La determinazione del Rame nel terreno agricolo

by Roberto Poeti

Come nasce questo l’articolo ?

Nel giornale della Società Chimica Americana  il  Journal Chemical Education   ho trovato un articolo interessante  che ha come oggetto la ricerca del rame nel terreno agricolo .  Dall’articolo ho tratto  questo mio lavoro  che rispetto all’originale  ho  semplificato  sia nella parte analitica che  negli obbiettivi .  Per chi volesse  leggere l’articolo originale mi può scrivere tramite questo blog .

La determinazione di un metallo pesante nel suolo agricolo . Consideriamo il caso del rame .

Negli ultimi decenni , molti ambientalisti si sono concentrati sul potenziale inquinamento del suolo dei metalli pesanti , sulle acque superficiali e sulle risorse idriche sotterranee , che possono creare rischi per la sicurezza alimentare . Queste preoccupazioni sono state discusse in molte università in tutto il mondo , dove nuove conoscenze su  questi problemi insieme a possibili soluzioni  sono  prodotte e trasmesse agli studenti .

La presenza del rame

Il rame è un nutriente essenziale per le piante , e la sua concentrazione nel suolo dipende soprattutto dal materiale primario del suolo  . La concentrazione è alta nelle rocce basiche ( 90-100 mg/Kg ) e bassa nelle rocce acide come il granito (10-13 mg/Kg ). Le attività agricole negli ultimi decenni potrebbero aver portato nel suolo ad un aumento del Cu che potrebbe essere considerato fitotossico . Questo incremento del rame è una conseguenza di pratiche di gestione come l’uso di rifiuti e fertilizzanti o l’applicazione di composts e pesticidi . Nei suoli dedicati alla viticultura , la diffusa applicazione di fungicidi a base di rame , per decenni , ha portato ad un alto accumulo  di rame nel suolo , raggiungendo un valore superiore a 100 mg /Kg .

La tossicità del rame

Sebbene Il rame non sia un metallo veramente tossico per la salute umana , è estremamente tossico agli altri organismi come gli anellidi , alghe e microbi del suolo . Come regola generale , la tossicità nei confronti di questi organismi supera quella del Cadmio, Cromo , Nichel , Zinco , Piombo  , Cobalto, Manganese e Stagno ed è solo superata da quella del Mercurio . I limiti  di tossicità sono stabiliti nei  termini della concentrazione totale nel suolo . Tuttavia la definizione di tale tossicità dovrebbe dipendere dalla disponibilità e possibile  incorporazione dei metalli pesanti nella catena alimentare, la quale può causare seri problemi da una prospettiva sia ambientale che della salute pubblica  . Infatti  alcuni dei possibili rimedi tecnici  prevedono la immobilizzazione dei metalli pesanti nel suolo ( invece della loro rimozione ), come è il caso dell’uso  di  bio-assorbenti .

Il rame totale e il rame disponibile nel suolo

Tenendo presente l’ultima considerazione , lo scopo di questa esercitazione di laboratorio è determinare la concentrazione di un metallo pesante , in questo caso il rame , che può essere un utile indicatore per la valutazione di un rischio ambientale . Questa concentrazione è quella che misura il rame introdotto nel suolo dalle attività dell’uomo , cioè quello che diventa disponibile agli organismi animali compreso l’uomo , mentre nella concentrazione totale di rame nel suolo è compresa anche la parte diciamo strutturale relativa alla natura del terreno . Per la  determinazione del rame disponibile e quindi trasferibile agli organismi viventi è usato un complessante come l’E.D.T.A.   E’ interessante un confronto tra campioni di suolo coltivati  mais e quelli destinati alla viticultura dove prevalgono i fitofarmaci cuproorganici .

Attività pre-laboratorio

Prima di affrontare la parte sperimentale si ricercano i fitofarmaci più usati nella viticoltura e nella coltura del mais , focalizzando l’attenzione su quelli contenenti rame . Si potrebbe approfondire la loro conoscenza ricercando i meccanismi di azione  con i quali agiscono sugli  organismi  patogeni . Questa ultima parte potrebbe essere affrontata in particolare dagli studenti del corso biologico . Un’altra conoscenza che si dovrebbe  acquisire riguarda la  struttura chimica e fisica del suolo destinato alle colture del mais e alla viticoltura .

L’esperienza di laboratorio : determinazione del rame nel suolo

Quali terreni

L’attività sperimentale comprende per prima cosa la raccolta di campioni di terreno agricolo . Si possono scegliere per confronto due terreni utilizzati per la produzione di mais e due destinati alla produzione vinicola . Individuata l’area da campionare , il più possibile omogenea , si delimita una superficie di circa un ettaro nella quale verranno raccolti i sub campioni . Per avere un campione sufficientemente rappresentativo si eseguono almeno 10 sub campionamenti con il metodo così detto irregolare ( il più frequente ) che consiste nel seguire un percorso casuale a zig-zag , all’interno della superficie  da campionare .

Campionamento  casuale a zig-zag (a W )

Come si preleva un sub – campione ?

Si scava con una paletta una piccola buca a pareti verticali profonda 10-15 cm , si preleva una fetta verticale che interessi tutto lo strato , mantenendo più possibile costate lo spessore di terreno (vedi figura seguente )

Se non si dispone di una vanga , per l’operazione si possono impiegare gli strumenti di giardinaggio come la paletta o la mestola del muratore . Se nella parte superficiale del terreno è cresciuta della vegetazione , va eliminato  lo strato superficiale .

La formazione del campione

I diversi sub campioni prelevati vengono uniti insieme in un telo disteso nel campo , mescolati e omogeneizzati accuratamente .  Il campione da portare in laboratorio dovrà pesare circa 500 g , pertanto dal terreno distribuito sul telo si prelevano casualmente una decina di sub campioni di circa 50 g ciascuno che si riuniscono in un sacchetto di polietilene  . In laboratorio il campione viene disteso ed essiccato all’aria , poi setacciato (dimensione maglia 2 mm ) , infine omogeneizzato accuratamente prima dell’analisi chimiche .

Come si determina il rame estraibile

L’articolo  del JCE suggerisce l’uso di una centrifuga con provette dalla capacità di 50 mL . Se tali provette  non sono in uso nel laboratorio  , le quantità di reattivi impiegati saranno proporzionali alla capacità delle provette da centrifuga disponibili .  Il rame estraibile con  EDTA – Na 2 si determina come segue . Dieci  grammi di terreno sono mescolati in una provetta da centrifuga da 50 mL con 20 mL di una soluzione contenente EDTA – Na 2 ( sale disodico dell’acido etilendiammino tetraacetico) 0.02 M  e ammonio acetato  0.5 M . La soluzione deve essere tamponata a pH 4.65 con acido acetico  glaciale . La provetta deve essere agitata  per 30 min. e poi centrifugata a 2500 rpm per 15 min. Il surnatante è filtrato attraverso un filtro Whatman n° 42 e raccolto in un contenitore di polietilene . Se le provette da centrifuga disponibili hanno una ridotta capacità , si possono usare contemporaneamente due o più provette , per poi riunire i surnatanti e avere un volume di estratto sufficiente per l’analisi . La concentrazione del rame nell’estratto è misurata tramite Spettroscopia ad Assorbimento Atomico  usando  una  curva di  calibrazione ottenuta  con  soluzioni  standard di Cu a conc.  0.5 , 1 , 2 , e 5 mg L-1 .

Descrizione  delle procedure di laboratorio
  • Preparazione di 1L di EDTA-Na2 (sale disodico dell’acido etilendiammino tetraacetico) 0.02 M  +  ammonio acetato  0.5 M. Per preparare questa soluzione si pesano 7.4854 g di EDTA-Na2 e 38,54 g di ammonio acetato . Si sciolgono  in 800 mL di acqua distillata in un matraccio da un litro . Si aggiusta il pH a 4.64 usando acido acetico glaciale e si porta a volume .
  • Estrazione del rame dal terreno . La procedura consiste nell’addizionare 20 mL di soluzione di  EDTA-Na2 a 10 g di ciascun campione di terreno , precedentemente essiccato e setacciato con maglie di 2 mm . Questo vale per ciasun  gruppo di lavoro . Pertanto la quantità di soluzione EDTA-Na2  e di terreno necessari   saranno  moltiplicati per il numero dei gruppi di lavoro degli studenti .
  • Determinazione del rame con AAS . Per la costruzione della curva di calibrazione si preparano quattro soluzioni standard di rame di  0.5 , 1 , 2 e 5 mgL-1 pipettando 0.5 , 1, 2 e 5 mL da una soluzione standard precedentemente preparata di 50 mg L-1  e  diluendo con la soluzione di EDTA-Na2 in un matraccio da 50 mL .
Risultati di ciascun gruppo (dati dal JCE)

Nella tabella sono riportati i dati , ripresi dal JCE , dei risultati delle analisi compiute da nove gruppi di lavoro  su quattro campioni di terreno . I campioni di suolo  1,2 provengono  da vigneti , mentre  i campioni 3,4  provengono da terreni coltivati a mais .  Si può notare che i valori di rame nel terreno sono molti  più alti nei  vigneti . Vorrei aggiungere che nella viticoltura biologica  è consentito solo  il trattamento  a base di poltiglia bordolese che è un fungicida rameico . E’ probabile che in questi terreni  la conc. di rame sia ancora più alta  rispetto a quelli non biologici . Sarebbe interessante scegliere come terreno da campionare anche uno destinato a coltura biologica della vite .

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