martedì 5 luglio 2011

IL SUOLO.


Il suolo, termine che deriva da latino solum (pavimento), può essere definito come l'epidermide della terra. Ve ne sono di differenti tipi e la loro formazione e caratterizzazione è dovuta a complessi e innumerevoli processi di trasformazine chimica e fisica delle componenti della crosta terrestre. Si è formato inizialmente dalla degradazione della roccia primaria ed è influenzata da varie componenti tra cui la vegetazione e gli organismi sia micro che macroscopici che vivono su di esso e al suo interno, nonchè dai rifiuti che da questi vengono prodotti, inoltre oltre ad essere una componente complessa di un ecosistema, è il sito dove avvengono le principali azioni che caratterizzano un ecosistema, assorbimento dei minerali, erbivoria, predazione e di conseguenza trasformazione della materia organica con conseguente mineralizzazione.

Il suolo viene definito un sistema polifasico ed eterogeneo. E' il complesso risultato di processi di alterazioni che coinvolgono la sostanza organica e inorganica. Vari fattori influiscono alla sua caratterizzazione, clima, organismi (animali e vegetali), età, materiale parentale, morfologia del suolo. Questi elementi influiscono tra di loro attraverso infinite combinazioni e sono di fondamentale importanza in quanto determinano si le caratteristiche del suolo, ma a sua volta lo mantengono in uno stato dinamico.

Il suolo come sistema polifasico.
Il suolo può essere suddiviso in tre fasi: solida, fluida, gassosa.
La fase solida del suolo può a sua volta essere suddivisa in tre componenti: fase inorganica; fase organica; fase colloidale.
La fase inorganica comprende le componenti minerali del suolo che costituiscono la sua tessitura, e che a sua volta possiamo suddivdere in tre componenti: sabbia: composta principalmente da grani di quarzo e feldspati; limo: con composizione mineralogica simile alla sabbia; e argilla.
La frazione argillosa rappresenta anche una componente della frazione colloidale del terreno. Le micelle di argilla presentando una grande superficie per area di volume consentono l'assorbimento di acqua causando dilatazione e contrazione del suolo in seguito a idratazione o disseccamento. Le caratteristiche colloidali dell'argilla sono dovute alla sua struttura cristallina. I minerali che costituiscono le particelle argillose  appartengono tutti al gruppo dei fillosilicati e sono suddivisi in quattro gruppi principali, in base alla loro struttura cristallografica. (Argilla)
Le particelle di argilla  sono cariche negativamente, e questo consente loro di poter legare molti cationi (Ca, Mg, Fe, K ecc...) che appartengono a loro volta alla classe di macro e micronutrienti che possono essere sfruttati dagli organismi.  Questa caratteristica è nota come capacità di scambio cationico, è un meccanismo molto importante di trattenimento dei cationi, i quali fissati temporaneamente sui minerali argillosi e sulle sosanze umiche sono facilmente sostituibili da altri cationi al mutare della composizione ionica della soluzione del suolo. Nel terreno lo scambiatore è rappresentato dall'insieme delle particelle solide di argilla e di humus, tale proprietà è importante per la mobilizzazione dei nutrienti. Il trasferimento degli ioni dagli scambiatori (argilla e humus) alla soluzione circolante del suolo, fa si che tali elementi siano facilmente assorbiti dalle radici delle piante.


Componente fondamentale della cosidetta soluzione circolante del suolo è costituita dall'acqua che occupa gli interstizi del suolo e dai sali minerali in essa disciolti, che favoriscono ulteriormente il movimento delle sostanze. In questo modo le sostanze nutrienti complessate con la materia organica e l'argilla si muovono attraverso processi di diffusione. L'attrazione di un catione da parte della micella argillosa aumenta all'aumentare della valenza del catione. Così i cationi monovalenti sono sostituiti dai cationi bivalenti e quest'ultimi dai trivalenti. La capacità di scambio cationico svolge anche un ruolo importante nel determinare altre proprietà del suolo come il pH, oltre al bilancio dei nutrienti. I suoli differiscono per la diversa proporzione di sabbia, ghiaia e ciottoli. Un suolo che contiene una bilanciata percentuale di sabbia e particelle fini, limo e argilla è senz'altro considerato un suolo ottimale per la crescita delle piante in quanto la sua capacità di ritenzione idrica e dei nutrienti sarà migliore rispetto ad un suolo caratterizzato da una più elevata percentuale di sabbia.
Un ruolo fondamentale nella aggregazione e struttura del terreno è svolto anche dalla materia organica e dalle interazioni che essa effettua con le particelle del suolo portando alla formazione di aggregati con forme e dimensioni diverse.
La fase solida organica è rapresentata dalla materia organica del suolo che a sua volta deriva dal contributo passivo e attivo di flora e fauna sia micro che macroscopica. Per apporti passivi intendiamo prodotti del catabolismo o abbandono di parti o interi organismi morti, anche se il maggiore apporto di materia organica è di tipo attivo; le radici delle piante sono i maggiori contribuenti. Infatti il biota del suolo può incrementare notevolmente il contenuto di materiali minerali del suolo. Gli organismi e le radici delle piante attraverso l'espulsione nel suolo di composti organici come acidi, amminoacidi ecc. comportano l'alterazione e la degradazione del substrato roccioso, a ciò ci aggiungiamo anche i decompositori che convertono attraverso complessi processi di trasformazione la materia organica in sostanza minerale. Per quanto riguarda le piante; la porzione del suolo che circonda le radici nota come rizosfera e l'interazione pianta microrganismi è la parte più dinamica del sistema pianta suolo. Innanzitutto la penetrazione radicale comporta una variazione della compattazione del suolo; la respirazione portata avanti libera CO2 ed essudati organici, ciò comporta una variazione del pH che rende più disponibili i cationi. In seguito la materia organica subisce fenomeni di decomposizione portati avanti dalla flora edafica (mineralizzazione) e da processi di decomposizione esclusivamente chimico fisica (umificazione) che portano alla formazione di un composto noto come humus. L'Humus (argomento di prossimo post) è costituito dall'insieme di: 1)acido fulvico, 2)acido umico, 3)umina.
Le sostanze umiche che ritroviamo nell'humus sono, come le particelle di argilla, associabili alla componente colloiadale del suolo, come la componente argillosa sono idrofile, risultando circondate da uno strato di acqua e inoltre hanno la capacità di scambiare cationi e di formare aggregati con l'argilla. L'insieme di questi aggregati elettronegativi permette la formazione di un complesso adsorbente del suolo, svolgendo un ruolo di fondamentale importanza nel trattenere gli ioni più piccoli e mobili.
L'importanza dunque della materia organica nel suolo è grande in quanto:
1) contribuisce alla formazione del suolo attraverso la formazione di aggregati stabili.
2) Permette scambio cationico.
3) gioca di conseguenza un ruolo nel mantenere legati gli ioni metallici
4)rapresenta una fonte di nutrienti per gli organismi del suolo
5) riduce la conduzione di calore.

La fase fluida.
La fase fluida del suolo è invece caratterizzata dall'acqua e dai soluti in essa disciolti. La quantità di acqua che costituisce la fase fluida proviene essenzialmente dalle precipitazioni, dalle falde acquifere. L'acqua tende ad occupare gli spazi liberi (veri e propri pori) presenti nel suolo. Pori vengono distinti in base al diametro: pori grandi più di 8 micron sono definiti macropori, micropori quelli di dimensioni inferiore agli 8micron. Ovviamente non tutta l'acqua imprigionata in questi pori è utilizzabile dagli organismi, quindi essa viene differenziata in acqua igroscopica (che forma uno strato molto sottile attorno alle particelle di terreno) acqua capillare non assorbibile (che occupa pori più piccoli di 0,2 micron e che portano alla formazione di forze di adesioni tali da impedire alle piante di esercitare una forza di suzione tale da poterla assorbire), acqua capillare assorbibile (che occupa pori dal diametro compreso tra gli 0,2-0,8 unimicron)  (quest'ultima è trattenuta da forze di adesione tali da impedire alla forza di gravità di spingere l'acqua verso gli stati più profondi impedendo ai organismi di sfruttarla. In ultimo l'acqua gravitazionale che rappresenta la componente presente in pori di dimensioni abbastanza grandi da non riuscire ad esercitare forze tali d'adesione così intense da impedire alla gravità di farla spostare verso gli strati più profondi, rendendola indisponibile.  La velocità con cui l'acqua gravitazionale si allontana dal suolo e la quantità di acqua trattenuta dipendono primariamente dalla tessitura del suolo, per dirla breve dalla permeabilità. Suoli sabbiosi, dunque con pori molto grossi, perdono gran parte dell'acqua per percolamento. I suoli invece argillosi e limosi ne trattengono una quantità molto più elevata pertanto per caratterizzare un dato suolo, è importante definire la capacità di trattenere l'acqua che ha quest'ultimo. La quantità di acqua che viene trattenuta nel suolo dopo che l'acqua gravitazionale è stata allontanata rappresenta la cosidetta capacità di campo di un suolo o la capcità idrica di ritenzione. La capacità di campo è sempre superiore alla capacità idrica disponibile in quanto rppresenta la somma dell'acqua capillare e di quella igroscopica. In diversi tipi di suolo caratterizzati da diversi valori della cpacità di campo e quindi da quandità diverse di accqua trattenure al suolo e utilizzabili per le piante di consguenza vaira anche la profondità dell'apparato radicale. Quando in un terreno vi è solo l'acqua igroscopica e la capillare non assorbibile la pianta tende ad andare incontro ad appassimento permanente in quanto non in grado di esercitare una forza di suzione tale da poter assorbire l'acqua di cui ha bisogno. Quindi la componente organica, come accennato prima, svolge un ruolo di peculiare importanza in quanto aumenta la capacità del suolo di trattenere l'acqua, la quale non è importante solo per la sopravvivenza delle piante ma svolge anche un importante ruolo di regolatore della temperatura.

La fase gassosa del suolo rappresenta l'aria contenuta nel terreno, compete con l'acqua in quanto come quest'ultima va a riempire i pori liberi nella tessitura del suolo. La sua composizione è pressocchè identica a quella dell'aria atmosferica, eccezzion fatta per una presenza maggiore di Co2 e ossigeno dovuta in particolar modo all'intensa attività respiratoria delle radici e della microfauna e microflora. Infatti l'areazione del suolo è migliorata dagli spostamenti effettuati dai microrganismi del suolo, ad esempio lombrichi che si spostano lungo il terreno. Ovviamente la composizione dell'aria nel suolo non è sempre identica, cioè difficilmente riesce a mantenersi costante nel tempo, infatti acqua e aria competono per gli spazi liberi. Un suolo risulterà molto più ricco di acqua che di aria dopo un abbondande pioggia e da ciò scaturisce l'effetto negativo di piogge abbondanti e persistenti che possono saturare il terreno.

La temperatura del suolo.
La temperatura del suolo è determinata dalla capacità termica e dalla conduttività temica del suolo. Quando parliamo di conduttività del suolo ci riferiamo alla risultante delle componenti del suolo, la capacità termica è invece determinata dalla componente fluida (quindi dall'acqua) presente nel suolo. L'acqua ha un più elevato calore specifico e questo spiega perchè i suoli argillosi sono più freddi di quelli sabbiosi a parità di condizioni. Inoltre la temperatura del suolo è determinata dalla copertura vegetale, una fitta vegetazione può impedire una penetrazione diretta della radiazione solare, dalla lettiera che funge da coibente.
Inoltre la temperatura del suolo influenza anche l'attività dei microrganismi e della microflora e influenza la disponibilità dei nutrenti e di conseguenza la crescita delle piante. Il suolo possiede una conduttività termica maggiore dell'aria; nelle zone temperate la temperatura media del suolo risulta essere più elevata durante l'anno, tale differenza è molto più accentuata durante l'estate. Ovviamente la temperatura del suolo può avere anche influenze sulla distribuzione di alcune comunità di piante, infatti comunità di piante trovate in avallamenti e montagnole di terra in foreste temperate possono essere in parte spiegate da differenze nella temperatura
del suolo come risultato di un differente accumulo di lettiera nei due microhabitat.


Il pH del suolo.
La soluzione liquida del suolo non è costituita da acqua pura ma da una soluzione, questa può avere reazione acida, basica a seconda della quantità di gruppi OH- o di protoni presenti in essa. Quindi un influenza importante nel pH del suolo è determinato dalla componente fluida (acqua e soluti in essa contenuti). In base ai valori di pH i suoli possono essere suddivisi in:
suoli peracidi: con un pH inferiore di 5
acidi: con un pH di ;5-6
subacidi: con un pH di 6-6,7
neutri: con un pH di 7
alcalini: con pH di 7
subalcalini: con un pH di 8
peralcalini: con pH maggiore di 9
Le cause della basicità e dell'acidità di un suolo sono molteplici. Le piogge favoriscono la liscivazione dei sali e di basi determinando un abbassamento del pH del suolo. Infatti i suoli umidi tendono a essere più acidi dei suoli aridi. I suoli sabbiosi tendono a far percolare l'acqua verso gli strati più profondi facilitando la liscivazione dei minerali, quindi in teoria i suoli sabbiosi sono può acidi degli argillosi. Oltre alla tessitura del suolo anche la vegetazione influisce notevolmente, infatti quest'ultima tende ad accumulare basi, interferendo sul valore di pH del suolo. Esso è anche influenzato dalla concentrazione di CO2 negli interstizi del suolo. Infatti la CO2 si combina con l'acqua per formare acido carbonico, un acido debole che tende a dissociarsi parzialmente in carbonato e protoni.

Il suolo tende ad opporsi alle variazioni del pH, grazie alla presenza di componenti colloidali organici ed inorganici che fungono da tamponi. Inoltre la presenza di materia organica e argilla nell suolo ha un elevata capacità tamponante. Tutti i processi biologici sono sensibili a variazioni rilevanti del pH. Infatti esso può interferire con la capacità del suolo di trattenere i nutrienti, in particolar modo a pH basso vengono trattenuti pevalentemente i cationi, a pH alto gli anioni. A valori di pH inferiori a 4 anche l'accumulo di composti importanti come gli ioni manganese e ferro possono diventare tossici in quanto tendono ad essere accumulati in quantità molto elevate, viceversa a pH elevati la concentrazione dei nutrienti tende a diminuire e anche il suo assorbimento, causando la formazione di legami insolubili con le particelle del terreno e diventano indisponibili alle piante. Molti microganismi sono sensibili all'azione del pH del suolo, azotofissatori e batteri nitrificanti hanno il massimo di attività a pH che sono prossimi alla neutralità. Il comportamento delle piante e per un dato intervallo di pH varia in funzione anche della competizione interspecifica.

Il profilo del suolo.

Il suolo può essere suddiviso in vari strati, deifniti orizzonti. In superficie troviamo l'orizzonte 0 costituito prevaletemente dalla lettiera in parte indecomposta, in esso troviamo i microrganismi e organismi del suolo.
Orizzonte A: che a sua volta può essere suddiviso in suborizzonti A1, A2. Esso è l'orizzonte che presenta la maggiore attività biologica ed è generalmente ricca di materia organica tanto da apparire di colore più scuro rispetto allo strato sottostante. Nel suborizonte A1 troviamo grandi quantità di humus e consta di materiale organico parzialmente decomposto misto a materiale minerale. Suborizzonte A2 rappresenta principalmente uno strato nel quale tendono ad accumularsi dagli strati superiori materiale minerale e organico che percola per liscivazione.
Orizzonte B: in esso si accumulano i materiali provenienti dagli strati superiori in particolar modo argille carbonati e ossidi di alluminio. In questo strato la materia organica è molto scarsa e le caratteristiche chimiche del suolo assomigliano a quelle della roccia sottostante.
Orizzonte C: rappresentato da roccia parentale, già parzialmente frammentata.
Orizzonte R: costituito da roccia inalterata.
Ovviamente non in tutti i suoli la sequenza degli orizzonti è facilmente riconoscibile.

La pedogenesi.
Il processo di formazione del suolo, la formazione dei vari strati, è determinato da una serie di processi che vanno sotto il nome di pedogenesi. Il processo di formazione del suolo comincia con la disgegazione della roccia parentale, elementi climatici come la temperatura e le sue continue variazioni legate all'escursione diurna e notturna determinano delle alterazioni nella compagine della roccia, causando con il passare del tempo delle micro e macrofratture. L'acqua di precipitazione (pioggia) infiltrandosi all'interno di tali fratture determina la solubilizzazione e la conseguente liscivazione dei minerali più solubili (sodio, calcio ecc...). Inoltre il ripetuto congelamento e scongelamento dell'acqua trattenuta nelle fessure, lo sfregamento di particelle abrasive trasportate dal vento e dall'acqua determinano un continuo sgretolamento della roccia; a questi processi di natura fisica si devono poi correlare i processi di natura chimica come reazioni di ossidazione, riduzione, immobilizzazione, liscivazione che determinano cambiamenti nelle proprietà chimico fisiche della roccia. Gli elementi e i prodotti che vengono perduti dalla roccia a causa di questi processi che la vedono protagonista, vengono poi dispersi dal vento, dall'acqua di scorrimento e spostati in altre zone. La liberazione di elementi dalla roccia parentale determina la formazione di un substrato, che seppur povero di nutrienti, può consentire l'instaurarsi di specie pioniere, come i licheni. E quì entra in gioco la componente biotica che insieme agli elementi abiotici determinerà la futura formazione e caratterizzazione del suolo. I licheni attraverso il rilascio di sostanze acide nell'ambiente esterno collaborano con l'acqua e la temperatura alla modifica e al disgregamento della roccia. In seguito le parti morti dei licheni si depositano nel substrato accumulandosi e portando alla formazione di un substrato che consentirà l'instaurarsi di organismi più complessi, che a loro volta rendono il substrato più idoneo alla colonizzazione di organismi ancora più complessi.

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