I CICLI DEGLI ELEMENTIConseguenza del flusso energetico (aspetti

climatici e alimentari). Spostamenti ciclici nati da flusso unidirezionale elementi presenti negli

esseri viventi e nell’ambiente fisico.

CICLI BIOCHIMICI, C. BIOGEOCHIMICI E C. GEOCHIMICI

CICLI GASSOSI (C e N)

C. SEDIMENTARI IN FORMA LIQUIDA O SOLIDA

Cicli biochimici, geochimici e geobiochimici

1. FISSAZIONE SOSTANZE DA PARTE DELLE PIANTE

• FOGLIE , MICORRIZE, RADICI (azotofissazione)• Assunzione di CO2

Necessità di assumere le sostanze in forma inorganica (ionica)

Assunzione dei minerali da (rocce) soluzione circolante nel suolo

Azotofissazione simbiontica e non

2. Distribuzione nella pianta(c. biochimico)

• (foglieaghi cortecciaalburnodurame).

• TRASLOCAZIONE (soprattutto primaverile) da tessuti vecchi (scorte) a quelli in via di formazione gli aghi che cadono al suolo possiedono solo una frazione di minerali che avevano prima di cadere. Aghi come deposito minerale per i tessuti di neo-formazione (es. abete rosso d’alta quota).

Concentrazione degli elementi minerali in diverse parti di alberi di douglasia di 26 anni di età cresciuti alla Consuma (Firenze). Le dimensioni delle radici sono riferite al

diametro. Le maggiori concentrazioni di minerali si registrano negli aghi e, in minore misura, nelle radici fini, seguite da quelle dei rami e della corteccia. Da Borghetti et al.,

1988, modificata.

ELEMENTI MINERALI (% SOSTANZA SECCA)N P K Ca Mg

Biomassa epigea

Aghi 1,60 0,08 0,72 1,13 0,12

Corteccia 0,35 0,03 0,21 0,50 0,03

Alburno 0,07 0,07 0,03 0,06 0,006

Durame 0,05 0,002 0,007 0,02 0,001

Rami vivi 0,64 0,05 0,20 0,77 0,07

Rami morti 0,63 0,02 0,01 0,34 0,02

Biomassa

ipogea

Ceppaia 0,15 0,007 0,05 0,20 0,03

Radici 4 cm 0,30 0,015 0,07 0,39 0,05

Radici fra 4

mm e 4 cm

0,36 0,025 0,11 0,30 0,10

Radici 4 mm 0,56 0,03 0,11 0,50 0,09

Allocazione stagionale del C in foglie, fusto e radici di semenzali di Acer saccharum, espressa in % del totale.

Da Burke et al., 1991, in Barnes et al., 1998.

FoglieFusto Radici grosse Radici fini ( 2

mm)

Inizio stagione

vegetativa

85 5 0 10

Piena stagione

vegetativa

30 30 25 15

Tarda stagione

vegetativa

0 5 60 35

Allocazione del C secondo la stazione, in relazione a disponibilità di H2O e di N

Allocazione dell’azoto secondo l’età

3. RESTITUZIONE SOSTANZE AL SUOLO

• IN FORMA DIRETTA (lettiera, dilavamento, prodotti del metabolismo di insetti defogliatori)

• INDIRETTA (feci, carogne)rapidità di utilizzazione

4. ALTERAZIONE DELLA LETTIERA

• ALTERAZIONE LETTIERA da parte di pedofauna (fisica), funghi e batteri (chimica). Ruolo dei lombrichi. pH, temperatura, aerazione e rifornimento idrico del suolo e C/N. Ruolo delle piante sottobosco: biomassa limitata ma velocità di flusso e apporto minerale alto tessuti verdi e legnosi giovani.

• Tempo demolizione foglia: da poche settimane all’equatore a 40 anni in alta montagna.

Conclusioni sul bilancio dei cicli• le quantità dei flussi sono irrisorie rispetto a quelle stoccate

nella sostanza organica del suolo • le quantità dei flussi sono elevate se poste a confronto con

quelle stoccate dalla pianta nello stesso periodo

• le quantità che escono ed entrano dall’ecosistema sono irrisorie rispetto a quelle coinvolte nel c. biogeochimico

• dal momento che le precipitazioni svolgono un ruolo importante nel rifornimento minerale ecosistema, l’inquinamento modifica non poco i c. biogeochimici

• riguardo alla chimica dei deflussi, la foresta agisce da filtro.

AZIONE DELL’UOMO NEI CICLI MINERALI

• prelievo lettiera, pascolo, funghi, caccia, prelievi legnosi importanza della scortecciatura e ruolo della ramaglia nei cedui.

• in boschi di douglasia perdite triple di Ca, K e Mg per aspostazione completa rispetto a scortecciatura e rilascio ramaglia.

AZIONE DELL’UOMO NEI CICLI MINERALI

I CICLI GLOBALI

• Le forme gassose di C, O, S e N hanno cicli globali: si servono dell’atmosfera come riserva.

• P, K, Ca ed elementi traccia sono meno mobili nell’ambiente

IL CICLO DELL’AZOTO• Fissazione dell'azoto (Nitrosomonas)

N2 + 3 H2 -> 2 NH3

• Ammonificazione (ad opera di batteri che decompongono la sostanza organica NH3)

• Nitrificazione (nitrobatteri)

2 NH3 + 3O2 - > 2 NO2 + 2 H+ + 2 H2O2 NO2

- + O2 -> 2 NO3-

Le piante assorbono NH4+ e NO3-, che poi (Amminazione) convertono in molecole organiche (aminoacidi e DNA)

• Denitrificazione (batteri anaerobi vari)NO3

- + CH2O + H+ -> ½ N2O + CO2 + 1½ H2O

IL CICLO DELL’AZOTO

Scambi di N espressi in Teragrammi all’anno ((1 Tg = 1012 g = 109 kg)

CICLO DEL CARBONIOIn bosco la respirazione del suolo (autotrofa + eterotrofa) contribuisce fino al 65% dell’emissione totale di Cll C stoccato negli ecosistemi forestali (bio-+ necromassa + suolo) è circa il 50% di quello atmosfericoIl C stoccato nel suolo è circa 3 volte quello presente nella vegetazione

IL CICLO DEL CARBONIO: i valori numerici indicano gli scambi di carbonio espressi in Gigatonnellate (1 GT=109 t) all’anno

BILANCIO A LIVELLO PLANETARIO

CONCLUSIONI