96958 - BIOGEOCHIMICA DEGLI ELEMENTI NEI SISTEMI AGRO-FORESTALI

Anno Accademico 2024/2025

  • Docente: Luciano Cavani
  • Crediti formativi: 6
  • SSD: AGR/13
  • Lingua di insegnamento: Italiano
  • Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
  • Campus: Bologna
  • Corso: Laurea in Tecnologie per il territorio e l'ambiente agro-forestale (cod. 5831)

Conoscenze e abilità da conseguire

L'insegnamento ha l’obiettivo di fornire al Laureato le conoscenze necessarie per la gestione quali-quantitativa dei flussi dei principali elementi nel sistema suolo-acqua-pianta-atmosfera. Particolare attenzione sarà dedicata alla descrizione dei processi che caratterizzano i cicli del carbonio, dell’azoto, del fosforo, del potassio e dello zolfo esaminandone gli aspetti relativi sia agli equilibri ecosistemici sia di nutrizione delle piante. Il docente si soffermerà sugli aspetti distintivi dei cicli negli ambienti forestale e agricolo. Si faranno cenni relativi alle particolarità dei suoli a destinazione d’uso industriale o comunque fortemente influenzati dalle attività antropiche. In questo contesto si forniranno cenni relativi alla dinamica dei principali agenti inquinanti, sia inorganici che organici, ai processi di adsorbimento, degradazione, traslocazione nei suoli. Sarà dedicato uno spazio specifico ai processi che presiedono al sequestro del carbonio nel suolo, affrontando in modo approfondito i diversi meccanismi di tipo chimico, biochimico e fisico che portano alla stabilizzazione del carbonio nei diversi aggregati del suolo (macro- meso- e microaggregati). Ci si soffermerà sui fattori di origine naturale e/o antropica che influenzano il turn-over del carbonio organico nel suolo, legando le conoscenze ad alcuni temi quali il cambiamento climatico e le diverse modalità di gestione del suolo.

Contenuti

PREREQUISITI: Lo studente conosce le basi della matematica, chimica, fisica, botanica e pedologia. 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 finale.

PROGRAMMA: il corso affronta gli aspetti concettuali più rilevanti per comprendere i cicli dei principali elementi nei sistemi agrari e forestali. Il corso parte dall'origine degli elementi che costituiscono la materia, per poi prendere in considerazione le molecole che costituiscono i mattoni degli organismi viventi (le biomolecole), e passare, infine, ad affrontare la distribuzione e i flussi dei principali elementi negli agro-ecosistemi. Il corso si focalizza sui cicli del carbonio, dell'azoto, del fosforo (in primis) prendendo in considerazione anche le principali crisi ambientali che vedono coinvolti questi cicli. 

Questo corso si integra e si completa con il corso di CHIMICA DEL SUOLO (modulo tenuto dal Prof. Claudio Marzadori) in quanto quest'ultimo fornisce allo studente le conoscenze necessarie per comprendere la distribuzione e i flussi degli elementi nel suolo, componente cardine dei sistemi agrari e forestali.

UNITÀ 1 - INTRODUZIONE ALLA BIOGEOCHIMICA E LE BIOMOLECOLE (12 ORE)

1.1 Cos’è la biogeochimica? Origine degli elementi. I costituenti inorganici e organici degli essere viventi.

1.2 Le biomolecole: i carboidrati, i composti azotati (gli amminoacidi e le proteine), i lipidi, i composti fenolici.

1.3 Le reazioni enzimatiche e il metabolismo cellulare. Aspetti energetici delle reazioni enzimatiche. Meccanismi e cinetica delle reazioni enzimatiche.

Conoscenze acquisite nell'unità didattica 1:

  • conoscenza delle teorie sull'origine degli elementi;
  • conoscenze di base sulla struttura chimica, la classificazione e principali tipologie di biomolecole;
  • conoscenza dei meccanismi delle reazioni enzimatiche.

UNITÀ 2 - IL CICLO BIOGEOCHIMICO DEL CARBONIO (8 ORE)

2.1 Il ciclo del carbonio nei sistemi agro-forestali. La fotosintesi clorofilliana (efficienza dell’uso dell’acqua, efficienza dell’uso dei nutrienti). La respirazione.

2.2 Produzione netta primaria (NPP). Produzione netta dell’ecosistema (NEP). Stima globale della NPP e biomassa. Destino della NPP (il ciclo del detrito). NPP e “global change”. La sostanza organica del suolo e il “global change”.

Conoscenze acquisite nell'unità didattica 2:

  • conoscenza dei principali processi che stanno alla base della fotosintesi;
  • conoscenza sulle vie metaboliche che stanno alla base della produzione di energia nei vegetali;
  • conoscenza della produzione netta primaria e della produzione netta dell'ecosistema.

UNITÀ 3 - I CICLI BIOGEOCHIMICI NEI SISTEMI AGRO-FORESTALI (16 ORE)

3.1 Introduzione ai cicli biogeochimici terrestri. I cicli biogeochimici nei sistemi forestali e nei sistemi erbacei.

3.2 Il ciclo dell’azoto, del fosforo, dello zolfo e del potassio nei sistemi agro-forestali.

3.3 Cenni sull’impatto dell’uomo sui cicli biogeochimici terrestri. La zona critica. Le piogge acide. La saturazione dell’azoto. L’aumento dell’anidride carbonica e il riscaldamento globale. Gli elementi contaminanti nei sistemi agro-forestali.

Conoscenze acquisite nell'unità didattica 3:

  • conoscenze di base sui cicli biogeochimici terrestri;
  • conoscenza di base sulla dinamica dell’azoto, del fosforo, dello zolfo e del potassio all’interno dei sistemi agro-forestali;
  • conoscenza dei principali impatti delle attività antropiche sui cicli biogeochimici degli elementi nei sistemi agro-forestali.

UNITÀ 4 - ESERCITAZIONI (24 ORE)

Saranno svolte esercitazioni in aula e nel laboratorio didattico su:

  • separazione dei pigmenti vegetali per cromatografia su strato sottile;
  • fotosintesi: un saggio usando dei dischi fogliari;
  • il bilancio di massa nei sistemi agro-forestali;
  • calcolo dell’efficienza d’uso dei nutrienti nei sistemi agro-forestali;
  • uso di modelli nel calcolo dello stock di carbonio nel suolo.

Al termine dell’unità di esercitazione gli studenti sono invitati a stendere una breve relazione. Il contenuto della relazione può rappresentare argomento d’esame.

Testi/Bibliografia

Oltre al al materiale distribuito dal docente e reso disponibile in rete e degli appunti delle lezioni, si consiglia di studiare gli argomenti trattati su:

  • AA.VV. (2016). Fondamenti di Biochimica Agraria - Pinton R., Cocucci M., Nannipieri P., Trevisan M. (Coord.), Pàtron Editore, Bologna.
  • AA.VV. (2017). Fondamenti di Chimica del Suolo - Sequi P., Ciavatta C., Miano T. (Coord.), Pàtron Editore, Bologna.
  • Schlesinger W.H. & Bernhardt E.S. (2020). Biogeochemistry. An analysis of global change. 4th ed. Academic Press, London.

Metodi didattici

Il corso è suddiviso in due parti:

DIDATTICA FRONTALE: attraverso la somministrazione delle unità didattiche in aula lo studente acquisisce le conoscenze necessarie alla comprensione dei processi di natura chimica, biochimica e microbica che stanno alla base dei cicli biogeochimici nei sistemi agro-forestali. 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 la disciplina insegnata, avrà anche lo scopo di promuovere l'interesse, lo sviluppo di autonomia di giudizio e di migliorare le abilità comunicative.

ESERCITAZIONI: lo studente partecipa ad esperienze didattiche e seminariali che hanno lo scopo di fornire parametri analitici utili alla previsione e interpretazione dei processi fisici, chimici e biologici che caratterizzano la biogeochimica degli elementi nei sistemi agro-forestali. Questa parte dell'insegnamento avrà anche l'obiettivo di verificare le capacità di applicazione delle conoscenze acquisite. In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati. La frequenza di questa attività formativa richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai Moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio, [https://elearning-sicurezza.unibo.it/] in modalità e-learning e al Modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio. Indicazioni su date e modalità di frequenza del Modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento dell'insegnamento di BIOGEOCHIMICA DEGLI ELEMENTI NEI SISTEMI AGRO-FORESTALI - Corso integrato di CHIMICA E BIOCHIMICA DELL'AMBIENTE AGRO-FORESTALE, avviene attraverso un colloquio finale, che potrà essere sostenuto anche in lingua inglese (students wishing to take the examination in English are allowed), condotto congiuntamente alla verifica del modulo 2 (CHIMICA DEL SUOLO). Il colloquio verterà sugli argomenti svolti a lezione nei due insegnamenti e saranno poste, di norma, 2 domande di base, una per ogni area tematica (Chimica del suolo, Biogeochimica degli elementi nei sistemi agro-forestali). Partendo da questa struttura si procederà agli opportuni approfondimenti relativi agli argomenti affrontati. La verifica dovrà essere superata in modo globale ed e' necessario che il candidato raggiunga la votazione di 18 trentesimi in ognuna delle 2 aree disciplinari caratterizzanti questo corso integrato. La commissione valuterà i punteggi raggiunti in ciascuna delle due aree disciplinari e facendo una media pesata dei punteggi, in funzione dei CFU dedicati a ciascuna area (6 CFU Chimica del suolo, 6 CFU Biogeochimica degli elementi nei sistemi agro-forestali), giungerà a formulare la valutazione complessiva. La durata della prova orale sarà di circa 30 minuti.

Il docente verbalizzante è il Prof. Luciano Cavani.

Strumenti a supporto della didattica

Per la didattica frontale saranno utilizzati videoproiettore, videotutorial e filmati.

Le esercitazioni di laboratorio avranno luogo nei laboratori:

  • laboratorio didattico di Chimica, Biochimica Agraria e Tecnologie Alimentari
  • laboratorio didattico Informatico e Multimediale

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Luciano Cavani

SDGs

Sconfiggere la fame Lotta contro il cambiamento climatico La vita sulla terra

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.