Il potere assorbente del terreno è la proprietà che ha un suolo di trattenere l'acqua e gli elementi nutritivi indispensabili per la nutrizione delle piante e dei microrganismi.
Ritenzione dell'acqua
Il terreno trattiene l'acqua grazie al concorso di due differenti fenomeni, l'imbibizione e la capillarità, il primo di natura fisico-chimica, il secondo di natura fisica. In entrambi i casi la capacità di ritenuta è riconducibile a forze elettrostatiche che si instaurano fra le molecole d'acqua e la matrice solida del terreno. La pressione che occorre esercitare per sottrarre l'acqua trattenuta dalla matrice solida è detta tensione matriciale e assume valori negativi.
La ritenuta per capillarità è dovuta alla risultante delle forze che agiscono su ogni molecola d'acqua che occupa i pori del terreno. Escludendo la forza esercitata dalle piante con l'assorbimento radicale, queste forze sono riconducibili alle seguenti quattro: forze di coesione interne fra le molecole d'acqua; forze di adesione fra le molecole d'acqua e la superficie della matrice solida (interfaccia liquido-solido); forze di attrazione fra l'atmosfera del terreno e le molecole d'acqua (interfaccia liquido-gas); forze gravitazionali che agiscono sulle molecole.
In particolare, sulle molecole disposte a breve distanza dalle particelle solide del terreno, la risultante è concorde alle forze di adesione, mentre sulle molecole relativamente distanti si esercita una risultante concorde alla forza gravitazionale. In altri termini, l'acqua "lontana" dalle particelle solide è soggetta alla percolazione perché attratta dalla forza di gravità, mentre quella "vicina" alle particelle solide è soggetta ad essere trattenuta perché attratta dalle forze di adesione.
Considerando un sistema formato da due particelle solide disposte ad una distanza reciproca d e lo spazio fra loro compreso, l'acqua che occupa questo spazio è soggetta a percolazione se la distanza d supera un determinato valore, mentre è soggetta a ritenuta capillare se la stessa distanza è inferiore. Per convenzione il valore di riferimento della distanza d è di 8 μm: i pori con diametro inferiore a 8 µm (detti micropori) trattengono l'acqua per capillarità vincendo la forza di gravità, mentre quelli con diametro superiore (detti macropori) non riescono a trattenere l'acqua perché soggetta alla forza di gravità. In condizioni ottimali di umidità e aerazione i micropori sono occupati dall'acqua, i macropori dall'aria. L'eventuale presenza di acqua nei macropori è di carattere temporaneo in quanto si tratta di acqua libera, destinata a muoversi lungo il profilo del terreno. Per convenzione si chiama acqua capillare quella trattenuta nei micropori e acqua gravitazionale quella soggetta a movimento attraverso i macropori. L'acqua capillare si dispone nei micropori formando menischi concavi in corrispondenza dell'interfaccia di separazione aria/acqua.
La ritenuta per imbibizione è dovuta alla proprietà delle particelle dotate di cariche elettriche superficiali di attirare l'acqua grazie alle forze elettrostatiche riconducibili al tipo ione-dipolo. L'attrazione elettrostatica è esercitata sia dagli ioni incorporati nel reticolo cristallino dei minerali, sia dai gruppi funzionali dissociati dei composti organici, sia dagli ioni adsorbiti sulla superficie dei colloidi.
In virtù di queste forze, l'acqua tende a formare un velo il cui spessore dipende dall'intensità del campo elettrostatico generato dalle particelle solide. L'interazione fra acqua e particella solida è di tipo superficiale e dipende pertanto dalla densità elettrica della particella. Come tutti i fenomeni d'interfaccia superficiale, l'intensità di questa interazione aumenta all'aumentare del rapporto superficie/volume e, quindi, decresce all'aumentare delle dimensioni delle particelle. In pratica, le forze di attrazione sono molto intense nel caso di particelle di dimensioni atomiche (ioni), relativamente intense nel caso di particelle di dimensioni colloidali (inferiore a 0,1 µm), molto deboli nel caso delle particelle di dimensioni macroscopiche (argilla di oltre 0,1 µm, limo, sabbia e scheletro). La differente intensità delle forze d'attrazione si traduce nello sviluppo di strati d'idratazione di diverso spessore: gli ioni sono circondati da uno spesso strato di molecole d'acqua che ne determina la dispersione in soluzione; le particelle di dimensioni colloidali generano campi abbastanza intensi da legare gli ioni scambiabili e, attraverso la loro idratazione, uno strato di molecole d'acqua abbastanza spesso. Lo spessore di questo strato non ne permette la dispersione, perciò i colloidi del terreno flocculano restando allo stato di gel. Solo nel caso di elevate quantità di sodio adsorbito si avrà un'idratazione tale da disperdere i colloidi. Le particelle più grandi, infine, generano un campo elettrico di modesta intensità e la quantità d'acqua che possono legare è modesta.
Sulla base di quanto detto, la capacità di un terreno di trattenere l'acqua dipende in sostanza da due fattori: Porosità totale e rapporto micropori/macropori. Da essi dipende la capacità del terreno di legare l'acqua per capillarità. Queste due proprietà derivano dalla tessitura e dalla struttura: un terreno ricco di particelle grossolane (scheletro e sabbia) ha una modesta superficie di sviluppo, perciò ha una bassa porosità, in gran parte rappresentata da macropori; al contrario, un terreno ricco di particelle fini (limo e, soprattutto, argilla) ha un'elevata superficie di sviluppo e, quindi, una porosità elevata (superiore al 50%) e un rapporto fra micro e macropori a favore dei primi. La struttura influisce soprattutto nei terreni a tessitura fine o finissima: a parità di tessitura i terreni ben strutturati hanno un'elevata porosità e un rapporto equilibrato fra micro e macropori; i terreni mal strutturati hanno una porosità più bassa e prevalentemente composta da micropori. Tenore in colloidi. Da questa proprietà dipende la capacità del terreno di legare l'acqua per imbibizione. Dal momento che le particelle colloidali (humus e colloidi minerali) fanno parte della classe granulometrica dell'argilla, tale capacità sarà più alta quanto più alta è la percentuale di argilla. La capacità di imbibizione dipende anche dalla natura dei colloidi: l'humus ha una capacità di ritenuta più alta rispetto ai colloidi minerali; nell'ambito di questi ultimi la capacità è più alta nei minerali ricchi di strati di vermiculite e, soprattutto, montmorillonite.
Assorbimento degli elementi nutritivi L'assorbimento degli elementi nutritivi è una proprietà indispensabile per garantire la nutrizione delle piante e della maggior parte dei microrganismi: gli elementi che compongono i minerali del terreno non sono utilizzabili in quanto, salvo casi particolari, gli organismi viventi non riescono ad estrarre gli ioni incorporati nei reticoli cristallini. Questi sono disponibili nel lungo termine attraverso i processi di disgregazione, alterazione, solubilizzazione che fanno parte della pedogenesi. Gli elementi nutritivi più o meno direttamente assimilabili sono infatti dispersi nella soluzione circolante oppure sono in rapporto con la frazione solida attraverso fenomeni di superficie che interessano solo una quota minima dell'intera massa solida inerte.
La mobilità delle forme direttamente assimilabili degli elementi nutritivi è un requisito essenziale affinché si possa svolgere la nutrizione minerale delle piante, tuttavia predispone queste forme alle perdite per dilavamento. Il terreno possiede pertanto una proprietà di assorbimento che gli permette di trattenere gli elementi in forme stabili in equilibrio con quelle direttamente assimilabili, permettendo il ripristino degli elementi allontanati dalla soluzione circolante.
L'assorbimento è riconducibile a quattro differenti meccanismi, i quali hanno una diversa incidenza secondo gli elementi e secondo le condizioni ambientali.
Assorbimento meccanico L'assorbimento meccanico è la proprietà per cui le particelle contenenti gli elementi nutritivi sono trattenute dal terreno in virtù della loro dimensione maggiore rispetto al diametro dei pori. In altri termini, la porosità del terreno si comporta come un filtro che lascia passare l'acqua e le sostanze in essa disciolte trattenendo le particelle troppo grandi.
Questo meccanismo interessa gli elementi incorporati nei granuli dei concimi e nella sostanza organica. Si tratta di un meccanismo di limitata importanza ai fini pratici perché questi elementi saranno rilasciati in tempi più o meno brevi e saranno soggetti alla mobilità nella soluzione circolante o ad altri meccanismi di assorbimento.
Assorbimento biologico L'assorbimento biologico è la proprietà per cui gli elementi nutritivi sono trattenuti dal terreno attraverso la temporanea immobilizzazione nel ciclo del carbonio. Gli elementi allo stato minerale sono assimilati dagli organismi del terreno, principalmente le piante e i microrganismi, e incorporati nei composti organici per mezzo di legami con il carbonio oppure, come nel caso dei cationi metallici, in forma ionica associati ad acidi organici. Il processo di incorporamento vero e proprio nella sostanza organica è detto organicazione. Per estensione il concetto di organicazione si può applicare anche agli elementi nutritivi presenti in forma ionica sotto forma di sali minerali nelle strutture cellulari e nei liquidi organici in generale (calcio, potassio, magnesio, ecc.): questi elementi saranno infatti restituiti in gran parte al terreno solo con la decomposizione della sostanza organica.
In generale gli elementi immobilizzati nella sostanza organica, sotto forma di biomassa vivente o morta e di humus, sono temporaneamente sottratti sia alle dinamiche di assorbimento da parte degli organismi viventi sia alle dinamiche chimico-fisiche nel terreno. Poiché la sostanza organica del terreno è praticamente immobile (salvo casi molto particolari in cui può migrare lungo il profilo), l'organicazione permette di trattenere gli elementi nutritivi fino alla mineralizzazione.
Si tratta del meccanismo di assorbimento più importante per la ritenzione degli elementi dotati di grande mobilità, quali l'azoto e lo zolfo. Per quanto riguarda l'azoto, la fonte naturale fondamentale è rappresentata dall'azoto atmosferico (N2), convertito prima in forma organica e poi nelle forme assimilabili (ione ammonio e ione nitrato) attraverso l'azotofissazione. La fissazione biologica è un processo che assume proporzioni di grande portata solo in tempi molto lunghi grazie all'accumulo e al riciclo attraverso la sovrapposizione del ciclo dell'azoto con il ciclo del carbonio; in assenza di questa stretta connessione gran parte dell'azoto fissato annualmente si perderebbe.
L'assorbimento biologico è anche la forma principale con cui il terreno trattiene gli elementi nutritivi nelle regioni tropicali: in queste regioni i suoli sono notoriamente poveri a causa dell'intensa mineralizzazione e del dilavamento attuato dalle piogge tropicali. Il motore del flusso di materia nell'ecosistema è rappresentato dalla biomassa vivente, l'unica in grado di sottrarre stabilmente gli elementi nutritivi alle perdite e rilasciarli gradualmente attraverso la fase di mineralizzazione del ciclo del carbonio. Negli ambienti tropicali, la distruzione di una foresta in effetti lascia il terreno in condizioni temporanee di elevata fertilità chimica, ma le condizioni di fertilità sono di breve durata in quanto questi suoli vanno incontro ad un rapido impoverimento come fase iniziale della desertificazione.
Assorbimento chimico