La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione...
Transcript of La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione...
![Page 1: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/1.jpg)
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.
![Page 2: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/2.jpg)
LA SOSTANZA ORGANICA
![Page 3: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/3.jpg)
Proprietà
• Colore.
• Il colore scuro del suolo è di frequente
dovuto alla sostanza organica
• Può facilitare il riscaldamento
![Page 4: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/4.jpg)
Proprietà
• Ritenzione idrica.
• La sostanza organica può trattenere fino a 20
volte il suo peso
• Aiuta a prevenire il disseccamento del terreno
![Page 5: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/5.jpg)
Proprietà
• Azione tampone sul pH.
• La sostanza organica agisce da tampone in ambiente
da leggermente acidi ad alcalini
• Aiuta a mantenere una uniformità nelle reazioni nel
suolo
![Page 6: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/6.jpg)
Proprietà
• Scambia cationi.
• La sostanza organica ha valori di CEC molto alti
• Contribuisce ad aumentare la CEC del suolo dal 20 al
70%
![Page 7: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/7.jpg)
Proprietà
• Mineralizza.
• La decomposizione della sostanza organica produce
CO2, NO3-, PO4
3-, SO42-, NH4
+
• Fornisce un continuo flusso di nutrienti alle piante
![Page 8: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/8.jpg)
Proprietà
• Limitata solubilità.
• Prevalgono le specie polimeriche
• Previene perdite per lisciviazione e percolazione
![Page 9: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/9.jpg)
Proprietà
• Capacità complessante.
• Complessa ioni metallici
• Condiziona il destino e la disponibilità di cationi
metallici
![Page 10: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/10.jpg)
Componenti organiche
• La frazione organica di un suolo è 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
![Page 11: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/11.jpg)
SOM
• La materia organica trasformata, il cosiddetto humus,
è 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).
![Page 12: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/12.jpg)
Costituenti della sostanza organica del suolo
![Page 13: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/13.jpg)
![Page 14: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/14.jpg)
Costituenti della sostanza organica del suolo
Composti a basso peso molecolare:
• AMMINOACIDI
• CARBOIDRATI
• ACIDI ORGANICI MONO- E BICARBOSSILICI,
• FENOLI
![Page 15: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/15.jpg)
Composti ad alto peso molecolare:
• POLISACCARIDI
• ACIDI NUCLEICI
• LIPIDI
• LIGNINE
• CERE
• SOSTANZE UMICHE
Costituenti della sostanza organica del suolo
![Page 16: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/16.jpg)
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 unità
monosaccaridiche formano con distribuzione casuale
catene piú o meno ramificate.
![Page 17: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/17.jpg)
Struttura dell’ AMIDO Struttura della CELLULOSA
![Page 18: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/18.jpg)
Struttura di una emicellulosa
Le emicellulose sono eteropolisaccaridi, in cui le singole unità monosaccaridiche formano con distribuzione casuale catene piú o meno ramificate, unite con una gran varietà di legami glicosidici, solitamente di tipo β.
![Page 19: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/19.jpg)
Lipidi
• Grassi, resine, cere
• In genere, qualsiasi composto organico
estraibile in solventi non polari
LIPIDE
CH3(CH)nCOO(CH)mCH3
CERA
![Page 20: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/20.jpg)
Lignine
Seconda componente più importante delle piante dopo la cellulosa: Polimero complesso formato da fenilpropani sostituiti e loro derivati
![Page 21: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/21.jpg)
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
Velocità di degradazione dei diversi composti
![Page 22: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/22.jpg)
lignina proteine polisaccaridi
Degradazione
Chinoni amminoacidi monosaccaridi
Resintesi, trasformazione, neosintesi
sostanze umiche
lipidi
ac. grassi
trasformazione (umificazione)
![Page 23: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/23.jpg)
Umificazione
Si definisce umificazione l’insieme dei processi
operati da agenti microbici e chimici che portano alla
formazione della sostanza organica in sostanze
umiche.
![Page 24: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/24.jpg)
Ipotetica struttura delle sostanze umiche
![Page 25: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/25.jpg)
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 è formata da diversi composti aventi peso molecolare relativamente basso tenuti insieme da legami intermolecolari deboli a formare una struttura supramolecolare (Piccolo, 2001)
![Page 26: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/26.jpg)
Sostanze umiche
• Le sostanze umiche sono la componente predominante
dell’humus del suolo.
• Sono i composti organici che influenzano a più lungo
termine il comportamento e destino degli elementi nel
suolo.
![Page 27: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/27.jpg)
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.
![Page 28: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/28.jpg)
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
• solubilità in acqua.
![Page 29: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/29.jpg)
Questo continuum è dato, essenzialmente, da
• acidi umici (HA), a più alto peso molecolare (20000-
100000 dalton)
• acidi fulvici (FA), a più basso peso molecolare (5000-
20000 dalton)
Peso molecolare
![Page 30: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/30.jpg)
Contenuto di C, H, N e O
Gli acidi fulvici hanno contenuti più elevati di ossigeno ma minore presenza di carbonio rispetto agli acidi humici.
![Page 31: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/31.jpg)
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 più gruppi funzionali di
natura acida, come ad esempio il gruppo COOH.
![Page 32: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/32.jpg)
Solubilità in acqua
• Gli acidi umici sono solubili solo in condizioni di pH
alcalini.
• Gli acidi fulvici sono sempre solubili in acqua
![Page 33: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/33.jpg)
Esempio di struttura di un acido fulvico
![Page 34: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/34.jpg)
Esempio di struttura di un acido umico
![Page 35: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/35.jpg)
• La natura colloidale conferisce agli acidi umici e
fulvici un’elevata 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 -
![Page 36: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/36.jpg)
• La densità delle cariche di superficie è pH-
dipendente e cresce all’aumentare del valore del pH.
• Le sostanze umiche hanno, quindi, un’elevata
capacità di attrarre cationi, anche superiore a quella
molti minerali argillosi.
• La capacità, però, è fortemente ridotta in condizioni
di pH acidi, e nulla per pH < 4.5.
Sostanze humiche - carica superficiale -
![Page 37: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/37.jpg)
Sostanze humiche - CEC -
• La capacità di scambio cationico (CEC) delle sostanze umiche
è elevata anche se molto variabile (in genere la CEC si colloca
tra 150-300 meq/100 g).
• La superficie specifica delle sostanze umiche è elevata (in
genere è di 900 m2/g).
• Le sostanze umiche hanno valori di PZC compresi
generalmente tra 4.5 e 5.5.
![Page 38: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/38.jpg)
Interazioni sostanza organica – frazione minerale
Formazione di un complesso organo minerale dall’interazione fra i minerali argillosi e la SOM
![Page 39: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/39.jpg)
Complessazione dello ione Fe3+
![Page 40: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/40.jpg)
Le interazioni sostanza organica – frazione minerale:
- Modificano le proprietà di superficie della frazione minerale
- Influenzano la stabilità dei colloidi minerali
- Contribuiscono alla formazione di aggregati
![Page 41: La sostanza organica - iaassassari.files.wordpress.com · La sostanza organica •La frazione solida di un suolo comprende anche la componente organica. •Il contenuto di sostanza](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022021718/5b720d627f8b9aa04c8c1b5a/html5/thumbnails/41.jpg)
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 più alto peso molecolare, gli acidi umici.
La frazione che rimane solubile in ambiente acido rappresenta gli acidi fulvici ed è composta da molecole umiche a più basso peso molecolare.
La sostanza organica non estratta dalla soluzione alcalina è la frazione più umificata chiamata umina.