L’acqua riveste una importanza fondamentale per gli esseri viventi:
-per le sue proprietà di solvente,
– come substrato o composto intermedio di reazioni chimiche,
– per il trasporto a lunga distanza dei soluti (traslocazione dei soluti).
L’ASSORBIMENTO DEI NUTRIMENTI
Le piante terrestri presentano un apparato radicale che si spinge nel terreno, che è un substrato più o meno ricco di acqua, dal quale l’acqua viene assorbita per compensare quella che viene persa tramite le foglie per traspirazione.
La traspirazione incontrollata tramite le foglie tenderebbe a causare una disidratazione dei vegetali terrestri, che per evitare questo hanno evoluto degli importanti sistemi di controllo della perdita eccessiva di acqua. L’adattamento principale è rappresentato da un rivestimento impermeabile ed idrorepellente costituito da cutina, suberina e cere, che protegge i tessuti vegetali esposti all’ambiente esterno.
La traspirazione avviene in maniera controllata tramite aperture presenti sulla superficie delle foglie (stomi) e dei fusti (lenticelle), che consentono gli scambi gassosi con l’atmosfera necessari per la fotosintesi e la respirazione. Le piante solitamente durante la loro vita necessitano di elevati quantitativi di acqua che assorbono dal terreno tramite le radici. Si è calcolato che una pianta di grano tenero (Triticum aestivum) durante la sua vita assorba e traspiri fino a 115 litri di acqua ed una pianta di pomodoro (Lycopersicon esculentum) fino a 150 litri, mentre un girasole (Helianthus annus) assorbe 1 litro di acqua al giorno ed una quercia (Quercus) 100 litri di acqua al giorno. Si è calcolato
inoltre che un bosco esteso per un km quadrato, costituito da alberi adulti, immetta in una giornata estiva 7500 tonnellate di acqua. nell’atmosfera
POTOMETRO
POTOMETRO
Dispositivo che viene
utilizzato in fisiologia
vegetale per determinare
la quantità di acqua che in
particolari condizioni e
durante un certo tempo
viene assorbita da una
pianta intera o da un suo
ramo staccato.
• Evaporazione: il processo mediante il quale l’acqua passa dallo stato liquido a quello di vapore. Il tasso di evaporazione dipende dalla quantità della radiazione solare, dalla temperatura dell’aria e dell’acqua, dall’umidità dell’aria e dalla velocità del vento.
• Traspirazione: il processo mediante il quale l’acqua assorbita dalle radici delle piante dal terreno evapora attraverso i pori o gli stomi sulla superficie delle foglie e dei fusti.
• Intercettazione: il processo attraverso il quale l’acqua trattenuta sulla superficie di foglie, rami e tronco durante e dopo la pioggia evapora direttamente nell’atmosfera.
Spesso viene espressa come percentuale delle precipitazioni annuali (rapporto di intercettazione).
• Evapotraspirazione: termine che descrive la perdita totale di acqua per evaporazione dal terreno, inclusa quella persa per intercettazione e traspirazione dovute alle piante.
Nei vegetali è presente un flusso continuo di acqua che procede dal terreno all’atmosfera chiamato continuum suolo – pianta – atmosfera.
La pianta è in grado di controllare questo flusso e può indirizzare una parte dell’acqua verso le radici attraverso il trasporto floematico.
Il movimento dell’acqua tra il suolo, la pianta e l’atmosfera si basa sul potenziale idrico Ψw che è una pressione, determinata da componenti
osmotiche (che sono dovute alla concentrazione dei soluti), di matrice, idrostatiche e di altitudine.
Il potenziale idrico causa lo sviluppo di vere proprie correnti la cui velocità supera largamente quella dei semplici fenomeni di diffusione.
L’acqua si muove all’interno della radice dapprima in senso radiale procedendo dal suolo verso il centro della radice (stele), secondo un gradiente del potenziale idrico che assume un valore che oscilla da qualche bar ad una frazione di bar. La velocità con la quale l’acqua è assorbita dipende dall’area della superficie radicale che assorbe e dalla differenza del potenziale idrico Ψw che esiste tra il terreno e l’interno della radice. L’ingresso di acqua si verifica soprattutto in corrispondenza della zona assorbente della radice, dove si addensano i peli radicali che aumentano notevolmente l’estensione dell’area di assorbimento che viene in contatto con il suolo.
Le zone apicali della radice sono quelle più attive dal punto di vista metabolico e dell’assorbimento di acqua e di ioni in essa disciolti. Se si procede lungo l’asse della radice si registra un declino dell’assorbimento di acqua spostandosi dall’apice verso la parte superiore.
La riduzione dell’assorbimento di acqua influenza l’assunzione di ioni da parte della superficie della radice ed il trasporto radiale attraverso la corteccia della radice.
Nella pianta il potenziale idrico Ψw si può rappresentare in questo modo: Ψw = Ψp + Ψs + Ψm
Ψp – è il potenziale di pressione, che corrisponde alla pressione idrostatica, può assumere un valore positivo come nel caso della pressione di turgore esercitata dall’acqua all’interno delle cellule, oppure può avere valore negativo come accade nello xilema delle piante che traspirano.
Ψs – è il potenziale osmotico che è dovuto alla presenza di soluti che determinano una riduzione dell’attività dell’acqua e una riduzione del potenziale chimico.
Ψm – è il potenziale di matrice dovuto alle forze di imbibizione o adsorbimento di acqua, quindi anche a fenomeni di capillarità e di idratazione.
Ψm è importante nel suolo, ma all’interno delle cellule vegetali assume un valore trascurabile, per questo l’equazione del potenziale idrico si può ridurre a: Ψw = Ψp + Ψs
Il movimento dell’acqua nella pianta è determinato dal valore di Ψw
L’acqua si sposta da zone dove il valore del potenziale idrico Ψw è più alto verso zone dove è più basso. Per la maggior parte degli alberi il gradiente del potenziale idrico è compreso tra 0,05 e 0,2 atm/m.
Il trasporto dell’acqua dalle radici alle foglie deve compensare le perdite di vapore dovute alla traspirazione. Nelle ore notturne l’assorbimento radicale dell’acqua è dovuto soprattutto alle forze osmotiche ed al trasporto delle membrane, mentre durante il dì è la traspirazione a richiamare l’acqua verso le parti alte delle piante. La traspirazione provoca infatti l’instaurarsi di una pressione idrostatica negativa nello xilema. I tessuti conduttori consentono una risalita piuttosto rapida dell’acqua all’interno del fusto, la cui velocità varia comunque da specie a specie. Nelle conifere la velocità si aggira intorno 1,2 m.h-1 in latifoglie come il pioppo la velocità varia da 1 a 6 m.h-1 , nel frassino da 4 a 44 m.h -1 , nelle piante erbacee da 10 a 60 m.h-1 , in piante lianose si arriva a 150 m.h-1.
L’acqua si sposta verso l’interno della radice, muovendosi prima per via apoplastica e poi, dopo la banda del Caspary per via simplastica, attraversando i plasmodesmi che collegano le cellule adiacenti. Gli elementi nutritivi presenti nelle soluzioni del suolo vengono assorbiti dalla pianta attraverso le radici e poi trasportate fino alla chioma della pianta attraverso lo xilema. Le radici secernono a loro volta nel terreno varie sostanze elaborate dalla pianta tra cui figurano fenoli e acidi organici (acido malico, acido caffeico, etc.). Gli ioni disciolti nelle soluzioni liquide presenti nel suolo muovendosi grazie afenomeni di flusso di volume raggiungono i peli radicali dai quali vengono facilmente assorbiti con l’acqua. In parte passono attraverso l’apoplasto muovendosi lungo le pareti cellulari della corteccia della radice.
Ioni importanti come K+ Mg 2+, Cl- ed NO3- penetrano facilmente attraverso i peli radicali, mentre elementi come Calcio, Boro, Silicio ed in parte anche lo ione Sodio (Na+) transitano inizialmente lungo le pareti cellulari del parenchima corticale, ma saranno poi costretti dalla banda del Caspary ad attraversare la membrana plasmatica ed a muoversi nel simplasto. Da parte della membrana cellulare si manifesta una selettività nell’assorbimento dei singoli ioni e vi è poi la possibilità di accumulo dei nutrienti assorbiti in modo che la concentrazione degli ioni entrati nelle cellule può superare quella del mezzo esterno. Questo si ottiene tramite meccanismi di trasporto attivo. Alcuni composti dell’Alluminio, del Calcio e del Silicio possono precipitare all’interno dell’apoplasto e dei vacuoli.
LA GENESI DEL SUOLO
Il processo di formazione del suolo prende il nome di pedogenesi, esso è la risultante di una lunga serie di processi che comportano decomposizione di materiali organici, alterazione minerale, apporto di nuove componenti, migrazione verticale di composti, etc. L’acqua che circola nel terreno svolge un ruolo fondamentale nel processo di pedogenesi, essa determina l’alterazione chimica e la disgregazione del substrato roccioso originario (roccia madre) e ridistribuisce i composti minerali ed organici solubili, causando la formazione di livelli omogenei all’interno del suolo. Questi livelli vengono definiti orizzonti e la loro successione verticale prende il nome di profilo del suolo. Questa suddivisione verticale in livelli può essere evidenziata facilmente effettuando tramite degli scavi dei tagli verticali dei suoli.
PROFILO DI UN SUOLO NATURALE
Lo studio delle caratteristiche dei diversi orizzonti consente di ricostruire la genesi di un suolo poiché ogni strato riflette l’azione di fenomeni pedogenetici che in esso hanno agito. Gli orizzonti vengono indicati con delle lettere maiuscole che possono essere seguite da un numero nel caso che essi siano ulteriormente suddivisi in suborizzonti. La formazione dei suoli dipende in primo luogo dalla natura della roccia madre e poi dall’inclinazione del pendio, in quanto se il versante è ripido l’acqua penetra scarsamente e l’alterazione del substrato roccioso risulta superficiale, in questo caso si hanno suoli poco profondi ed immaturi. Se la pendenza è elevata tendono ad attivarsi fenomeni erosivi che per azione della gravità trasportano a valle i detriti che dovrebbero costituire il suolo.
Alla formazione del suolo concorrono in maniera fondamentale gli organismi decompositori che sono responsabili della mineralizzazione, cioè della trasformazione della sostanza organica in sostanza inorganica. La fertilità dei suoli dipende in maniera essenziale anche dall’azione dei batteri azotofissatori che prelevano l’azoto dall’aria e lo convertono in composti utilizzabili dai vegetali. Gli elementi del clima, in particolare le precipitazioni e la temperatura risultano decisivi per i processi di pedogenesi. La presenza di acqua facilita l’azione
degli organismi decompositori ed attiva molte reazioni chimiche. Anche la temperatura elevata favorisce l’azione dei micorganismi ed accelera l’alterazione dei minerali. Un suolo si definisce maturo quando in presenza di condizioni costanti non subisce più modificazioni
IL PROFILO DI UN SUOLO
Nel profilo di un suolo si possono trovare due o più dei seguenti orizzonti:
O- orizzonte organico che può essere distinto in: O1 lettiera ancora integra, i cui componenti sono ancora riconoscibili ad occhio nudo; O2 materiali organici in decomposizione, non più riconoscibili nella loro struttura originaria.
A – orizzonte organico-minerale costituita da sostanza organica umificata legata alla frazione minerale. Il colore è in genere bruno scuro per la presenza di humus.
E- orizzonte minerale, di colore grigio cenere, nel quale la caratteristica più appariscente è la perdita di argilla, Fe, Al o sostanza organica, in
seguito a processi di eluviazione, con accumulo relativo di minerali poco alterabili (quarzo, tormalina, etc.) in cristalli delle dimensioni delle sabbie e dei limi.
B- orizzonte minerale che differisce dall’orizzonte C sottostante per un’alterazione maggiore dei minerali e per un accumulo di argilla, materiali organici o ossidi provenienti dall’orizzonte superficiale e trasportati dall’acqua. Si possono avere differenti tipi di orizzonti B (cambico, argillico, ecc.) a seconda del processo pedogenetico che ne ha determinato la formazione.
C – orizzonte di alterazione prevalentemente fisica della roccia madre, in genere incoerente o poco coerente.
R – roccia madre in posto, non alterata.
Un suolo che si trova nei primissimi stadi di evoluzione, in cui l’alterazione chimica è ancora molto debole e prevale ancora l’alterazione fisica della roccia madre viene definito litosuolo o regosuolo a seconda che sia formato da rocce compatte (calcare,
granito, etc.) o da materiali incoerenti (sabbie, argille, etc.).
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