La fertilità biologicaLa fertilità biologica

La fertilità biologica è collegata all’attività delle La fertilità biologica è collegata all’attività delle comunità microbiche residenti nel terreno, dalle comunità microbiche residenti nel terreno, dalle quali dipendono le dinamiche dei cicli biogeochimici quali dipendono le dinamiche dei cicli biogeochimici degli elementi nutritivi, primi fra tutti il C, l’N, degli elementi nutritivi, primi fra tutti il C, l’N, lo S, il P.lo S, il P.

La fertilità biologica è strettamente correlata La fertilità biologica è strettamente correlata alla quantità ed alla qualità della sostanza alla quantità ed alla qualità della sostanza organica, che costituisce la principale fonte organica, che costituisce la principale fonte energetica e di nutrienti per i microrganismi.energetica e di nutrienti per i microrganismi.

Il suolo è un sistema biologicamente attivo nel Il suolo è un sistema biologicamente attivo nel quale si completano i cicli biogeochimici dei quale si completano i cicli biogeochimici dei nutrienti (C, N, S, P) ad opera di comunità nutrienti (C, N, S, P) ad opera di comunità complesse che costituiscono una notevole riserva di complesse che costituiscono una notevole riserva di diversità biologica. Costituisce la principale riserva diversità biologica. Costituisce la principale riserva terrestre di C (~1500 ∙ 10terrestre di C (~1500 ∙ 1099 t C) t C)

INDICATORI DELLA FERTILITA’ BIOLOGICA DEL SUOLO E LORO SIGNIFICATO DIAGNOSTICO

PARAMETRO INFORMAZIONEBiomassa microbica Dinamica dli elementi nutritivi, impatto di composti inquinanti e delle pratiche

colturaliRespirazione basale Ossidabilità della sostanza organica, impatto di fattori ambientali e/o antropici

sullo stato fisiologico delle comunità microbicheAzoto potenzialmentemineralizzabileAttività enzimatiche Dinamica degli elementi nutritivi, mpatto degli inquinanti e delle pratiche

colturaliCarica microbica Dimensione della comunità microbica, impatto di sostanze inquinanti e delle

pratiche colturliStruttura delle comunitàmicrobiche

Microfauna (protozoi enematodi)

Disponibilità degli elementi nutritivi, impatto di composti inquinanti e dellepratiche colturali

Mesofauna (collembolied acari)

Presenza di inquinanti

Macrofauna (lombrichi) Impatto degli inquinanti e delle pratiche colturaliPiante bioindicatrici Proprietà chimiche e fisiche del suolo, monitoraggio di inquinanti inorganici

Indicatori di diversità(S, H’, E)

Stima della diversità tassonomica e/o metabolica delle comunità biotiche,capacità di rispota e di adattamento a fattori di pressione ambientale e/o

Stima della potenzialità del suolo a rifornire le piante di azoto, potenzialità dilisciviazione del nitrato

Presenza di gruppi eco-fisiologici all'nterno delle comunità microbiche, capacitàdi risposta e di addattamento delle comunità microbiche ai fattori di pressioneambientale e/o antropica

Il suolo come sistema viventeIl suolo come sistema vivente

Gli spazi tra gli aggregati ed all'interno degli aggregati possono ospitare, in presenza di un film d’acqua, dei micro-ambienti, della dimensione di poche decine di µm, in cui si sviluppa la componente biologicamente attiva del suolo. La microflora esprime l’80-90% dell’attività biologica totale di un suolo (Stotzky, 1997).

Life in soil and associated size rangeLife in soil and associated size range

Gli organismi del suolo in relazione alla loro dimensione ed alla loro abbondanza ponderale e numerica

ORGANISMI BIOMASSA (t· ha-1) N individui · g-1 suolo

Batteri (microflora) 1-2 3 – 500 (x 106)

Attinomiceti (microflora)

--- 1 – 20 (x 106)

Funghi (microflora) 2-5 5.000 - 900.000

Lieviti (microflora) --- 1.000 - 100.000

Alghe (microflora) 0,1-0,5 1.000 - 500.000

Protozoi (microfauna)

0,1-0,5 1.000 - 500.000

Nematodi (mesofauna)

0-0,2 50 – 200

Altri organismi 0-3,0 ---

Radici (macroflora) 10-50 ---

Il suolo è la sede privilegiata dei processi diIl suolo è la sede privilegiata dei processi di

sostenimento dei cicli biogeochimici degli elementi (C, N, P, S)

sintesi di humus e degradazione della sostanza organica

degradazione di molecole xenobiotiche

azotofissazione biologica

rilascio di enzimi extracellulari

interazioni pianta-suolo-patogeni

Soil microbes are the eye of the needle, through which all organic material that enters the soil must pass (Jenkinson and Powlson, 1976)

Indicatori biochimici

Quantità della biomassa microbicaMetodo della fumigazione con CHCl3 ed incubazione per 10

giorni a 25°C

Metodo della fumigazione con CHCl3 ed estrazione con 0.5 M K2SO4

CHCl3

Determinazioni analitiche: BC, BN, BP

Microbial biomass C as an early and reliable indicator of soil management

Indicatori biochimici

Attività della biomassa microbica

La respirazione del terrenoViene sperimentalmente determinata come sviluppo di CO2 emessa dal suolo a seguito della mineralizzazione della sostanza organica. Dipende dalla natura e dalla quantità del residuo organico.

La respirazione del terreno può essere stimata mediante misure in laboratorio oppure mediante monitoraggi eseguiti in situ.

Nelle misure in laboratorio l’efflusso di CO2 indica le potenzialità della componente microbica del terreno di mineralizzare substrati organici naturalmente presenti o sperimentalmente addizionati. Viene determinata mediante incubazioni in condizioni ambientali controllate.

Field measurements

Per misurazioni di campo si utilizzano sistemi portatili di tipo dinamico chiuso (LI-COR 8100, a dx nella foto) collegato ad una camera di prospezione per indagini a breve termine (10-cm survey chamber, a sin nella foto).

Nelle misure in situ l’efflusso di CO2 indica il livello di attività biologica dell’intera comunità vivente del suolo comprensiva dei microrganismi, della pedofauna e degli apparati radicali delle piante.

Kuzyakov, 2006

Respirazione eterotrofa: 65-80%Respirazione autotrofa: 15-30%

Respirazione basale (BAS) Respirazione indotta da substrato (SIR)

E’ possibile misurare due differenti E’ possibile misurare due differenti attività di tipo respiratorioattività di tipo respiratorio

Respirazione del suolo a confrontoprima e dopo aggiunta di glucosio

Elapsed time (hours before/after the addition of glucose)-48 -24 1 24 72 264

F C

O2

( µm

ol . m

-2 . s-1

)

0

4

8

12

16

20

24

28

SIR

BAS

Azoto potenzialmente mineralizzabile (No)Viene stimato dosando analiticamente l’N inorganico prodotto, senza aggiunta di substrati, in esperimenti di laboratorio in un intervallo di tempo definito ed in condizioni controllate. Incubazioni di breve periodo (a 30 °C per 15 giorni) ed estrazione con 2M KCl (Bremner, 1965).Incubazioni di lungo periodo (a 35 °C per 30 settimane) ed estrazione con 0.01M CaCl2 (Stanford e Smith, 1972).

Determinazione del potenziale nitrificante/ammonizzanteSi utilizzano substrati degradabili che stimolano l’attività dei microrganismi del suolo, quali (NH4)2SO4, caseina lattica, arginina

Indicatori biochimici

Attività della biomassa microbica

Indicatori biochimici: indici ecofisiologiciIndicatori biochimici: indici ecofisiologici

BC/BN = Rapporto C/N della biomassa microbica

qCO2 = Quoziente metabolico (µg CO2-C∙µg-1 BC∙ d-1)

BN/TN

BC/TOC = Quoziente microbico

qNmin = µg Nass∙µg-1 BN∙ d-1