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DEFINIZIONE FERTILITA’ DEL SUOLO

DEFINIZIONE FERTILITA’ DEL SUOLO. FERTILITA’ FISICA = TESSITURA, STRUTTURA → GIUSTO EQUILIBRIO TRA FASE SOLIDA-LIQUIDA-GASSOSA (POROSITA’) → CIRCOLAZIONE DI ACQUA E ARIA. FERTILITA’ CHIMICA = N P K oligolelementi pH → DISPONIBILITA’ ELEMENTI NUTRITIVI. FERTILITA’ BIOLOGICA =

Olivia
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DEFINIZIONE FERTILITA’ DEL SUOLO

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Presentation Transcript

  1. DEFINIZIONE FERTILITA’ DEL SUOLO FERTILITA’ FISICA = TESSITURA, STRUTTURA → GIUSTO EQUILIBRIO TRA FASE SOLIDA-LIQUIDA-GASSOSA (POROSITA’) →CIRCOLAZIONE DI ACQUA E ARIA FERTILITA’ CHIMICA = N P K oligolelementi pH → DISPONIBILITA’ ELEMENTI NUTRITIVI FERTILITA’ BIOLOGICA = BIODIVERSITA’ → STABILITA’ ECOSISTEMA MICRORGANISMI UTILI → CICLI DEI NUTRIENTI, MINERALIZZAZIONE/UMIFICAZIONE

  2. TECNICHE AGRONOMICHE PER MIGLIORARE LA FERTILITA’ COMPLESSIVA DEL SUOLO 1. AVVICENDAMENTO/CONSOCIAZIONI 2. LAVORAZIONI 3. PACCIAMATURA 4. APPORTI DI SOSTANZA ORGANICA: fresca, compostata

  3. MECCANISMI D’AZIONE • RILASCIO NUTRITIVI • residui ricchi di azoto (o composti solforati) • DISPONIBILITA’ NUTRITIVI • rimobilizzazione elementi (radici profonde) • - solubilizzazione fosfati • BIODIVERSITA’ • - biodiversità microbica (fitopatie radicali) • - riduzione infestanti (erbai con più sfalci)

  4. Rotazioni BILANCIO DELL’AZOTO (kg ha-1) DEL FRUMENTO IN ROTAZIONE CON FAVINO * stima dell’N da azotofissazione (69% dell’N totale assorbito). a= minor produzione Da Fagnano et al., 2003

  5. 3. RUOLO DELLA PACCIAMATURA • La copertura del suolo riduce la mineralizzazione • I film plastici limitano anche l’evaporazione del suolo determinando un aumento delle disponibilità idriche • I materiali vegetali possono essere anche una fonte diretta di S.O. (prodotti di degradazione) • Es. leguminose annuali autoriseminanti: • Trifolium spp. (subterraneum, vesciculosum, michelianum,,…); • Medicago spp. (polymorpha, truncatula, scutellata , ....): • pacciamatura viva, morta, sovescio, asportazione o pascolo • la persistenza delle leguminose e la presenza di infestanti indesiderate, può essere regolata scegliendo le cultivar o modulando il momento e del taglio e la gestione della biomassa

  6. 4. APPORTI DI SOSTANZA ORGANICA • La frazione idrofila e solubile definita anche non umica (principalmente carboidrati, ma anche acidi aromatici e alifatici, glicolipidi, cere, peptidi, aminoacidi, ac.nucleici): • ha importanza rispetto alla struttura solo nel breve periodo; • è il principale substrato per la mineralizzazione e quindi • sostiene la nutrizione minerale delle colture; • trasporta elementi nutritivi anche in profondità: • è substrato per i microbi negli aggregati e negli orizzonti • profondi (cicli di N e C, es. risintesi di macromolecole); • trasporta metalli e protoni (anche metalli pesanti); • stabilizza colloidi e aggregati lontani dalla superficie.

  7. La frazione più stabile, definita umica (umina, acidi umici e fulvici), non è composta tanto da grossi polimeri, ma è considerata una struttura sovramolecolare di molecole relativamente piccole legate da una serie di forze idrofobiche e ponti idrogeno: 1. resiste all'aggressione microbica per protezione idrofobica. 2. presenta sulla propria superficie gruppi funzionali, che: - conferiscono al suolo maggiore CSC - consentono la formazione di complessi con le argille o con altre molecole idrofile (S.O. fresca), mediati da cationi polivalenti (Ca++).

  8. I complessi argillo-umici hanno orientati - verso l'interno delle particelle i gruppi carbossilici e fenolici, - verso la superficie esterna delle particelle le componenti idrofobiche (alifatiche e aromatiche)  rivestimento con alta tensione superficiale che riduce l’infiltrazione di acqua (e microbi) 3. conferisce anche alle altre particelle di suolo le proprie caratteristiche idrofobiche proteggendole dalla degradazione e dispersione Stabilità struttura Accumulo di C nel suolo

  9. Apporti di materiali organici • I materiali freschi si decompongono rapidamente soprattutto se: • - C/N<15-20; • - temperatura = 25-37°C; • - umidità a capacità di campo (con acqua in <90% dei pori); • aerobicità (dipende da tessitura, struttura, porosità, lavorazioni, • profondità di interramento); • alto contenuto iniziale di sostanza organica. • NB. argillosità del suolo può conferire un certo grado di protezione alla S.O. legata

  10. L'inserimento di materiali freschi inoltre può determinare anche problemi alle colture per una serie di fattori: • veloce degradazione microbica con riduzione dell'ossigeno e del • potenziale redox che può aumentare la mobilità di alcuni • metalli in traccia; • con rapporto C/N alto, immobilizzazione delle riserve di N del • suolo, con C/N basso liberazione di N-NH4,con rischi di • tossicità per le piante e di inquinamento delle falde; • fitotossicità per la presenza di acidi organici semplici; • aumento della salinità; • - alterazione degli equilibri della microflora  patogeni.

  11. I pretrattamenti al materiale fresco consentono di ridurne la fitotossicità, distruggerne i patogeni o i semi di infestanti, trasformarlo in un materiale stabile simile all'humus. • Compostaggio (biologico, aerobico controllato) dipende da: • struttura fisica del materiale, • composizione chimica (soprattutto C/N), • eventuali aggiunte di additivi, • temperatura, • pH, • umidità, • aerazione, • durata del compostaggio. • sostanze umiche, (acido fulvico e umico): in compost di fanghi reflui dei depuratori, rifiuti solidi urbani, reflui zootecnici, materiali vegetali (erbacei e legnosi) o reflui agro-industriali.

  12. Sostanza organica e stabilità della struttura. • sostanze umiche (anche esogene derivate dal carbone), • sostanze idrofobiche non umiche (ac. stearico), • - materiali contenti precursori delle componenti idrofobiche (polifenoli e lignina, suberina, acidi grassi a lunga catena, cere, macromolecole alifatiche, terpenoidi, melanina,...), meglio se dopo compostaggio.

  13.  LETAMAZIONE - prima della lavorazione (deve essere interrato subito), - considerare il coefficiente di umificazione/mineralizzazione - la mineralizzazione è più veloce in primavera - attenzione alle dosi (frazionate dove possibile) - attenzione alle infestanti (letame non maturo) - attenzione al costo (letami essiccati e pellettati) es. 40 t letame 200 kg N, 100 P2O5, 200 K2O se ammettiamo C.M. 50% la disponibilità di N per la coltura successiva sarà di 100 kg di N

  14. Azione lenta: cornunghia, cuoiattoli, laniccio, sovescio graminacee o polifita Azione media: panelli di semi oleosi, vinacce, semi lupino, sovescio leguminose Azione rapida: letami, pollina, carniccio, scleroproteine idrolizzate ? Curve di mineralizzazione Effetto delle diverse matrici sulla dinamica dell’humificazione

  15. APPORTO DI FERTILIZZANTI COMMERCIALI • COSTO • POCA SPERIMENTAZIONE • NON RISOLVONO LE INCERTEZZE SULLA • DINAMICA DELLA SOSTANZA ORGANICA • MINERALIZZAZIONE: DISPONIBILITA’ DI AZOTO • UNIFICAZIONE: EFFETTI SULLA STRUTTURA Es. scleroproteine idrolizzate: 22.7 €q-1 (12.5% N) = 1.8 €kg-1 di N. N disponibile in 3-5 mesi?

  16. Ruolo delle leguminose sulla fertilità del suolo. • La loro utilità è dovuta principalmente all'azotofissazione simbiontica: fino a 450 kg ha-1 anno-1 per soia ed erba medica, seguita da favino, lupino, tr. violetto con oltre 300 kg ha-1 anno-1 • (+ N ipogeo = 26 - 100% di N epigeo); • 2. incorporato della frazione labile della S.O. • 3. disponibile per le altre colture (essudati radicali, micorrize vescicolo-arbuscolari (VAM), decomposizione foglie, radici e residui colturali, sovescio). • In consociazione = fino a 80 kg ha-1 anno-1 • Nell'avvicendamento = fino a > 250 kg ha-1 anno-1 • Con sovescio = fino a > 300 kg ha-1 anno-1

  17. SOVESCIO • Più economico rispetto alle altre fonti organiche e competitivo con quello minerale (0.60 € kg-1), ma non deve sostituire colture da reddito: • ordinamenti irrigui estensivi (mais-pomodoro, mais-tabacco, mais-grano, mais-soia, ...): leguminose microterme (favino, lupino, veccie,…); • ordinamenti ortivi in serra: leguminose macroterme (vigna, soia). • Altri vantaggi: • solubilizzazione P non disponibile (acidi organici e di fosfatasi • acide in essudati radicali di lupino e cece); • aumento dei coefficienti di umificazione  struttura • (es. soia in rotazione da 0.15 a 0.37) • - sovesci Polifiti (C/N=30-40): aumento C umificato • Vigna sinensis: aumento di azotofissatori liberi • trifoglio violetto: capacità erbicida

  18. PERÒ: • oltre ai problemi visti per interramento S.O. fresca (in particolare • sviluppo Pythium), • le previsioni della reale disponibilità di azoto per le altre colture sono molto aleatorie  dipendono da mineralizzazione: • fertilità biologica iniziale del suolo, • grado di sminuzzamento ed interramento del materiale • (umidità al momento del sovescio), • temperatura e umidità, • disponibilità di ossigeno (tessitura, struttura e lavorazioni • consecutive),

  19. CZ = colza FV = favino LI = loiessa OR = orzo PS = pisello TS = tr. squarroso VE = veccia Da Guiducci et al., 2003

  20. Da Guiducci et al., 2003

  21. Favino, pisello e veccia forniscono i più alti apporti di N, sia in purezza sia in consociazione con non leguminose. • 2. I tassi di rilascio di N e l’efficienza fertilizzante  C/N e lignificazione: veccia > favino; colza > orzo; leguminose pure > miscugli; interramento precoce > di quello tardivo. • 3. Nei migliori sovesci l’unità fertilizzante azotata ha un costo circa doppio rispetto all’urea. • 4. La pratica del sovescio appare economicamente sostenibile ,  incassi = 85-95% di quelli massimi con urea. • 5. Ulteriori ricerche sulla composizione dei miscugli e sulla densità di impianto sembrano essere necessarie per ottimizzare la pratica da un punto di vista agronomico e per ridurre i costi.

  22. Anche N rimasto nel terreno in forma organica potrà essere soggetto a mineralizzazione e andrà a sommarsi a quello derivato dalle nuove fertilizzazioni, (anche in periodi in cui l'asportazione da parte delle colture non è in grado di intercettarlo). Anche il sovescio deve essere visto con attenzione perché potenzialmente è in grado di apportare quantitativi di azoto eccessivi e pericolosi per l’ambiente. Inserito nei sistemi colturali tenendo conto del bilancio dell'azoto complessivo e di tutti quei fattori specifici (C/N, lignina) ambientali (temperatura e umidità) e colturali (soprattutto lavorazioni) che possono influenzare il ritmo di mineralizzazione. (Es. non ogni anno, ma ad anni alterni)

  23. ANALISI DELLE ESIGENZE DEI SISTEMI COLTURALI - BILANCIO DELL’AZOTO - BILANCIO ISOUMICO

  24. BILANCIO DELL’AZOTO • APPORTI • - dotazione iniziale di azoto, • - N mineralizzabile (massimo in autunno e primavera), • - restituzioni colturali, • - N nelle deposizioni atmosferiche (10-20 kg ha-1 fino a 40 kg ha-1), • - fissazione simbiontica (100-300 kg ha-1 epigei + 50-100% radicali), • fertilizzazione. • PERDITE • - organicazione N solubile (dipende da C/N e gener. 20-40% apporti), • - percolazione (acqua di drenaggio x concentrazione nitrati), • - erosione (acque di deflusso + terreno eroso x concentrazione N), • - N fissato dalle argille (generalmente 5 - 30 kg ha-1), • - denitrificazione (massima con surplus idrico e nei suoli argillosi), • - asportazione (dipende da altri stress che riducono le produzioni previste)

  25. IL BILANCIO UMICO: FATTORI DI INCERTEZZA NELLA STIMA DELLA DINAMICA DELLA SOSTANZA ORGANICA

  26. RAPPORTO C/N IN DIVERSI RESIDUI COLTURALI

  27. FATTORI CHE INFLUENZANO LA DECOMPOSIZIONE • DELLA SOSTANZA ORGANICA • AERAZIONE (max in T.Sabbiosi) • UMIDITA’ (max a Capacità di Campo) • TEMPERATURA (max a 30-35°C) • COMPOSIZIONE (max C/N <25) • amido>proteine, cellulosa>grassi, lignina • -FERTILITA’ SUOLO (biologica e chimica)

  28. C/N SUOLO = 7-25 = in media 10 (50/5) C/N MICROBI = 4-9 = in media 7 (50/7) FABBISOGNO IN AZOTO Per trasformare materiale con C/N alto (anche 100) a humus con C/N = 10 la microflora ha bisogno di N per colmare la differenza

  29. C/N di alcuni materiali organici Residui cereali = 100 Residui mais, girasole = 70 Residui leguminose = 25 Letame maturo = 25 Letame mediam. maturo = 35 Sovescio leguminose = 20 Sovescio polifita = 40 Efficienza conversione microbica 50% Coefficiente isoumico di alcuni materiali Frumento = 0.10 Mais = 0.15 Leguminose = 0.30 Letame mediam. maturo = 0.40 Letame maturo = 0.50 NB. Tutti i dati sono espressi in sostanza organica secca

  30. residui di mais 76,63 52 20 % 84,40 paglia avena 87,00 80,64 100 15 % 12,036 paglia grano 88,91 82,79 111 15 % 12,418 paglia orzo 86,40 81,14 87 15 % 12,170 paglia segale 88,50 83,99 63 15 % 12,600 piante girasole 85,00 55,00 30 20 % 11,000 piante sorgo secco 85,00 66,00 95 20 % 13,200 sansa olive 91,51 68,55 32 20 % 13,700 bucce pomodoro 90,00 86,50 31 20 % 17,000 farina vinaccioli 89,00 86,25 23 20 % 17,000 FERTILIZZANTI letame bovino 22,00 16,40 29 30 % 4,920 letame equino 30,00 26,30 23 30 % 7,900 letame suino 28,00 25,00 31 30 % 7,500 68,80 40,00 6 30 % 12,000 35,40 letame ovino 31,80 22 30 % 9,540 pollina fresca 85,80 63,00 7 30 % 18,900 pollina secca S.S. S.O. C/N K1 humus % % % % t.q. RESIDUI COLTURALI 15,326

  31. S.S. S.O. C/N K1 humus % % % % t.q. MATERIALI VERDI erba medica 19,60 17,97 16 25 % 4,492 prato stabile 17,56 15,76 19 20 % 3,150 erbaio avena 13,94 12,39 22 20 % 2,478 Residui bietola 13,64 11,87 21 25 % 2,967 erbaio colza 8,34 6,97 12 25 % 1,742 erbaio loietto 18,65 17,09 30 20 % 3,418 erbaio mais ibrido 12,58 11,73 37 20 % 2,346 erbaio autunnale 12,07 10,78 15 25 % 2,692 erbaio orzo 13,65 12,39 22 20 % 2,476 erbaio pisello 13,01 12,10 15 25 % 3,025 erbaio segale 14,09 12,77 18 20 % 2,554 erbaio sorgo ibrido 18,07 17,05 61 20 % 3,410 erbaio veccia 13,85 12,75 15 25 % 3,187 erbaio tr. incarnato 11,02 10,30 16 25 % 2,500 erbaio vigna sinen. 11,47 10,13 15 25 % 2,500 MATERIALI SECCHI fieno di medica 82,77 74,38 17 25 % 18,595 fieno prato 84,03 74,88 20 20 % 14,970

  32. APPORTI DI ELEMENTI MINERALI CON I RESIDUI COLTURALI Sottoprodotti S.S. t ha-1 N P2O5 Kg ha-1 K20 Paglia orzo e avena 6-7 30-40 10-20 90-100 Paglia frumento tenero 6-7 30-40 10-20 90-100 Paglia frumento duro 5-6 30-40 10-20 90-100 Residui di girasole 5-10 25-50 10-20 100-200 Stocchi tutoli mais 7-13 50-100 20-30 200-230 Paglia riso 4-8 30-60 10-20 100-200 Residui di tabacco 3-4 40-50 15-30 40-60 Residui di fagioli 2-3 40-50 10-20 30-60 Residui di fava 4-5 80-100 20-40 60-80 Residui di piselli 3-4 60-80 20-30 40-60 Foglie colletti bietola 3-4 70-100 30-40 75-100 In irpinia: 10 t/ha s.s. x 2.5% N = 250kg/ha di N ESEMPI DI CALCOLO

  33. Sapendo che C/N humus = 50/5 = 10; C/N biomassa microbica = 50/6 = 8 Residuo frumento Q = 6000 kg/ha, C/N =120, C = 45%, N=0.5 % C apportato = 6000 * 0.45 = 2700 kg/ha C incorp. nella biomassa microbica = 2700*0.50 = 1350 kg/ha N richiesto dai microbi = 1350/8 = 169 kg/ha N apportato dalla paglia = 2700 * 0.5/100 = 14 kg/ha % della paglia umificabile = 14/169 =8% Deficit di azoto = 169-14 = 155 kg/ha PER COMPENSARE LO SQUILIBRIO DOVUTO ALL’ECCESSO DI CARBONIO SAREBBERO NECESSARI CIRCA 150 kg/ha DI AZOTO

  34. Nel breve periodo però non tutta la sostanza organica sarà degradata ma solo una quota (coeff. Isoumico) che può variare non solo in funzione del materiale, ma anche delle condizioni pedo-climatiche. Es. K1 = 0.10 N apportato = 6000 * 0.5/100 = 30 kg/ha Humus prodotto in 1 anno = 6000 * 0.10 = 600 kg/ha N contenuto nell’Humus = 600*5/100 = 30 kg/ha Fabbisogno di N = 30-30 = 0 Es. K1 = 0.15 Humus prodotto in 1 anno = 6000 * 0.15 = 900 kg/ha N contenuto nell’Humus = 900*5/100 = 45 kg/ha Fabbisogno di N = 45-30 = 15 kg/ha

  35. SONO TUTTI NUMERI EMPIRICI • - chi ci dice che in anno solo il 10 o 15 % della paglia interrata sarà umificata??? • e perché non il 20 o 30%???? • In quali condizioni (T, Umidità, Areazione,….) è 10% ed in quali altre il 30%??? • PURTROPPO NON C’E’ STATA ADEGUATA ATTIVITA’ DI RICERCA PER OTTENERE INFORMAZIONI PIU’ PRECISE

  36. Kumar e Goh, 2002 Residui leguminose: + assorbimento e mineralizzazione N, produzione Residui graminacee: apporto N limitato, ma meglio della rimozione I residui vanno interrati: pacciamatura crea problemi alla germinabilità della c. successiva, bruciatura non serve Ruolo delle radici importante: % s.s. totale % N totale Trifoglio 34 26 Pisello 24 26 Loietto 27 38 Grano . 16 33 .

  37. ALTRI ESEMPI DI CALCOLO Dati : 50 cm strato attivo, da =1.2, s.o.=2%, K2 =2 10.000 m2 * 0.5 m = 5000 m3/ha 5000 m3 * 1.2 t/m3 = 6000 t/ha 6000*2/100 = 120 t/ha 120 *2/100 = 2400 kg/ha Che corrispondono a letame (k1=0.4; s.s. =50%) 2400/0.4/0.50 = 12000 kg/ha = 120 q/ha Nel bilancio di un sistema colturale considerare anche i residui colturali

  38. Coefficiente di mineralizzazione K2 1.0 molto argilloso (arg>40%) 1.5 argilloso 1.8 medio-argilloso 2.0 media costituzione 2.2 medio-sabbioso 2.5 molto sabbioso In realtà dipende anche da pH, calcare, lavorazioni, fertilità iniziale, temperatura, umidità,… K2=1200/[ (argilla+20)*(calcare+20) ] Formula empirica di Remy e Martin-la Fleche (1974) NB - in Italia i valori possono essere molto più alti (perché 1200 e non 1300???), - in serra possono arrivare fino a 4-5 %

  39. da Sostanza organica: conti e bilanci di Enos Costantini, AGRICOLTURA BIOLOGICA – 9

  40. STIMA DELLA DISPONIBILITA’ DI AZOTO OLTRE ALLE INCERTEZZE SUI VALORI DEL K2, C’E’ IL PROBLEMA DELLA DINAMICA DI MINERALIZZAZIONE IN RELAZIONE ALLE CAPACITA’ DI ASSORBIMENTO DELLE COLTURE

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