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Corso di formazione integrata scientifica e tecnologica (A.S. 2002/03) http://usr-lazio.artov.rm.cnr.it/fiset2002/

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Corso di formazione integrata scientifica e tecnologica A.S. 2002 - PowerPoint PPT Presentation


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Consiglio Nazionale delle Ricerche. Corso di formazione integrata scientifica e tecnologica (A.S. 2002/03) http://usr-lazio.artov.rm.cnr.it/fiset2002/. Modulo 6 : Aspetti chimico-fisici e biologici dell’ambiente "suolo" Daniela Lippi e Maria Rita De Paolis

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Consiglio Nazionale delle Ricerche

Corso di formazione integrata scientifica e tecnologica (A.S. 2002/03)http://usr-lazio.artov.rm.cnr.it/fiset2002/

Modulo 6:Aspetti chimico-fisici e biologici dell’ambiente "suolo"

Daniela Lippi e Maria Rita De Paolis

Istituto di Biologia Agroambientale e Forestale

Area della Ricerca di Roma1 “Montelibretti” - [email protected]

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Calendario degli incontri del modulo 6:

Aspetti chimico-fisici e biologici dell’ambiente "suolo”

1. Ecosistema suolo 06/02 Artov

2. Pedogenesi 20/02 Mlib

1. Ecosistema suolo 06/02 Artov

2. Pedogenesi 20/02 Mlib

3. Turnover della sostanza organica nel suolo 27/02 Mlib

4. Ecologia delle popolazioni microbiche del suolo 06/03 Mlib

5. Ciclo dell’Azoto 13/03 Mlib

6. Ciclo del Carbonio 20/03 Mlib

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Aspetti chimico-fisici e biologici dell’ambiente "suolo"

3. Turnover della sostanza organica

Parte teorica

Esperienza di laboratorio

 Definizione e ruolo

Determinazione della sostanza organica

nel suolo

 Origine

Decomposizione

 Mineralizzazione

 Umificazione

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3. Sostanza organica

Definizione e ruolo

  • Ha natura eterogenea, comprende materiali vegetali e animali a vari stadi di decomposizione e una grande quantità di molecole diverse: organiche e minerali
  • Rappresenta l’unica forma di energia disponibile “in magazzino”, presente generalmente in percentuali variabili dallo 0,5 al 5%
  • E’ il fattore determinante per la fertilità di un terreno
  • Assolve funzioni fisiche, chimiche, biologiche.
  • Si può dividere in due grandi componenti:
  • Dal punto di vista della dinamica delle trasformazioni, si può dividere in:

frazione labilee

frazione stabile.

H

u

m

u

s

Pool

a breve termine

Pool

a lungo termine

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Funzionidella sostanza organica nel terreno

- incremento della flora microbica utile, aumento delle attività,

sintesi e liberazione di nutrienti (mineralizzazione)

  • trofiche

rapida (pool a breve termine)

lenta (humus)

  • strutturali

- sviluppo di aggregati con dimensioni variabili, secondo la tessitura;

aumento della porosità, della ritenzione idrica e della lavorabilità

  • di reattività chimica

- aumento della capacità di scambio, presenza di gruppi

acidi chimicamente attivi

tampone

  • di protezione sterica

- enzimi batterici protetti in tasche idrofobiche

accessibili ai substrati

- molecole di origine batterica, con funzioni ormono-simili,

inertizzate sugli aggregati,rilasciate ed assunte dalle

cellule radicali

  • di rilascio ormonale
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3. Sostanza organica

Origine

  • Fasi della formazione di un suolo
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lichene fruticoso

0

1

2

3

lichene composto

lichene foglioso

Successionivegetali

1 -licheni - simbiosi mutualistica tra un fungo ed un’alga,trattiene umidità;

  • il fungo (funzione meccanica) fornisce ancoraggio e rifornimento di nutrienti minerali sciolti dai secreti acidi emessi dalle ife,
  • l\'alga (funzione solvente) sintetizza carboidrati (fotosintesi), "fissa" l\'azoto

lichene crostoso

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2 - muschi - assorbono acqua e alterano ulteriormente le rocce,

lasciano un substrato organico più abbondante dei licheni e più

favorevole al successivo sviluppo di piante superiori.

3 -organismi vegetali superiori (possono passare molti anni): per mezzo

di questo processo, si ha il progressivo accumulo di sostanza organica stabile (umificata) = componente costitutiva essenziale per un suolo.

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2

0 - L\'attività di batteri,

che arrivano per deposizione atmosferica prima, durante o dopo la colonizzazione dei licheni, continua per tutto il processo della pedogenesi:

funghi,

alghe,

alterazione dei detriti rocciosi

decomposizione della sostanza organica

Batteri

Funghi

Alghe

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Predatori edetritivori

Importante è il ruolo della micro, meso e macrofauna

che vive nella parte superiore del terreno.

Lombrichi, formiche, ragni, larve di insetti ecc. operano

notevoli modificazioni della sostanza organica,

migliorando le proprietà fisiche e chimiche del suolo,

attraverso diverse attività:

  • Ingestione di materiale minerale e organico,

mescolamento, trasformazione e deposito di escrementi

  • Formazione di canalicoli che contribuiscono soprattutto

alla porosità, alla permeabilità e alla capacità idrica del suolo.

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1. Disgregazione fisico-meccanica della roccia madre

Particelle

2. Decomposizione chimica e biochimica

Decomposizione

3. Lisciviazione

se prevale

Evoluzione regressiva

4. Erosione superficiale

Depauperamento di sostanze organiche

5. Assorbimento radicale e microbico

Cicli nutritivi

Diretta

Indiretta

3. Sostanza organica

Decomposizione, umificazione e mineralizzazione

D

e

c

o

m

p

o

s

i

t

o

r

i

6. Decomposizione residui organici

7. Humificazione

8. Mineralizzazione della sostanza organica

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5.Assorbimento radicale e microbico

Prima tappa del complesso ciclo di trasformazioni che avvengono nel suolo.

6.Decomposizione residui organici o biodegradazione

Consiste nella frammentazione dei composti organici della lettiera (polimeri) nelle singole unità strutturali (monomeri), spesso zuccheri semplici (glucosio), aminoacidi, vitamine, ecc.

7.Umificazione

Processo lento di ripolimerizzazione a carico dei residui organici nel suolo e dà origine all’ humus, frazione responsabile delle principali funzioni della sostanza organica.

8.Mineralizzazione della sostanza organica

E’ il destino finale di tutta la sostanza organica. Decomposizione ossidativa con formazione di composti minerali solubili assimilabili dalle piante.

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(n)CH2O + O2 (n)CO2 + H2O

Diretta

rapida

climi caldi

pool a breve t.

8.Mineralizzazione della sostanza organica

Indiretta

lenta

climi freddi

pool a lungo t.

Piante

Mineralizzazione diretta

Residui vegetali

NH3, CO2, NO3-, PO42-, SO42-

Mineralizzazione indiretta

Humus

Composti carboniosi: completa ossidazione

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Composizione e proprietà dell’ humus

Materiale vegetale altamente decomposto trasformato in una sostanza scura, allo stato colloidale, parzialmente aromatica, acida, idrofila e con proprietà polielettrolitiche. Trattiene acqua e cationi, è fonte di elementi nutritivi.

Miscela di composti di diverso peso molecolare:

lignina e suoi derivati, proteine, carboidrati, cere, acidi organici e alcooli.

*Acidi umici, solubili a pH  7

insolubili a pH 2

Sostanze

Non umiche

Umiche

*Acidi fulvici, solubili

Biopolimeri parzialmente decomposti, frazione labile, ma può permanere diversi anni

Macromolecole senza formula chimica definita, maggior parte di Carbonio totale nel suolo, frazione stabile

Umina, insolubile

* frazioni più attive

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3. Sostanza organica

Determinazione della sostanza organica nel suolo

Metodo di Walkley - Black

Il metodo di Walkley-Black si basa sull\'ossidazione del carbonio organico del suolo (che si libera come diossido di carbonio) con un eccesso di dicromato di potassio in presenza di acido solforico concentrato.

L\'eccesso di dicromato di potassio viene titolato con una soluzione di sale di Mohr in presenza di indicatore alla difenilammina fino al viraggio dal bleu al verde.

Reagenti

 Dicromato di potassio 0,5N

 Acido solforico concentrato

 Acido ortofosforico

 Sale di Mohr [(NH4)2Fe(SO4)2 ] soluzione 0,5N

 Indicatore alla difenilammina soluzione 0,5% in acido solforico concentrato

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Procedimento

Pesare 500 mg di suolo in un becker da 500 ml, aggiungere 10 ml di dicromato di potassio e 20 ml di acido solforico concentrato

 In un altro becker da 500 ml (bianco o controllo) versare 10 ml di dicromato di potassio e 20 ml di acido solforico concentrato

 Lasciare riposare per 30 minuti poi aggiungere 150 ml di acqua distillata, 5 ml di acido ortofosforico, 1 ml di indicatore alla difenilammina e titolare con la soluzione di sale di Mohr fino al viraggio dal bleu al verde

 Per differenza dei ml di sale di Mohr usati per il bianco e quelli usati per il campione si risale ai ml di dicromato di potassio che sono serviti per ossidare il carbonio organico presente nei 500 mg di suolo

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n° eq. C x p. eq. C x 100

C(%) =

mg di suolo

Calcoli

  • Dai ml di dicromato di potassio serviti per ossidare tutto il carbonio organico presente nei 500 mg di suolo, moltiplicati per la Normalità (0,5), si ottiene il n° di equivalenti e, ricordando che le sostanze reagiscono in egual numero di equivalenti, si può scrivere che n° di equivalenti di dicromato di potassio è uguale al n° di equivalenti di carbonio
  • Si ricorda ancora che nella reazione col dicromato, il carbonio scambia 4 elettroni. Pertanto il peso equivalente del carbonio in questa reazione è p.e. = 12/4 = 3
  • Per trasformare infine il carbonio organico in sostanza organica si introduce un fattore sperimentale medio uguale a 1,72
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