La sostanza organica del terreno è l'insieme dei composti organici presenti nel suolo, di origine sia animale che vegetale. Questo insieme, eterogeneo sotto diversi aspetti, è in gran parte compreso fra i costituenti della frazione solida ed è di prevalente origine biologica.
Identificazione e classificazione Data la notevole variabilità dei componenti della sostanza organica non è possibile inquadrarla con una definizione che sia al tempo stesso sintetica ed esaustiva. La stessa attribuzione di un'origine biologica sarebbe di per sé riduttiva in quanto una quota, sia pur minima, è di origine sintetica. L'unica proprietà inconfutabile che identifica un componente della sostanza organica è la presenza del carbonio organico, ossia con un numero di ossidazione inferiore a +4.
Fanno parte dell'insieme della sostanza organica: la biomassa vivente, costituita da tutti gli organismi viventi presenti nel suolo (animali, radici dei vegetali, microrganismi); la biomassa morta, costituita dai rifiuti e dai residui degli organismi viventi presenti nel terreno e da qualsiasi materiale organico di origine biologica, più o meno trasformato e apportato dall'uomo; nel terreno si trova in stato più o meno avanzato di decomposizione (residui della vegetazione, carcasse di animali, fertilizzanti organici, deiezioni, ecc.); sostanza organica di natura sintetica, costituita da prodotti derivati da una sintesi industriale e apportati più o meno volontariamente dall'uomo (plastica, residui di fitofarmaci, concimi organici di natura sintetica, ecc.); il loro ruolo nella dinamica della sostanza organica è strettamente dipendente dalla biodegradabilità, che a sua volta dipende dalla complessità strutturale dei componenti e dalla presenza di microrganismi in grado di aggredirli (in particolare Attinomiceti); humus, un eteropolimero prodotto da una rielaborazione microbica della sostanza organica decomposta a partire da composti organici semplici e nuclei di condensazione aromatici di bassa biodegradabilità, questi ultimi derivati per lo più dalla decomposizione microbica delle lignine.
La classificazione della sostanza organica in pedologia segue due differenti approcci: il primo distingue la sostanza organica in tipi sulla base di caratteristiche morfologiche quali alcune proprietà chimiche, l'aspetto esteriore, la presenza di determinati organismi viventi e fa riferimento ad un aspetto specifico della sostanza organica; il secondo invece è di carattere più generale in quanto distingue la sostanza organica in classi sulla base del grado di decomposizione.
Classi di sostanza organica (terreno)
La classificazione secondo classi è un approccio più funzionale in quanto prende in esame lo stadio di evoluzione delle trasformazioni nell'ambito del ciclo del carbonio e si adatta ad essere applicata in un ambito più vasto di quello precedente. Per contro, la demarcazione delle diverse classi non è molto netta a causa della complessità e della sovrapposizione dei processi di decomposizione del terreno
Si distinguono quattro classi, non tutte indicate con una denominazione specifica:
La prima classe, detta spesso edaphon, è la sostanza organica costituita dalla biomassa vivente e, quindi, dall'insieme degli organismi viventi presenti nel suolo (pedofauna, apparati radicali delle piante, microflora batterica e fungina. La composizione dell'edaphon è fondamentale in quanto può condizionare notevolmente lo sviluppo delle trasformazioni successive. La seconda classe è la sostanza organica non decomposta costituita dalla biomassa morta. Le caratteristiche intrinseche dipendono strettamente dalle condizioni ambientali e dalla cenosi edafica: nei suoli forestali prevalgono i residui della parte aerea delle piante, per lo più rami e foglie, ma possono esserci marcate differenziazioni secondo le caratteristiche del bosco, che può favorire o meno lo sviluppo di un sottobosco erbaceo; nei suoli naturali ricoperti da vegetazione prevalentemente erbacea (prateria, pascolo) prevalgono i residui degli apparati radicali, in particolare con vegetazione prevalentemente composta da graminacee; nei suoli agrari si può notare un'estrema variabilità in funzione delle tecniche adottate; in generale si delinea un ruolo fondamentale per gli apparati radicali delle piante, ai quali si aggiungono eventualmente i residui colturali e altri materiali organici incorporati con le lavorazioni. La terza classe è la sostanza organica in via di decomposizione. Si tratta della classe meno delineata a causa della eterogeneità e complessità dei processi in corso, che risentono anche della forte differenziazione in funzione delle condizioni ambientali. In generale si osserva un grado più o meno avanzato di decomposizione, ma con la possibilità di identificare ancora il materiale organico di provenienza. Nei suoli forestali sono facilmente individuabili i miceli fungini che permeano il materiale in decomposizione. La quarta classe s'identifica con l'humus, in altri termini con il prodotto finale delle trasformazioni che non confluiscono nella mineralizzazione e che vedono la rielaborazione, la polimerizzazione e la condensazione dei composti organici semplici attuate da una parte della pedofauna e, soprattutto, dalla microflora edafica. Nella letteratura si suole spesso distinguere due sottoclassi che fanno riferimento al rapporto con la frazione minerale del suolo: humus stabile: è rappresentato dall'humus legato alla frazione minerale con formazione di complessi argillo-umici; humus labile: è rappresentato dall'humus non incorporato nella frazione minerale, dalla quale può essere separato con mezzi fisici; secondo alcuni autori questa sottoclasse rappresenta uno stadio prematuro della fase finale dell'umificazione e andrebbe a rigore inserito nella terza classe.
Le quattro classi della sostanza organica sono presenti in tutti i suoli in cui è attivo un processo di decomposizione e umificazione, tuttavia, a parte l'edaphon non sempre sono di facile identificazione. Fanno eccezioni i suoli forestali, nei quali in genere si verifica una marcata demarcazione delle classi lungo il profilo del suolo, con l'eccezione della prima, che per sua natura si sviluppa in parte fuori dal suolo, in parte negli orizzonti superficiali. La seconda classe si localizza nel sottorizzonte L dell'orizzonte O (nella letteratura indicato anche come orizzonte Aooo) e rappresenta la lettiera indecomposta formata da foglie e rami. La terza classe si localizza nel sottorizzonte F dell'orizzonte O e rappresenta la lettiera in via di decomposizione, ricca di ife fungine e pedofauna. La quarta classe si localizza in parte nel sottorizzonte H dell'orizzonte O (humus labile) e in parte nell'orizzonte A (humus stabile).
Humus e sostanza organica
Come si evince dai paragrafi precedenti, la sostanza organica non s'identifica a rigore nell'humus, anche se spesso si tende ad usare i due termini come sinonimi.
La sostanza organica rappresenta l'insieme degli stadi del ciclo del carbonio che si contrappongono alla fase minerale. In generale il suo ruolo nelle proprietà fisiche e chimiche è secondario e indiretto quando si fa riferimento alle prime tre classi, per quanto sia fondamentale per influenzarne l'evoluzione. Fondamentale è invece il ruolo biologico ed ecologico.
L'humus rappresenta la parte della sostanza organica più attiva dal punto di vista fisico e chimico, influenza più o meno direttamente una parte considerevole della chimica del suolo ed è in stretta relazione con l'attività biologica di assorbimento degli elementi nutritivi. Attraverso i processi di umificazione e mineralizzazione, l'humus è in equilibrio con la sostanza organica del terreno e, sotto l'aspetto ecologico, rappresenta una deviazione reversibile del ciclo del carbonio.
Da quanto detto, è presumibile che una dotazione elevata di sostanza organica non si accompagni necessariamente ad un tenore elevato in humus, con riflessi fondamentali sulle proprietà chimiche del terreno. Un suolo può essere infatti soggetto ad un intenso accumulo di sostanza organica indecomposta a causa di una stentata umificazione o, al contrario, vedere una mineralizzazione rapida e intensa, che sottrae gran parte della sostanza organica ai processi finali dell'umificazione. Queste tendenze sono regolate dal concorso di molteplici fattori, fra i quali sono rilevanti i seguenti: le condizioni climatiche, con particolare riferimento alle precipitazioni, alla temperatura e, eventualmente, al loro decorso stagionale; il potenziale di ossidoriduzione del terreno; l'attività biologica e la composizione della biocenosi edafica; il rapporto C/N della sostanza organica indecomposta.
In passato si è cercato di quantificare questi concetti con i coefficienti isoumici che, almeno in linea teorica, rappresentano un modello di rappresentazione del bilancio della sostanza organica nel terreno, ma che per la complessità dei fattori in gioco ne rendono ardua l'applicazione ai fini pratici se non in linea del tutto approssimativa.
Funzioni della sostanza organica Fermo restando che le proprietà chimiche e fisiche si espletano in gran parte nello stato di humus, alla sostanza organica sensu lato si attribuiscono varie funzioni che, in generale, contribuiscono a migliorare la fertilità di un terreno.
Fra le funzioni fisico-meccaniche si segnalano da un lato gli effetti benefici sulla struttura e dall'altro l'attenuazione dei difetti derivanti da una tessitura non equilibrata: Attraverso la formazione dei complessi argillo-umici, la sostanza organica umificata migliora la struttura del terreno, specie in presenza di una buona dotazione in calcio, permettendo la formazione di aggregati strutturali primari di dimensioni ottimali e tali da far evolvere la struttura verso il tipo grumoso. Nei terreni sciolti migliora la capacità di ritenzione idrica. Va specificato in proposito che l'humus ha una capacità d'imbibizione tale da assorbire e trattenere quantitativi d'acqua fino a 20 volte il proprio peso. Nei terreni argillosi migliora la permeabilità e il rapporto fra macro e micropori e riduce la tenacità. Questi effetti derivano per lo più dal passaggio da una struttura granulare ad una struttura grumosa. In generale riduce la predisposizione all'erosione superficiale, sia per l'eventuale presenza di una lettiera, sia per la formazione di aggregati strutturali più stabili. Aumenta la capacità portante del terreno, riducendo i danni dovuti alla compressione esercitata dalle macchine agricole e dal calpestamento da parte di uomini e animali.
Fra le funzioni chimiche e fisico-chimiche si segnala in particolare il ruolo svolto nelle dinamiche che regolano la disponibilità e l'assorbimento degli elementi nutritivi, in gran parte dovuto all'aumento del tenore in colloidi: Aumento della capacità di ritenzione delle basi (potassio, calcio, magnesio) in virtù dell'elevata capacità di scambio cationico dell'humus. Aumento della capacità di ritenzione del fosforo per adsorbimento anionico. Aumento della capacità di ritenzione degli elementi nutritivi per assorbimento biologico. Questa funzione è fondamentale per il trattenimento degli elementi molto mobili (azoto e zolfo), ma in generale interessa anche gli altri elementi nutritivi, soprattutto quando il terreno ha una bassa capacità di scambio. Rallentamento delle dinamiche relative alla retrogradazione del fosforo. Protezione dei microelementi dall'insolubilizzazione grazie alla chelazione. Aumento del potere tampone Sequestro del carbonio atmosferico che fa del suolo un importante serbatoio di carbonioHaddaway, Neal R., et al. How Does Tillage Intensity Affect Soil Organic Carbon? A Systematic Review. Environmental Evidence, vol. 6, no. 1, Dec. 2017, p. 30, https://doi.org/10.1186/s13750-017-0108-9..