96971 - CHIMICA E BIOCHIMICA DEL SISTEMA SUOLO-PIANTA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine dell'insegnamento lo studente acquisisce le conoscenze di base della chimica e della biochimica del sistema suolo-pianta correlate ai meccanismi della nutrizione. Conosce la struttura e le proprietà chimico fisiche della fase solida del suolo, i processi che ne regolano gli scambi con la fase liquida, i meccanismi di regolazione del suo grado di reazione, apprende i principi biochimici che regolano l’assorbimento radicale degli elementi nutritivi e le strutture molecolari che lo realizzano. Conosce i principali metodi di valutazione della fertilità del suolo ed i principali strumenti tecnologici che la migliorano e la conservano. Conseguentemente lo studente è in grado di gestire i meccanismi che regolano il flusso degli elementi, nutritivi e non, nel sistema suolo pianta, ed è quindi in grado di predisporre piani finalizzati al mantenimento e la conservazione della fertilità e funzionalità del suolo anche in relazione all’ambiente ed al paesaggio.

Contenuti

A) Prerequisiti

Lo studente che accede a questo insegnamento è in possesso di una buona preparazione nei fondamenti della matematica, della fisica, della chimica e della biologia vegetale. Questi prerequisiti sono forniti dagli insegnamenti di base erogati durante il primo anno di corso. Si consiglia il superamento delle suddette attività formative prima di affrontare l'esame di Chimica e biochimica del sistema suolo-pianta.

B) Unità didattiche

L'insegnamento si articola in tre unità didattiche

Unità 1 – Chimica del Suolo (Totale unità didattica 22 ore)

1.1 Costituenti del suolo

Costituenti minerali – minerali, cristalli, raggi ionici e numeri di coordinazione, silicati, struttura fillosilicati, allòfane, ossidi e idrossidi, carbonati.

Costituenti organici – classificazione e cenni sui processi di trasformazione. Sostanze non umiche: carboidrati, composti azotati, composti fosforati, composti solforati, lipidi. Sostanze umiche: estrazione, frazionamento, classificazione, composizione e proprietà chimico fisiche.

2.1 Proprietà chimico fisiche del suolo

Proprietà superficiali – superficie specifica particelle del suolo, origine delle cariche.

L'adsorbimento e lo scambio cationico – modelli, spessore e potenziale del doppio strato, le basi di scambio, caratteristiche dello scambio, C.S.C., affinità, serie liotropiche, equazioni di scambio, effetti di diluizione.

L'adsorbimento e lo scambio anionico – gli anioni nel suolo, adsorbimento specifico. L'adsorbimento dei fosfati, isoterme ed equazioni, meccanismi di dissoluzione-precipitazione.

La reazione del suolo – definizione di pH del suolo, la misura del pH del suolo, acidità attiva e scambiabile, classificazione suoli in base al pH, pH ed elementi nutritivi, pH e attività biologiche del suolo, principali sistemi tampone e meccanismi di regolazione del pH del suolo.

3.1 Biochimica del Suolo

Gli organismi del suolo – classificazione funzionale, i batteri e la catena del detrito, attività microbica e proprietà del suolo.

Gli enzimi del suolo – localizzazione enzimi, enzimi extracellulari loro classificazione, meccanismi di stabilizzazione, catalisi enzimatica eterogenea, funzioni e proprietà.

Il ciclo del C nel suolo– fonti del C, degradazione, umificazione e mineralizzazione.

Umificazione – teorie, ruolo degli enzimi, tempo di residenza medio del C, bilancio del C.

Funzioni agronomiche sostanza organica – effetto sulle proprietà fisiche del suolo, effetti nutrizionali, effetti sulle attività enzimatiche extracellulari, attività pseudo - ormonali.

4.1 Suoli anomali

Suoli acidi – formazione, caratteristiche chimico/fisiche, correzione.

Suoli salini – formazione, caratteristiche chimico/fisiche, correzione.

Suoli sodici - formazione, caratteristiche chimico/fisiche, correzione.

Competenze acquisite nell'unità didattica 1:

• conosce la struttura dei principali componenti del suolo
• conosce i principali processi chimici, fisici e biologici che stanno alla base del funzionamento del sistema suolo
• conosce le caratteristiche e le tecniche di correzione dei suoli anomali.

Unità 2 – Biochimica dell’interazione suolo-pianta (totale unità 22 ore)

2.1 Gli elementi nutritivi nel suolo e nella rizosfera

Gli elementi nutritivi nel suolo e nella rizosfera – le forme degli elementi nutritivi nel suolo e loro suddivisione in pools funzionali, mobilità degli elementi nutritivi nel suolo, focus sui cicli dell’azoto e del fosforo.

Fattori di formazione della rizosfera – l’apice radicale, attività secretiva radicale, classificazione secreti radicali, basi biochimiche delle secrezioni, fattori che influenzano l’attività secretiva, effetto delle secrezioni sulle proprietà chimiche del suolo rizosferico, trasporto degli elementi nutritivi nella rizosfera.

2.2 Il trasporto trans-membrana degli elementi nutritivi

Il trasporto – apoplasto e simplasto, cenni sui meccanismi di trasporto primario e secondario, i trasportatori trans-membrana e loro classificazione.

2.3 Meccanismi specifici di assorbimento

L’azoto – trasportatori dell’ammonio, del nitrato, cenni sulla struttura e meccanismi di regolazione.

Il Fosforo – traportatori del fosfato, cenni sulla struttura e meccanismi di regolazione.

Il Ferro – trasportatori del ferro, cenni sulla struttura, strategie I e II, meccanismi di regolazione.

2.4 Le analisi chimiche del suolo

Analisi proprietà fondamentali - S.O., pH, Carbonati, C.S.C., salinità, sodicità.

Analisi elementi nutritivi - N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Cu Zn, Mn, B, cenni su elementi indesiderati.

Interpretazione certificati d’analisi chimica dei suoli agricoli.

Competenze acquisite nell'unità didattica 2:

• conosce i principali pools funzionali degli elementi nutritivi nel suolo
• conosce la struttura della rizosfera e i fattori che ne determinano la formazione
• conosce i principali meccanismi radicali di assorbimento degli elementi nutritivi
• conosce i principali metodi di analisi chimica del suolo ed è in grado di interpretarne i risultati

Unità 3 - Esercitazioni (totale unità didattica 16 ore)

Dopo discussione preliminare relativa all'importanza, nell'agricoltura moderna, di eseguire accurate analisi di caratterizzazione chimico fisica del suolo, gli studenti vengono portati nel laboratorio didattico. Le attività laboratoriali s'incentrano sulla determinazione di alcune delle principali caratteristiche fondamentali del suolo: tessitura, reazione, calcare totale, sostanza organica, capacità di scambio cationico, salinità ecc. ecc.. Le esercitazioni proseguono con la discussione dei risultati analitici ottenuti. La discussione, anche in funzione degli argomenti sviluppati durante le lezioni frontali, avrà lo scopo principale di creare un continuo collegamento tra i parametri chimico fisici misurati e il loro significato in termini di funzionalità del suolo. Le esercitazioni sono condotte in stretta collaborazione con quelle relative al modulo di Elementi di pedologia per il verde ed il paesaggio.

Testi/Bibliografia

Fondamentale sarà l'utilizzo di materiale distribuito dal docente e reso disponibile in rete e degli appunti di lezione.

Si consiglia la consultazione dei seguenti testi relativamente agli argomenti trattati a lezione:

Fondamenti di Biochimica Agraria - Patron EDITORE

Fondamenti di Chimica del Suolo - Patron EDITORE

Metodi didattici

Il corso si suddivide in due parti:

1) Didattica frontale: attraverso la somministrazione delle unità didattiche in aula lo studente acquisisce le conoscenze necessarie alla comprensione dei processi di natura chimica e biochimica che stanno alla base del funzionamento del sistema suolo/pianta. L'acquisizione delle conoscenze e la capacità di comprensione saranno costantemente monitorate, durante lo svolgimento delle lezioni frontali, attraverso una continua interazione tra docente e studenti. L'interazione docente studenti, attività che si concretizzerà nella richiesta del docente di discutere argomenti trattati nell'insegnamento anche in funzione della loro ricaduta su problematiche di stretta attualità inerenti alla disciplina insegnata, avrà anche lo scopo di promuovere lo sviluppo di autonomia di giudizio e migliorare le abilità comunicative.

2) Esercitazioni: lo studente partecipa a esperienze di laboratorio che hanno lo scopo di fornire parametri analitici utili alla previsione dei processi chimici e biologici che caratterizzano un determinato suolo. Questa parte dell'insegnamento avrà anche l'obiettivo di verificare le capacità d'applicazione delle conoscenze acquisite alla gestione del sistema suolo.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento dell'insegnamento di Chimica e biochimica del sistema suolo/pianta avviene attraverso un esame finale, orale, condotto congiuntamente alla verifica del modulo 2 (Elementi di Pedologia per il Verde ed il Paesaggio) del corso integrato di CHIMICA DEL SUOLO E PEDOLOGIA PE RIL VERDE ED IL PAESAGGIO (C.I.). Il colloquio verterà sugli argomenti svolti nelle lezioni, saranno poste 3 domande di base, una per ogni area tematica (chimica del suolo, biochimica dell’interazione suolo/pianta, pedologia). Partendo da questa struttura si procederà agli opportuni approfondimenti relativi agli argomenti affrontati. La verifica dovrà essere superata in modo globale ed è necessario che il candidato raggiunga la votazione di almeno 18/30 in ognuna delle aree disciplinari caratterizzanti questo corso integrato. La commissione formulerà la valutazione finale facendo la media dei punteggi raggiunti in ciascuna delle tre aree disciplinari. La durata della prova orale sarà di circa 45 minuti.

Strumenti a supporto della didattica

Per la didattica frontale si utilizzeranno lavagna luminosa, PC, videoproiettore.

Le esercitazioni di laboratorio avranno luogo presso i laboratori della sede del corso.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Claudio Marzadori