Agronomia GeneraleFisica del terreno
Marco BittelliDipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-ambientali (DiSTA)
Universita’ di Bologna
Applicazioni della fisica del terreno
1. Le risorse idriche, il bilancio idrico, l’irrigazione.2. Pianificazione della fertilizzazione, controllo della salinità.3. Scelta delle colture, rotazioni e sistemi colturali.4. Regimazione delle acque (drenaggio, sistemazioni).5. Valutazione dell’epoca di semina.6. Protezione idrogeologica (erosione, frane, smottamenti).
1.Le risorse idriche
La gestione delle risorse idriche riveste una delle tematiche piùsignificative nella pianificazione delle risorse territoriali.
Competizione tra i settori della produzione: primario (agricoltura) e secondario (industria).
Ad esempio, per il bacino del Po (dati dell’Autorità di bacino del Po), di tutta l’acqua prelevata, il 16% è destinato a usicivili (acquedotti, ricreazione), il 46% all’agricoltura (irrigazione), il 20% all’industria (raffreddamento e processi) e il 18% all’energia (idroelettrico).
1.Le risorse idriche
1.Le risorse idriche
1. Il bilancio idrico
1. L’irrigazione
Impianto a pioggia su Mais Apparato radicale del Mais
Volume solido
Volume liquido
Volume gas
Volume di suolo
1 mm= 1 L / 1 m2
Esempio: Terreno al 0.2 m3/m3 di contenuto idrico. Lo si vuole portare alla capacità di campo (0.35 m3/m3). Considerando uno strato di terreno di 0.5 metri, quanta acqua dobbiamo applicare con l’irrigazione su 1 Ha ?
Volume d’acqua in millimetri = (0.35 - 0.20) * 500 mm = 75 mm
Volume d’acqua in litri per ettaro = 75 L/m2 * 10.000 m2 = 750.000 L = 750 m3
2. Fertilizzazione
Fertilizzazione con ammoniaca anidra
Lo stato fisico del terreno determina la disponibilità dei fertilizzanti per le piante, i quali per essere adsorbiti dalle radici devonotrovarsi nella soluzione circolante.
Eccessi di fertilizzazione possonodanneggiare le colture, sia tramite contattodiretto che tramite la diminuzione del potenziale idrico del terreno (potenzialeosmotico)
Le leggi fisiche che descrivono il motodell’acqua nel suolo (Darcy e Richards) permettono di quantificare i flussi difertilizzanti nelle falde e quindi impostarestrategie di limitazione dell’inquinamentodelle falde e ottimizzazione della pratica difertilizzazione (risparmio di risorsefinanziarie).
2. Controllo della salinità
Salinizzazione dei terreni
L’accumulo di sali nella zona radicale avviene generalmente in condizioni di elevataevaporazione (zone aride) e falda superficiale. Per limitare questo fenomeno devono essereinstallati sistemi di drenaggio che mantengano la tavola d’acqua (falda) in profondità e quindilimitino il formarsi di falde superficiali. La fisica del terreno è necessaria per progettare i sistemidi drenaggio (distanza tra i dreni, tipi di dreni, profondità) i quali devono essere adattati ai tipi diterreno e alle condizioni agronomiche.
Schema di drenaggio per limitarel’accumulo di sali
3. Scelta delle colture, rotazioni e sistemi colturali.
Bietola
Mais
Sorghum
Frumento
4. Regimazione delle acque superficiali
La fisica del terreno permette di valutare la scelta delle migliori sistemazioni del terreno ad esempio per limitare il processo dell’erosione.
L’erosione è un processo naturale di distacco, trasporto e sedimentazione delle particelle di terreno ad opera degli agenti atmosferici Il processo può essere influenzato dalle attivitàumane
I danni dell’erosione sono: riduzione della produttività, rimozione della S.O., rimozione dei nutrienti, minore ritenzione idrica, degrado strutturale.
4. Regimazione delle acque superficiali
Le scoline sono una rete di fossi che generalmente delimitano l’asse maggiore dei campi. Le scolinehanno sezione trapezoidali e presentano una differenza tra il lato maggiore (apertura) e il lato minore (fondo). Il dimensionamento della distanza tra le scoline, la profonditàe il posizionamento dipendono dalle caratteristiche fisiche del terreno.
4. Regimazione delle acque superficiali
La profondità della falda (e quindi la distanza e la profondità delle scoline) dipendedalla stratigrafia del terreno e dalle caratterisiche fisiche (granulometria)
La fisica del terreno
Disciplina che riguarda lo studio fisico del terreno.
Il terreno è ujn sistema costituito da materiali solidi derivatidall’azione dei cinque fattori di formazione del suolo (clima, roccia madre, tempo, topografia e i fattori biotici).
Il terreno è un materiale poroso, polifasico, non-isolato e caratterizzato da tre parti: parte solida, parte liquida e la partegassosa.
Terreno
Generalità
• Profilo• Costituenti
Proprietà chimiche e biologiche
• pH• Sostanza organica• Cap. scambio cationico• Elementi nutritivi• Salinità• Altre proprietà
Proprietà fisiche
• Granulometria• Porosità• Struttura• Contenuto idrico• Potenziale idrico
Il pedon
Il pedon è la più piccola unità di suolo che contiene tutti gli orizzontiche caratterizzano quel particolaretipo di suolo. Generalmente ha unasuperficie di 1 m2, e si estendeverticalmente fino alla rocciamadre.
Gli orizzonti sono classificati in base all’origine pedologica, allecaratteristiche fisiche, chimiche e biologiche.
I fattori di formazione del suolosono: tempo, clima, roccia madre, topografia e biologia
I costituenti della parte solida
Minerali primari (frazione sabbiosa e limosa). Si definiscono minerali primariquelli che sono originati dalla sola alterazione fisica della roccia madre.
Minerali secondari (frazione argillosa). Si defiscono minerali secondari quelliche si sono formati subendo processi di alterazione fisica e chimica.
Sostanza organica. Determinata dalla decomposizione di materiale organico(batteri, funghi, piante, animali, insetti), che viene decomposto in varicomposti organici a diversi gradi di decomposizione.
Carbonati, ossidi (ferro, manganese), macro e microelementi.
La frazione solida, liquida e gassosa
Vs
Vl
Vg frazione gassosa
frazione liquida
frazione solida
Frazioni volumetriche
VT= Vs+ Vl + Vg = 1
Contenuto idrico (volume)
θ= Vl / VT
Frazione gassosa
e= Vg / VT
Frazioni massiche
mT= ms+ ml + mg = 1
Contenuto idrico (massa)
w= ml / ms
ms
ml
mg
Densità, porosità e contenuto idrico
ss
s
mV
ρ =Densità specifica [kg m-3]
Densità apparente secca [kg m-3]s
bt
mV
ρ =
t
lg
t
ff V
VVVV +
==φPorosità [m3 m-3]
l
s
mwm
=Contenuto idrico massico o gravimetrico [kg kg-1]
t
ll V
V== φθContenuto idrico volumetrico [m3 m-3]
Principali relazioni tra variabili
1 bf
s
ρϕρ
= −
Frazione gassosa 1 bg f
s
ρϕ ϕ θ θρ
= − = − −
b
lw ρθρ
=
Relazione tra contenuto idricomassico e volumetrico
l
bw ρθ
ρ=
l
f
VSV
=Grado di saturazione
Porosità
Relazione tra contenuto idricovolumetrico e massico
Valori tipici
Componente Densità specifica [kg m-3]
Quarzo 2660
Ortoclase 2500 - 2600
Minerali argillosi 2650
Mica 2800 - 3200
Materia organica 1300
Limonite 3400 - 4000
Acqua (a 4 °C) 1000
Fe(OH)3 3730
Aria (20°C) 1.2
Ghiaccio 920
Variabile Valore Terreno
Densità apparente 900-1100 Sciolto
Densità apparente 1100-1500 Compatto
Porosità 0.25-0.3 Sabbioso
Porosità 0.3 – 0.5 Medio Impasto
Con. Idr. Vol. (CC) 0.15-0.2 Sabbioso
Con. Idr. Vol. (CC) 0.2-0.25 Medio Impasto
Granulometria
La granulometria rappresenta la distribuzione relativa deidiametri delle particelle solide nel terreno.
La granulometria può essere rappresentata in diversi modi: classi di diametro, cumulata dei diametri.
Per semplificare la rappresentazione e per la classificazione, i terreni vengono raggruppati sulla base delle percentualirelative delle frazioni di sabbia, limo e argilla.
Funz
ione
cum
ulat
a e
di d
ensi
tà
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Cumulata
Densità
Sabbioso
Diametro delle particelle (µm)
Medio Impasto
Argilloso medio impasto Argilloso
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0.01 0.1 1 10 100 1000 0.01 0.1 1 10 100 1000
Diametro delle particelle (µm)
Funz
ione
cum
ulat
a e
di d
ensi
tàCumulata
Densità
Cumulata
Densità
Cumulata
Densità
Granulometria (curva cumulata)
Granulometria (classi di diametro)
Classificazione ISSS* Classificazione USDA**Frazione Intervallo Frazione IntervalloSabbia grossa 2000-200 Sabbia molto grossa 2000-1000
Sabbia fine 200-20 Sabbia grossa 1000-500Limo 20-2 Sabbia media 500-250
Argilla < 2 Sabbia fine 250-100
Sabbia molto fine 100-50
Limo 50-2Argilla < 2
* ISSS = International Soil Science Society•** USDA = United States Department of Agriculture
Granulometria (triangolo della tessitura)
Classi tessiturali e proprietà fisiche
http://www.arpa.veneto.it/upload_teolo/agrometeo/soilwater1.htm?121,213
Classe tessiturale Saturazione(m3/m3)
Capacità di campo (m3/m3)
Densità apparente (kg m-3) Cond.Sat.(cm/hr)
1-sabbioso 0.35 0.12 175016401500140014401500138013701310132012201200
2-sabbioso franco 0.37 0.1613.25.62.12.20.854.270.250.430.250.120.3
3-franco sabbioso 0.38 0.24-franco limoso 0.44 0.285-franco 0.45 0.266-limoso 0.43 0.287-franco sabbioso argilloso 0.48 0.278-franco limoso argilloso 0.42 0.369-franco argilloso 0.50 0.3310-argilloso sabbioso 0.52 0.3511-limoso argilloso 0.53 0.4212-argilloso 0.54 0.42 0.22
La struttura
Per struttura di un terreno si intende la proprietà derivata dall'aggregazionedelle particelle terrose e dalla reciproca disposizione spaziale sia degliaggregati che delle singole particelle.
La struttura si deve alla presenza di particelle colloidali, che sono particelle di dimensioni molto piccole (frazioni di micron) che hanno azione cementante.
In generale i colloidi minerali, costituiti per lo più da minerali argillosi e daidrossidi di ferro e alluminio, operano un'azione cementante responsabile dellaformazione di aggregati strutturali primari. Gli aggregati primari a loro volta silegano a formare aggregati secondari o grumi per azione cementante svolta daicolloidi organici, inglobando anche particelle più grandi quali il limo e la sabbia.
I fattori che favoriscono la flocculazione dei colloidi sono quelli agiscono verso un'evoluzione positiva della struttura, al contrario i fattori di dispersione deicolloidi sono causa di peggioramento o distruzione della struttura.
La classificazione della struttura(metodo di Duchaufour)
struttura a particelle incoerenti: è quella tipica della sabbia, costituita da particellegrossolane completamente indipendenti fra loro.
struttura compatta: è quella tipica di terreni ricchi di argilla ma poverissimi di sostanzaorganica. Le particelle sono singole e cementate in un unico insieme dalla flocculazione deicolloidi argillosi.
struttura concrezionata: è quella tipica dei crostoni derivata da concrezioni indurite.
struttura grumosa o glomerulare: è quella tipica dei terreni ben dotati di humus. Gliaggregati si presentano porosi e di forma irregolare.
struttura granulare: è quella tipica dei terreni argillosi. Gli aggregati, cementatiprevalentemente dalla flocculazione dei colloidi minerali, si presentano di forma poliedrica o rotondeggiante con una scarsa macroporosità.
struttura di disgregazione: è quella tipica dei terreni sottoposti alle lavorazioni e all'azionedegli agenti atmosferici. Gli aggregati sono di forma prismatica o poliedrica e sono derivatidalla disgregazione di aggregati zollosi.
La classificazione della struttura(metodo pedologico)
struttura granulare
struttura a piatti
struttura a blocchi
struttura prismatica o colonnare
Top Related