- REAZIONE DEL SUOLO

- SUOLI CALCAREI

- SUOLI ANOMALI

- ACQUE DI IRRIGAZIONE

Classificazione dei suoli in base al pH

pH

Peracidi < 5.3

Acidi 5.4 - 5.9

Subacidi 6.0 - 6.6

Neutri 6.7 - 7.2

Subalcalini 7.3 - 8.1

Alcalini 8.2 - 8.8

Peralcalini > 8.8

I valori si riferiscono a soluzioni 1 M di ioni H 3O+ o OH-. Una soluzione di HCl 10 M ha pH = -1 e pOH = 15

REAZIONE DEL SUOLOREAZIONE DEL SUOLOREAZIONE DEL SUOLOREAZIONE DEL SUOLO

La concentrazione di ioni H 3O+ nella fase liquida del suolo è condizionato dal carattere saturo o insaturo delle superfici colloidali, che dipende principalme nte dalle condizioni pedoclimatiche del sito

CLIMA UMIDO CLIMA ARIDO

Lisciviazione Accumulo

Basso GSB Elevato GSB

Basso pH Elevato pH

DISPONIBILITA’ DI ALCUNI NUTRITIVI IN RELAZIONE AL p H

Uno scambiatore insaturo si comporta come un acido debole

H-A-suolo + H 2O ⇄⇄⇄⇄ A-suolo + H 3O+

(A: basi di scambio)

Il catione di un sale aggiunto (KCl o CaCl2) scambia gli ioni H+ adsorbiti

H-A-suolo + M + + H2O ⇄⇄⇄⇄ M-A-suolo + H 3O+

Acidità di scambio

o acidità potenziale

Il pH del suolo viene comunemente misurato in una so spensione di suolo con un rapporto [peso suolo/volume di acqua d istillata] (o KCl)

pari a 1:2,5.

I valori di pH che si registrano in KCl sono generalm ente inferiori a quelli in H 2O perchè corrispondono alla concentrazione degli ion i H3O+

dissociati inizialmente più quella dei protoni e deg li ioni Al 3+ scambiati dagli ioni K + (acidità di scambio).

POTERE TAMPONE

La massima attività di un sistema tampone si realizz a quando la concentrazione dell’acido debole e della sua base c oniugata sono elevate e uguali tra loro e dunque pH = pK a.

[A -]pH = pK a + log

[HA] Intervallo massimo di pH di tamponamento = 2 unità di pH

[A -]0.1 < < 10 pH = pK a ±±±± 1

[HA]

IL POTERE TAMPONE DI UN SUOLO DIPENDE da

- Composizione mineralogica

- Contenuto di sostanza organica

- Equilibri acido-base del carbonato e bicarbonato di calcio

9.5-SiO- + H+-SiOH

7.0-Si-O-Al- (- ½½½½) + H+-Si-OH-Al- (+ ½½½½)

5.5- AlOH (- ½½½½) + H+- AlOH 2 (+ ½½½½)

8.0 – 11.0-O- + H+-OH fenolici

3.5 - 5.5R-COO- + H+-COOH

9.2NH3 + H+NH4+

2.9FeOH2+ + H+Fe3+ + H2O

5.0AlOH 2+ + H+Al 3+ + H2O

10.3CO32- + H+HCO3

-

6.3HCO3- + H+CO2 + H2O � H2CO3

pKaSistema tampone

CARBONATI

Aria atmosferica P CO2 ≈ 0,00033

Aria tellurica P CO2 ≈ da 0,003 a 0,03

Pioggia pH = 5,7

[H2CO3 + CO2 + H2O]KH = -------------------------------- = 3.16 x 10-2

PCO2

[H+] = √ Ka x M M = KH x PCO2

Ad un livello di CO 2 pari a quello dell’atmosfera, il pH di una soluzione satura in equilibrio con CaCO 3 è uguale a 8.3.

Il pH medio di un suolo calcareo misurato in laborat orio è intorno a 8.3. Il pHmisurato in campo è inferiore.

CaCO3(s) ⇄ Ca2+(aq) + CO3

2-(aq) Kps = 2,8 x 10-9

H2CO3 + H2O ⇄ H3O+ + HCO3- pK a = 6,4

HCO3- + H2O ⇄ H3O + CO3

2- pK a = 10,3

[H+] = √ 10-13 x PCO2

Effetto dell’ambiente chimico sulla solubilità del c arbonato di calcio

Ca2+ + H2O + CO2CaCO3 + 2H+

OH-

CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+ + 2HCO3-

Condizioni alcaline, consumando ioni H + e spostando l’equilibrio a destra, favoriscono l’accumulo del C aCO3

CaCO3(s) ⇄ Ca2+(aq) + CO3

2-(aq) Kps = 2,8 x 10-9

CO2 + H2O ⇄⇄⇄⇄ H2CO3

H2CO3 + H2O ⇄ H3O+ + HCO3- Ka = 4,4 x 10-7

Un aumento della P CO2 , spostando l’equilibrio a destra, favorisce la solubilizzazione del CaCO 3

CO2

H+

Condizioni acide, aumentando la concentrazione di H + e spostando l’equilibrio a sinistra, favoriscono la solubilizza zione del CaCO 3

SUOLI SALINIECe > 2 mmho cm -1

EC dell’estratto di pasta satura

ESP < 15 %

SAR < 15

pH < 8.5

NaadsESP = ----------- x 100

CSC

100 (-0.0126 + 0.01475 SAR)ESP = -----------------------------------------

1 + (-0.0126 + 0.01475 SAR)

H2OElevata

concentrazione di sali SOLUBILI

GSB elevato

Colloid flocculati

Buona struttura

Cloruri e solfati di Na, Ca e Mg

Concentrazione della soluzione

Precipitazione di MgSO 4 , MgCO3 , CaSO4 e CaCO3

La salinità diminuisce

La percentuale del Na + in soluzione aumenta

La percentuale del Na + adsorbito aumenta

Na-X + H2O ⇄⇄⇄⇄ H-X + Na+ + OH-

2 Na+ + CO2 + 2 OH- → Na2CO3↓↓↓↓ + H2O

Na2CO3 + H2O → 2 Na+ + CO32- + H2O

CO32- + H2O ⇄⇄⇄⇄ HHHHCO3

- + OH- pKa = 10.3

Na+

SUOLI SODICI

10.550

10.040

9.530

9.020

8.215

pHESP

La dispersione è tanto più facile quanto maggiore è lo spessore del doppio strato diffuso

1d = -----------

z ηηηη C1/2

Carica dello ione

La dispersione è tanto più stabile quanto più idratato è lo ione

51010-1

5010010-3

500100010-5

Cationi

bivalenti

Cationi monovale

nti

Spessore del doppio strato (A)

Concentrazione

cationica(N)

Na+ > K+ > Mg2+ ≈ Ca2+ > H+ > Al3+

EC < 2 mS cm -1

ESP > 15

pH > 8.5

IDROLISI

CORREZIONE DEI SUOLI SODICI: ESP 10%

a. CaSO4 + 2 NaX ⇄⇄⇄⇄ CaX + Na2SO4

b. 2 S + 3 O2 + H2O ⇄ 2 H2SO4

H2SO4 + CaCO3 ⇄ CaSO4 + CO2 + H2O

c. CaCl 2 + 2 NaX ⇄ CaX + 2 NaCl

QUALITA’ DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE

Cationi + Anioni (meq L -1) = EC (mmho cm -1) x 10Conducibilità Elettrica

STD (mg L -1) = EC (mmho cm -1) x 640Solidi Totali Disciolti

ππππ [kPa] = EC (mmho cm -1) x 360

Acque di irrigazione con elevata concentrazione di sodio tendono a produrre suoli con alti livelli di sodio scambiabil e

[NaX] (meq/100g) [Na +] (mmol/L)---------------------------- = KG -------------------------

[CaX] (meq/100g) [Ca 2+]½ (mmol/L)

[NaX] (meq/100g) [Na +] (meq/100g) ------------------------------------- = KG -------------------------------------

[(Ca + Mg)X] (meq/100g) Ca 2+ + Mg2+ (meq/100g) ----------------

2

[Na+](Sodium Adsorption Ratio) SAR = --------------------

Ca2+ + Mg2+

----------------2

Il rapporto tra questi ioni influisce sul grado di dispersione dell’argilla e, di conseguenza, sulla struttura e sulla stabilità del s uolo e quindi sulla sua permeabilità

INDICI DI QUALITA’ delle acque di irrigazione

Le proprietà fisiche del suolo dipendono dall’intera zione tra i seguenti fattori

- contenuto in sodio rispetto a calcio e magnesio

- contenuto in carbonati e bicarbonati

- concentrazione salina totale dell’acqua

adj SAR = SAR [1 + (8.4 – pH c)] pHc : pH calcolato dell’ acqua di irrigazione in aggiustato contatto con carbonati e in equilibrio con CO 2

nuovo

Nadj SAR : SAR in cui la concentrazione di Ca 2+ è modificata in base alla EC, al rapporto [HCO 3

-) / [Ca2+] ed a PCO2 nei primi millimetri superficiali del suolo

< 2.95.0-2.9> 5.020-40

< 1.32.9-1.3> 2.912-20

< 0.51.9-0.5> 1.96-12

< 0.31.2-0.3> 1.23-6

< 0.20.7-0.2> 0.7con ECw

SAR 0.3

INFILTRAZIONE

> 2000450< 450STD

> 3.00.7-3.0< 0.7ECwSALINITA’

severada lieve a moderata

nessuna

LIMITAZIONE D’USOParametroProblemi potenziali

LIMITAZIONE D’USO delle acque di irrigazione

ECw : EC dell’acqua di irrigazione

ECe : EC dell’estratto di pasta satura ECe ≈ 1.5 ECw

Quanto più elevato è il valore della EC w tanto maggiore è il valore del SAR tollerabile a causa dell’effetto flocculante dei sali che contra sta l’effetto disperdente legato ad

un aumento del grado di sodicizzazione

I sali influiscono sulla produttività della pianta perché influiscono sul potenziale osmotico: un aumento del suo valore determina una m aggiore difficoltà per

l’apparato radicale ad assorbire l’acqua

SUOLI ACIDI

CAUSE

- Dilavamento

- Processi di ossidazione

- Dissociazione di acidi organici

- Assorbimento radicale

- Concimazioni

- Irrigazione con acque povere di sali

- Piogge acide

pH < 5.9GSB (pH 5.0) ≈ 40%

ACIDITA’ TOTALE o titolabile = A. ATTUALE + A. POTEN ZIALE

1. DILAVAMENTO

CO2

H2O + CO2 ⇄ H2CO3 ⇄ H+ + HCO3- Acidità ATTUALE

- Scambio delle basi adsorbite Acidità PO TENZIALE

- Dilavamento delle basi mobilizzate nei climi umidi

Condizioni che favoriscono l’insorgere dell’acidità:

- Elevata piovosità

- Basse temperature

- Scarsità di minerali ricchi di basi

- Suoli sabbiosi

L’alterazione dei minerali libera ioni Ca, Mg, K e Na nella soluzione del suolo

nelle regioni UMIDE nelle regioni ARIDE

ELEVATA lisciviazione delle basi

Accumulo di H + e Al 3+ SCARSA lisciviazione delle basi

BASSO GSB ELEVATO GSB

pH ACIDO pH NEUTRO O ALCALINO

N organico → NH3 + 2 O2 → H+ + H2O + NO3-

C organico → CO2 + H2O ⇄⇄⇄⇄ H+ + HCO3- ⇄ 2H+ + CO3

2-

S organico → H2S + 2 O2 → 2 H+ + SO42-

SO2 + H2O + ½ O2 ⇄⇄⇄⇄ 2 H+ + SO42-

2 NO2 + H2O + ½ O2 → 2 H+ + 2 NO3-

2. PROCESSI DI OSSIDAZIONE

- Mineralizazione della sostanza organica

- Umificazione

- Ossidazione dell’azoto a HNO 3 nell’atmosfera

- Nitrificazione

- Ossidazione dell’SO 2 a solfato nell’atmosfera

- Ossidazione dello zolfo e dei solfuri a solfato

- Idrolisi degli ioni Fe 3+ e Al3+

Fe(H2O)63+ + H2O ⇄⇄⇄⇄ FeOH(H2O)5

2+ + H3O+ Al(H2O)63+ + H2O ⇄⇄⇄⇄ AlOH (H2O)5

2+ +H3O+

3. Dissociazione di acidi organici a basso peso mol ecolare rilasciati dalle radici o dalla decomposizione di residui orga nici: amminoacidi, acido acetico, formico, citrico, ossalico, malico, malonico, piruvico, etc.

Molti acidi organici sono forti agenti chelanti e co ncorrono a mobilizzare microelementi e ioni Al e Fe dagli allum ino-silicati

4. Rilascio di protoni dalle radici conseguente all’assorbimento di cationi nutritivi

5. Impiego di fertilizzanti ammoniacali e fosfatici

Le H-argille, in particolare le H-vermiculiti, sono sistemi chimicamente instabili che evolvono spontaneamente ad Al-

argille. I protoni penetrano negli strati ottaedric i, destabilizzando la struttura cristallina, e gli ioni Al spostati mi grano verso i siti di scambio sotto forma di ioni Al 3+ debolmente acidi scambiabili o

di polimeri di Al non scambiabili.

Monomero scambiabile

AlOH (H2O)52+

Dimero

Al 2(OH)2(H2O)84+

Polimero non scambiabile

SUOLI SOMMERSI

La velocità di diffusione di un gas in acqua è circa 10.000 volte inferiore a quella nell’aria, praticamente 0 nei su oli sommersi

Stati di ossidazione più frequenti nel suolo di ossi geno, carbonio, azoto e zolfo

DONATORI DI ELETTRONI

Composizione approssimata (C, H, O) della lignina, cellulosa e sostanza organica

(CH2O)n + nO2 = nCO2 + nH2O + ENERGIA

CH2O = C4+ + H2O + 4e-

NH4+, Fe2+, Mn2+, S2-

Potenziali normali* di alcune semireazioni (25°C)

La stabilità di una o dell’altra forma dipende dalla disponibilità di elettroni.

In condizioni riducenti, Fe2+, S2- e NH3 sono stabili. In presenza di ossigeno, gli stati di ossidazione stabili sono Fe3+, SO4

2- e NO3-.

forma ridotta

Stabilità in acqua

forma ossidata

forma ossidata e forma ridotta

Ordine di utilizzazione dei principali accettori di elettroni nel suolo

Se l’ossigeno in soluzione è insufficiente, i micro rganismi sono forzati ad utilizzare gli accettori di elettroni progressivamente più deboli

1. Dopo l’ossigeno, l’accettore più forte nel terren o è il nitrato, che viene ridotto ad NH 3, N2 e N2O.

2. Esauriti i nitrati, vengono ridotti Mn 4+ e Mn3+ e Fe3+ e le concentrazioni di Mn 2+ e Fe2+ nella soluzione del terreno diventano apprezzabili.

3. In condizioni ancora più riducenti, il solfato p uò essere ridotto a zolfo o a solfuro.

4. Se la disponibiltà di tutti questi accettori è anc ora inadeguata, i microrganismi devono utilizzare l’energia presente nei composti organici, riducendo H+ a H2 e fermentando la sostanza organica a CO 2e metano.

Il potenziale redox del suolo influisce sulla

crescita delle piante e sulla decomposizione

delle sostanze organiche