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ⓘ Potenziale idrico. Il potenziale idrico, in agronomia e pedologia, è un parametro differenziale che misura lenergia potenziale che ha lacqua presente nel suolo, ..




Potenziale idrico
                                     

ⓘ Potenziale idrico

Il potenziale idrico, in agronomia e pedologia, è un parametro differenziale che misura lenergia potenziale che ha lacqua presente nel suolo, in riferimento alle condizioni dellacqua libera. Questo parametro è impiegato per quantificare il lavoro che le piante devono spendere per lassorbimento radicale ed è di basilare importanza nei calcoli relativi allirrigazione. È convenzionalmente indicato con la lettera psi.

                                     

1. Definizione

Un determinato volume dacqua, al pari di tutti i corpi, possiede unenergia potenziale che esprime la sua attitudine a compiere un lavoro e dipende dalle forze a cui è soggetta. Questa attitudine è significativa solo se espressa in termini relativi, facendo riferimento ad una condizione standard.

LInternational Society of Soil Science ISSS definisce come potenziale idrico il lavoro, riferito allunità di volume dacqua, che si compie o si libera portando lacqua da un deposito di acqua pura, posto ad una determinata altezza condizione di riferimento, alle condizioni in cui si trova nel terreno, nel punto preso in considerazione. Tale definizione si applica facendo riferimento a condizioni standard di temperatura e pressione, ad un sistema termodinamico isolato e ad una quantità infinitesimale dacqua.

In condizioni ordinarie terreno non saturo lacqua presente nel terreno è soggetta ad una pressione inferiore rispetto a quella di uno specchio dacqua pura posto alla pressione atmosferica, in virtù delle forze aggiuntive che si esercitano sullacqua nel sistema terreno. Ne consegue che lacqua del terreno è, in condizioni normali, trattenuta con una pressione relativa negativa o tensione. Assumendo uguale a zero la condizione di riferimento, il potenziale idrico esprime una spesa energetica e assume perciò un valore negativo.

Facendo riferimento a condizioni standard, il potenziale idrico è espresso da un valore di pressione, come risulta dallanalisi dimensionale:

ψ = l a v o r o v o l u m e = F ⋅ L 3 = F L 2 = p {\displaystyle \psi ={\frac {lavoro}{volume}}={\frac {F\cdot L}{L^{3}}}={\frac {F}{L^{2}}}=p}

Per convenzione, il potenziale idrico si misura quindi in bar. Altre unità di misura si usano se invece si fa riferimento allunità di massa J/kg o allunità di peso dellacqua m o cm. In questultimo caso lanalisi dimensionale risulta come segue:

ψ = l a v o r o p e s o = F ⋅ L F = L {\displaystyle \psi ={\frac {lavoro}{peso}}={\frac {F\cdot L}{F}}=L}
                                     

2. Equazione analitica del potenziale idrico

Il potenziale idrico, inteso come potenziale totale, è la risultante del concorso di più componenti, che possono avere un differente peso. Analiticamente è espresso dalla seguente equazione:

Ψ = ψ 0 - ψ m - ψ π - ψ g + ψ s ± ψ x

dove è:

  • ψ g = potenziale gravitazionale, che assume sempre valori negativi;
  • ψ π = potenziale osmotico o di soluto, che assume sempre valori negativi;
  • Ψ = potenziale totale;
  • ψ 0 = potenziale di riferimento, convenzionalmente uguale a 0;
  • ψ x = altri componenti.
  • ψ m = potenziale matriciale o di matrice, che assume sempre valori negativi;
  • ψ s = potenziale idraulico o piezometrico o di sommersione, che assume sempre valori positivi;

Per motivi che sono indicati più avanti, in condizioni normali il potenziale gravitazionale ha una scarsa rilevanza e può essere trascurato; altresì può essere trascurato il potenziale osmotico, perciò alla determinazione del potenziale totale concorrono fondamentalmente il potenziale matriciale o il potenziale di sommersione. Queste due componenti sono fra loro incompatibili nello stesso punto del terreno:

  • il potenziale matriciale è dovuto alla tensione matriciale, ossia alla pressione negativa che la matrice solida del terreno esercita sullacqua acqua adsorbita sui colloidi o trattenuta per capillarità; la tensione matriciale si esercita perciò quando la porosità del terreno è occupata dallacqua solo in parte terreno non saturo;
  • il potenziale di sommersione è dovuto alla pressione che ha lacqua quando il terreno è saturo; in questo caso nel punto considerato si esercita una pressione positiva rilevabile con un piezometro dovuta sostanzialmente alla pressione idrostatica.

In base a quanto detto, in condizioni normali il potenziale idrico sidentifica, sia pure approssimativamente, con il potenziale di sommersione nei terreni saturi e con il potenziale matriciale nei terreni non saturi. In condizioni particolari è necessario prendere in considerazione anche altre componenti in quanto assumono unincidenza non trascurabile. Una sintesi dei casi più frequenti è riportata nella seguente tabella.

Come si può osservare dalla tabella, il potenziale idrico assume sempre valori negativi nei suoli non saturi, in quanto tutte le forze in gioco agiscono in modo additivo nel trattenere lacqua nel terreno. Nei suoli saturi, invece, le componenti concorrono controbilanciandosi; la risultante, positiva o negativa, dipende dai pesi delle componenti in gioco:

  • nei suoli non salini o con salinità bassa prevale il potenziale di sommersione; si può inoltre dire che le condizioni di saturazione determinano un dilavamento dei sali, con conseguente aumento del potenziale osmotico.
  • nei suoli salini il potenziale osmotico prevale su quello di sommersione; per questa ragione la maggior parte delle piante non si adatta a vivere nei suoli salini neppure in condizioni di elevata disponibilità dacqua;
  • nel caso della vegetazione ad alto fusto ha infine un ruolo determinante laltezza degli alberi, ma in generale prevale il potenziale gravitazionale anche con alberi alti poche decine di metri.

In definitiva, escludendo i casi particolari, la condizione più frequente è quella in cui il terreno non è saturo, il tenore salino è relativamente basso e la vegetazione non ha un notevole sviluppo in altezza. In queste condizioni si possono trascurare sia il potenziale osmotico sia il potenziale gravitazionale, identificando perciò il potenziale idrico nel potenziale matriciale.

                                     

3.1. Componenti del potenziale idrico Potenziale matriciale

Il potenziale matriciale o di matrice è generato dalla tensione matriciale, la pressione negativa risultante delle interazioni di interfaccia che si esercitano sullacqua del terreno e che sono riconducibili a due forme:

  • tensione superficiale dellacqua.
  • attrazione di superficie da parte dei colloidi idrofili del terreno;

La prima si manifesta con ladsorbimento dellacqua sulla superficie dei colloidi humus e minerali argillosi, la seconda con i fenomeni di capillarità che sono alla base della ritenuta idrica nei micropori. Lacqua del terreno è composta perciò da tre frazioni: una trattenuta dai colloidi per adsorbimento, una nei micropori per capillarità, una presente nei macropori e soggetta a forze estranee alla matrice del suolo e che sostanzialmente si riconducono alla forza di gravità e allosmosi.

In condizioni normali, con basse concentrazioni saline, quella dei macropori è acqua libera e il suo potenziale è nullo perché lunica forza che si esercita è la gravità. Le piante non esercitano sforzi per assorbire questa frazione che, anzi, può esercitare una pressione positiva in condizioni di saturazione.

Lacqua trattenuta nei micropori è soggetta ad una tensione; il suo valore è tanto più basso quanto maggiore è il raggio di curvatura dei menischi nellinterfaccia di separazione fra acqua e aria del terreno. Per sottrarre questo quantitativo dacqua le piante devono esercitare una forza di suzione compiendo un lavoro. La sottrazione dellacqua capillare provoca una maggiore curvatura dei menischi e, quindi un abbassamento della tensione; quando il raggio di curvatura raggiunge un valore critico una parte dellacqua capillare viene repentinamente sottratta in blocco e quella residua si assesta nei micropori formando un nuovo equilibrio; ne consegue che il meccanismo di suzione dellacqua dei micropori da parte delle piante procede in modo discontinuo, a sbalzi.

Lacqua adsorbita sui colloidi è soggetta ad una tensione ancora più bassa; il suo valore è tanto più basso quanto minore è il numero di strati molecolari che rivestono la superficie dei colloidi. Si è stimato che, ad un potenziale di -15 bar, lo spessore di questo velo dacqua è dellordine di 14 strati molecolari ; in queste condizioni la maggior parte delle piante priva di adattamenti xerofitici avvizzisce.

Sulla base di quanto detto, in condizioni di non saturazione, il potenziale matriciale ha un valore negativo ed è tanto più basso quanto minore è il contenuto dellacqua nel terreno. Le piante assorbono lacqua attingendo in modo preferenziale dalle tre frazioni citate, preferendo la frazione libera, soggetta a tensioni nulle.



                                     

3.2. Componenti del potenziale idrico Potenziale di sommersione

Il potenziale di sommersione o idraulico o piezometrico è generato dalla presenza di acqua libera che occupa tutti gli spazi vuoti del terreno. Questo potenziale può considerarsi nullo oppure positivo in quanto lacqua presente nei macropori non è soggetta a tensione. Al fine di quantificare il valore del potenziale, si può considerare il terreno alla stregua di una condotta idrica, perciò lenergia potenziale è determinata secondo le leggi della meccanica dei fluidi.

Ai fini pratici il potenziale di sommersione ha unimportanza limitata: fatta eccezione per le colture sommerse es. il riso, la saturazione del terreno è una condizione temporanea in quanto in breve tempo lacqua soggetta alla forza di gravità è destinata a percolare in profondità. Va in ogni modo ribadito che lapplicazione dellequazione del potenziale idrico, in queste condizioni, richiede limpiego del potenziale di sommersione in luogo del potenziale matriciale, anche se si tratta di un esercizio, fondamentalmente, di valenza teorica.

                                     

3.3. Componenti del potenziale idrico Potenziale osmotico

Il potenziale osmotico o potenziale di soluto è generato dalla tensione osmotica, forza con cui un soluto lega lacqua. Lacqua nel terreno non è mai allo stato puro, bensì è una soluzione in cui le molecole e gli ioni disciolti esercitano forze di attrazione elettrostatica sulle molecole dacqua riducendone lattività. La tensione osmotica è sempre negativa.

Il valore del potenziale osmotico, sempre riferito allunità di volume, si determina analiticamente applicando lequazione:

π = − m ⋅ i ⋅ R ⋅ T {\displaystyle \pi =-m\cdot i\cdot R\cdot T}

dove

  • i è il fattore di van t Hoff;
  • π è la tensione osmotica;
  • T è la temperatura assoluta.
  • m è la concentrazione molare;
  • R è la costante dei gas 8.3144 J mol −1 K −1;

A parità di condizioni, la tensione osmotica dipende dalla concentrazione salina della soluzione circolante m e dal fattore di van t Hoff, che esprime il grado di dissociazione elettrolitica. Il valore del fattore i è infatti direttamente proporzionale al numero di ioni prodotti dalla dissociazione e alla percentuale di dissociazione dellelettrolita. Ad esempio, per il cloruro di sodio è uguale a 2, per lacido solforico è uguale a 2.28, per un soluto polare non elettrolita è uguale a 1.

In condizioni normali la concentrazione salina della soluzione circolante nel terreno è inferiore all1 per mille e il potenziale osmotico assume valori di scarsa incidenza sul potenziale totale. Il suo valore si abbassa in modo più o meno sensibile al diminuire dellumidità in quanto la soluzione diventa più concentrata. Assume invece valori piuttosto bassi, fino a prevalere sullo stesso potenziale matriciale, nei terreni salini o nei suoli soggetti ad apporti di acque salmastre. Non va inoltre trascurata lincidenza del potenziale osmotico nei terreni soggetti a periodi di aridità più o meno prolungata: in questi terreni si verifica spesso un accumulo di sali, specie se interessati dalla risalita capillare di acque salse, condizioni che si verificano sovente nellItalia meridionale. Condizioni temporanee di salinità si possono verificare anche dopo laute concimazioni o abbondante distribuzione di liquami, in quanto aumentano la concentrazione della soluzione circolante determinando un abbassamento sensibile del potenziale osmotico.

                                     

3.4. Componenti del potenziale idrico Potenziale gravitazionale

Il potenziale gravitazionale è generato dalla posizione relativa dellacqua nel campo gravitazionale. Questa componente è di limitata importanza in quanto i dislivelli geometrici che le piante devono superare sono generalmente modesti e in ogni modo non è dinteresse in ambito agronomico. La sua incidenza diventa infatti rilevante solo per alberi alti decine di metri, in quanto il potenziale gravitazionale diminuisce di un bar ogni 10 metri daltezza.

                                     

4. Valori teorici e ordinari del potenziale idrico

Come visto nel paragrafo precedente, il potenziale idrico assume, nella maggior parte dei casi, un valore negativo. Occorre perciò fare attenzione al significato delle locuzioni potenziale alto e potenziale basso. Trattandosi di valori negativi, un potenziale alto basso in valore assoluto presuppone una bassa capacità di ritenuta dellacqua, perciò le piante effettueranno una modesta spesa energetica. Al contrario, se il potenziale è basso ossia alto in valore assoluto il terreno trattiene lacqua con forza le piante devono compiere un notevole sforzo per assorbire lacqua.

Lo stato di umidità di un terreno può variare dalla completa saturazione, che si realizza quando lacqua occupa tutti gli spazi vuoti, alla completa disidratazione che si realizza quando nel terreno resta esclusivamente lacqua incorporata stabilmente allinterno della matrice solida (ad esempio, lacqua incorporata nei reticoli cristallini. Questa seconda condizione, in realtà, si realizza solo in laboratorio, sottoponendo un campione di terreno ad essiccazione completa per riscaldamento a temperature superiori a 100 °C per alcuni giorni. Nella pratica, infatti, il contenuto dacqua nel terreno arido è il risultato di un equilibrio che sinstaura tra umidità relativa dellaria e umidità del terreno: esponendo un campione di terra, completamente disidratato, allaria si avrà un riassorbimento di umidità per il fenomeno delligroscopia.

Nelle due condizioni estreme il potenziale idrico varia entro un campo molto ampio, che va da un minimo di 0 bar, nel terreno saturo, ad un massimo di -10.000 bar nel terreno completamente disidratato. Adottando il Sistema Internazionale questi valori si esprimono in MPa, con un campo di variazione compreso fra 0 MPa e -10³ MPa.

Ai fini pratici, lampiezza del campo di variazione del potenziale idrico non si presta alluso di una scala lineare. Le variazioni di potenziale idrico di maggior interesse, in ambito agronomico, si collocano infatti entro poche decine di bar e, nella realtà pratica, raramente il potenziale idrico scende sotto il limite di -31 bar, valore in corrispondenza del quale la maggior parte delle piante non è in grado di sopravvivere. Per questo motivo le variazioni del potenziale idrico si esprimono su scala logaritmica.



                                     

5. pF

Nel 1935 R.K. Schofield propose luso di un indice numerico correlato, detto pF, in luogo del potenziale idrico. Il vantaggio del pF consiste nella semplicità della scala, in quanto il campo di variazione di questo indice è compreso fra un minimo pari a 0 ad un massimo pari a 7 ed è basato su una scala lineare.

Il pF è correlato al potenziale idrico, espresso in centimetri dacqua per mezzo delloperatore matematico p:

p F = − log ⁡ | Ψ | = log ⁡ 1 | Ψ | {\displaystyle pF=-\log {|\Psi |}=\log {\frac {1}{|\Psi |}}}

In altri termini, il pF è il cologaritmo del valore assoluto del potenziale idrico espresso come altezza in centimetri di una colonna dacqua. Si noti che la relazione che lega il pF al valore assoluto del potenziale idrico è la stessa che lega il pH alla concentrazione di ioni H + in una soluzione.

La corrispondenza fra pF e potenziale idrico è riassunta nella seguente tabella:

Poiché il metro dacqua e il bar si equivalgono a meno del fattore 10.197 1 bar = 10.197 mH 2 O, negli intervalli di variazione del potenziale idrico dinteresse agronomico si può approssimativamente far corrispondere il pF al cologaritmo del valore assoluto del potenziale espresso in bar.

                                     

6. Umidità e potenziale idrico

Sulla base di quanto si è detto in precedenza si può capire che la misura dellumidità del terreno non è sufficiente a valutare leffettiva disponibilità idrica per le piante. Questo valore, anzi, isolato dal contesto, è fuorviante: lo stesso valore di umidità può rappresentare una buona disponibilità idrica in un terreno sabbioso e invece provocare lappassimento della stessa pianta in un terreno argilloso o in uno terreno torboso. Daltra parte è emblematica linospitalità di uno stagno salato per la maggior parte delle piante: una pianta priva di adattamenti soffre di stress idrico o addirittura avvizzisce sulla sponda di uno specchio dacqua salata pur trovandosi in condizioni di elevata umidità.

Il motivo di tutto ciò risiede nel fatto che lo stesso quantitativo dacqua, presente in differenti terreni, è soggetto a forze differenti. Una maggiore tensione dellacqua in valore assoluto si traduce in un potenziale idrico più basso, per cui le piante devono esercitare uno sforzo più intenso per assorbire lacqua. In definitiva il concetto si sintetizza affermando che labbassamento del potenziale idrico riduce la disponibilità dellacqua.

Leffettiva disponibilità dellacqua è dunque determinata dal valore del potenziale idrico. Mettendo in relazione lumidità del terreno con il potenziale idrico si possono individuare alcuni valori notevoli definiti genericamente costanti idrologiche del terreno. Il termine costante indica che il valore notevole è una proprietà del terreno, anche se la definizione di costante è inappropriata per alcune di esse.

                                     

6.1. Umidità e potenziale idrico Capacità idrica massima

La Capacità idrica massima CIM è il valore di umidità corrispondente alla completa saturazione del terreno. Per convenzione si assume che il potenziale idrico a questo valore di umidità sia nullo e il pF tende a 0.

Quando il terreno è alla capacità idrica massima la tensione matriciale è nulla le piante assorbono lacqua contenuta nei macropori, soggetta esclusivamente alla forza di gravità fatta eccezione per le acque salmastre.

                                     

6.2. Umidità e potenziale idrico Capacità di campo

La capacità di campo o capacità di ritenuta idrica o capacità di ritenzione CC è il valore di umidità corrispondente alla piena saturazione dei micropori e allassenza totale dellacqua nei macropori. Sul valore del potenziale idrico associato alla capacità di campo gli Autori non concordano universalmente. Alcune fonti propongono un potenziale idrico di -0.1 bar pF≈2, altre valori differenti dipendenti dal tipo di terreno, ad esempio, da -0.06 bar di un terreno sabbioso pF≈1.8 a -0.3 bar di un terreno argilloso pF≈2.5, altre -0.33 bar pF≈2.53. In generale la letteratura riporta comunque valori compresi fra -0.1 bar e -0.3 bar.

Il terreno alla capacità di campo è considerato un valore ottimale di umidità in quanto rappresenta il punto di incontro fra le esigenze di equilibrio disponibilità dacqua e disponibilità daria, quelle relative allimmagazzinamento di riserve idriche stabili e quelle relative allo sforzo esercitato dalle piante nellassorbimento idrico. Lacqua in eccesso sopra la capacità di campo occupa i macropori, perciò è assorbita con maggiore facilità, tuttavia essendo soggetta a percolazione profonda non si conserva stabilmente nel terreno; inoltre la presenza di acqua oltre la capacità di campo sottrae spazio allaria, ugualmente indispensabile per la maggior parte delle piante.

Lacqua presente nel terreno alla capacità di campo è trattenuta nei micropori per capillarità oppure adsorbita sui colloidi, perciò è sottratta allazione della forza di gravità ed è - almeno in parte - disponibile per le piante.



                                     

6.3. Umidità e potenziale idrico Coefficiente di avvizzimento

Il Coefficiente di avvizzimento o punto di avvizzimento o coefficiente di appassimento permanente o, impropriamente, coefficiente di appassimento CA è quel valore di umidità in corrispondenza del quale le piante non riescono più a vincere la tensione. In queste condizioni, in assenza di meccanismi di adattamento xerofitici, le piante muoiono per avvizzimento.

Il coefficiente di avvizzimento è impropriamente definito come una costante del terreno, in realtà il suo valore dipende - oltre che dal terreno - anche dalla specie vegetale. La maggior parte delle piante, tuttavia, manifesta sintomi di avvizzimento a valori di potenziale idrico compresi fra -15 bar e -25 bar pF≈4.2÷4.4, anche se ci sono piante alofite o xerofite che possono assorbire lacqua fino a potenziali di -175 bar. Va tuttavia considerato che il potenziale idrico varia secondo una scala logaritmica e la differenza di umidità in questo intervallo di variazione è di limitata rilevanza al punto da poter considerare il coefficiente di avvizzimento una costante propria del terreno.

Il coefficiente di avvizzimento rappresenta il limite estremo compatibile con la vita delle piante agrarie. Lacqua contenuta in eccesso, rispetto a questo valore, è considerata disponibile; al di sotto del valore è invece presente acqua capillare non disponibile, che può essere sottratta al terreno solo per evaporazione spontanea o per essiccazione in stufa.

                                     

6.4. Umidità e potenziale idrico Coefficiente igroscopico

Il Coefficiente igroscopico CI è quel valore in corrispondenza del quale lumidità del terreno è in equilibrio con quella dellaria. Il potenziale idrico oscilla fra -100 bar e -1000 bar in funzione dellumidità relativa dellaria. Questa costante idrologica non ha alcuna importanza sotto laspetto agronomico in quanto definisce una condizione ambientale proibitiva per la generalità delle piante.

Con il terreno al coefficiente igroscopico è stata persa tutta lacqua capillare; resta solo uno strato adsorbito sui colloidi e trattenuto con tensioni molto alte in valore assoluto che neppure levaporazione può allontanare: solo un abbassamento dellumidità relativa dellaria o un aumento della temperatura può sottrarre ulteriori quantitativi dacqua. Lumidità presente sotto il coefficiente igroscopico si può infatti allontanare essiccando il terreno in stufa ad oltre 100 °C per 1-2 giorni, tuttavia lumidità persa viene riacquistata per igroscopicità riportando il campione di terra alle condizioni ambientali ordinarie.

                                     

7. Frazioni dellacqua nel terreno

Le costanti idrologiche del terreno definiscono i limiti fra intervalli di umidità che hanno differenti destini, in quanto soggetti a tensioni diverse: questi intervalli sono detti rispettivamente, passando da potenziali alti a potenziali alti, acqua gravitazionale, capillare disponibile, capillare non disponibile e igroscopica.

                                     

7.1. Frazioni dellacqua nel terreno Acqua gravitazionale

Detta anche acqua di percolazione, è quella frazione di umidità compresa fra la capacità di campo e la capacità idrica massima. Lacqua gravitazionale ha un potenziale alto da -0.1÷-0.3 bar a 0 bar perciò è facilmente soggetta ad essere sottratta per azione della forza di gravità percolazione profonda, dellassorbimento radicale e dellevaporazione diretta.

Lacqua gravitazionale occupa i macropori del terreno e ha una permanenza limitata: da poche ore nei terreni a tessitura grossolana a qualche giorno in quelli a tessitura fine o finissima. Persiste per tempi più lunghi solo nei terreni mal drenati o con falde superficiali.

La presenza di acqua gravitazionale non rappresenta affatto una condizione ottimale in quanto sottrae spazio allaria rendendo il terreno asfittico. Per questo motivo è fondamentale un buon drenaggio al fine di allontanare in tempi brevi leccesso idrico.

                                     

7.2. Frazioni dellacqua nel terreno Acqua capillare disponibile

Detta anche acqua disponibile o riserva utilizzabile, è quella frazione di umidità compresa fra il coefficiente di avvizzimento e la capacità di campo. Il potenziale idrico è relativamente alto da -15÷-25 bar a -0.1÷-0.3 bar e permette a questa frazione di sottrarsi alla forza di gravità. Lacqua capillare infatti è trattenuta per capillarità e può essere allontanata solo con lassorbimento radicale e con levaporazione diretta.

Si tratta della frazione di maggiore interesse agronomico, in quanto trattenuta stabilmente dal terreno e resa disponibile alle piante. I tempi di esaurimento dipendono dallintensità dellevapotraspirazione; in condizioni di limitata disponibilità irrigua, la tecnica agronomica si prefigge lo scopo di rallentare i tempi di esaurimento, adottando quegli accorgimenti che riducono le cause di evaporazione diretta a favore dellassorbimento radicale e della traspirazione es. la sarchiatura e la pacciamatura.

Un aspetto importante da tenere in considerazione è che, nel corso del suo esaurimento, lacqua disponibile residua è trattenuta con tensioni via più alte, che fanno scendere il potenziale idrico da -0.1÷-0.3 bar a -15÷-25 bar. Dal momento che in prossimità del coefficiente di avvizzimento le piante manifestano già uno stato di sofferenza, gli Autori distinguono spesso due frazioni dellacqua disponibile: una trattenuta a potenziali alti acqua o riserva facilmente utilizzabile o umidità equivalente, laltra trattenuta a potenziali bassi.

Il limite critico che separa queste due frazioni non è ben definito e varia di coltura in coltura, soprattutto in relazione alla fase fenologica e alle esigenze fisiologiche specifiche. In generale, per le colture più esigenti, si considera facilmente utilizzabile la quota superiore al 70-80% dellacqua disponibile, per le colture mediamente esigenti la quota superiore al 60-70%, per quelle più resistenti la quota superiore al 40-50%. In condizioni di accumulo di salinità il limite critico si innalza sensibilmente rispetto ai valori orientativi appena citati.

                                     

7.3. Frazioni dellacqua nel terreno Acqua capillare non disponibile

È quella frazione di umidità compresa fra il coefficiente igroscopico e il coefficiente di avvizzimento, trattenuta con potenziali che vanno da un massimo di -15÷-25 bar ad un minimo di -100÷-1000 bar, questultimo dipendente dallumidità relativa dellaria. Questa frazione non ha interesse agronomico in quanto solo alcune piante a forte adattamento xerofitico riescono ad utilizzarne una parte. Al di fuori di questi casi particolari, lacqua non disponibile è allontanata dal terreno solo per evaporazione.

                                     

7.4. Frazioni dellacqua nel terreno Acqua igroscopica

È quella frazione di umidità che resta nel terreno quando raggiunge il coefficiente igroscopico, trattenuta a potenziali molto bassi in virtù delligroscopicità del terreno. Condizioni di questo genere si raggiungono solo in caso di marcata aridità, in genere negli strati più superficiali del suolo e in ogni modo rappresentano contesti che esulano dagli ambiti agronomici.

                                     

8. Curva di ritenzione idrica

La relazione empirica che lega lumidità del terreno al potenziale idrico è rappresentabile graficamente tracciando la curva di ritenzione idrica. Ogni terreno ha una propria curva che può essere costruita su scala logaritmica, usando come ordinata il potenziale idrico, oppure su scala lineare, usando il pF.

La curva si determina per via empirica misurando il potenziale idrico a differenti valori di umidità. Per questa operazione si può ricorrere a differenti metodi. In genere lumidità si determina per essiccazione di un campione di terreno in stufa e il potenziale idrico con un tensiometro. Questo metodo è tuttavia laborioso e lungo, mentre per questo scopo si presta meglio luso dellapparecchio di Richards.

Landamento della curva offre una visione dinsieme delle proprietà idrologiche di un terreno anche ad un esame sommario. In generale i suoli con elevata capacità di invaso, in grado di accogliere consistenti quantitativi dacqua es. i terreni con alta dotazione in colloidi come quelli argillosi o ricchi di sostanza organica, hanno curve di ritenzione idrica espanse in larghezza, mentre i suoli a tessitura grossolana e poveri di colloidi es. terreni sabbiosi o pietrosi hanno curve strette. La larghezza della curva è correlata con la porosità totale del terreno.

Sotto laspetto agronomico è però di particolare importanza lampiezza in larghezza del tratto di curva compreso fra la capacità di campo e il coefficiente di avvizzimento, in quanto offre unindicazione della capacità del terreno di trattenere stabilmente acqua che sarà disponibile. I terreni torbosi e quelli argillosi, dotati di alta capacità di ritenzione idrica mostrano un tratto espanso in larghezza, contrariamente a quelli grossolani che hanno invece una limitata capacità di immagazzinare acqua.

Il rapporto fra la larghezza del tratto CC-CA acqua capillare disponibile e quella del tratto CC-CIM acqua gravitazionale è correlato al rapporto fra microporosità e macroporosità e offre unindicazione di massima del quantitativo dacqua che il terreno invasa riesce a trattenere stabilmente. I terreni argillosi mostrano un tratto CC-CA ampio anche in termini relativi ossia riferito allampiezza totale della curva, mentre quelli sabbiosi mostrano un tratto CC-CA molto stretto rispetto al tratto CC-CIM. Ciò implica che i terreni sabbiosi, oltre ad invasare quantitativi dacqua limitati, ne trattengono una quota minima, in quanto, a causa dellelevata macroporosità, la perdono in gran parte per percolazione profonda. Al contrario, i terreni argillosi sono in grado di invasare grandi quantità dacqua e di trattenerne una quota cospicua in virtù della notevole microporosità. Questa proprietà si evidenzia in particolare nei terreni dotati di una cattiva struttura: leccessiva microporosità di questi terreni è infatti causa di una difficoltà di drenaggio dellacqua in eccesso; la curva di ritenzione idrica dei terreni mal strutturati mostra infatti un tratto CC-CIM molto stretto.

                                     

9. Effetto di isteresi

Leffetto disteresi è un fenomeno per cui la curva di ritenzione idrica di un terreno in fase di umettamento ha un percorso differente rispetto allo stesso terreno in fase di essiccamento. A parità di umidità, infatti, lo stesso terreno trattiene lacqua con un potenziale più basso quando è in fase di essiccamento rispetto al potenziale in fase di umettamento.

Ai fini agronomici interessa in particolare il comportamento del terreno in fase di essiccamento, perciò la curva di ritenzione andrebbe rilevata in queste condizioni. Infatti, una delle principali applicazioni della curva di ritenzione idrica consiste nella determinazione del momento ottimale in cui eseguire un intervento irriguo.

Limpiego di una curva determinata con terreno in fase di inumidimento porterebbe ad una sottostima dellumidità critica di intervento: ipotizzando di voler intervenire quando lumidità scende al valore x, in realtà il potenziale idrico è più basso di quello atteso. Ciò implica che in prossimità dellintervento irriguo, con terreno in prosciugamento, le piante stanno soffrendo più di quanto ci si attende.

                                     

10. Applicazione pratica

Lapplicazione pratica di maggior rilievo è lindividuazione del momento in cui intervenire. Una volta note le costanti idrologiche o la curva di ritenzione del terreno in cui si opera, si può procedere ad una tecnica di irrigazione razionale basata sul bilancio idrico del terreno, in quanto limita gli sprechi idrici e nello stesso tempo controlla landamento delle riserve prevenendo gli stress da deficit idrico.

I criteri fondamentali su cui si basa questa tecnica sono riassunti nei seguenti punti:

  • La condizione ottimale è rappresentata dal terreno alla capacità di campo: qualsiasi apporto irriguo superi questo valore di umidità comporta una certa perdita dacqua per percolazione profonda.
  • Con appositi strumenti si controlla labbassamento del potenziale idrico oppure dellumidità. I vari metodi a disposizione presentano pregi e difetti, ma in generale in un contesto operativo si ricorre alla determinazione del potenziale idrico con un tensiometro o con un apparecchio di Bouyoucos.
  • Lintervento irriguo si effettua quando si è consumata la riserva facilmente utilizzabile, definita come percentuale dellacqua disponibile. Questo parametro, come si è detto in precedenza, dipende da diversi fattori, fra cui ha un ruolo fondamentale la specie coltivata e la fase fenologica.
  • Quando la variabile controllata scende al valore critico si irriga somministrando il quantitativo dacqua necessario a riportare il terreno alla capacità di campo.