Antonio SCOPA | Chimica e biochimica agraria

Gli studenti potranno apprendere i fondamenti di chimica e biochimica del suolo e delle piante di interesse agronomico. Sarà dato anche risalto alle interazioni tra microorganismi e fauna del suolo e radici delle piante. Saranno affrontati sia i meccanismi di base che gli effetti della qualità e fertilità fisico-chimico-biologica del suolo sulle piante coltivate. Le lezioni saranno affiancate da discussioni, casi-studio ed esercitazioni di laboratorio. Al termine del corso, lo studente conoscerà le principali proprietà chimo-fisiche del suolo e delle piante, anche in relazione ai fenomeni di inquinamento e al cambiamento climatico globale; saprà inoltre riconoscere le alterazioni delle comunità microbiche e delle proprietà chimico-fisiche del suolo in base alle diverse pratiche agronomiche; comprenderà il concetto di “ciclo biogeochimico”, che determina il destino ambientale degli elementi chimici, in particolar modo negli agro-ecosistemi.

Conoscenza e capacità di comprensione: conoscenza e capacità di comprendere i principi generali che regolano, sia dal punto di vista qualitativo che quantitativo, il comportamento macroscopico del suolo e delle piante e la reattività dei loro composti inorganici e organici, il comportamento delle fasi pure, gli equilibri fisici e chimici, la struttura dei fillosilicati, le proprietà dei macronutrienti e dei micronutrienti, i legami chimici, nonché le interazioni intermolecolari e interparticellari del suolo; conoscenza e capacità di comprendere le relazioni chiave fra struttura e proprietà nel caso dei più importanti gruppi funzionali delle molecole inorganiche e organiche costituenti il suolo e le piante; conoscenza e capacità di comprendere gli aspetti applicativi delle nozioni studiate, in particolare quella relativa ai suoli e alla nutrizione delle piante coltivate.

Applicazione delle conoscenze e capacità di comprensione: capacità di lettura e scrittura delle formule dei più comuni composti inorganici e organici del suolo e delle piante; capacità di applicare le leggi fondamentali della chimica del suolo e della biochimica vegetale alla risoluzione di semplici problemi numerici e applicativi; capacità di identificare le principali proprietà fisiche e chimiche del suolo nelle fasi gassosa, liquida e solida; capacità di trattare in modo appropriato, sia a livello qualitativo che quantitativo, le proprietà generali degli equilibri tra suolo e piante coltivate; capacità di riconoscere i principali modelli dei meccanismi di degradazione, decomposizione, adsorbimento e capacità di scambio del suolo, e di identificare le proprietà principali della sostanza organica e della sua influenza sui suoli; capacità di trattare in modo appropriato i principali aspetti del metabolismo vegetale ai fini della interpretazione delle relazioni tra suolo, piante e microorganismi; capacità di identificare i meccanismi di degradazione dei suoli coltivati e gli effetti negativi sull’ambiente dovuti alla cattiva gestione dei suoli agrari; capacità di riconoscere e descrivere i fattori essenziali che controllano la cinetica delle reazioni chimiche e biochimiche in suolo e pianta; capacità di riconoscere e di interpretare le principali relazioni struttura/proprietà delle principali classi di suoli studiati.

Capacità di scegliere e giudicare (autonomia di giudizio): capacità di valutare e di applicare la procedura più idonea per risolvere semplici problemi numerici e applicativi; capacità di costruire le principali relazioni fra proprietà macroscopiche e microscopiche delle relazioni pianta-suolo; capacità di discriminare fra le differenti proprietà macroscopiche del suolo e delle piante e di applicarne la corretta interpretazione microscopica; capacità di prevedere le principali proprietà fisiche e le più marcate differenze nella reattività delle classi di composti inorganici e organici studiati.

Capacità di comunicazione: capacità di comunicare, organizzandole in modo logico, usando un linguaggio corretto e aiutandosi con pertinenti mezzi matematici e grafici, le conoscenze e le abilità acquisite.

Capacità di apprendere: capacità di raccogliere e organizzare in modo funzionale le informazioni ricevute durante le ore di lezione o ricercate sui testi consigliati e sulla letteratura disponibile.

Allo studente che accede a questo insegnamento è consigliato il possesso di una buona preparazione nei fondamenti della matematica, della fisica, della chimica generale e organica nonché di elementi di biologia vegetale. I prerequisiti vengono forniti dagli insegnamenti di base erogati durante il primo anno di corso.

Lezioni

Macromolecole biologiche: proprietà dell’acqua; carboidrati; amminoacidi e proteine; enzimi, loro funzionamento e regolazione; lipidi; nucleotidi e acidi nucleici.

Il suolo intorno a noi: funzioni del suolo; macroelementi e microelementi; profilo e orizzonti principali di un suolo; composizione e caratteristiche dei suoli.

Formazione del suolo: classificazione di rocce e minerali; disgregazione fisica; decomposizione chimica; fattori pedogenetici; bilancio di massa di un suolo.

Sostanza organica del suolo: riserve globali di carbonio; contenuto in sostanza organica dei suoli; fattori che determinano l’accumulo di C organico nel suolo; composizione in peso della biomassa del suolo; componenti della sostanza organica del suolo; processi di decomposizione, umificazione, mineralizzazione e fermentazione; struttura e composizione dell’humus e suoi principali gruppi funzionali; definizione di colloide; rapporto C/N (mineralizzazione e immobilizzazione); proprietà della sostanza organica e funzioni connesse nel suolo; principali gas serra; contributo dei suoli nel surriscaldamento globale.

Metabolismo energetico: trasformazioni chimiche nella cellula; gli organismi viventi e le fonti di energia; il glucosio come fonte di energia; glicolisi e le fermentazioni; ciclo dell’acido citrico; trasferimento di elettroni nella catena respiratoria; fosforilazione ossidativa e biosintesi dell’ATP; resa energetica dell’ossidazione completa del glucosio ad anidride carbonica e acqua; metabolismo di carboidrati, lipidi e amminoacidi.

Metaboliti secondari: terpeni e loro classificazione; fenoli e loro classificazione; composti azotati e loro classificazione.

Ciclo dell’azoto: riserve globali di azoto; forme di azoto nel suolo e nelle piante; processi biologici che regolano il ciclo dell’azoto nel suolo; metodo Kjeldahl e processo Haber-Bosch; azotofissazione, mineralizzazione, nitrificazione e denitrificazione; assimilazione del nitrato, assimilazione dell’ammonio, biosintesi degli amminoacidi; leguminose e noduli radicali; piante carnivore.

Ciclo del fosforo: riserve globali di fosforo; forme di fosforo nel suolo; eutrofizzazione; meccanismi di adsorbimento del fosforo nei suoli; assimilazione del fosfato; metodo Olsen; depurazione dei fosfati.

Altri nutrienti: ciclo dello zolfo; assimilazione dello zolfo; assimilazione dei cationi; energia e assimilazione dei nutrienti.

Proprietà fisiche e soluzione del suolo: tessitura e piramide della tessitura; struttura e aggregati; slaking e dispersione; densità e porosità; consistenza, temperatura e colore; soluzione del suolo (principali cationi e anioni); solubilizzazione/precipitazione e adsobimento/desorbimento.

Fillosilicati: piani; fogli tetraedrici e ottaedrici; tipi di pacchetti o strati; definizione di legame idrogeno, dipolo-dipolo e di van der Waals; cariche superficiali permanenti e variabili; sostituzioni isomorfe; le varie tipologie di fillosilicati (1:1, 2:1, 2:1:1, 2:2); struttura di caolinite, montmorillonite, vermiculite, illiti e clorite; superficie specifica e densità di carica dei diversi fillosilicati.

Adsorbimento del suolo: dispersioni colloidali; flocculazione e peptidizzazione; strato diffuso e modelli matematici; adsorbimento e scambio; caratteristiche delle reazioni di scambio cationico; capacità di cambio cationico e affinità di scambio; saturazione in basi; assorbimento anionico e suoi meccanismi.

Acidità, potenziale redox e salinità dei suoli: acidità attiva e di scambio; misurazione del pH e del calcare totale dei suoli; disponibilità di nutrienti in base al pH del suolo; equilibri acido-base che regolano il pH del suolo; equilibri chimici nei suoli calcarei; cause dell’acidità di un suolo; principali processi pedogenetici nei suoli acidi; cause della basicità di un suolo; potenziale redox; effetti di respirazione e fotosintesi sul potenziale redox dei suoli; flusso di massa e diffusione dell’aria nei suoli; suoli salini; cause della salinizzazione; correzione dei suoli salini; correzione dei suoli sodici.

Mobilitazione e assorbimento dei nutrienti: intercettazione radicale, flusso di massa, diffusione e loro calcolo; legge di Fick; attività radicale; la rizosfera; endo- ed ectomicorrize e loro ruolo; glomalina e funghi promotori della crescita delle piante; rizodeposizioni ed essudati radicali; acidificazione del suolo da parte delle radici; piante con fosforo-carenza e ferro-carenza; tolleranza delle piante all’alluminio.

Esercitazioni sul suolo: campionamento del suolo; analisi qualitative di un campione di suolo; valutazione della fertilità di un suolo; perché si analizza un suolo; variabilità; misure di respirazione, contenuto idrico, volume esplorato dalle radici; strumenti e software.

- Esercitazioni in laboratorio riguardanti analisi chimiche e biochimiche su suoli e piante.

Il corso prevede 84 ore di didattica tra lezioni ed esercitazioni. In particolare sono previste 64 ore di lezione in aula e 16 ore di esercitazioni guidate in laboratorio. Gli argomenti del corso saranno trattati con l’ausilio di presentazioni in PowerPoint sia per quanto riguarda le lezioni frontali sia per le esercitazioni di laboratorio. Il corso è organizzato nelle seguenti parti: 1) Didattica frontale: attraverso la somministrazione delle unità didattiche in aula lo studente acquisisce le conoscenze necessarie alla comprensione dei processi di natura chimica, pedologica, biochimica e microbica del sistema suolo-pianta. L'acquisizione delle conoscenze e la capacità di comprensione saranno costantemente monitorate, durante lo svolgimento delle lezioni frontali, attraverso una continua interazione tra docente e studenti. L'interazione docente-studenti, attività che si può ulteriormente concretizzare con specifici approfondimenti anche su problematiche di stretta attualità inerenti la disciplina insegnata, al fine di promuovere l'interesse, lo sviluppo di autonomia di giudizio e migliorare le abilità comunicative. (Lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso di 64 ore); 2) Esercitazioni: lo studente partecipa a esperienze di laboratorio e seminariali che hanno lo scopo di fornire indicazioni circa i parametri analitici utili alla previsione e interpretazione dei processi chimici e biologici che caratterizzano il sistema suolo-pianta. (Esercitazioni in laboratorio, obbligatorie, per complessive 20 ore).

La verifica dell'apprendimento dell'insegnamento di Chimica Agraria ed elementi di biochimica consiste nel riscontrare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati e avviene attraverso un colloquio finale che verte sugli argomenti svolti nel corso delle lezioni. Vengono poste 6 domande di base, due per ogni area tematica (chimica del suolo, biochimica agraria e pedologia). Partendo da questa struttura si procede agli eventuali approfondimenti relativi agli argomenti affrontati. La verifica deve essere superata in modo globale ed è necessario che il candidato raggiunga una valutazione sufficiente in ognuna delle 3 aree disciplinari caratterizzanti  questo corso. La durata della prova orale è valutabile in circa 30-40 minuti.  ???????

 AA.VV., 2003. Biochimica agraria, Scarponi L. Coord., Pàtron Editore, Bologna. Sequi P., Ciavatta C., Miano T. Fondamenti di Chimica del Suolo. Pàtron Editore AA.VV., 2005. Fondamenti di Chimica del Suolo, Sequi P. coord., Pàtron Editore, Bologna.Mengel K. e Kirkby E.A., 2001. Principles of Plant Nutrition. 5th Edition. Pp. 849. Kluwer Academic Publishers. Appunti dalle lezioni. In relazione ai contenuti e obiettivi formativi del corso saranno specificate le parti da approfondire maggiormente.

All’inizio del corso, dopo aver descritto obiettivi, programma e metodi di verifica finale, il docente raccoglie l’elenco degli studenti che frequentano il corso, corredato di nome, cognome, matricola ed email. Orario di ricevimento presumibile: lunedì-venerdì dalle 9.00 alle 11.00. Tali orari potranno variare in funzione di eventuali lezioni o impegni accademici che saranno comunicati in apposita bacheca e sul sito della SAFE. Oltre all’orario di ricevimento settimanale, il docente è disponibile in ogni momento per un contatto con gli studenti, attraverso la propria e-mail o mediante contatto telefonico.  ???????

https://unibas.esse3.cineca.it  Normalmente il terzo mercoledì del mese ad eccezione di Agosto. Eventuali variazioni, dovute a impegni accademici o lezioni, saranno comunicate via mail o in apposita bacheca e sul sito della SAFE.

Commissione di Esame:???????

Antonio SCOPA

Marios DROSOS

Adriano SOFO

Ippolito CAMELE

Maria NUZZACI

Giuseppe MARTELLI

Mauro DE NISCO