Osservazioni sulle Correlazioni tra le caratteristiche microbiologiche e pedologiche dei suoli CCR...

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


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


I Gruppi di Riferimento dei SuoliI Gruppi di Riferimento dei Suoli


I Gruppi di Riferimento dei SuoliI Gruppi di Riferimento dei Suoli

1 2 3


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


Gli Elementi Formativi dei SuoliGli Elementi Formativi dei Suoli


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


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


WRB RSG

1.high

2.good

3.medium

4.stress

Fe

rtB

iol

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11


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!

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