Interazioni fra suolo e soluzioni ecologiche in agro-ecosistemi: vigneto e seminativo

In agricultural environment the knowledge of hydraulic balance and of the characteristics and dynamics of the water that reaches the soil is useful to evaluate properly the productivity of the crops and to assess the sustainability of the agro-ecosystem. For example, a continuous and heavy pollution of the soil may lead to the direct contamination of soil and ground water and, further, to damage populations of soil microrganisms and microfauna. Nonetheless, the quantification of the enrichment in nutrients and pollutants of the soil and ground water due to agricultural or anthropic activities is a difficult exercise. Because of this reason, the work was addressed to the study of the water dynamic, of the nutrients and pollutants eventually solubilised, and of the possible interactions and exchanges among water, soil and plants. To accomplish this goal, two study sites were selected: 1) a vineyard at the Didactic and Experimental Farm of the Agricultural Faculty of Ancona (Italy), where throughfall and bulk precipitation were monitored, collected and analysed for more than one year, and 2) an open field cultivated with a rotation based on cereals at the Baldoni Farm of Rocca Priora, Falconara Marittima, Ancona (Italy), where soil solutions were collected and analysed to contrast the results with the soil characteristics so to understand interactions and correlations between soil and water properties. In the first study site, the intent was to characterise chemically the bulk precipitation and the grape throughfall, so to assess the contributions of the rainfall, the plants or the dry depositions in the overall characteristics of the throughfall. In this way, it has been possible also to determine the amounts of nutrients carried by rainfall and throughfall to the soil. In the second study site the aim was to assess the relationships between soil and soil solutions in an area were pedodiversity was rather high. In the vineyard the waters collected were bulk precipitation and throughfall, this latter under living grapes as well as under artificial grapes. The solution collected were analysed for pH, electrical conductivity, total acidity, carboxyl and phenolic acidity, anions (F-, Cl-, Br-, NO3-, PO43-, and SO42- through an isocratic chromatograph Dionex CD20), cations (Ca2+, Mg2+, K+, and Na+ through atomic absorption by using a Shimadzu AA-6300 spectrophotometer equipped with an acetylene-air burner), and content of NH4+ by means of a FOSS Fiastartm 5000 - EPA Analyzer. In the open field site, four soil profiles were dug. All profiles were described and sampled on the basis of the recognised horizons. In all profiles were installed plate lysimeters (Prenart soil disk) to sample the soil solutions. Close to the profiles, a system for collecting bulk precipitation was installed. For each sampling event the amount of volume collected was measured in the field. Then, in the lab the following analyses were performed: pH, electrical conductivity, and concentration of PO43-, NO3-, Ca2+, Mg2+, K+, and Na+ (using an isocratic chromatograph Dionex CD20). All the soil samples, were analysed for a general characterization determining pH, apparent and real particle size analysis, available P, total N, total C, organic C, exchangeable cations (Ca2+, Mg2+, K+, Na2+), cation exchange capacity, total lime, organic matter and mineralogy.

In ambito agrario la conoscenza del bilancio idrico, delle caratteristiche e della dinamica dell’acqua che arriva al suolo risulta utile per poter valutare in modo appropriato la produttività delle colture e verificare la sostenibilità del sistema agricolo. Di fatto, un inquinamento continuo e massiccio del suolo può comportare oltre alla contaminazione diretta delle acque di percolazione e di falda anche possibili danni alla microflora e microfauna. In ogni caso, quantificare l’effettivo contributo all’arricchimento in nutrienti o inquinanti delle acque sotterranee e superficiali attribuibile all’agricoltura e/o ad attività antropiche non risulta poi semplice. Per questo motivo si è deciso di andare a studiare proprio la dinamica dell’acqua, dei nutrienti e dei possibili contaminanti in essa presenti e gli eventuali processi di interazione e scambio di quest’ultima con piante e suolo. Pertanto è stato scelto un sito a vigneto (Azienda Agraria Didattico Sperimentale Pasquale Rosati della Facoltà di Agraria, Agugliano, Ancona) dove andare a monitorare throughfall e bulk precipitation e un altro a seminativo (Azienda Baldoni di Rocca Priora, Falconara Marittima, Ancona) dove campionare ed analizzare le soluzioni telluriche. Nel primo caso di studio l’idea è quella di riuscire a caratterizzare il throughfall della vite, a partire dalla composizione chimica dell’acqua di pioggia che impatta la pianta, per poter così discernere quale sia l’apporto alla costituzione del throughfall attribuibile all’attività della pianta piuttosto che alle deposizioni secche accumulatesi sulle sue superfici. Ed arrivare quindi a determinare le caratteristiche dell’acqua che arriva al suolo e dei nutrienti che quest’ultima può veicolare. Lo scopo del secondo lavoro svolto è stato invece quello di riuscire a porre in relazione suolo e soluzioni telluriche campionate e analizzate, facendo particolare attenzione alle possibili interazioni e correlazioni esistenti tra le proprietà dei nutrienti e/o inquinanti e quelle dei differenti orizzonti attraversati dalle acque di percolazione. Nel sito a vigneto sono stati campionati bulk precipitation e throughfall (sia sotto viti vere e artificiali). Tali campioni già caratterizzate per la mia tesi di laurea (pH, conducibilità, acidità totale, carbossilica e fenolica) sono stati ulteriormente analizzati in maniera più dettagliata durante i tre anni di dottorato misurando: contenuto in anioni quali F-, Cl-, Br-, NO3-, PO43-, SO42- mediante cromatografo isocratico dotato di un rilevatore conduttimetrico Dionex CD20 e contenuto in cationi quali Ca2+, Mg2+, K+, Na+ tramite spettrofotometria per assorbimento atomico con spettrofotometro Shimadzu AA-6300 equipaggiato con bruciatore a fiamma alimentata da una miscela di aria e acetilene), contenuto in NH4+ utilizzando il sistema FOSS Fiastartm 5000 - EPA Analyzer (metodo Application note 5203). Nel sito a seminativo sono stati scavati quattro profili pedologici. Ognuno dei quali è stato descritto e campionato secondo i criteri del Soil Survey Division Staff e suddiviso sulla base degli orizzonti riconosciuti. All’interno di ogni profilo sono stati installati dei lisimetri a disco (plate lysimeter – Prenart soil disks) per il campionamento delle soluzioni telluriche. Nell’area è stato posizionato un sistema di raccolta dell’acqua piovana in modo da poter determinare ad ogni evento piovoso le caratteristiche e le concentrazioni dell’acqua prima che questa abbandoni il suolo. Ad ogni campionamento è stato misurato il volume di acqua raccolta da ogni lisimetro e sono state svolte le prime analisi di caratterizzazione generale: pH, conducibilità, contenuto anionico (PO43-, NO3-) e contenuto cationico (Ca2+, Mg2+, K+, Na+) mediante cromatografo isocratico dotato di un rilevatore conduttimetrico Dionex CD20 . Su tutti i campioni di suolo sono state condotte analisi di caratterizzazione generale (pH, conducibilità, tessitura reale, tessitura apparente, P disponibile, N totale, C totale, C organico, cationi scambiabili [Ca2+, Mg2+, K+, Na2+], CSC, calcare totale, sostanza organica), e mineralogia.