La compattazione o compattazione del suolo , nota anche come deterioramento della struttura del suolo , serve per aumentare la densità apparente o la diminuzione della porosità del suolo a causa dei carichi applicati all'esterno o all'interno. La compattazione può influenzare quasi tutte le proprietà e le funzioni (in) fisiche, chimiche e biologiche del suolo . Insieme all'erosione del suolo , è considerato "il problema ambientale più costoso e grave causato dall'agricoltura convenzionale ".
In agricoltura , la compattazione del suolo è un problema complesso in cui interagiscono il suolo, le colture, il clima e i macchinari . La pressione esterna dovuta all'utilizzo di macchinari pesanti e ad una cattiva gestione del suolo può portare alla compattazione del sottosuolo , creando strati impermeabili nel terreno che limitano i cicli dell'acqua e dei nutrienti. Questo processo può portare a effetti locali che influenzano la crescita, la resa e la qualità delle colture, nonché effetti a distanza come l'aumento del deflusso delle acque superficiali , l' erosione del suolo , le emissioni di gas serra , l' eutrofizzazione , la riduzione della ricarica delle acque sotterranee e la perdita di biodiversità .
A differenza della salinizzazione o dell'erosione, la compattazione del suolo è principalmente un problema dell'orizzonte inferiore del suolo e quindi un fenomeno invisibile. Sono necessari metodi di identificazione speciali per individuare, monitorare e gestire il problema in modo appropriato.
La compattazione del suolo non è un problema recente. Prima che iniziasse l'agricoltura meccanizzata, l'uso degli aratri era associato alla compattazione del suolo. Tuttavia, diversi studi hanno dimostrato che le moderne tecniche agricole aumentano il rischio di compattazione dannosa del suolo.
Il database storico per la compattazione globale del suolo è generalmente molto debole in quanto ci sono solo misurazioni o stime per determinate regioni o paesi in determinati momenti. Nel 1991, è stato stimato che la compattazione del suolo rappresentasse il 4% (68,3 milioni di ettari) del degrado del suolo di origine antropica in tutto il mondo. Nel 2013, la compattazione del suolo è stata considerata una delle ragioni principali del degrado del suolo in Europa (circa 33 milioni di ettari colpiti), Africa (18 milioni di ettari), Asia (10 milioni di ettari) ettari), Australia (4 milioni di ettari) e parti del Nord America .
Più precisamente, in Europa, circa il 32% e il 18% del sottosuolo sono rispettivamente molto e moderatamente vulnerabili alla compattazione.
In terreni sani e ben strutturati, le particelle interagiscono tra loro per formare aggregati. La struttura del suolo risultante aumenta in stabilità con il numero di interazioni tra le particelle del suolo. Acqua e aria riempiono i vuoti tra le particelle dove l'acqua interagisce con queste ultime formando un sottile strato attorno ad esse. Questo strato può preservare l'interazione delle particelle tra loro, riducendo così la stabilità della struttura del suolo.
La pressione meccanica applicata al suolo è controbilanciata da un aumento delle interazioni delle particelle del suolo. Ciò comporta la riduzione del volume del terreno riducendo i vuoti tra le particelle.
Di conseguenza, l'acqua e l'aria vengono spostate e la densità apparente del suolo aumenta, il che riduce la permeabilità all'acqua e all'aria.
La sensibilità del suolo alla compattazione dipende da diversi fattori che influenzano le interazioni delle particelle del suolo:
La compattazione del suolo può avvenire naturalmente attraverso il processo di essiccazione e bagnatura chiamato consolidamento del suolo o quando viene applicata una pressione esterna al suolo. Le cause antropiche più rilevanti della compattazione del suolo in agricoltura sono l'uso di macchinari pesanti, la pratica della lavorazione stessa, la scelta inappropriata dei sistemi di lavorazione o del periodo di intervento, nonché il calpestio del bestiame .
L'utilizzo di macchine grandi e pesanti per l'agricoltura causa spesso non solo il rallentamento nel Topsoil (in) , l' humus dell'orizzonte ma anche nel seminterrato. La compattazione del sottosuolo è più difficile da rigenerare di quella del terriccio. Non solo il peso delle macchine, ovvero il carico per asse, ma anche la velocità e il numero di passate possono influenzare l'intensità della compattazione del suolo. Anche la pressione dei pneumatici delle ruote e dei pneumatici gioca un ruolo importante nel grado di compattazione del suolo.
Indipendentemente dal fatto che vengano utilizzati macchinari pesanti, la pratica della lavorazione del terreno stessa può portare alla compattazione. Sebbene la causa principale di un'attività di lavorazione del terreno oggi siano i macchinari, non si deve trascurare l'influenza della compattazione derivante da attrezzature più leggere e animali sul terriccio. Inoltre, scelte improprie o un eccessivo lavoro del terreno possono portare a una compattazione non necessaria. Va notato, tuttavia, che la lavorazione del terreno può ridurre la compattazione del terreno superficiale rispetto alla non lavorazione a lungo termine.
Anche il pesante calpestio da parte del bestiame nelle praterie e nei terreni agricoli è considerato la causa principale della compattazione del suolo. Non importa se il pascolo è continuo o di breve durata, ciò che conta è l'intensità del pascolo.
I terreni impregnati d'acqua si compattano facilmente in profondità, accentuando i fenomeni anaerobici; diventano Gleysols .
I principali effetti sulle proprietà del suolo dovuti alla compattazione sono una riduzione della permeabilità all'aria e delle infiltrazioni d'acqua . I principali effetti fisici negativi sulle piante sono la crescita limitata delle radici delle piante e l'accessibilità ai nutrienti a causa dell'aumentata densità apparente e della ridotta dimensione dei pori nel suolo. Questo può portare a uno strato superficiale estremamente secco e alla fine causare la rottura del terreno poiché le radici assorbono l'acqua necessaria per la traspirazione, dalla parte superiore del terreno dove possono penetrare solo fino a una profondità limitata. Questo è ad esempio ciò che accade quando c'è una base aratro creata da un passaggio dell'aratro in condizioni troppo umide.
Una crosta battente è un insediamento molto superficiale creato durante la semina da eccessivo sbriciolamento o rotolamento o da forti piogge in terreni fragili (limo, ecc.). Può compromettere il sollevamento. Se tuttavia avviene l'emergenza, si procede (più facilmente per le colture in file distanziate) con una zappatura che permette di attenuarne gli effetti; questo metodo noto fin dagli inizi dell'agricoltura è il motivo dell'adagio: "Una zappatura vale due annaffiature".
Le proprietà chimiche del suolo sono influenzate dai cambiamenti nelle proprietà fisiche del suolo. Un possibile effetto è una diminuzione della diffusione dell'ossigeno che può portare ad anaerobiosi . In questo caso, aumentare la saturazione idrica del suolo può aumentare i processi di denitrificazione nel suolo. Le possibili conseguenze sono un aumento delle emissioni di N2O , una diminuzione dell'azoto disponibile nel suolo e una ridotta efficienza nell'uso dell'azoto da parte delle colture. Questo può portare a un maggiore utilizzo di fertilizzanti.
La biodiversità del suolo è anche influenzata dalla ridotta aerazione del suolo. Una forte compattazione del suolo può portare a una riduzione della biomassa microbica . La compattazione del suolo può non influenzare la quantità, ma la distribuzione della macrofauna che è vitale per la struttura del suolo, compresi i lombrichi per la riduzione dei pori dilatati.
Tutti questi fattori influenzano negativamente la crescita delle piante e quindi portano a una resa delle colture inferiore nella maggior parte dei casi. Se la compattazione del suolo è persistente, la perdita di resa delle colture come "costo della compattazione del suolo" può portare a perdite economiche a lungo termine.
La compattazione del suolo ei suoi effetti diretti sono strettamente correlati agli effetti indiretti fuori sito che hanno un impatto globale, visibile solo da una prospettiva a lungo termine. L'accumulo di effetti può avere impatti ambientali complessi che contribuiscono agli attuali problemi ambientali globali come erosione, inondazioni , cambiamenti climatici e perdita di biodiversità del suolo.
La sicurezza alimentareLa compattazione del suolo riduce la crescita, la resa e la qualità delle colture. A livello locale, questi effetti possono avere impatti minori sulla sicurezza alimentare . Tuttavia, se le perdite di approvvigionamento alimentare dovute alla compattazione del suolo vengono aggregate, possono minacciare la sicurezza alimentare. Ciò è particolarmente rilevante per le regioni soggette a siccità e inondazioni. Qui, il terreno compattato può aiutare ad asciugare il terriccio e aumentare il deflusso superficiale . Inoltre, il cambiamento climatico può peggiorare gli effetti nocivi della compattazione. Il cambiamento climatico, infatti, coinvolge eventi come ondate di calore e tempeste che possono aumentare il rischio di siccità e inondazioni e quelli legati ai sistemi di drenaggio.
Cambiamento climatico e consumo energeticoIl suolo immagazzina gas a effetto serra (GHG). È considerato un importante deposito di carbonio terrestre. Fornendo servizi di riciclaggio e filtraggio dei nutrienti, il suolo regola i flussi di gas serra. La perdita di gas del suolo nell'atmosfera è spesso aumentata dall'influenza della compattazione del suolo sulla permeabilità e dai cambiamenti nella crescita delle colture. Quando i terreni compattati sono impregnati d'acqua o hanno un alto contenuto di acqua, tendono a causare perdite di metano (CH4) nell'atmosfera a causa dell'aumentata attività batterica. Il rilascio di ossido di azoto GHG (N2O) proviene anche da processi microbiologici nel suolo ed è potenziato dall'uso di fertilizzanti azotati sui terreni coltivabili.
Inoltre, il terreno compattato richiede un apporto energetico aggiuntivo. Nella coltura vengono utilizzati più carburante e fertilizzanti che nel terreno non compatto, a causa del deficit nella crescita delle colture derivante dalla ridotta efficienza nell'uso dell'azoto. La produzione di fertilizzanti azotati richiede molta energia.
Erosione, inondazioni e acque superficialiLa ridotta permeabilità del terreno compattato può portare a inondazioni locali. Quando l'acqua non può penetrare, stagni e ristagni d'acqua rappresentano un rischio generale di erosione del suolo da parte dell'acqua. Su terreni compatti, le tracce delle ruote sono spesso il punto di partenza per il deflusso e l'erosione. È probabile che l'erosione del suolo si manifesti sui terreni in pendenza o in particolare sui terreni collinari. Ciò potrebbe portare al trasferimento di sedimenti. Con l'eccezione degli effetti negativi diretti per gli agricoltori, il rischio di deflusso superficiale vicino alle tracce delle ruote influisce indirettamente sull'ambiente esterno all'azienda, in quanto ridistribuisce, ad esempio, "sedimenti, sostanze nutritive e pesticidi sul campo e oltre". Soprattutto quando il rischio di erosione superficiale del suolo aumenta, l'eutrofizzazione delle acque superficiali diventa un grosso problema a causa della maggiore quantità di nutrienti. Nelle aree ad alto rischio, come i terreni bagnati sui pendii, il liquame applicato può defluire facilmente. Ciò si traduce in una perdita di ammoniaca, che inquina le acque superficiali perché crea una carenza di ossigeno, portando così alla morte di molte specie; l'erosione del suolo causata dalla compattazione è responsabile di un declino della qualità dell'habitat e quindi della scomparsa delle specie.
Acque sotterraneeUn altro effetto fuori sito può essere osservato per quanto riguarda le acque sotterranee . Il tasso di infiltrazione dei suoli nei prati privi di traffico è cinque volte superiore rispetto ai terreni con traffico intenso. Una conseguenza potrebbe essere una riduzione della carica delle acque sotterranee. Soprattutto nelle regioni più aride che soffrono di mancanza di riserve idriche, questo rappresenta un rischio cruciale. Nelle regioni dove "il sottosuolo fornisce una quota significativa dell'acqua necessaria alle colture per soddisfare le esigenze di traspirazione" spesso dipendenti dall'agricoltura, questo pericolo di compattazione è più presente.
Inoltre, la quantità di fertilizzante utilizzata su terreni compattati è superiore a quella che le piante possono assorbire. Pertanto, il nitrato in eccesso nel suolo tende a penetrare nelle acque sotterranee, con conseguente inquinamento delle acque sotterranee (in) . A causa della diminuzione della capacità di filtrazione del suolo, la decomposizione microbica dei pesticidi è limitata ed è anche più probabile che i pesticidi raggiungano le acque sotterranee.
La compattazione del suolo può essere identificata sul campo, in laboratorio o mediante telerilevamento. Per ottenere dati e risultati affidabili, è necessaria una combinazione di metodi diversi perché "non esiste un unico metodo universale disponibile per identificare i terreni compatti".
Una procedura esaustiva molto comunemente seguita da agronomi, scienziati del suolo e consulenti agricoli nel settore consiste, dopo l'esame visivo del terreno, nell'individuare un profilo del suolo (e sottosuolo) mediante scavo, nell'individuare i diversi orizzonti del suolo quindi nella '' visuale e valutare manualmente ed eventualmente prelevare campioni a varie profondità. I laboratori di analisi del suolo forniscono quindi i risultati richiesti (tessitura, pH, ecc.). Potrebbe essere necessario scavare diverse fosse di esame. Questa procedura molto affidabile ed esaustiva richiede tuttavia una buona esperienza sul campo e una buona conoscenza delle condizioni locali. Questo è l'esame di base in pedologia .
Fenomeni come il ristagno idrico in superficie o negli strati sotterranei, la riduzione visibile della porosità e i cambiamenti nella struttura del suolo, l'umidità del suolo e il colore del suolo sono indicatori di compattazione dal terreno al campo. Un colore del suolo grigio-bluastro e un odore di idrogeno solforato possono apparire nell'orizzonte superiore a causa di un'aerazione insufficiente ( burrasca ). Un aumento della resistenza del suolo può essere misurato con un dispositivo chiamato penetrometro . Un altro indicatore importante della compattazione del suolo è la vegetazione stessa. Tramite modelli di crescita delle colture, colori pallidi delle foglie e crescita delle radici, è possibile trarre conclusioni sull'entità della compattazione. Quando si cerca di identificare la compattazione del suolo sul campo con le misurazioni sopra menzionate, è particolarmente importante confrontare il terreno potenzialmente compattato con il terreno non compatto nelle vicinanze.
La densità apparente del suolo, la distribuzione dimensionale dei pori, la permeabilità all'acqua e l'apparente coefficiente di diffusione relativa dei gas danno una buona panoramica della permeabilità del suolo all'aria e all'acqua e quindi sul grado di compattazione. Poiché i pori grossolani sono i più importanti per l'infiltrazione dell'acqua, lo scambio e il trasporto di gas, si consiglia di concentrarsi su di essi durante la misurazione della porosità e del coefficiente di diffusione. I dati ottenuti in un laboratorio sono affidabili se è stata analizzata una quantità sufficiente di campioni. Questo è il motivo per cui è necessario raccogliere un gran numero di campioni di terreno su tutta la trama interessata.
Il telerilevamento aiuta a riconoscere le alterazioni nella struttura del suolo, nella crescita delle radici, nelle capacità di immagazzinamento dell'acqua e nell'attività biologica; "La rilevazione di queste caratteristiche direttamente sulla superficie del suolo nudo o indirettamente dalla vegetazione porta all'identificazione di questo tipo di degrado". Ciò è particolarmente utile per grandi aree. Per prevenire la compattazione del suolo, il telerilevamento può modellare la sensibilità del suolo tenendo conto della struttura del suolo, del valore della pendenza, del regime idrico e di aspetti economici come il tipo di agricoltura o macchinari utilizzati.
La compattazione del suolo è spesso locale e dipende da molti fattori che possono variare entro pochi metri. È quindi molto difficile stimare la sensibilità dei suoli alla compattazione su larga scala. Poiché i metodi di telerilevamento non sono in grado di identificare direttamente la compattazione del suolo, esistono limitazioni all'identificazione, al monitoraggio e alla quantificazione, soprattutto su scala globale. I metodi di identificazione sopra menzionati sono insufficienti per grandi aree perché non è possibile ottenere un campione sufficientemente ampio senza danneggiare il suolo a un costo ragionevole.
Sono necessari diversi decenni per il ripristino parziale del terreno compattato e quindi è estremamente importante adottare misure per rigenerare le funzioni del suolo. Poiché la compattazione del suolo è molto difficile da identificare e invertire, è necessario prestare particolare attenzione all'evitamento e alla mitigazione.
Alle medie latitudini il terreno si allenta naturalmente per effetto di alternanze umidità-siccità (se è un terreno idromorfico l'effetto sarà più marcato se drenato) e gelo profondo. Tuttavia, le gelate profonde stanno diventando rare a queste latitudini al di fuori del terreno montuoso ( riscaldamento globale ).
L' Assemblea generale delle Nazioni Unite ha deciso di lottare contro il degrado del suolo. In particolare, gli Stati membri si sono impegnati a "utilizzare e diffondere la tecnologia moderna per la raccolta, la trasmissione e la valutazione dei dati sul degrado del suolo".
L' Unione europea sta affrontando la compattazione del suolo con il Settimo programma d'azione per l'ambiente dell'UE, entrato in vigore nel 2014. Riconosce che il degrado del suolo è una sfida importante e dichiara che entro il 2020 il suolo dovrebbe essere gestito in modo sostenibile in tutta l'Unione.
I governi nazionali hanno regolamentato le pratiche agricole per mitigare l'effetto della compattazione del suolo. Ad esempio, in Germania, gli agricoltori sono disciplinati dalla legge federale sulla conservazione del suolo. La legge stabilisce che gli agricoltori hanno l'obbligo di precauzione nei confronti della compattazione del suolo in conformità con le buone pratiche riconosciute. Le buone pratiche possono variare da caso a caso, coinvolgendo una varietà di metodi biologici, chimici e tecnici.
L'introduzione di piante a radicazione profonda, le colture associate comprendenti tali piante, l' inerbimento di viti, frutteti e luppoli, l'aggiunta di materia organica , la coltivazione di concime verde o piante perenni, l'interramento della paglia sono mezzi naturali per rigenerare i terreni compatti. Le colture con radici profonde forniscono cicli di bagnatura e essiccazione indotti dalle colture che rompono il suolo, rompono gli strati impermeabili del suolo attraverso la penetrazione delle radici e aumentano la materia organica. La tecnica zaï descrive un sistema di piantine scavate in un terreno povero. Queste fosse, con un diametro medio di 20–40 cm e una profondità di 10–20 cm, vengono riempite di materia organica e quindi seminate dopo le prime piogge della stagione. Questa tecnica preserva il suolo, cattura l'acqua e riabilita gradualmente la struttura e la salute del terreno sottostante. Il passaggio dall'agricoltura convenzionale all'agro- forestale è un modo radicale di rigenerare i suoli ma che richiede un'interruzione dei percorsi di coltivazione . I sistemi agroforestali mirano a stabilizzare la resa annuale nonché a mantenere un ecosistema sano combinando la coltivazione di piante coltivate e alberi preferibilmente produttivi nello stesso sito.
Poiché la compattazione del suolo può portare a una ridotta crescita delle colture e quindi a una riduzione della resa economica, l'uso di fertilizzanti, in particolare azoto e fosforo, aumenta. Questa crescente domanda pone diversi problemi. Il fosforo si trova nei depositi marini, depositi magmatici o guano , che sono depositi recenti di escrementi di uccelli marini. Il fosforo estratto dai depositi marini può contenere cadmio e uranio . Entrambi gli elementi possono avere effetti tossici sul suolo, sulle piante e quindi sull'uomo o sugli animali in quanto consumatori.
Un'altra opportunità per aumentare la fertilità del suolo , oltre all'uso di fertilizzanti minerali, è il calcare (aggiunta di ammendanti calcio o calco-magnesiaci). Attraverso la calcinazione, il livello di pH e la saturazione di basi vengono portati a un livello adatto ai microrganismi e in particolare ai lombrichi del suolo superficiale. Grazie ad una maggiore attività di questa fauna e all'allentamento, è opportuno migliorare la porosità e la permeabilità all'acqua e all'aria del suolo.
Le bilance sono state trainate con l'argano per evitare il compattamento della parte principale del lotto da parte della locomotiva . Qui un router utilizzato in passato per la decompattazione profonda con un unico corpo gigante.
Coltivatore di precisione monosem su trattore con ruote strette, utilizzabile per rompere una crosta di battuta tra i filari di semina o piantagione.
Tipo di cingolo utilizzato più spesso per limitare la compattazione del suolo da trattori ad alta potenza.
Sistema di cingoli ( vista dettagliata cliccando ) per mietitrebbie e macchine agricole articolate come trattori molto potenti: qui un dumper in un polder nei Paesi Bassi.
Trattore articolato con ruote triple. Lo svantaggio rispetto ai binari risiede nella grande larghezza fuori tutto.
Ripper in pista. Viene utilizzato principalmente nella radura e prima della piantumazione di boschi, alberi da frutto o siepi.
Decompattazione con scalpello (da 30 a 40 cm di profondità). Deve essere eseguito in condizioni sufficientemente asciutte.
Ripuntatore: semplice attrezzo destinato alla decompattazione profonda.
Doppio ripuntatore per decompattazione profonda prima della messa a dimora della vite .
I metodi tecnici mirano principalmente a ridurre e controllare la pressione applicata al suolo da macchinari pesanti. In primo luogo, l'idea del passaggio controllato delle ruote è quella di separare le tracce delle ruote dall'area di radicazione della pianta. Si prevede una riduzione dell'area compattata dai pneumatici, riducendo così gli effetti negativi sulla crescita delle colture. In alcune zone è stata introdotta la tecnologia GIS ( Geographic Information System ) per monitorare e controllare meglio le rotte. Questi metodi consentono di prevedere la realizzazione di binari di lavoro permanenti i cui passaruota sarebbero sacrificati. Ciò richiede tecniche di geolocalizzazione molto precise, adottando una larghezza di lavoro standard e abbandonando l'aratura che distruggerebbe i binari. Questa larghezza standard oi suoi multipli devono quindi essere utilizzati sistematicamente così come un binario standard per tutte le attrezzature dell'operazione.
La bassa pressione dei pneumatici (inferiore a 1,5 bar) è un altro modo per distribuire la pressione applicata su un'area più ampia e ammorbidire la pressione complessiva. Il télégonflage Cambia rapidamente la pressione dei pneumatici, ad esempio, per passare dalla normale pressione su strada a quella ridotta sul campo. Per una gestione integrata, si consiglia di modellare al computer l'appezzamento coltivato in base alla sua vulnerabilità al compattamento in modo da minimizzare i passaggi sulle parti vulnerabili. I cingoli riducono anche la pressione al suolo nonostante il loro peso. Cingoli in gomma e pneumatici larghi o gemellati a bassa pressione sono i più adatti per l'agricoltura.
Flusso d'acquaIl controllo del deflusso superficiale dell'acqua mediante aratura in crinali o assi, la creazione di fossati e fossati e il drenaggio consentono di migliorare la struttura del terreno nel lungo periodo e ridurre il rischio di compattazione.
Scelta dei sistemi di coltivazione e raccoltaLa lavorazione ridotta (TCS, che comprende almeno l'eliminazione dell'aratura) può contribuire a una migliore struttura del terreno perché trattengono più acqua rispetto alla lavorazione convenzionale e richiedono meno potenza a parità di larghezza di lavoro quindi trattori meno pesanti; tuttavia, poiché la lavorazione del terreno consiste nel preparare il campo per la semina o la semina, il TCS non dà necessariamente un risultato positivo. Il decompattamento di orizzonti profondi con uno scarificatore o una suola con scalpello aratro ( pseudo-aratura ), anche ad intervalli di diversi anni, può essere benefico per la crescita delle piante e le condizioni del suolo e complementare al non lavoro .
Una potente attrezzatura adeguata alle esigenze dell'azienda agricola deve consentire di evitare di lavorare in periodi troppo umidi, in particolare quando le vendemmie avvengono in una stagione difficile (autunno). Nel caso della raccolta delle barbabietole, ad esempio, può essere preferibile utilizzare macchine scomposte anziché integrali (sfogliatrice, trattore, mietitrice, caricatore pulitore), il cui peso può superare le 10 tonnellate.
Il cavallo viene utilizzato in determinate circostanze quando l'accesso è difficile: vigneti prestigiosi o biologici, disboscamento in montagna, ecc.