Effetti della Fitostabilizzazione Assistita sulla Funzionalità di un Suolo Contaminato da Rame

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 1. INTRODUZIONE 
 
1.1 Il Suolo 
Il suolo è un corpo naturale costituito da particelle minerali ed organiche 
che si forma dall'alterazione fisica e chimico-fisica della roccia e dalla 
trasformazione biologica e biochimica dei residui organici (Soil Conservation 
Society of America, 1986).  
Il suolo è un sistema aperto che scambia sia materia che energia con 
atmosfera, litosfera, idrosfera e biosfera. I suoli ben sviluppati sono formati 
da orizzonti aventi caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche proprie 
(Fig.1a, 1b). I fattori di formazione del suolo sono stati riassunti da Jenne 
(1941) con la celebre relazione: s = f(cl, o, r, p, t) in cui il tipo di suolo (s) 
che si forma è funzione del clima (cl), organismi (o), orografia (o), roccia 
madre (p), tempo (t). Il suolo non è quindi da considerare un corpo 
naturale statico, ma un sistema complesso in continua evoluzione 
mutamento che comprende una matrice di costituenti organici e minerali di 
neosintesi, con circolazione di aria ed acqua nei pori, in grado di sostenere 
la vita vegetale ed ospita una straordinaria biodiversità microbica. 
Le componenti del suolo, specie quelle di dimensioni dell’ordine di 
grandezza di µm, sono reattive ed hanno proprietà colloidali che influenzano 
il comportamento del fino dalla microscala fino alla scala di paesaggio con la 
formazione di aggregati di varie dimensioni che costituiscono la struttura del 
suolo. L’organizzazione strutturale influenza la fertilità fisica del suolo e crea 
i microambienti occupati dagli organismi del suolo. È stato stimato che circa 
il 5% dello spazio disponibile in un suolo è occupato da organismi viventi.  
 
 
1.1.2 Le componenti inorganiche  
Le componenti inorganiche del suolo sono minerali primari e minerali 
secondari con varia composizione e struttura cristallina o amorfa. I minerali 
primari sono presenti soprattutto nella frazione grossolana (ciottoli, sabbie) 
e sono residui della roccia madre disgregata. I minerali secondari, o di 
neoformazione sono di dimensioni minori e si formano durante la
2
 
 
 
 
 pedogenesi in seguito all’alterazione dei minerali primari. I minerali 
maggiormente presenti nel suolo sono i silicati gli ossidi, idrossidi, 
ossidiidrossidi, i carbonati, i solfati, i fosfati e i solfuri. I minerali 
maggiormente presenti nel suolo sono i silicati gli ossidi, idrossidi, 
ossidiidrossidi, i carbonati, i solfati, i fosfati e i solfuri. Il contenuto, ma di 
più la tipologia dei minerali dominanti in un suolo, ne determinano alcune 
proprietà fondamentali quali il pH, la capacità di scambio ionico, la 
ritenzione idrica e le reazioni con la sostanza organica. I minerali sono 
soggetti a decomposizione, a causa della loro interazione con le fasi 
gassose. L’alterazione dei minerali è legata a reazioni disidratazione, 
l’idrolisi, ossidazione, chelazione, scambio ionico e solubilizzazione 
L’alterazione dei minerali primari porta alla liberazione degli ioni contenuti in 
essi, come il Si
4+
 che tende ad essere allontanato dal minerali, oppure ioni 
come Al
3+
, Fe
3+
, Mn
2+
 e Ti
4+
, che tendono a formare ossidi, idrossidi, e 
ossidi idrossidi molto stabili nell’ambiente suolo. I silicati costituiscono circa 
il 90% dei minerali della crosta terrestre e dei minerali del suolo, primari e 
secondari. L’unità strutturale dei silicati è il tetraedro di silicio (SiO
4-
). I 
singoli tetraedri possono unirsi condividendo uno o tutti gli ioni -O
2
-
, a 
formare strutture più complesse. L’idrolisi dei silicati e allumiosilicati, porta 
alla formazione di acido ortosilicico (H
4
SiO
4
), ione bicarbonato e ossidrili, più 
la liberazione di cationi, se presente Al anche alla formazione di argille. I 
silicati risultano relativamente solubili e la maggior parte sono lisciviati, 
mentre i composti dell’Al sono poco solubili e disponibili per la formazione di 
fillosilicati e idrossidi. Il Fe nel suolo è presente in elevate quantità (circa il 
5%), soprattutto sotto forma di ossidi, idrossidi, silicati e carbonati.  I suoli 
acidi sono quelli che presentano maggior quantità di Fe in soluzione mentre 
l’alcalinizzazione comporta la formazione di composti insolubili quali 
Fe(OH)
2
+
 e Fe(OH)
3
. Il Fe può essere liberato anche in forma ridotta (Fe
2+
), 
in questo caso presenta la capacità di entrare nei fillosilicati ed è soggetto 
alla lisciviazione come bicarbonato. La sostanza organica è capace di 
chelare il ferro influenzando la sua mobilità. Il Mn, è un elemento presente 
in minerali primari ferro magnesiaci, e secondari pirolusite e manganite, è 
presente con una media di 600 mg kg
-1
 e lo stato di ossidoriduzione dipende 
dal pH, sostanza organica, umidità e attività biologica. L’alluminio, dopo 
ossigeno e silicio è l’elemento più abbondante nel suolo, ioni dell’Al
3+
3
 
 
 
 
 rilasciato dai minerali per azione di agenti chimici vengono idratati da 6 
molecole di acqua che vanno a disporsi ai vertici di un ottaedro. Lo ione 
idrato Al(OH
2
)
6
3+
 che si forma è una acido di Bronsted -Lowry capace di 
cedere protoni all’acqua. La sua acidità è paragonabile a quella dell’acido 
acetico. I prodotti idrolitici dell’alluminio possono essere Al
3+
, AlOH
2
+
, 
Al(OH)
2
+
, Al(OH)
3
+
, Al(OH)
4
-
 (Sequi P. 2005)  
 
 
1.1.2 La sostanza organica  
La sostanza organica è un costituente tipico del suolo, anche se la sua 
percentuale in peso può variare enormemente in funzione del tipo di suolo e 
del suo grado di sviluppo, e della gestione del suolo. Ad esempio i suoli 
sabbiosi poco sviluppati present ano meno del l ’ 1% di sostanza organica 
mentre i suoli più evoluti sotto foreste o praterie possono avere un 
contenuto di sostanza organica tra il 10% e il 100% (Sequi P. 2005). La 
messa a coltura di un suolo si accompagna in genere ad una riduzione del 
contenuto di sostanza organica. 
La sostanza organica del suolo è costituita da residui di piante, animali e 
microrganismi in vari stadi di decomposizione, sostanze prodotte dal 
metabolismo degli organismi viventi e sostanze umiche. Inoltre la sostanza 
organica del suolo è presente in un suolo in fase solida o disciolta in 
soluzione; comunque, una quota variabile è presente in forma polifasica.  
La sostanza organica del suolo ha proprietà fisiche, chimiche e biologiche 
notevoli. Da un punto di vista fisico, essa contribuisce alla formazione e al 
mantenimento della struttura del suolo sia alla micro- sia alla macroscala, 
fungendo da cemento tra le particelle inorganiche. Da questo punto di vista 
essa si oppone all’erosione idraulica ed eolica e alla lisciviazione. Dal punto 
di vista chimico, la sostanza organica è una componente molto reattiva che 
partecipa all’alterazione dei minerali, conferisce un potere tampone al suolo, 
ha una propria capacità di scambio ionico, ed è la riserva di nutrienti per 
piante e microrganismi. 
L'humus è costituito per l'80% da acidi umici e polisaccaridi, si forma 
durante la degradazione microbica della sostanza organica. Esso è anche 
composto  da  prodotti di sintesi   degli   stessi  microrganismi contenuti nel
4
 
 
 
 
 suolo. Gli acidi umici possono essere definiti come la parte di humus solubile 
in ambiente basico, che precipita a pH compreso tra 1 e 2. Tutto ciò che 
invece rimane in soluzione viene indicato come acidi fulvici. Gli acidi umici 
sono polimeri polifenolici legati ad amminoacidi, peptidi, ed altri composti 
organici, caratterizzati da una elevata diversità a causa dei gruppi che li 
costituiscono e delle condizioni ambientali in cui si formano; tipicamente 
presentano gruppi funzionali comuni, principalmente COOH ed OH, che 
conferiscono loro proprietà comuni ad alcune molecole prodotte da funghi e 
attinomiceti.  
I polisaccaridi, sono metaboliti prodotti da diversi organismi e sono 
normalmente soggetti a decomposizione, anche se alcuni di essi sono 
recalcitranti alla degradazione microbica tanto che costituiscono dal 10 al 
30% dell'humus. I polisaccaridi che costituiscono le piante e quelli risultanti 
dai processi metabolici dei microrganismi rappresentano, in ogni loro stadio 
di degradazione, un potenziale componente stabile della frazione umica del 
suolo. A causa dell'attività enzimatica microbica, si possono realizzare 
scissioni e condensazioni che formano catene più resistenti che, cationi ed 
argille, risultano più stabili (Martin, Focht 1995). Polisaccaridi contenenti 
amminozuccheri possono legarsi ad acidi liberi o con sostanze umiche 
formando composti più recalcitranti e stabili di quelli di partenza. Anche i 
polisaccaridi di membrana a catena lineare possono promuovere 
l'aggregazione legandosi direttamente con polimeri fenolici del suolo o con 
gruppi amminici liberi e formare composti stabili.  
 
1.1.3 Gli organismi e l’attività biochimica  
Il suolo è un corpo naturale che ospita un’elevatissima biodiversità. La 
maggior parte degli organismi si rinviene entro gli orizzonti superficiali del 
suolo, a nc he s e l a l o r o pr e s e nz a è l e gat a al l a di s po ni bi l i t à degli spazi 
biologici.  
La presenza di organismi nel suolo dipende dalle condizioni climatiche, 
fisiche e chimiche di ciascun suolo. Alla comunità biologica di un suolo 
appartengono virus, batteri, funghi, attinomiceti, protozoi (flagellati e 
ciliati), nematodi, enchitreidi, lombrichi, ed insetti che svolgono in esso 
tutto o parte del loro ciclo vitale.
5
 
 
 
 
 I più rappresentati in termini di specie sono i batteri (eubatteri, archea), 
che possono essere presenti in densità dell’ordine di 10
7-8
 per g di suolo, di 
cui meno del 5% è coltivabile. Il secondo gruppo in termini di abbondanza è 
quello dei funghi microscopici che estendono le loro ife negli spazi tra gi 
aggregati; 1 g di suolo può ospitare fino a i 100 m di ife fungine e 10
4-6
 
spore. La presenza delle alghe è legata principalmente all’umidità del suolo. 
I protozoi possono essere presenti a densità dell’ordine di 10
3-4
 cellule per g 
di suolo e sono in genere predatori. I nematodi hanno generalmente 
dimensioni comprese tra 0,4 e 2 mm  e possono essere presenti in numero 
di 10
5-6
 individui per m
2
 di suolo. Dal punto di vista trofico sono parassiti di 
piante ed animali o saprofiti nutrendosi di batteri, alghe o protozoi. Gli 
anellidi enchitreidei sono lunghi da 2 a 35 mm e sono in genere saprofiti che 
si nutrono di lettiera e sostanza organica o di nematodi. I lombrichi sono in 
genere geofagi che si nutrono di sostanza organica in decomposizione e dei 
minerali presenti in essa. Isopodi, miriapodi ed insetti sono presenti nel 
suolo soprattutto con le loro larve possono essere presenti in una densità 
dell’ordine 10
4-5
 individui per ettaro, che si nutrono di lettiera, sostanza 
organica e residui legnosi (Amato, Migliozzi, Mazzoleni, 2004). 
L’attività biochimica del suolo dipende dalla presenza di enzimi che, rilasciati 
attivamente o passivamente dagli organismi sono stabilizzati dai colloidi e 
protetti dalla degradazione chimico-fisica. Tutti i suoli manifestano attività 
enzimatica in dipendenza dalle loro proprietà e dell’intensità dei processi 
biologici che in esso si svolgono. L’importanza dell’attività enzimatica del 
suolo è legata alla diversità degli enzimi, alla specificità per i loro substrati e 
alla capacità di catalizzare le reazioni a temperature e pH anche molto 
lontani dalle condizioni ottimali, anche se la velocità delle reazioni dipende 
dall’integrità della struttura, dalla presenza di cofattori ionici quali ad 
esempio Fe
2+
, Mg
2+
, Mn
2+
, Cu
2+ 
Ni
2+ 
e dalla presenza di inibitori. Le attività 
enzimatiche maggiormente determinate nel suolo sono ossidoriduttasi, 
idrolasi, liasi e transferasi(Sequi P. 2005). Burns (1982) ha chiarito come 
l’attività catalitica del suolo sia il risultato dell’attività di enzimi associati a 
cellule proliferanti (animali, vegetali, microbiche), enzimi associati a cellule 
non proliferanti (spore microbiche e cisti protozoiche), enzimi extracellulari, 
enzimi fuoriusciti da cellule o da residui cellulari, enzimi temporaneamente 
associati a substrati, enzimi adsorbiti su particelle argillose o associati a
6
 
 
 
 
 colloidi umici. A causa della capacità del suolo di stabilizzare gli enzimi in 
forma attiva, è difficile stabilire utilizzando i metodi oggi disponibili il 
contributo delle diverse frazioni all’attività totale misurata (Nannipieri, 
1996). Molto importante sarà in futuro riuscire a determinare il contributo 
dell’attività enzimatica intracellulare al fine di meglio i n t e r p r e t a r n e il 
significato in termini ecologici, per monitorare i cambiamenti naturali e 
antropogenici che avvengono in esso (Nannipieri, 1994). L’attività 
deidrogenasica, in quanto necessita dei cofattori come NAD, NADP, FAD o 
FMN, dovrebbe essere eminentemente intracellulare o associato all’attività 
microbiologica del suolo (Sequi 2005). Tra le attività enzimatiche del suolo, 
le idrolasi sono ritenute di particolare importanza per i cicli biogeochimici 
dei maggiori nutrienti e per la nutrizione vegetale. Ad esempio, gli esteri 
fosforici e solforici organici sono idrolizzati da fosfatasi e solfatasi, 
rispettivamente, così come le glicosidasi liberano glucosio e suoi epimeri 
dalle catene polisaccaridiche. Ad esempio, Tarafdar e Jungk (1987) e Gilbert 
et al. (1999), hanno stimato che l’attività fosfomonoesterasica può essere 
responsabile di una quota variabile tra il 30 e lo 80% del P assimilabile dalle 
colture. L’importanza degli enzimi nel suolo è data anche dalla loro capacità 
di idrolisi verso composti organici tossici o comunque di natura xenobiotica 
quali erbicidi e pesticidi. Il suolo è dunque la sede di importanti processi che 
reggono delicati equilibri ambientali. Per genesi ed ecologia il suolo è una 
risorsa non rinnovabile, ma anche difficilmente recuperabile quando sia 
stato definitivamente persa o gravemente compromessa.
7
 
 
 
 
 
 
 
   O: da organico, composto da materia organica in via di 
decomposizione (foglie e radici morte, escrementi, et c...). 
Non presenta componente minerale, ed è costituito in 
pratica dalla lettiera, ed è perciò maggiormente presente in 
suoli di forestali. 
    A: è un orizzonte di superficie, composto sia da frazione minerale 
che organica. Questo orizzonte viene intensamente alterato 
e rimescolato da radici e pedofauna 
 B: orizzonti minerali, differenziati ad opera dei vari processi di 
pedogenesi; possono verificarsi semplici fenomeni di 
alterazione oppure si può avere illuviazione. 
 C: è un orizzonte relativamente poco interessato da processi 
pedologici; mancano, in genere, i segni dell'alterazione ad 
opera di organismi e, di conseguenza, è quasi totalmente 
minerale 
 R: non è propriamente un orizzonte pedologico, è costituito dalla 
roccia madre 
 
 
 
 
 
 
(b) 
 
Figura 1. Orizzonti del suolo (a).  Orizzonti in un suolo reale (b) 
 
a