La fase liquida

L’acqua nel suolo

• Gassosa (vapore acqueo, solitamente meno di 5 g/kg

• Solida (ghiaccio)

• Liquida

• Non è mai pura

• Si può definire soluzione circolante

La fase liquida è composta dalla soluzione

circolante, in altri termini dall‘acqua e dai sali

minerali in essa disciolti. Questo componente del

terreno è soggetto ad ampie fluttuazioni in virtù

della dinamica degli apporti meteorici e di quelli da

falda, dell'evapotraspirazione e della percolazione

profonda. La proprietà fisica del terreno

strettamente correlata alla fase liquida è il

potenziale idrico .

Potenziale idrico

È una grandezza che esprime la forza con cui il terreno lega la

soluzione circolante e, quindi, il lavoro necessario per sottrarre

l'acqua al terreno. Per convenzione si misura in MPa (Pa = N/m2).

Ha quasi sempre valori negativi.

Il potenziale idrico (Ψw) può essere espresso come la somma

algebrica di più potenziali:

Ψw = Ψm + Ψo + Ψg

Dove:

Ψm è definito potenziale matriciale o capillare e rappresenta la

forza con cui la matrice solida trattiene l'acqua in virtù dei fenomeni

di capillarità e di adsorbimento. Il potenziale matriciale aumenta

con il tenore in particelle fini e, in particolare, quelle dotate di

proprietà colloidali. Esso dipende dalla capacità delle molecole

d’acqua di formare legami idrogeno con le superfici delle

componenti solidi del suolo e dai fenomeni di capillarità che sono

alla base della ritenuta idrica nei micropori . È la componente più

significativa del potenziale idrico nel terreno agrario in condizioni

ordinarie.

Ψo è definito potenziale osmotico dipende dalla concentrazione dei

soluti in acqua ed esprime l’energia con cui l’acqua è attratta dai soluti

in essa disciolti. In condizioni ordinarie ha un contributo minimo, ma

può diventare considerevole nei terreni salini, nei terreni aridi e in

quelli che hanno subito un apporto considerevole di concimi chimici. Il

valore del potenziale osmotico, sempre riferito all'unità di volume, si

determina analiticamente applicando l'equazione:

dove

π è la pressione osmotica;

m è la concentrazione molare;

i è il fattore di van 't Hoff;

R è la costante dei gas (8,3144 J·mol−1·K−1);

T è la temperatura assoluta.

Ψg è definito potenziale gravitazionale e rappresenta

la forza con cui il terreno si oppone all'adsorbimento

dell'acqua in virtù della forza gravitazionale. Il

potenziale gravitazionale concorre in misura

trascurabile nel determinare il potenziale idrico.

Il potenziale matriciale e osmotico sono negativi perché agiscono nel

senso della ritenzione dell’acqua al suolo. Infatti, l'acqua trattenuta

nei micropori è soggetta ad una pressione negativa (tensione) e il suo

valore è tanto più basso quanto maggiore è il raggio di curvatura dei

menischi nell'interfaccia di separazione fra acqua e aria del terreno.

L'acqua adsorbita sui colloidi è soggetta ad una tensione ancora più bassa e il suo valore è tanto più basso quanto minore è il numero di strati di solvatazione che rivestono la superficie dei colloidi. Pertanto, il potenziale matriciale ha un valore negativo ed è tanto più basso quanto minore è il contenuto dell'acqua nel terreno.

S: particella non colloidale A: colloide minerale H: colloide organico I: acqua adsorbita C: acqua capillare m: macroporo

Analogamente, dato che l'acqua nel terreno non è

mai allo stato puro, bensì è una soluzione in cui gli

ioni disciolti esercitano forze di attrazione

elettrostatica sulle molecole d'acqua. La pressione

osmotica è sempre negativa.

Il potenziale gravitazionale, che tende a portare

l’acqua fuori dal suolo a causa del campo

gravitazionale, ha segno positivo.

Il potenziale idrico assume, nella maggior parte dei casi,

un valore negativo. Occorre perciò fare attenzione al

significato delle locuzioni potenziale alto e potenziale

basso. Trattandosi di valori negativi, un potenziale alto

(basso in valore assoluto) presuppone una bassa capacità

di ritenuta dell'acqua, perciò le piante effettueranno una

modesta spesa energetica. Al contrario, se il potenziale è

basso (ossia alto in valore assoluto) il terreno trattiene

l'acqua con forza e le piante devono compiere un

notevole sforzo per assorbire l'acqua.

La misura dell'umidità del terreno non è sufficiente a

valutare l'effettiva disponibilità idrica per le piante. Lo

stesso valore di umidità può rappresentare una buona

disponibilità idrica in un terreno sabbioso e invece

provocare l'appassimento della stessa pianta in un

terreno argilloso o in uno terreno torboso.

L'effettiva disponibilità dell'acqua è dunque

determinata dal valore del potenziale idrico.

Mettendo in relazione l'umidità del terreno

con il potenziale idrico si possono individuare

alcuni parametri .

Capacità idrica massima

La Capacità Idrica Massima (CIM) è il valore di

umidità corrispondente alla completa saturazione

del terreno. Quando il terreno è alla capacità idrica

massima la tensione matriciale è nulla e le piante

assorbono l'acqua contenuta nei macropori,

soggetta esclusivamente alla forza di gravità.

Capacità di campo

La capacità di campo (CC) è il valore di umidità

corrispondente alla piena saturazione dei micropori e

all'assenza totale dell'acqua nei macropori. Il terreno alla

capacità di campo è considerato un valore ottimale di

umidità in quanto rappresenta il punto di incontro fra le

esigenze di equilibrio disponibilità d'acqua e disponibilità

d'aria. L'acqua in eccesso sopra la capacità di campo

occupa i macropori sottraendo spazio all'aria

indispensabile per le piante.

Coefficiente di avvizzimento

Il Coefficiente di appassimento (CA) o punto di

appassimento (PA) è quel valore di umidità in

corrispondenza del quale le piante non riescono più

a vincere la tensione. Il coefficiente di avvizzimento

rappresenta il limite estremo compatibile con la vita

delle piante agrarie. L'acqua contenuta in eccesso,

rispetto a questo valore, è considerata disponibile;

al di sotto del valore è invece acqua non disponibile.

Acque disponibili in terreni di diversa tessitura

Determinazione della capacità di campo

Il metodo diretto per rilevare l'umidità del terreno consiste nel

sottoporre il campione di terreno, dopo pesatura, ad essiccazione in

stufa ad una temperatura maggiore di 100 °C (105-110 °C). Durante il

processo di essiccazione si determina periodicamente il peso del

campione; quando due pesate consecutive daranno lo stesso valore, il

campione si può considerare essiccato. L'umidità percentuale è data :

Il peso umido è quello misurato sul campione prima dell'essiccazione,

il peso secco quello misurato nelle ultime due pesate.

Questo metodo richiede tempi relativamente lunghi, in media sono

necessarie almeno 48 ore per un'essiccazione completa .

la capacità di campo si assesta sui valori più alti nei terreni argillosi o ricchi di humus e su quelli più bassi nei terreni pietrosi o sabbiosi, mentre ha valori intermedi nei terreni a tessitura equilibrata e in quelli limosi.

Tipologia di terreno

Capacità di campo

(% sul peso secco)

Terreno sabbioso

10 - 15

Terreno di medio impasto

25 - 40

Terreno argilloso 45 - 50

Quando il terreno è alla capacità di campo, l'acqua è presente in

due stati:

Acqua igroscopica. È acqua adsorbita sulla superficie dei colloidi,

trattenuta a tensioni molto alte.

Acqua capillare. È acqua trattenuta per fenomeni di capillarità nei

micropori del terreno, ossia nei pori che hanno un diametro

inferiore a 8 mm. È trattenuta a tensioni più basse rispetto all'acqua

igroscopica.

A differenza del terreno alla capacità idrica massima, pertanto,

l'umidità corrispondente alla capacità di campo non comprende

l'acqua gravitazionale, ossia l'acqua sottratta alla ritenzione perché

la forza di gravità prevale sulla tensione matriciale.