Scopo della tesi
La sostanza organica del suolo (SOM, dall’inglese Soil Organic Matter) rappresenta una della maggiori riserve di carbonio a livello planetario. La SOM è una miscela complessa di composti organici di varia natura derivante dalla parziale decomposizione e ricombinazione di residui animali e vegetali che arrivano al suolo. Il carbonio organico ha un tempo di residenza nel suolo dipendente dalla natura dei composti nei quali è presente e ciò ha conseguenze sulla velocità di scambio di diossido di carbonio (CO2) fra suolo e atmosfera, e
quindi sull’effetto serra. Una conoscenza approfondita della composizione della SOM e della sua evoluzione in relazione ai fattori pedologici è quindi di grande interesse per le scienze ambientali.
Tra le tecniche oggi disponibili per studiare la speciazione del carbonio nella SOM, la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) a stato solido sul nucleo 13C è quella che si è rivelata più utile, in particolare grazie agli sviluppi strumentali e teorici dell’ultimo decennio. Questa tecnica consente infatti di ottenere informazioni sulla composizione della SOM analizzando il suolo nella sua interezza senza richiedere trattamenti di separazione né comportando la distruzione del campione. Tuttavia l’ottenimento di informazioni quantitative dettagliate non è immediato, ma richiede l’applicazione di esperimenti selettivi e di complesse procedure di analisi dei dati, che generalmente non rientrano nelle competenze di uno studioso del suolo. Quindi l’NMR a stato solido viene quasi sempre utilizzata in ambito pedologico e ambientale solo per studi semi-quantitativi in cui ci si accontenta di ricavare le percentuali di carbonio aromatico, alchilico e O-alchilico, parametri ritenuti indicativi del grado di decomposizione e umificazione dei suoli.
In questo lavoro di tesi la spettroscopia 13C NMR a stato solido è stata applicata allo studio della SOM in tre suoli di ambiente mediterraneo con il duplice scopo di indagare la speciazione e l’evoluzione del carbonio in siti di particolare interesse ambientale per il territorio italiano e di esplorare l’utilità e l’applicabilità di esperimenti NMR recentemente proposti per lo studio della SOM.
I tre suoli scelti per il lavoro di tesi sono situati rispettivamente nel Parco Naturale Regionale di Migliarino–S. Rossore–Massaciuccoli (PI), nella Riserva
Naturale Statale della Tenuta di Castel Porziano (RM) e nel Parco Naturale dei Monti della Tolfa (RM). Questi ambienti sono tutti prossimi alla costa e presentano vegetazione tipicamente mediterranea; sono tutti ambienti protetti e quindi con relativamente basso influsso antropico se non per un controllo della flora e della fauna. Sono ecosistemi di particolare interesse in Italia dove un terzo degli oltre 7000 km di coste, che costituiscono un bene sia dal punto di vista ambientale che economico, sono a rischio di erosione. Dal punto di vista NMR questi suoli risultano particolarmente difficili in quanto caratterizzati da basso contenuto in sostanza organica. A questi suoli sono state applicate, oltre alle tecniche comunemente usate nelle scienze ambientali e del suolo (esperimenti 13C-CPMAS), tecniche selettive e metodi di analisi dei dati (procedure di spectral editing, deconvoluzione spettrale e correzione per effetti di rilassamento) in grado di evidenziare specifici gruppi funzionali che consentono l’identificazione delle principali componenti della SOM (cellulose, lignine, cere, proteine, suberine,…) e la valutazione del loro grado di umificazione in relazione ai fattori pedologici.
