Distribuzione degli aggregati, stabilità e rilascio dell’argilla dispersibile in acqua per due oxisol subtropicali

SUOLO E NUTRIZIONE VEGETALE

Distribuzione degli aggregati, stabilità e rilascio di argilla dispersa in acqua per due Oxisols subtropicali

Distribuição de agregados, estabilidade e liberação de argila dispersa em água para dois Latossolos subtropicais

Antonio Carlos de AzevedoI, *; Darrel Gene SchulzeII

I UFSM – Depto. de Solos, Prédio 42 – 97105-900 – Santa Maria, RS – Brasil
IIPURDUE UNIVERSITY- Agronomy Dept, Lilly Hall of Life Sciences, 915 W. State Street, West Lafayette, IN 47907-2054, USA.

ABSTRACT

Il comportamento di un suolo per quanto riguarda la dispersione e l’aggregazione delle sue particelle è molto importante per lo sviluppo delle funzioni ambientali e agricole del suolo. Questo studio è stato condotto per determinare come la distribuzione e la stabilità degli aggregati siano influenzate dagli usi del suolo e come il rilascio di argilla disperdibile in acqua (WDC) sia legato alla disaggregazione in Oxisols del Brasile subtropicale. Campioni da due Oxisols, raccolti a tre profondità da siti in cui non si pratica il tillage (NT), il tillage convenzionale (CT) e la vegetazione nativa (NV) sono stati agitati in bottiglie di plastica da 250 mL per intervalli fino a 27 ore. La massa degli aggregati è stata misurata in cinque classi di dimensioni che vanno da 53 a 2000 µm. La maggior parte degli aggregati più grandi di 500 mm è scomparsa durante le prime 7,5 ore di agitazione, in concomitanza con un aumento del rilascio di WDC e senza cambiamenti nel pH della sospensione del suolo e nella conducibilità elettrica, senza aumento degli aggregati più piccoli. Pertanto, non c’è gerarchia di aggregati in questi terreni e il rilascio di WDC è stato causato dalla rottura di aggregati tra i 500 e i 2000 mm. Gli usi del suolo influenzano la massa degli aggregati in ogni classe dimensionale, ma la stabilità dell’aggregato dipende dalle sue dimensioni, non dall’uso del suolo.

Parole chiave: uso del suolo, disaggregazione, lavorazione del suolo, gestione del suolo

RESUMO

Il comportamento del suolo in relazione al suo stato di aggregazione e dispersione è di grande rilevanza agricola e ambientale. Questo studio è stato condotto per determinare come la distribuzione e la stabilità degli aggregati sono influenzate da diversi usi e come il rilascio di argilla dispersa in acqua (WDC) si comporta in relazione alla disaggregazione nei Latosol subtropicali brasiliani. Campioni di due Latosol raccolti a tre profondità in siti sotto no-till (NT), convenzionale (CT) e con vegetazione nativa (NV) sono stati agitati in bottiglie di plastica da 250 mL fino a 27 ore. La massa degli aggregati è stata misurata in cinque classi dimensionali da 53 a 2000 µm. La maggior parte degli aggregati più grandi di 500 mm sono scomparsi durante le prime 7,5 ore di agitazione, parallelamente a un aumento del rilascio di WDC senza alcun cambiamento nei valori di pH e conducibilità elettrica della sospensione, e nessun aumento della massa degli aggregati più piccoli. Pertanto, non c’è una gerarchia di aggregati in questi suoli e il rilascio di WDC è stato causato dalla rottura di aggregati con dimensioni comprese tra 500 e 2000 mm. Il tipo di utilizzo ha influenzato la massa di aggregati in ogni classe dimensionale, ma la stabilità degli aggregati dipende dalla loro dimensione, non dal tipo di utilizzo.

Parole chiave: uso del suolo, disaggregazione, preparazione del suolo, gestione del suolo

INTRODUZIONE

Perché gli aggregati del suolo sono dinamici e rispondono rapidamente ai cambiamenti ambientali, l’interesse su di essi come indicatori di qualità del suolo è in crescita (Caravaca et al., 2004; Boix-Fayos et al., 2001). Inoltre, la capacità delle particelle del suolo di proteggere la materia organica dall’ossidazione permette di avvicinare i suoli come un sink di carbonio all’atmosfera (Torn et al., 1997). Il cambiamento d’uso del suolo causato dalla raccolta degli alberi (Yanai et al., 2003) e/o il passaggio dalla foresta all’agricoltura ha un ampio impatto sull’aggregazione (Carpenedo & Mielniczuk, 1990; Perin et al., 2003) e sulla dinamica del carbonio nei suoli acidi tropicali (Leite et al., 2004; Zinn et al., 2005). La mancanza di gerarchia degli aggregati (Oades & Waters, 1991) e la grande quantità di ossidi di ferro e alluminio fanno sì che la stabilità e la dimensione degli aggregati da Oxisols esposti alle intemperie richiedano studi specifici. In Brasile, tali suoli tendono ad avere aggregati molto stabili di meno di 2 mm di diametro. Di conseguenza, gli oxisol argillosi si comportano come suoli di media struttura, permettendo alle attività agricole come la lavorazione o il raccolto di avvenire subito dopo la pioggia (Buol & Eswaran, 2000). Il potenziale di rilascio di argilla dispersibile in acqua (WDC) a causa della disaggregazione non è ben noto per questi suoli (Azevedo & Bonumá, 2004) e tale conoscenza può aiutare a gestire meglio questi suoli durante i cambiamenti di uso del suolo, ed è importante per valutare la mobilità ambientale di erbicidi, pesticidi e altri composti xenobiotici utilizzati in agricoltura (Seta & Karathanasis, 1996; Bertsch & Seaman, 1999).

L’obiettivo di questo studio è stato quello di valutare l’impatto a lungo termine delle pratiche di gestione sulla distribuzione e la stabilità degli aggregati di diametro inferiore a 2 mm e il rilascio di WDC durante la disaggregazione per due Oxisols del Brasile meridionale.

MATERIALE E METODI

I due siti scelti erano situati sull’Altopiano di Sul Riograndense, una regione geomorfica sviluppata sulle colate laviche della formazione Serra Geral (Figura 1). Il suolo del sito di Santo Ângelo era un Typic Haplorthox sviluppato da rocce basaltiche, occupa il 7,26% dello Stato del Rio Grande do Sul e si trova ad altezze comprese tra 200 e 400 m sul livello del mare (s.l.m.). Il clima è Cfa nel sistema Köppen, con una temperatura media annuale di 19,5ºC e precipitazioni medie di 1.850 mm annui-1 (BRASIL, 1973). I campioni dei trattamenti con sistemi convenzionali (CT) e senza lavorazione del terreno (NT) sono stati raccolti a Santo Ângelo, Stato di Rio Grande do Sul (28º16′ S, 54º13′ W, circa 280 m s.l.m.). L’esperimento di dissodamento è stato stabilito nel 1979 in un campo che era stato sottoposto a rotazione grano-soia dal 1964 (Dalla Rosa, 1981). I campioni da un suolo indisturbato e boschivo sono stati raccolti dalla più vicina area protetta di vegetazione forestale originale (28º12′ S, 54º13′ W) a circa 15 chilometri dal sito sperimentale. Il suolo del sito di Passo Fundo era un Typic Haplohumox sviluppato da una miscela di basalto e arenaria e si verifica ad altezze tra 460 e 700 m s.l.m.. Il clima è Cfa1, con una temperatura media annuale di 18ºC e precipitazioni medie di 1.750 mm annui-1. Campioni sotto sistemi convenzionali e senza lavorazione del terreno sono stati raccolti a Passo Fundo, nello stato di Rio Grande do Sul (28º14′ S e 52º24′ W) in un esperimento stabilito nel 1983 (Kochham & Denardim, 1997). I suoli con vegetazione nativa sono stati campionati in una riserva boschiva della stazione sperimentale entro 0,5 km dal sito sperimentale.

In ciascuno dei due siti, tre campioni del trattamento NT e CT sono stati raccolti a caso nel campo sperimentale, e i tre campioni di vegetazione nativa (NV) sono stati raccolti a caso anche nelle foreste. Si è avuto cura di mantenere distanze simili tra i punti di raccolta nel campo sperimentale e nelle foreste (da 5 a 10 m). In questo studio, NT, CT e NV sono stati indicati come “usi del suolo”. I campioni da 0 a 5 e da 10 a 15 cm di profondità sono stati raccolti da piccole fosse di circa 0,3 × 0,3 × 0,20 m di profondità e i campioni da 40-60 cm di profondità sono stati raccolti utilizzando una trivella. I campioni essiccati all’aria sono stati delicatamente schiacciati e passati attraverso un setaccio da 2 mm (frazione di terra fine). Le tre repliche sul campo di ogni uso del suolo da ogni sito sono state combinate, accuratamente mescolate e poi conservate in sacchetti di plastica sigillati. Pertanto, le analisi di laboratorio sono state eseguite su un campione composito da ciascuna delle tre profondità, tre usi del suolo e due terreni, per un totale di diciotto campioni.

Il carbonio organico è stato determinato mediante digestione in K2Cr2O7 e titolazione con Fe(NH4)2(SO4) 2.6H2O e la distribuzione granulometrica è stata determinata con il metodo della pipetta dopo dispersione con 6% NaOH (EMBRAPA, 1997). Entrambe le analisi sono state eseguite due volte per ogni campione composito.

Sia la WDC che la stabilità degli aggregati dei campioni compositi sono state effettuate tre volte (tre corse) con il metodo standard per la determinazione della WDC (USDA, 1996). In breve, cinque aliquote da 10 g di terra fine sono state pesate e messe in bottiglie di plastica da 250 mL. Le bottiglie sono state riempite con 175 mL di acqua deionizzata (DI) e agitate (120 escursioni al minuto, 4 cm di spostamento orizzontale) per 0, 3,75, 7,5, 15 e 27 ore (un’aliquota per ogni periodo di tempo). Le sospensioni sono state poi versate attraverso un nido di cinque setacci da 1000 µm, 500 µm, 250 µm, 106 µm e 53 µm. L’argilla e il limo disgregati sono stati lavati delicatamente dal terreno sui setacci con acqua DI e raccolti in cilindri da 1 L per la determinazione del WDC. Il materiale del suolo trattenuto sui setacci è stato essiccato a 110º per 24 ore e pesato. Il materiale del suolo che è passato attraverso il nido di setacci è stato raccolto in cilindri da un litro e risospeso per la misurazione della WDC con il metodo della pipetta (USDA, 1996). L’allentamento è stato ritenuto trascurabile, poiché i campioni sottoposti solo a bagnatura rapida erano quasi interamente aggregati (0 h di tempo di agitazione nelle figure 2 e 3, somma degli aggregati).

La massa di aggregati in ogni classe dimensionale, Ai, è stata calcolata da:

dove Bi è la massa secca del materiale del suolo nella classe dimensionale i, Ci è la massa secca della sabbia nella classe dimensionale i e D è la massa iniziale secca del suolo. Ci era la media di tre precedenti determinazioni del contenuto di sabbia in ogni campione composito. La sabbia è stata sottratta dal numeratore dell’equazione per evitare di contare i singoli granelli di sabbia come aggregati. Per brevità, usiamo il termine “aggregati” per riferirci ad Ai, e “campione” per il campione composito, nella discussione che segue.

La distribuzione degli aggregati è stata analizzata come un disegno split plot con tre trattamenti (NT, CT, NV) con tre blocchi (ognuno dei tre percorsi) replicati nel tempo. I dati per ogni tipo di suolo, profondità e classe dimensionale sono stati analizzati separatamente. Il tempo di scuotimento è stato considerato l’unità intera e l’uso del terreno la sottounità dell’esperimento split plot. Per i dati della massa percentuale del suolo, è stata eseguita una trasformazione della radice quadrata prima dell’analisi della varianza per ottenere l’omogeneità della varianza dell’errore. L’errore (a) è stato unito all’errore (b) perché non era significativo (P = 0,25) nella maggior parte dei casi. Gli effetti tempo e uso del suolo rispetto al tempo sono stati partizionati in contrasti polinomiali ortogonali. Le regressioni sulle medie delle variabili dipendenti in funzione dell’uso del suolo e del tempo sono state seguite dall’analisi della varianza (ANOVA) con il modello di regressione determinato dagli effetti di trattamento e dai contrasti significativi. Il confronto tra i modelli di regressione di disaggregazione da ogni uso del suolo (lungo i tempi di scuotimento) attraverso ANOVA è mostrato nella tabella 2.

RISULTATI E DISCUSSIONE

Perché il contenuto di sabbia è stato sottratto dalla massa di materiale del suolo trattenuto in ogni classe dimensionale (equazione ), il Typic Haplohumox più sabbioso (Tabella 1) aveva meno aggregati del suolo in ogni classe dimensionale rispetto al Typic Haplorthox.

Prima dello scuotimento (0 h di tempo di scuotimento; Figure 2 e 3), dal 73 al 91% del Typic Haplorthox e dal 54 al 69% del Typic Haplohumox si presentava in aggregati. Con solo due eccezioni, i modelli di disaggregazione regressi erano diversi (P = 0,01) tra i tre usi del suolo per le profondità di campionamento 0-5 e 5-10 cm, ma l’uso del suolo aveva meno effetto sui modelli di disaggregazione per la profondità 40-60 cm (Tabella 2).

Alcuni comportamenti comuni potrebbero essere osservati in entrambi i terreni (Figure 2 e 3): c’erano pochissimi aggregati 106-53 µm e 250-105 µm nel suolo sotto la vegetazione nativa a 0-5 cm e 10-15 cm di profondità; gli aggregati più grandi di 500 mm di diametro dominavano sia a 0-5 cm che a 10-15 cm di profondità, ma a 40-60 cm di profondità, gli aggregati 2.000 – 1.000 µm di diametro erano i meno abbondanti; e anche se l’ordine di sovrapposizione delle curve in un singolo grafico cambiava a seconda della classe di dimensioni e della profondità, si è notato che le forme delle curve erano, in generale, simili per ogni classe di dimensioni.

C’è stato un piccolo rilascio di WDC al momento della bagnatura iniziale (0h di agitazione) in tutti i campioni, sostenendo l’ipotesi che il rilassamento non era un processo di disaggregazione significativo nelle condizioni sperimentali.

Gli aggregati più grandi (2000-1000 µm e 1000-500 µm) si sono rotti rapidamente entro le prime 7,5 ore di agitazione, ma la massa degli aggregati più piccoli non è aumentata contemporaneamente, il che dimostra che tali aggregati si sono rotti principalmente in particelle primarie del suolo e non in piccoli aggregati (figure 2 e 3). Pertanto questi suoli non avevano una gerarchia di aggregati (Oades & Waters, 1991). Poiché il WDC è aumentato man mano che gli aggregati più grandi di 500 µm si disaggregavano, senza cambiamenti nelle sospensioni di pH, la disaggregazione sembra essere il meccanismo principale della produzione di WDC.

La mancanza di gerarchia degli aggregati permette la descrizione della disaggregazione con un modello di processo del primo ordine (Beare & Bruce, 1993; Parkin & Robinson, 1992; Olson, 1963):

dove Ai,t è la massa degli aggregati nella classe di dimensione i al tempo t, Ai,0 è la massa degli aggregati al tempo 0, e k è un parametro di curvatura. Questo modello non tiene conto delle aggiunte di aggregati al setaccio i, prodotte dalla disaggregazione degli aggregati nel setaccio i+1 sopra di esso, e quindi può essere usato solo in terreni senza gerarchia di aggregati. Il parametro di curvatura (k) è stato assunto come indice del tasso di disaggregazione, e maggiore è il suo valore assoluto, minore è la stabilità degli aggregati. Nessun modello riconoscibile è stato trovato quando si organizzano i valori di k secondo l’uso del suolo. Tuttavia, quando la gamma di variazione di k è stata tracciata in base alla classe di dimensione dell’aggregato, è apparsa una tendenza ragionevolmente chiara (Figure 4 e 5), indicando che i valori di k erano raggruppati intorno a valori successivamente più grandi con l’aumentare della classe di dimensione. Questo suggerisce che l’uso del suolo ha avuto più impatto sulla quantità di materiale del suolo in ogni classe dimensionale (distribuzione degli aggregati, figure 2 e 3) che sulla stabilità degli aggregati.

L’effetto dell’uso del suolo sui valori k può essere dedotto dalla dispersione dei valori ad ogni profondità e classe dimensionale (punti lungo ogni linea nelle figure 4 e 5). Anche se non è dominante, l’effetto dell’uso del suolo è maggiore (intervallo più ampio) nelle classi di dimensioni superiori a 500 mm e negli orizzonti superficiali (figure 4 e 5). Questo è in accordo con il modello di aggregazione suggerito da Oades & Waters (1991), in cui i grandi aggregati sono più dipendenti dalle ife fungine e dalle radici fini, e quindi dall’uso del suolo, mentre i piccoli aggregati dipendono più dalle proprietà colloidali del suolo e dalla chimica.

Considerando che il rilascio di WDC era strettamente legato alla disaggregazione degli aggregati più grandi di 500 mm, che i sistemi convenzionali e no-tillage promuovevano una diminuzione della quantità di aggregati grandi, e che non esiste una gerarchia di aggregati, una notevole quantità di argilla può essere potenzialmente persa durante il passaggio dall’uso forestale a quello agricolo. In tutti i casi, il mantenimento dei grandi aggregati è, secondo questi risultati, essenziale per evitare un aumento del WDC. Inoltre, i complessi di minerali argillosi e colloidi organici, che aumentano il potenziale di dispersione, dovrebbero essere maggiori negli orizzonti superficiali (Tombácz et al., 2004).

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