Adriano SOFO | Chimica e biochimica agraria

Italiano [il docente si riserva di svolgere parte delle lezioni in inglese, nel caso ci siano studenti provenienti dall'estero].

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 ed aiutandosi con pertinenti mezzi matematici e grafici, le conoscenze e le abilità acquisite.

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

Nessuno

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.

Pratica

- Casi-studio su suoli in sistemi agrari.

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

Il corso prevede 74 ore di lezioni (lezioni frontali, casi-studio, lavori di gruppo, ecc.) e 16 ore di esercitazioni (laboratorio e visite didattiche). Durante le attività di laboratorio, gli studenti, organizzati in squadre autonome, saranno chiamati ad analizzare, anche con specifiche relazioni, i casi-studio considerati nell'ambito di ciascuna esercitazione.

L'apprendimento sarà verificato sulla base di verifiche durante il corso (in itinere), dei lavori di gruppo su casi-studio specifici (in gruppi di massimo 4-5 studenti), sulla frequenza dei laboratori e delle visite didattiche e, infine, su un esame orale su tutti gli argomenti del corso. Se il voto complessivo non dovesse essere sufficiente (< 18/30), l’esame non sarà superato.

- Sequi Paolo, Ciavatta Claudio, Miano Teodoro. Fondamenti di Chimica del Suolo. Pàtron Editore. Pp. 296. ISBN: 9788855533621

- Pinton Roberto, Cocucci Maurizio, Nannipieri Paolo, Trevisan Marco. Fondamenti di Biochimica Agraria. Pàtron Editore. Pp. 392. ISBN: 9788855533225

- Materiale ed articoli forniti durante il corso.

- Appunti e slide di lezione.

Una parte del materiale didattico sarà reso disponibile online sul sito: http://docenti.unibas.it/site/home/docente/materiali-e-risorse.html?m=003255

- Ricevimento in studio in giorni/orari programmati (da martedì a giovedì).

- Per email (in qualsiasi momento) e/o videochiamate (previa prenotazione).

Date e orari degli appelli

01/02/2023 09:00

01/03/2023 09:00

03/04/2023 09:00

02/05/2023 09:00

01/06/2023 09:00

03/07/2023 09:00

02/08/2023 09:00

01/09/2023 09:00

02/10/2023 09:00

01/11/2023 09:00

01/12/2023 09:00

Eventuali modifiche e aggiornamenti di giorno e/o orario saranno pubblicate sul sito: http://docenti.unibas.it/site/home/docente.html?m=003255

Commissione d'esame

003255 SOFO ADRIANO (presidente)

SCOPA ANTONIO

DROSOS MARIOS

009387 MININNI ALBA NICOLETTA

000560 NUZZACI MARIA

Saranno organizzati dei seminari e dei webinar tematici con il coinvolgimento di esperti esterni.

La pianificazione delle lezioni, delle esercitazioni e delle modalità di esame potrebbe subire dei cambiamenti a causa dei possibili problemi correlati alla pandemia Covid-19. In tal senso, gli studenti saranno date comunicazioni in anticipo.