione dei Terreni

I terreni si dicono autoctoni se sono rimasti sulla roccia madre che li ha originati, solitamente poco fertili, oppure alloctoni se trasportati altrove in seguito a processi geologici o atmosferici, più fertili e allocati in pianura:

• Alluvionali;
• Lacustri;
• Glaciali;
• Eolici;
• Vulcanici.

Composizione del Suolo

Componente Minerale

La composizione chimica media della crosta terrestre costituita da rocce ignee (95%), sabbia (0,75%), limo (0,25%) e argilla (4%). Tra tutti minerali che costituiscono la crosta terrestre, i più diffusi sono i silicati. I minerali possono essere distinti in minerali primari: Silicati, magnetiti (a base di ossidi ferro), corindoni (a base di ossidi di alluminio). Minerali secondari: argille, gessi, calcari, apatiti. Un terreno con buone attitudini allo sfruttamento agricolo è costituito dal 50% in volume di sostanze solide e l'altro da vani vuoti. Il 97% è rappresentato da sostanze minerali, il rimanente da sostanza organica.

Componente Organica

La componente organica può essere di composizione molto diversa da suolo a suolo in ragione dei fattori biologici chimici e fisici che l'hanno originata. La loro varietà può essere divisa in tre categorie:

• Residui vegetali e animali demoliti e incorporati eterogeneamente nel terreno.
• Sostanze organiche quali acidi organici, peptidi, grassi idrocarburi, lignine, trasformate dai microorganismi.
• Humus, complesso di sostanze che provengono dalla ulteriore demolizione e trasformazione delle sostanze precedenti.

Caratteristiche Fisico-Meccaniche del Suolo

Tessitura del Suolo

La tessitura rappresenta la distribuzione granulometrica delle particelle molto disomogenee che costituiscono il terreno. Dalla tessitura dipende la permeabilità del suolo all'acqua e la sua capacità di trattenere le sostanze minerali e organiche che ne definiscono la fertilità.

Scheletro: >,>2 mm; Sabbia: 0,05 mm<> .< 2 mm Limo: Sabbia: 0,02 mm<>,<0,05 mm Argilla: Sabbia: > _< 0,02 mm Nella classificazione di un terreno può essere utile ricorrere ad un diagramma ternario dove le percentuali delle diverse componenti di un terreno vengono rappresentate in tre assi.

100%m 0 Scegliere le frazioni per le quali si dispone di dati (la terza viene calcolata per differenza) 90 ¥10 Sabbia e Argilla Sabbia e Limo 90 ¥20 Limo e Argilla sabbia = 37.7 130 A 100 argila = 34.4 Argilla (%) - ¥50 AL AS :40 FA franco argilloso C ® FA FLA 30 .70 FSA sabbia: 37.7 % .80 limo: 27.9 % argilla: 34.4 % 10 .90 SF L 0 100% 100% 90 BO 70 80 50 40 30 20 10 0 Mostra griglia + Sabbia (%) https://www.geogebra.org/m/WMvEtM7x

Porosità del Suolo

L'aggregazione delle diverse particelle nel terreno porta alla formazione di una struttura porosa. Nei macropori (+">8 pm) l'acqua scorre rapidamente nel verso del gradiente di gravità, non vi è ristagno 5 40 50 Limo (%) - 20 F FS FL S 70d'acqua. Nei micro pori (¢,<8 pm), l'acqua viene trattenuta per capillarità e rappresentano serbatoi essenziali per lo stato idrico di un terreno.

COLLOIDE LIMO SAMIA Microporo A B C D

Struttura del Suolo

La struttura rappresenta la capacità del suolo di aggregare particelle elementari in agglomerati. Si distinguono strutture: Lamellari, poliedriche, prismatiche o granulari.

Granulare: ricorda le briciole di pane e generalmente ha dimen- sioni inferiori a 0,5 cm di dia- metro. Si ritrova generalmente negli orizzonti superficiali Palledrica: blocchi irregolari (arrotondati o con spigoli vivi) che hanno dimensioni tra 1,5 e 5.cm. Prismatica: aggregati grossola- ni in cul la dimensione verticale è maggiormente sviluppata. SI ritrovano generalmente negli orizzonti sottosuperficiali. Colonnare: aggregati grossola- ni verticali con in cima un depo- sito di sale (salt cap). Si ritrova- no nei suoli a clima arido. Lamellare: aggregati planari, disposti lungo lince orizzonta- Ii. Si ritrovano usualmente nel suoli compattati. A grano singolo: il suolo è sciolto e le particelle non sono aggregate tra loro. Tipica del suoli sabbioni. Soil Science Society of America

Colore e Composizione del Terreno

Il colore è una caratteristica del terreno che è influenzata dalla presenza di particolari minerali, per lo più a base di ferro.

Microporo Macroporo

Caratteristiche Chimiche del Suolo

Valore di pH

Il pH è un indice numerico correlato all'acidità, ossia alla concentrazione di ioni idrogeno presenti nella soluzione del suolo ed esercita una forte influenza sulle caratteristiche chimiche, fisiche e biologiche del terreno. Normalmente il grado di pH del suolo varia tra 4,0 e 8,50. In base ai valori del pH misurato in soluzione acquosa, i suoli possono essere classificati secondo lo schema:L'equilibrio del pH si crea nelle reazioni, trasformazioni e nei processi di ossidazione del carbonato, del calcio, del sodio, dell'alluminio, dei colloidi e della sostanza organica del terreno. Il grado di pH del terreno ha una notevole influenza sulle funzionalità del suolo, in particolare:

• Seleziona la flora: permette o ostacola lo sviluppo vegetativo di alcune piante.
• Determina la disponibilità degli elementi nutritivi.
• Regola la presenza dei microrganismi: i batteri azoto fissatori faticano in terreni acidi.
• Influenza le caratteristiche fisiche del suolo: terreno con pH tra 6,50 e 7,50 è strutturalmente più stabile.

Potenziale Redox Eh, rH

L'Eh del suolo è la risultante dei potenziali di tutti i sistemi redox presenti nel sistema ed è condizionato dal pH del mezzo. Viene determinato analiticamente mediante elettrodi combinati di platino. Da osservare che, il potenziale di ossidoriduzione risente fortemente della eterogeneità spaziale del suolo; esiste una correlazione diretta positiva tra il contenuto in O2 nell'aria tellurica e l'Eh. Eh del suolo: in condizioni di aerobiosi: 0,4 - 0,8 V; in condizioni di anaerobiosi: < 0,32 V. In suoli ricchi in sostanza organica, sommersi ed in climi caldi: Eh sino a - 0,3 V.

Table 7.1 OXIDIZED TO REDUCED FORMS AND CHARGE FOR SEVERAL ELEMENTS AND REDOX POTENTIALS EM, AT WHICH THE REDOX REACTIONS OCCUR IN A SOIL AT PH 6.5 The relative order of elements reduced is the same as in Figure 7.6, but En values measured were generally lower than the theoretical values indicated in the figure. At E,, levels lower than about 0.38-0.32 V. microorganisms utilize elements other than oxygen as their electron acceptor.

Element Oxidized form Charge on oxidized element Reduced form Charge on reduced element En, at which change of form occurs, V

Oxygen O2 0 H2O -2 0.38 to 0.32

Nitrogen NO3 +5 N2 0 0.28 to 0.22

Manganese Mn4 +4 Mn2: +2 0.22 to 0.18

Iron Fe3+ +3 Fez+ +2 0.11 to 0.08

Sulfur +6 H2S -2 -0.14 to -0.17

Carbon CO2 44 CH4 -4 0.20 to -0.28A causa della stretta relazione tra pH e Eh, esiste una scala che tiene conto del rapporto (mV) Eh/pH, la scala rH. L'intervallo rH varia da 0 a 42; i valori estremi rappresentano rispettivamente l'effetto riducente di un'atmosfera di idrogeno puro, rH = 0 e l'effetto ossidante di un'atmosfera di ossigeno puro rH = 42. Per via indiretta è possibile passare dal valore Eh a quello di rH mediante la formula:Che riferito alla temperatura di 25 ℃ assume la forma:

Capacità di Scambio Cationico

La capacità di scambio cationico, abbreviata in C.S.C. è la quantità di cationi potenzialmente scambiabili dal terreno, il quale li mette a disposizione delle piante e dei microrganismi. È espressa in milliequivalenti per 100 grammi (meq/100g). Lo scambio ionico, ed in particolare di quelli carichi positivamente, ovvero i cationi, rappresenta uno dei principali meccanismi che riguardano il calcio, il magnesio, l'azoto ammoniacale, il potassio ed il magnesio. Sintetizzando la CSC è un indice di potenziale fertilità chimica del terreno. la CSC è più alta nei terreni dotati di sostanza organica ed in particolare di humus, mentre per quanto riguarda la componente minerale, è influenzata positivamente da argille di origine montomorillonitica (argille verdi) grazie all'elevata sostituzione isomorfica.9

Inquinamento del Suolo

L'inquinamento del suolo colpisce la salute umana. Gli effetti dipendono dalla frequenza e dal tipo di esposizione, da fattori individuali come l'età e la genetica e dal tipo di contaminanti. Principalmente, l'inquinamento del suolo peggiora la sicurezza alimentare, ovvero la disponibilità, l'accesso, l'utilizzo e la stabilità degli alimenti. Infatti, in 9 casi su 10 la modalità con cui veniamo in contatto con i contaminanti del suolo è la dieta. I contaminanti possono penetrare nelle radici delle piante e comprometterne la crescita, così che sono meno produttive e nutrienti. Se le sostanze inquinanti nel suolo sono in concentrazioni elevate, la pianta le accumula anche nel frutto, nelle radici e nei germogli, entrando nella rete alimentare. Ma i contaminanti del suolo possono diffondersi nell'acqua e nell'aria e possiamo venirci in contatto anche tramite inalazione (di polvere, vapori e particelle di terreno) e contatto con la pelle, oltre che con l'ingestione di alimenti. Soprattutto nei bambini si può avere anche l'ingestione accidentale di suolo. I problemi di salute derivanti dall'inquinamento del suolo possono essere vari. Principalmente, si hanno intossicazioni e tossinfezioni alimentari; in seguito a esposizioni continue, si possono avere anche disturbi cronici come problemi cardiovascolari e tumori. Questi disturbi sono diffusi soprattutto nei paesi in via di sviluppo, ma hanno conseguenze anche nel resto del mondo, in particolare laddove vi sono carenze igieniche.