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La sostanza organica La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. Il contenuto di sostanza organica in un suolo è molto variabile, in genere nell’intervallo 0.5-10 %, (5% in media). Concentrazioni più elevate (i.e., intorno al 70% nei suoli della tundra) si riscontrano in aree geografiche con clima umido, da freddo a temperato, dove il processo di decomposizione della materia organica è lento.
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    14-Aug-2018
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  • La sostanza organica

    La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica.

    Il contenuto di sostanza organica in un suolo molto variabile, in genere nellintervallo 0.5-10 %, (5% in media).

    Concentrazioni pi elevate (i.e., intorno al 70% nei suoli della tundra) si riscontrano in aree geografiche con clima umido, da freddo a temperato, dove il processo di decomposizione della materia organica lento.

  • LA SOSTANZA ORGANICA

  • Propriet

    Colore.

    Il colore scuro del suolo di frequente

    dovuto alla sostanza organica

    Pu facilitare il riscaldamento

  • Propriet

    Ritenzione idrica.

    La sostanza organica pu trattenere fino a 20

    volte il suo peso

    Aiuta a prevenire il disseccamento del terreno

  • Propriet

    Azione tampone sul pH.

    La sostanza organica agisce da tampone in ambiente

    da leggermente acidi ad alcalini

    Aiuta a mantenere una uniformit nelle reazioni nel

    suolo

  • Propriet

    Scambia cationi.

    La sostanza organica ha valori di CEC molto alti

    Contribuisce ad aumentare la CEC del suolo dal 20 al

    70%

  • Propriet

    Mineralizza.

    La decomposizione della sostanza organica produce

    CO2, NO3-, PO4

    3-, SO42-, NH4

    +

    Fornisce un continuo flusso di nutrienti alle piante

  • Propriet

    Limitata solubilit.

    Prevalgono le specie polimeriche

    Previene perdite per lisciviazione e percolazione

  • Propriet

    Capacit complessante.

    Complessa ioni metallici

    Condiziona il destino e la disponibilit di cationi

    metallici

  • Componenti organiche

    La frazione organica di un suolo costituita da un

    complesso mixing di composti che raggruppa:

    organismi viventi animali e vegetali (edaphon)

    materiale organico (SOM = Soil Organic Matter)

    sia inalterato che trasformato

  • SOM

    La materia organica trasformata, il cosiddetto humus,

    costituita da

    resti vegetali ed animali in vario stato di

    decomposizione (sostanze non umiche)

    e da una miscela di sostanze colloidali sintetizzate

    dai microrganismi del suolo (sostanze umiche).

  • Costituenti della sostanza organica del suolo

  • Costituenti della sostanza organica del suolo

    Composti a basso peso molecolare:

    AMMINOACIDI

    CARBOIDRATI

    ACIDI ORGANICI MONO- E BICARBOSSILICI,

    FENOLI

  • Composti ad alto peso molecolare:

    POLISACCARIDI

    ACIDI NUCLEICI

    LIPIDI

    LIGNINE

    CERE

    SOSTANZE UMICHE

    Costituenti della sostanza organica del suolo

  • Polisaccaridi

    Amido (polimero del D-glucosio usato per

    immagazzinare energia nelle piante); variamente

    ramificato.

    Cellulosa (il principale componente della parete

    cellulare del legno); polimero lineare del D-glucosio.

    Emicellulose, eteropolisaccaridi, in cui le singole unit

    monosaccaridiche formano con distribuzione casuale

    catene pi o meno ramificate.

  • Struttura dell AMIDO Struttura della CELLULOSA

  • Struttura di una emicellulosa

    Le emicellulose sono eteropolisaccaridi, in cui le singole unit monosaccaridiche formano con distribuzione casuale catene pi o meno ramificate, unite con una gran variet di legami glicosidici, solitamente di tipo .

  • Lipidi

    Grassi, resine, cere

    In genere, qualsiasi composto organico

    estraibile in solventi non polari

    LIPIDE

    CH3(CH)nCOO(CH)mCH3

    CERA

  • Lignine

    Seconda componente pi importante delle piante dopo la cellulosa: Polimero complesso formato da fenilpropani sostituiti e loro derivati

  • 0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    0 2 4 6 8 10 12 14

    fenoli

    cere

    lignina

    cellulosa

    emicellulose

    zuccheri solubili

    anni

    % r

    ima

    sta

    Velocit di degradazione dei diversi composti

  • lignina proteine polisaccaridi

    Degradazione

    Chinoni amminoacidi monosaccaridi

    Resintesi, trasformazione, neosintesi

    sostanze umiche

    lipidi

    ac. grassi

    trasformazione (umificazione)

  • Umificazione

    Si definisce umificazione linsieme dei processi

    operati da agenti microbici e chimici che portano alla

    formazione della sostanza organica in sostanze

    umiche.

  • Ipotetica struttura delle sostanze umiche

  • Le sostanze umiche sono composti amorfi, di colore scuro, parzialmente aromatici, in gran parte idrofili, chimicamente complessi, polielettroliti, con un peso molecolare che va da poche centinaia a migliaia di Da (Schnitzer e Khan, 1972).

    DEFINIZIONI DI SOSTANZE UMICHE

    Le sostanze umiche costituiscono circa il 65% della sostanza organica del suolo e sono il prodotto di processi di resintesi (umificazione) dei prodotti della decomposizione e trasformazione chimica e biologica di biomolecole provenienti dalle spoglie e dalle emissioni di organismi vegetali ed animali (Stevenson, 1994).

    NUOVA TEORIA

    La sostanza organica formata da diversi composti aventi peso molecolare relativamente basso tenuti insieme da legami intermolecolari deboli a formare una struttura supramolecolare (Piccolo, 2001)

  • Sostanze umiche

    Le sostanze umiche sono la componente predominante

    dellhumus del suolo.

    Sono i composti organici che influenzano a pi lungo

    termine il comportamento e destino degli elementi nel

    suolo.

  • Sostanze umiche

    Le sostanze umiche costituiscono una miscela

    complessa ed eterogenea di composti i quali non

    sono riconducibili ad una singola formula strutturale.

    Le sostanze umiche, il cui colore varia dal giallo al

    bruno fino al nero, si formano per reazioni di sintesi

    secondaria attivate da microorganismi del suolo.

  • Sostanze umiche

    Comprendono un continuum di polimeri che variano

    per:

    peso molecolare

    contenuto di C, H, N e O

    numero e tipo di gruppi funzionali

    sviluppo del polimero e della struttura

    solubilit in acqua.

  • Questo continuum dato, essenzialmente, da

    acidi umici (HA), a pi alto peso molecolare (20000-

    100000 dalton)

    acidi fulvici (FA), a pi basso peso molecolare (5000-

    20000 dalton)

    Peso molecolare

  • Contenuto di C, H, N e O

    Gli acidi fulvici hanno contenuti pi elevati di ossigeno ma minore presenza di carbonio rispetto agli acidi humici.

  • Sostanze umiche

    Le sostanze humiche hanno un ampio spettro di gruppi

    funzionali. I principali sono:

    carbossilico (COOH)

    carbonilico (CO)

    idrossilico (OH)

    amminico (NH2)

    tiolico (SH)

    Gli acidi fulvici possiedono pi gruppi funzionali di

    natura acida, come ad esempio il gruppo COOH.

  • Solubilit in acqua

    Gli acidi umici sono solubili solo in condizioni di pH

    alcalini.

    Gli acidi fulvici sono sempre solubili in acqua

  • Esempio di struttura di un acido fulvico

  • Esempio di struttura di un acido umico

  • La natura colloidale conferisce agli acidi umici e

    fulvici unelevata area superficiale.

    Sulla superficie sono presenti cariche negative

    prodotte dalla dissociazione acida di alcuni gruppi

    funzionali come quello carbossilico:

    COOH COO- + H+

    Sostanze humiche - area e carica superficiali -

  • La densit delle cariche di superficie pH-

    dipendente e cresce allaumentare del valore del pH.

    Le sostanze umiche hanno, quindi, unelevata

    capacit di attrarre cationi, anche superiore a quella

    molti minerali argillosi.

    La capacit, per, fortemente ridotta in condizioni

    di pH acidi, e nulla per pH < 4.5.

    Sostanze humiche - carica superficiale -

  • Sostanze humiche - CEC -

    La capacit di scambio cationico (CEC) delle sostanze umiche

    elevata anche se molto variabile (in genere la CEC si colloca

    tra 150-300 meq/100 g).

    La superficie specifica delle sostanze umiche elevata (in

    genere di 900 m2/g).

    Le sostanze umiche hanno valori di PZC compresi

    generalmente tra 4.5 e 5.5.

  • Interazioni sostanza organica frazione minerale

    Formazione di un complesso organo minerale dallinterazione fra i minerali argillosi e la SOM

  • Complessazione dello ione Fe3+

  • Le interazioni sostanza organica frazione minerale:

    - Modificano le propriet di superficie della frazione minerale

    - Influenzano la stabilit dei colloidi minerali

    - Contribuiscono alla formazione di aggregati

  • Estrazione delle molecole umiche

    Le soluzioni acquose di basi forti, come NaOH, arrivano a solubilizzare, dopo ripetute estrazioni, i due terzi delle molecole umiche presenti nel suolo.

    Trattando l'estratto alcalino con HCI concentrato fino a pH 1 si ottiene la precipitazione della frazione a pi alto peso molecolare, gli acidi umici.

    La frazione che rimane solubile in ambiente acido rappresenta gli acidi fulvici ed composta da molecole umiche a pi basso peso molecolare.

    La sostanza organica non estratta dalla soluzione alcalina la frazione pi umificata chiamata umina.