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DEFINIZIONE FERTILITA’ DEL SUOLO

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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 =

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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
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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

slide2

TECNICHE AGRONOMICHE PER MIGLIORARE LA FERTILITA’ COMPLESSIVA DEL SUOLO

1. AVVICENDAMENTO/CONSOCIAZIONI

2. LAVORAZIONI

3. PACCIAMATURA

4. APPORTI DI SOSTANZA ORGANICA: fresca, compostata

slide3

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)
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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

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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
slide6

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.
slide7

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++).

slide8

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

slide9

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
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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.
slide11

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.
slide12

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.
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 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

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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

slide15

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?

slide16

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
slide17

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
slide18

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),
slide19

CZ = colza

FV = favino

LI = loiessa

OR = orzo

PS = pisello

TS = tr. squarroso

VE = veccia

Da Guiducci et al., 2003

slide21

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.
slide22

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)

slide23

ANALISI DELLE ESIGENZE DEI SISTEMI COLTURALI

- BILANCIO DELL’AZOTO

- BILANCIO ISOUMICO

slide24

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)
slide25

IL BILANCIO UMICO:

FATTORI DI INCERTEZZA

NELLA STIMA DELLA DINAMICA DELLA SOSTANZA ORGANICA

slide27

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)
slide28

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

slide29

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

slide30

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

slide31

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

slide32

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

slide33

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

slide34

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

slide35

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
slide36

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 .

slide37

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

slide38

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 %

slide40

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