La fase solida del terreno è composta da materiali eterogenei più o meno grandi.
Alcuni parametri sono stati studiati al fine di ottenere importanti informazioni sulle caratteristiche del suolo che hanno riflessi sulla fertilità.

Tra questi parametri di natura prevalentemente fisico-meccanica abbiamo:

·         TESSITURA

·         POROSITA’

·         STRUTTURA

·         COLORE

 

Tessitura

Ogni terreno è caratterizzato da proporzioni diversi di particelle che hanno grandezze differenti.

Come TESSITURA DEL TERRENO intendiamo la ripartizione dimensionale, indipendente dalla composizione chimica, delle particelle di terreno.

Poiché è impossibile valutare le dimensioni delle singole particelle solide dobbiamo ricorrere ad alcune semplificazioni.

·         Tutte le particelle si considerano sfere con diametro pari al foro minimo di un setaccio che le fa passare o dal tempo di sedimentazione

·         Le particelle vengono poi ripartite in classi granulometriche che hanno intervalli di diametri e nomi convenzionali

·         La tessitura si esprime con le % relative alle diverse classi.

 

La classificazione granulometriche della tessitura principalmente adottate sono quelle del:

·         Società Internazionale di Scienza del Suolo (ISSS)

·         Dipartimento Agrario degli Stati Uniti (USDA)
 

In entrambe queste classificazioni si distingue uno scheletro da una terra fine.

Lo scheletro è costituito da particelle di diametro superiore ai 2 mm, la terra fine viene divisa in tre grandi gruppi: SABBIA, LIMO e ARGILLA.

In pratica la classificazione americana è più specifica per particelle tra 0,05 e 0,02 mm, vedi tabella sottostante

Le caratteristiche delle diverse frazioni granulometriche sono ovviamente correlate alla composizione mineralogica.

I minerali provenienti dalla disgregazione fisica della roccia madre in particolare quarzo e feldspati prevalgono nello scheletro e nella sabbia, mentre le frazioni colloidali prevalgono nella classe argillosa.

Minerali con caratteristiche alla disgregazioni intermedie si distribuiranno a seconda delle loro caratteristiche nelle diverse classi.

 

La determinazione della tessitura si risolve in una analisi granulometrica del terreno il cui punto critico è rappresentato dalla dispersione del campione.

Le particelle solide sono infatti spesso cementate tra di loro per cui a seconda della tecnica adottata per la dispersione portrò valutare una:

Tessitura reale se si disperdono completamente le particelle

Tessitura apparente se si considerano come particelle anche gli aggregati resistenti alla tecnica adottata.

 

Vediamo ora come si può determinare in pratica la tessitura.

 

·         SEPARAZIONE DELLO SCHELETRO

        Il campione di terreno deve essere essiccato all’aria (eccezionalmente in stufa a 40°C). La terra essiccata si frantuma con un mattarello ricoperto di gomma e quindi dopo averla pesata si setaccia con un vaglio di 2 mm.

La frazione trattenuta sul setaccio si tratta con acqua a getti per eliminare la terra fine aderente e quindi si raccoglie e si essica.

Lo scheletro si esprime in g/Kg di terreno dalla seguente relazione

 

%SCHELETRO = [peso scheletro in grammi / peso terra in Kg]  * 100

 

·         DETERMINAZIONE DELLA TESSITURA

        Come abbiamo detto l’analisi granulometrica può essere condotta sul terreno più o meno disgregato (tessitura reale o apparente).

Se il suolo è molto salino si eseguono dei lavaggi con acqua fino alla riduzione della conducibilità.

 

Nel caso si voglia determinare la tessitura reale l’unico trattamento che si conduce sulla terra fine è un trattamento con esametafosfato (calgon) che ha la funzione di antiflocculante.

Se si vuole condurre una analisi della tessitura apparente si eseguono più trattamenti tra i quali:

* trattamento con HCl a pH3 per eliminare i carbonati

* trattamento con H2O2 (perossido di idrogeno, acqua ossigenata) per distruggere         frazione organica

* trattamento con calgon (antiflocculante)

 

Per la determinazione delle diverse frazioni si opera sfruttando il processo di sedimentazione.

 

Una particella solida messa in una bacinella piena di liquido metterà un certo tempo per depositarsi.

Diversi sono i fattori che influenzano il tempo di decantazione (deposizione) vediamoli:

1.      Altezza della bacinella (h)

2.      Viscosità del liquido (h), equiparabile ad un attrito, maggiore viscosità minore velocità di deposito.

3.      Dp – Dl ossia la differenza tra densità particella (Dp) e densità liquido (Dl), maggiore è questa differenza maggiore sarà la velocità

4.      Raggio della particella (r) maggiore è il raggio maggiore è la velocità (relazione con il quadrato del raggio).

5.      Accelerazione gravitazionale (g)

 

Se consideriamo che la velocità è uno spazio percorso in una unità di tempo, poiché lo spazio da percorre è “h” (altezza bacinella) avremo:

Velocità = h/t                           t = tempo decantazione

 

Tutti gli altri parametri che influenzano la velocità di decantazione sono inglobati in una relazione denominata LEGGE DI STOKES così esprimibile

 

Velocità = [K * (Dp-Dl) * g * r2] /h

 

Dove K = costante

 

Una volta fissato il liquido usato la sua densità e viscosità risultano fissate.

L’accelerazione gravitazionale è fissa e come valore di Dp (densità particella) si può utilizzare un valore medio di 2,65.

L’unico termine che non è costante è quindi il raggio della particella per cui possiamo scrivere

 

K’ = [K * (Dp-Dl) * g ]/h

 

da cui   velocità = K’ * r2 = h/t

 

Una volta scelta la bacinella e quindi la sua altezza (h) possiamo dire che il tempo di deposito diventa funzione unica del quadrato del raggio delle particelle.

A questo punto possiamo calibrare i tempi di raccolta dei depositi per ottenere una classificazione granulometrica delle particelle e quindi la tessitura.

Un metodo usato ad esempio è il seguente:

Altezza vasca 25 cm, si versa la sospensione nel levigatore attraverso un setaccio a maglie di 0,2 mm (separando così la sabbia grossa che si pesa dopo essicamento).

Dopo 2 minuti di raccoglie il sedimento che costituisce la sabbia fine, dopo 20 minuti si raccoglie il limo grossolano, dopo 20 ore il limo fine, quello che rimane è l’argilla che resta in sospensione.

Il peso del deposito può essere calcolato essiccando la sospensione raccolta oppure con apposite bilance di sedimentazioni, una sorta di piattello sul fondo del recipiente che registra il peso del deposito in funzione del tempo trascorso

 

Questi metodi richiedono molto tempo per cui molto spesso vengono sostituiti da sistemi meno precisi, ma più rapidi; uno di questi è il metodo BOUYOUCOS.

Si tratta di un densimetro con una scala da 0 a 70.

Il metodo è il seguente 50g di terra fine + 100 ml di soluzione al 5% di sodio esametafosfato (Calgon) si mescolano e si lasciano a riposo per 24h.

Si trasferisce accuratamente il tutto in un agitatore a 16000 giri al minuto per due minuti.

Si porta in un cilindro da 1130ml si tappa e si mescola .

Dopo 40 secondi si misura la densità (se c’è schiuma si aggiunge alcool amilico), il valore che si trova D40″ è legato al contenuto di limo e argilla (rimanendo in sospensione aumentano la densità).

Si agita e si ripete la misura dopo 120′, durante questo tempo si è depositato il limo per cui la densità è legata al contenuto di argilla, il valore viene indicato come D120′.

A tutte le letture va sottratto un valore di 6,5 corrispondente alla densità di 100ml di soluzione al 5% di Calgon portati a 1000ml con acqua distillata.

La temperatura deve essere 20°C altrimenti bisogna fare le seguenti correzioni:

(t°C – 20) * 0,2

il valore sarà positivo per temperature maggiori a 20°C negativo per temperature minori e va sommato in modo algebrico alla lettura.

 

Facciamo il seguente esempio:

Peso terreno 50g

D40″ = 31,5

D120′ = 19

temperatura 20°C

 

Operazioni:

D40″ corretto  =D40″  – 6,5 = 31,5 – 6,5 = 25   argilla  + limo

D120′ corretto = D120′ – 6,5 = 19 – 6,5 = 12,5   argilla

 

% materiale argilloso = [12,5 / 50g] * 100 = 25%

 

% materiale limoso = [(25 – 12,5)/ 50g] * 100 = 25%

 

% materiale sabbioso = 100 – % limoso – % argilloso = 100 – 25- 25 = 50%

 

Con un apposito diagramma triangolare si può operare la classificazione del terreno

 

Le diverse componenti granulometriche influenzano in misura diversa il comportamento chimico-fisico del terreno. In sintesi possiamo dire che la parte realmente attiva è la frazione argillosa, mentre la frazione sabbiosa e quella limosa costituiscono una specie di intelaiatura relativamente inerte.

La frazione sabbiosa aumenta la sofficità, mentre quella limosa ed argillosa esaltano fenomeni di capillarità e riducono la permeabilità.

Una tessitura equilibrata si ottiene con:

un 20% di argilla,

30-50% di limo,

30-50% di sabbia.

 

Porosità

Come porosità intendiamo il rapporto tra il volume non occupato da componenti solide del terreno ed il volume totale del terreno espresso in genere in termini percentuali.

La porosità di un terreno deve essere misurata in quanto non è detto che due terreni aventi analoga tessitura abbiano uguale porosità.

A tale riguardo è sufficiente fare un piccolo esempio considerando i possibili limiti di impacchettamento ottenibili con delle palline sferiche di uguale diametro.

Se disponiamo queste particelle una sull’altra a 90° (indipendentemente dal diametro) troviamo una porosità del 47% circa, mentre se le particelle sono messe con angolo di

60° la porosità può scendere al 26%.

Se consideriamo che nel terreno le particelle non sono mai perfettamente sferiche e non hanno le stesse dimensioni possiamo comprendere come sia difficile stabilire delle relazioni tra tessitura e porosità.

La misura diretta della porosità totale si esegue valutando la densità reale del terreno ossia il rapporto tra la massa ed il volume della frazione solida e la densità apparente che rappresenta il rapporto tra la massa ed il volume del terreno tal quale.

Con questi due dati viene calcolata la porosità come segue:

 

Porosità % =[( Densità reale – Densità apparente)/Densità reale]*100

 

La densità reale di un terreno è stabile ed assume un valore di 2,65 , mentre la  densità apparente varia da terreno a terreno

terreni argillosi 1,1 – 1,6

terreni sabbiosi 1,3 – 1,7

 

La porosità è legata alla sofficità del terreno e si riflette molto sui rapporti di esso con i fluidi (aria ed acqua).

Il valore ottimale di porosità di un terreno è intorno al 50%, ma andrebbe operata una importante distinzione.

Possiamo infatti considerare due tipi di porosita:

La macroporosità spazi vuoti superiori a 50 m

La microporosità spazi vuoti inferiori a 50 m.

 

La macroporosità o porosità non capillare assicura gli scambi gassosi ed il drenaggio, mentre la microporosità o porosità capillare oltre a conservare l’umidità del terreno è la sede delle principali interazioni con gli elementi nutritivi,

Il rapporto ottimale tra micro e macroporosità è pari a 1.

 

La Struttura

Come struttura si intende la disposizione delle particelle primarie in aggregati o grumi di diverse dimensioni, più o meno stabili all’azione di fattori esterni.

Sebbene  alla genesi della struttura possono partecipare tutte le frazioni granulometriche le interazioni di maggior rilievo si formano tra le particelle più fini.

Proprio per questo motivo gli unici terreni praticamente privi di struttura sono sono quelli costituiti da sabbia o da particelle ancora più grandi.

La genesi della struttura è legata a fenomeni di interazione di tipo chimico fisico, ad esempio:

·         particelle argillose possono flocculare

·         i flocculi possono essere tenuti insieme per mezzo di sostanze cementanti di origine organica o minerale

·         i grumi così formati possono riunirsi in zolle per azione di ife fungine e inglobare anche particelle di diametro maggiore come sabbia e ghiaia.

 

Analizzando la morfologia della struttura possiamo distinguere:

·         Strutture a particelle singole: tipiche dei terreni con molto scheletro

·         Strutture grumose o glomerulari: tipiche dei terreni equilibrati, argille flocculate cementate con humus

·         Strutture granulari: tipiche dei terreni pesanti costituite in prevalenza da colloidi flocculati.

·         Strutture lamellari: tipiche dei terreni non coltivati poveri di humus con aggregati a prevalente sviluppo orizzontale.

·         Strutture prismatiche: tipiche dei sottosuoli forestali, derivanti da frammentazione e che hanno sviluppo prevalente verticale.

 

Non è però l’aspetto morfologico quello che influenza maggiormente la fertilità del terreno.

Di maggiore importanza è infatti la STABILITA’ della struttura, ossia la capacità delle caratteristiche strutturali di mantenersi costanti nonostante la variazione di parametri ambientali (umidità, temperatura, etc).

La stabilità della struttura è in pratica un fenomeno dinamico.

Fattori di disfacimento della struttura sono infatti controbilanciati da fattori di genesi della struttura stessa.

Tra l’altro non è raro che lo stesso parametro possa influenzare sia la genesi che il disfacimento strutturale.

 

In termini di genesi della struttura dobbiamo immaginare che si debbano formare delle interazioni tra le particelle.

Il modo più semplice per immaginare queste interazioni è quello dell’adesione fisica tra le diverse particelle.

Tra due superfici a contatto possono istaurarsi delle interazioni elettrostatiche (tipo Van der Walls).

Queste interazioni sono di corto raggio per cui sono soprattutto le strutture laminari, come le argille, a risentirne maggiormente.

Le particelle colloidali (elevata superficie e polari) sono quindi fondamentali per l’instaurazione di fenomeni di aggregazione che possono avvenire secondo diversi meccanismi.

 

1.      Azione di un catione flocculante: i colloidi argillosi, in genere negativi, sono soggetti all’azione di cationi inorganici polivalenti (ad es. Fe++, Al+++, Ca++,etc)

 

    2.    Attraverso le molecole d’acqua di idratazione dei cationi flocculanti: alcuni cationi possono idratarsi con acqua la quale a sua volta può stabilire delle interazioni di questo tipo:

 

    3.    Presenza di colloidi carichi positivamente

    4.    Interazioni di Van der Walls

 

Tutte queste interazioni di cui (1) e (2) sono le più importanti determinano la formazione di flocculi che sono la base di partenza per la formazione di aggregati, ma che non sono ancora delle macrostrutture.

Vediamo le diverse fasi cronologiche della formazione della struttura.

·         Fase dispersa, miscelazione senza ancora interazione delle varie componenti granulometriche del terreno

·         Fase flocculante, vedi (1) (2) (3) e (4).

·         Formazione del complesso primario, sostanzialmente formati tramite:

o     inglobazione delle particelle in una matrice tipo gel che in seguito di indurisce; ad esempio idrossido ferrico (gel) che quindi perde acqua e si indurisce

o    Azione della sostanza organica  in particolar modo Humus con aspetto mucilloginoso; a tal riguardo è importante sottolineare che le sostanze umiche che hanno queste caratteristiche sono particolarmente presenti nelle prime fase dei processi  di umificazione e poi decadono. Risulta quindi fondamentale la presenza nel terreno di residui organici in fase di umificazione.

·         Formazione del complesso secondario attraverso interazioni di interazioni tra complessi primari

 

La struttura ha notevoli effetti sulla porosità all’interno dei complessi primari infatti troviamo i micropori, all’interno dei complessi secondari i macropori.

 

Come abbiamo già accennato diversi fattori influenzano la struttura.

Soprattutto i fattori fisici possono avere nei riguardi della struttura effetti bivalenti ad esempio:

Anche fattori chimici possono giocare un importante ruolo, soprattutto perchè possono interagire con la rottura di cementi organici.

Alcuni leganti organici sono infatti molto soggetti a fenomeni ossidativi che ne possono determinare il disfacimento.

 

Riassumendo

FATTORI CHE FAVORISCONO LA STRUTTURA

1.      Umidità moderata

2.      temperatura idonea al mantenimento del giusto grado di umidità

3.      alternanza stagionale di gelo e disgelo (riassetto e instaurazione di interazioni)

4.      Corrette procedure di lavorazione del terreno

5.      Avvicendamenti colturali

6.      Somministrazione di sostanza organica

7.      Presenza di radici e funghi che secernano sostanze cementanti

 

FATTORI CHE SFAVORISCONO LA STRUTTURA

1.      Effetto battente della pioggia

2.      compressione di macchine pesanti

3.      cattive lavorazioni del terreno (ad esempio rimescolamenti di strati superficiali con quelli profondi aventi scarsa tessitura)

4.      Modificazioni del pH

5.      Alterazioni ossidative.

 

Colore

Il colore del terreno consente di avere informazioni diagnostiche e fisiche.

Ad esempio:

·         Un terreno bianco è indice di molto CaCO3

·         Un terreno grigio-verde è indice di anossia (poco ossigeno) poichè associato alla presenza di Ferro ridotto.

·         Un terreno rosso è indice di ambiente aerobico (ferro ossidato)

·         Un terreno nero è indice di forte presenza di Humus

 

Ci sono delle tavole di raffronto per identificare e classificare il colore dei terreni