L’acqua perviene al suolo per vie naturali attraverso immissionidall’alto (ad es. deposizioni atmosferiche), per infiltrazione laterale (ad es. da corsi d’acqua) e per risalita capillare dalla falda. Oppure per intervento antropico (irrigazione).

Acqua nel suoloAcqua nel suolo

L’acqua viene perduta per drenaggio, per ruscellamento, per evaporazione e per assorbimento da parte della vegetazione.

Consumi idrici unitari: quantità di acqua evapotraspirata dalla pianta per realizzare la produzione di 1 kg di sostanza secca.

1. è un agente essenziale per lo svolgimento dei processi fisici, chimici e biologici nella pedosfera

2. costituisce un potente agente di pedogenesi e determina i caratteri morfologici e costitutivi del profilo

3. alimenta l’evapotraspirazione

4. condiziona la presenza dell’aria tellurica e lo stato termico del suolo

5. solubilizza e mobilizza i nutrienti

L’acqua del suolo non circola liberamente, ma la permanenza e gli spostamenti dipendono da forze fisiche esercitate sul volume di H2O: forze superficiali di adesione, di coesione, di tensione superficiale e forza gravitazionale

Acqua del suoloAcqua del suolo

L’acqua compete con la fase gassosa per occupare uno stesso spazio fisico del terreno: la porosità

Tra gli aggregati

Negli aggregati

L’acqua compete con la fase gassosa per occupare uno stesso spazio fisico del terreno: la porosità

Classificazione dei pori del terreno sulla base Classificazione dei pori del terreno sulla base delle loro caratteristiche e funzioni delle loro caratteristiche e funzioni

Crepe e fessurazioni (Φ > 0,5 mm); macropori

Sono costituite dalle spaccature visibili, dai cunicoli prodotti dall'attività della meso- e macrofauna e dai vuoti lasciati dopo la decomposizione delle radici più grosse. Le forze capillari sono trascurabili rispetto alla forza gravitazionale e l’acqua in esse contenuta viene persa rapidamente dal suolo sotto l’azione della forza di gravità.

Aerazione, drenaggio, penetrazione delle radici, habitat per la pedofauna

Trattengono nel suolo l’acqua disponibile per le piante

Tipo di pori Caratteristiche Funzioni

Sono i pori che vengono occupati dalla microfauna e da piccole radici. Le forze capillari sono abbastanza forti da permettere la risalita dell’acqua dalla falda per un’altezza compresa tra i 6 ed i 60 cm se i pori costituiscono un sistema idraulicamente continuo, ma non la trattengono contro la forza di gravità. Importanti per le relazioni suolo-acqua-pianta.

Pori di trasmissione (50-500 µm); mesopori

Classificazione dei pori del terreno sulla base Classificazione dei pori del terreno sulla base delle loro caratteristiche e funzioni delle loro caratteristiche e funzioni

Pori della riserva idrica (0,5-50 µm); micropori

Non consentono il drenaggio gravitazionale dell’acqua che rimane disponibile per le piante ed i microrganismi. Sono abitati da batteri, ife fungine e peli radicali. Quando i pori della riserva idrica sono completamente pieni il terreno si trova alla “capacità di campo”, quando sono vuoti al “punto di appassimento”.

Trattengono nel suolo l’acqua disponibile per le piante

Tipo di pori Caratteristiche Funzioni

L’acqua è così fortemente trattenuta da non essere disponibile per le piante. Questi pori sono così piccoli che la maggior parte dei microrganismi non può penetrare al loro interno. Piccoli soluti che diffondono all’interno di questi pori sono così protetti dalla decomposizione sinchè non diffondono all’esterno.

Pori residui(0,005-0,5 µm)

Ultra-micropori(Φ < 0,005 µm)

Aumentano la persistenza dei soluti decomponibili e ospitano molecole organiche a basso PM

Progressivo riempimento dei pori del suolo Progressivo riempimento dei pori del suolo all’aumentare del contenuto d’acquaall’aumentare del contenuto d’acqua

In relazione alla loro posizione nei pori del suolo In relazione alla loro posizione nei pori del suolo si identificano frazioni idriche a diversa mobilita’si identificano frazioni idriche a diversa mobilita’

Constitutive water

Frazioni idriche del suolo

Acqua costituzionale

E’ parte integrante della fase inorganica del terreno, è presente come molecola isolata nella struttura cristallina di molti minerali

Gesso (CaSO4·2H2O)

Epsomite (MgSO4·7H2O)

Carnallite (KCl ·MgCl2·6H2O)

Utilizzazione estremamente

limitata o addirittura impossibile

Costituisce il sottile film di molecole che aderisce ai colloidi del suolo ed è dovuta alle forze di interazione elettrostatica (ai legami ad H) che determinano coesione ed adesione.

Non è biologicamente utilizzabile in quanto essa è allontanabile dal terreno solo per essiccamento a 105°C per almeno 16 h.

Acqua gravitazionale

Frazioni idriche del suolo

Acqua igroscopica

0.5-10 kcal mol-1

E’ quella frazione idrica su cui agiscono le forze di tensione superficiale, penetra e si muove nella microporosità del terreno. Una parte non è disponibile per le componenti radicali mentre quella contenuta in capillari con Ø = 0.5–10 µm, pur muovendosi con relativa lentezza, è ancora utilizzabile dalle radici.

Essa può essere di risalita (dalla falda acquifera), di infiltrazione (da corsi d’acqua adiacenti) e di ritenzione (contro la forza di gravità)

Frazioni idriche del suolo: Acqua capillare

Esprime la capacità dell’acqua di muoversi nei capillari del terreno contro la forza di gravità.

Il fenomeno della capillarità è dovuto all’azione combinata delle forze di adesione e di coesione dell’acqua.

La capillarità nei pori del suoloLa capillarità nei pori del suolo

Il cammino capillare dell’acqua nel suolo segue un andamento tortuoso e irregolare legato alla forma eterogenea e discontinua dei pori.

La risalita capillare segue direzioni sia La risalita capillare segue direzioni sia verticali che orizzontaliverticali che orizzontali

Risalita capillare in suoli a diversa Risalita capillare in suoli a diversa granulometriagranulometria

Qual è il diametro medio dei pori continui nei suoli sabbiosi?

E’ l’acqua soggetta alla forza di gravità che, allontanata dagli strati superficiali esplorati dalle radici, drena verso il basso e finisce nella falda.

La sua dinamica è vincolata alla permeabilità del terreno

Velocità di percolazioneSuoli permeabili metri / anno

Suoli fertili 1-2 metri / anno

Suoli compatti dm / anno

Frazioni idriche del suolo

Acqua gravitazionale

Due importanti espressioni sono utilizzate per

descrivere lo stato della fase liquida nel suolo

Contenuto idrico

Potenziale idrico

Metodi gravimetriciIl contenuto idrico del suolo esprime la quantità di acqua presente nel terreno per unità di peso o di volume e viene sperimentalmente determinato accertando la perdita di peso di un suolo per essiccamento a 105° C fino a massa costante.

Contenuto idrico del suolo

s

ww

MMG =

ws

ww

dVMV

⋅=

PVWFPS w=

Il potenziale idrico del suolo

– Misura lo stato energetico dell’acqua del suolo (lavoro da compiere per asportare l’unità di volume di acqua)

– Si esprime in bar (1 bar=105 Pa) , o in atm– Si tratta di una pressione negativa (tensione o suzione)

– Esprime il lavoro che le piante debbono compiere per estrarre l’acqua dal terreno

– L’acqua fluisce da zone ad elevato a zone a basso potenziale idrico

Componenti del potenziale idrico

Ψ = Ψg + Ψp + Ψm+ Ψo

(-) è determinato dalla forza di attrazione sull’H2O dalla matrice del suolo. È importante per suoli non saturati (suoli secchi). L’H2O fluisce da zone di suolo umido a secco

(-) è determinata dalla concentrazione dei soluti nell’H2O del suolo. Minore in presenza di alte conc. di soluti, in particolare in suoli salini. L’H2O fluisce spontaneamente da zone a bassa conc. di soluti verso zone ad alta conc

(-, 0, +) è determinata dalla pressione imposta dall’H2O del suolo; generalmente è 0, ma possono esserci delle eccezioni

(+) espressione del lavoro necessario per mantenere l’acqua del terreno ad una certa altezza, sotto l’azione del campo gravitazionale. L’H2O fluisce in discesa sotto l’azione della gravità

Valori tipici del Ψ

aq

nel suolo

variano da - 0,1 a - 0,5 MPa

Il potenziale idrico (Ψ) nel suoloIl potenziale idrico (Ψ) nel suolo

Da un punto di vista biologico occorre che un suolo abbia un contenuto di H2O pari ad almeno il 50% della sua capacità di campo

Curva di ritenzione idrica nel suoloCurva di ritenzione idrica nel suolo

Classificazione dell’acqua nel suolo

Sulla base del potenziale assunto, l’acqua nel suolo può essere classificata come:

acqua libera: con potenziale tra 0 e –0.3 bar che corrispondono rispettivamente allo stato dell’acqua in un suolo completamente saturo ed alla capacità di campo (completo svuotamento dei pori di trasmissione).

acqua capillare: con potenziale tra –0.3 e –31 bar, cioè tra il potenziale dell’acqua alla capacità di campo e quello assunto dall’acqua in un suolo che contiene solo l’umidità che può assorbire da un’atmosfera in cui è presente il 98% di umidità (coefficente igroscopico). Essa rappresenta l’acqua contenuta nei pori compresi tra 0.5 e 50 µm.

acqua disponibile: acqua contenuta nel suolo tra la capacità di campo ed il punto di appassimento. Quest’acqua può essere utilizzata dalle piante.

Variazioni dei volumi di acqua ed aria tellurica in un suolo franco limoso a diversi livelli di contenuto idrico.

Le curve di ritenzione idrica sono caratteristiche di ogni singolo terreno e cambiano con le lavorazioni.

Capacità di campo e punto di appassimento variano in funzione della composizione granulometrica del terreno

Suoli sabbiosi < suoli limosi < suoli argillosi e ricchi di humus

Contenuto idricoContenuto idricoin terreni a diversa costituzione fisico-meccanicain terreni a diversa costituzione fisico-meccanica

Qual è l’acqua disponibile nei diversi suoli?

Il valore convenzionale per la capacità di campo è –0.02 MPa

punto permanente di appassimento (PWP) per valori minori di –1.5 MPa

per valori minori di –5.0 MPa c’è solo H2O legata igroscopicamente.

I valori mostrati per differenti tipi di piante dipendono dal tipo di suolo (tessitura e grandezza pori) e dalla vegetazione

IsterèsiIsterèsi

Fenomeno per cui viene ad essere ostacolato l’inumidimento quando al terreno viene aggiunta acqua, e l’essiccamento quando questa tende ad evaporare.

Ciò è dovuto alla coesistenza nel terreno di pori di dimensione diversa, tra loro comunicanti, le cui strozzature in corrispondenza dei canali più stretti sono capaci di regolare la tensione idrica.

Le caratteristiche fisico-meccaniche del terreno influenzano la conduttività idraulica dei suoli

38

SPAC: Continuum suolo-pianta-atmosfera

suolo

fusto

foglia

atmosfera

radici

Pianta

“anello del sistema

idraulico”

che collega l’H2O del terreno

con il vapore acqueo

dell’atmosfera

L’H2O è un elemento

dinamico che si sposta

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Xylemsap

Outside air Ψ = –100.0 MPa

Leaf Ψ (air spaces) = –7.0 MPa

Leaf Ψ (cell walls) = –1.0 MPa

Trunk xylem Ψ = – 0.8 MPa W

ater

pot

entia

l gra

dien

t

Root xylem Ψ = – 0.6 MPa

Soil Ψ = – 0.3 MPa

Mesophyllcells

Stoma

Watermolecule

Atmosphere

Transpiration

Xylemcells Adhesion Cell

wall

Cohesion,byhydrogenbonding

Watermolecule

Roothair

Soilparticle

Water

Cohesion and adhesionin the xylem

Water uptakefrom soil