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Osservazioni sulle Correlazioni tra le caratteristiche
microbiologiche e pedologiche dei suoli
CCR Ispra
21-23 novembre 2006
CCR Ispra
21-23 novembre 2006
Letizia Pompili, Anna Benedetti
CRA Istituto Sperimentale per la Nutrizione delle Piante
Cosimo Ridolfi (1843) - la mirabile attitudine del suolo a produrre
Doran e Parkin (1994) - la capacità del suolo di interagire con l’ecosistema per mantenere la produttività biologica, la qualità ambientale e promuovere la salute animale e vegetale
Tutti i fattori naturali ed antropici che influenzano la produzione sono fattori di
fertilità
La fertilità del suoloLa fertilità del suoloLa fertilità del suoloLa fertilità del suolo
La fertilità fisicaLa fertilità fisicaLa fertilità fisicaLa fertilità fisica La fertilità chimicaLa fertilità chimicaLa fertilità chimicaLa fertilità chimica
La fertilità biologicaLa fertilità biologicaLa fertilità biologicaLa fertilità biologica
FERTILITA’ INTEGRALEFERTILITA’ INTEGRALE
QUALITA’ AMBIENTALEQUALITA’ AMBIENTALE
La qualità ambientale di un’area o di un territorio può essere stimata e rappresentata
con l’uso di opportuni
Indicatori ambientaliIndicatori ambientali
strumenti in grado di rappresentare, con differenti livelli di approssimazione, particolari condizioni (eventi, processi, stati
complessivi di qualità o criticità) dell’ambiente (OCSE, 1993; Benedetti e De Bertoldi, 2000)
ParametroParametro: proprietà che si misura o osserva.: proprietà che si misura o osserva.
IndicatoreIndicatore: parametro, o valore derivato da un : parametro, o valore derivato da un
parametro, dal quale è possibile ricavare parametro, dal quale è possibile ricavare
informazioni circa lo stato di un fenomeno, informazioni circa lo stato di un fenomeno,
ambiente, area perché direttamente correlato al ambiente, area perché direttamente correlato al
valore del parametro.valore del parametro.
IndiceIndice: insieme di parametri o indicatori : insieme di parametri o indicatori
aggregati o pesati.aggregati o pesati.OCSE (1993)
C org. Suolo Parametro
Indicatori qualità del suolo
Indice di fertilità / depauperamento
Standard
Temperatura Parametro
Indicatore dell’Influenza
Indice di salute/malattia
Temperatura Parametro
Indicatore dell’Influenza
Indice di salute/malattia
I MICRORGANISMI COLONIZZANO, CONDIZIONANO E MODIFICANO CON LA LORO
PRESENZA TUTTI GLI AMBIENTI DELLA BIOSFERA
• attaccano substrati anche molto complessi grazie alla produzione di particolari enzimi
• colonizzano spesso ambienti proibitivi a qualsiasi altro organismo
ED IN PARTICOLARE NEL SUOLO
• modulano i cicli biogeochimici degli elementi nutritivi rendendoli disponibili all’assorbimento delle piante
• regolano la decomposizione e le successive trasformazioni della sostanza organica
…quindi…
espressione dell’attività biologica del suolo
…e dunque…
LA QUALITÀ DI UN SUOLO PUÒ ESSERE DESCRITTA IN FUNZIONE DEI PROCESSI
MICROBICI O DELLA COMPOSIZIONE DELLE COMUNITÀ MICROBICHE.
I MetodiI MetodiI MetodiI MetodiCarbonio Organico Totale – misura diretta della concentrazione di Carbonio Organico Totale nel campione di suolo, Corg (Springer & Klee, 1954)
Biomassa Microbica – stima quantitativa del Carbonio della biomassa microbica, Cmic, attraverso fumigazione con cloroformio per avere lisi cellulare e successiva estrazione (Vance et al., 1987)
C della biomassa = 1-4% del C organico totale
La biomassa microbica è un indicatore molto sensibile di cambiamento delle condizioni del suolo.
Le variazioni quantitative della biomassa microbica e della sua attività costituiscono un preallarme dei cambiamenti molto prima che questi possano essere rilevati con altre misure.
Respirazione del Terreno – misura dell’evoluzione di C-CO2 dal suolo stimata in circa 14 giorni (fino alla fase di plateau) come somma cumulativa per tutto il periodo dell’analisi (Isermeyer, 1952)
Curva Cumulativa di Mineralizzazione
del carbonio organico(mgC-CO2/kg suolo) tempo
(gg)
Ciascuna curva è caratterizzata da due parametri cinetici che la descrivono univocamente:
- C0 carbonio potenzialmente mineralizzabile all’infinito
- kcin costante cinetica di mineralizzazione che rappresenta la pendenza della curva disegnata, ossia la velocità di reazione
derivabili dall’equazione: Ccum=C0*(1-exp(-k*t))
I MetodiI MetodiI MetodiI Metodi
Per ciascuno dei parametri considerati sono stati stabiliti 5 range di valori.
Range di Valori Parametri utilizzati 1 2 3 4 5 Sostanza organica <1 1 – 1,5 1,5 – 2 2 – 3 >3
Respirazione basale <5 5 – 10 10 – 15 15 – 20 >20 Respirazione cumulativa <100 100 – 250 250 – 400 400 – 600 >600
Carbonio microbico <100 100 – 200 200 – 300 300 – 400 >400 Quoziente metabolico >0,4 0,3 – 0,4 0,2 – 0,3 0,1 – 0,2 <0,1
Quoziente di mineralizzazione <1 1 – 2 2 – 3 3 – 4 >4
La Fertilità Biologica dei SuoliLa Fertilità Biologica dei SuoliLa Fertilità Biologica dei SuoliLa Fertilità Biologica dei Suoli
Ciò permette di ottenere una scala di fertilità biologica come segue.
I II III IV V Classe di Fertilità stanchezza
allarme stress
preallarme media buona alta
I campioni di SuoloI campioni di SuoloI campioni di SuoloI campioni di Suolo
Superficie di 2.965 km2
Il suolo della Provincia di Pavia
Progetto pilota sul monitoraggio del suolo mediante indicatori di qualità nella provincia di PaviaMonitoraggio della Fertilità Biologica (CRA-ISNP)
Caratterizzazione del profilo pedologico (ERSAF)
Osservazioni sulle colture o coperture vegetaliObiettivoObiettivo: Trovare eventuali correlazioni tra la copertura vegetale, le caratteristiche microbiologiche e pedologiche dei suoli
Le coperture vegetaliLe coperture vegetaliLe coperture vegetaliLe coperture vegetali
1. Riso
2. Mais
3. Soia
4. Frumento
5. Prato stabile
6. Copertura agro-forestale
22%
17%
2%
10%
22%
27%
1.rice2.maize
3.soy4.wheat
5.meadow6.forest
Crop
0
2
4
6
8
10
12
N.
oss
erv
azi
on
i
0%
5%
10%
15%
20%
24%
29%
WRBWRBRSGRSG - I Gruppi di Riferimento dei Suoli - I Gruppi di Riferimento dei Suoli WRBWRBRSGRSG - I Gruppi di Riferimento dei Suoli - I Gruppi di Riferimento dei Suoli Suoli influenzati dall’acqua
1. Fluvisols
2. Gleyisols
Suoli con accumuli di sostanza organica
3. Phaeozems
Suoli con accumuli di sali poco solubili o sostanze non solubili
4. Calcisols
Suoli con sottosuolo ricco di argilla
5. Luvisols
Suoli relativamente giovani o con profili poco sviluppati
6. Arenosols
7. Cambisols
8. Regosols
5%
2% 2%
12%
24%
17%
34%
2%
1.FL 2.GL 3.PH 4.CL 5.LV 6.AR 7.CM 8.RG
WRB RSG
0
2
4
6
8
10
12
14
16
N.
oss
erv
azi
on
i
0%
5%
10%
15%
20%
24%
29%
34%
39%
1. Gleyic
2. Distric
3. Calcaric
4. Eutric
5. Else
(Haplic Luvisols)
WRBWRBFEFE – Elementi Formativi dei Suoli – Elementi Formativi dei SuoliWRBWRBFEFE – Elementi Formativi dei Suoli – Elementi Formativi dei Suoli
15%
12%
15%
41%
17%
dystric eutric luvisols calcaric gleyic
WRB FE
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
N.
oss
erv
azi
on
i
0%
5%
10%
15%
20%
24%
29%
34%
39%
44%
La Fertilità Biologica dei SuoliLa Fertilità Biologica dei SuoliLa Fertilità Biologica dei SuoliLa Fertilità Biologica dei Suoli
1. Alta
2. Buona
3. Media
4. Scarsa
Sulla base dei risultati ottenuti dalle misure analitiche di attività microbica dei suoli è possibile identificare quattro classi di fertilità biologica per i suoli
5%
20%
56%
20%
1.high 2.good 3.medium 4.stress
MicAct
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
N.
oss
erv
azi
on
i
0%
5%
10%
15%
20%
24%
29%
34%
39%
44%
49%
54%
59%
0%
29%
44%
12%
5%
2%
5%
2%
0%
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5
C_org
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
N.
oss
erv
azi
on
i
0%
5%
10%
15%
20%
24%
29%
34%
39%
44%
49%
0%
2%
5%
22%
10%
17%
15%
12%
5%
0%
2%
10%
0%
0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30 0,32 0,34
Kmin
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
N.
oss
erv
azi
on
i
0%
2%
5%
7%
10%
12%
15%
17%
20%
22%
24%
0%
10%
24% 24%
17%
7% 7%
0%
5% 5%
0%
-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
C_mic
0
2
4
6
8
10
12
N.
oss
erv
azi
on
i
0%
5%
10%
15%
20%
24%
29%
Scatterplot dei dati biologiciScatterplot dei dati biologiciScatterplot dei dati biologiciScatterplot dei dati biologici
1 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
C_org
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
C_
mic
C_org:C_mic: r = 0,6619, p = 0,000002
1 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
C_org
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
0,22
0,24
0,26
0,28
0,30
0,32
0,34
Km
in C_org:Kmin: r = 0,1603, p = 0,3168
1 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
C_mic
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
0,22
0,24
0,26
0,28
0,30
0,32
0,34
Km
in
C_mic:Kmin: r = -0,0050, p = 0,9754
Scatterplot di coppie di datiScatterplot di coppie di dati
La copertura vegetaleLa copertura vegetale
Scatterplot di coppie di datiScatterplot di coppie di dati
La copertura vegetaleLa copertura vegetale
1 2 3
1.rice2.maize
3.soy4.wheat
5.meadow6.forest
Crop
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
C_
org
Crop:C_org: r = 0,2421, p = 0,1272 1
1.rice2.maize
3.soy4.wheat
5.meadow6.forest
Crop
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
C_
mic
Crop:C_mic: r = 0,4475, p = 0,0034
1 2
1.rice2.maize
3.soy4.wheat
5.meadow6.forest
Crop
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
0,22
0,24
0,26
0,28
0,30
0,32
0,34
Km
in
Crop:Kmin: r = -0,0918, p = 0,5680
Scatterplot di coppie di datiScatterplot di coppie di dati
I Gruppi di Riferimento dei SuoliI Gruppi di Riferimento dei Suoli
Scatterplot di coppie di datiScatterplot di coppie di dati
I Gruppi di Riferimento dei SuoliI Gruppi di Riferimento dei Suoli
1 2 3
1.FL 2.GL 3.PH 4.CL 5.LV 6.AR 7.CM 8.RG
WRB RSG
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
C_
org
1 1.FL 2.GL 3.PH 4.CL 5.LV 6.AR 7.CM 8.RG
WRB RSG
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
C_
mic
1 1.FL 2.GL 3.PH 4.CL 5.LV 6.AR 7.CM 8.RG
WRB RSG
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
0,22
0,24
0,26
0,28
0,30
0,32
0,34
Km
in
Scatterplot di coppie di datiScatterplot di coppie di dati
Gli Elementi Formativi dei SuoliGli Elementi Formativi dei Suoli
Scatterplot di coppie di datiScatterplot di coppie di dati
Gli Elementi Formativi dei SuoliGli Elementi Formativi dei Suoli
1 2 3
2.dystric 4.eutric 5.else 3.calcaric 1.gleyic
WRB FE
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
C_
org
1 2.dystric 4.eutric 5.else 3.calcaric 1.gleyic
WRB FE
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
C_
mic
1 2 3
2.dystric 4.eutric 5.else 3.calcaric 1.gleyic
WRB FE
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
0,22
0,24
0,26
0,28
0,30
0,32
0,34
Km
in
Osservazioni conclusiveOsservazioni conclusiveOsservazioni conclusiveOsservazioni conclusive
1 2 3 4 5 6
1.rice2.maize
3.soy4.wheat
5.meadow6.forest
Crop
1.high
2.good
3.medium
4.stress
Fe
rtB
iol
1 2 3 4 5 6 7
1.FL 2.GL 3.PH 4.CL 5.LV 6.AR 7.CM 8.RG
WRB RSG
1.high
2.good
3.medium
4.stress
Fe
rtB
iol
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2.dystric 4.eutric 5.else 3.calcaric 1.gleyic
WRB FE
1.high
2.good
3.medium
4.stress
Fe
rtB
iol
Osservazioni conclusiveOsservazioni conclusiveOsservazioni conclusiveOsservazioni conclusive1. Non è stata messa in evidenza una coltura che più delle altre
assomma in sé un numero significativo dei casi considerati.
2. Quasi la totalità dei campioni di suolo a fertilità biologica media sono rappresentati da suoli di tipo CL, LV, AR e CM.
3. In particolare un numero significativo di dati a fertilità biologica media sono rappresentati da suoli di tipo “calcaric” e i pochi altri dati sono equamente distribuiti negli altri gruppi.
L’attività microbica dei suoli e di conseguenza la loro fertilità biologica non è apparsa legata tanto al tipo di copertura
vegetale presente sul suolo, quanto alla natura pedologica del suolo stesso ed in particolare ancor di più all’aspetto
funzionale dei suoli piuttosto che alla loro natura genetica.
Si ricorda che questo studio è stato effettuato utilizzando un campione di dati relativamente scarso (41 casi) e si auspica di poter ampliare la casistica considerando per esempio la zona climatica, il tipo di gestione agronomica ed altre variabili
Aggiunte effettuate in laboratorioA
Coltivazione Convenzionale in SerraS
Coltivazione MinimaN
Coltivazione RidottaR
Fertilizzazione OrganicaO
Fertilizzazione MineraleM
Fertilizzazione Organo-MineraleOM
Gestione ConvenzionaleC
Gestione BiologicaB
Suoli di Controllo T
Tipi di gestioni agronomiche
Aggiunte effettuate in laboratorioA
Coltivazione Convenzionale in SerraS
Coltivazione MinimaN
Coltivazione RidottaR
Fertilizzazione OrganicaO
Fertilizzazione MineraleM
Fertilizzazione Organo-Minerale
Distribuzione di Frequenza
53
13
67
39
65
126
2617 20
62
A O M B T C S R N OM
Numero totale di campioni raccolti:
493
Distribuzione di Frequenza
53
13
67
39
65
126
2617 20
62
A O M B T C S R N OM
Numero totale di campioni raccolti:
493
53
13
67
39
65
126
2617 20
62
sud
centr
onord
17 %
37 %
Rangedi emissione annuale di C-CO2
sud
centr
onord
17 %
37 %
46 %
Rangedi emissione annuale di C-CO2 Rangedi emissione annuale di C-CO2
Grazie perGrazie per l’attenzionel’attenzione!Grazie perGrazie per
l’attenzionel’attenzione!