poh = -log 10 [OH - ] ph = -log 10 [H 3 O + ] Soluzione neutra Soluzione acida Soluzione basica ph < 7 ph > 7 ph = poh = 7

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1 Reazione del suolo

2 ph ph = -log 10 [H 3 O + ] poh = -log 10 [OH - ] Soluzione neutra [H 3 O + ] = [OH - ] = 10-7 ph = poh = 7 Soluzione acida [H 3 O + ] > [OH - ] > 10-7 ph < 7 Soluzione basica [H 3 O + ] < [OH - ] < 10-7 ph > 7

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4 Valori di ph dei suoli Valori di ph nei suoli delle regioni umide Le piogge provocano l allontanamento delle basi di scambio e conseguente acidificazione del suolo Valori di ph nei suoli delle regioni aride Le scarse precipitazioni consentono alle basi di scambio di rimanere dove si trovano ed il ph risulta alcalino

5 Reazione del suolo I valori si riferiscono a soluzioni 1 M di ioni H 3 O + e OH - 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 La concentrazione di ioni H 3 O + nella fase liquida del suolo è condizionato dal carattere saturo o insaturo delle superfici colloidali, che dipende principalmente dalle condizioni pedoclimatiche del sito CLIMA UMIDO Lisciviazione Basso GSB Basso ph CLIMA ARIDO Accumulo elevato GSB Elevato ph

6 Uno scambiatore insaturo si comporta come un acido debole H-A-suolo + H 2 O A-suolo + H 3 O + (A: basi di scambio) Il catione di un sale aggiunto (KCl o CaCl 2 ) scambia gli ioni H + adsorbiti H-A-suolo + M + + H 2 O M-A-suolo + H 3 O + Acidità di scambio o acidità potenziale Il ph del suolo viene comunemente misurato in una sospensione di suolo con un rapporto [peso suolo/volume di acqua distillata] (o KCl) pari a 1:2,5. I valori di ph che si registrano in KCl sono generalmente inferiori a quelli in H 2 O perchè corrispondono alla concentrazione degli ioni H 3 O + dissociati inizialmente più quella dei protoni e degli ioni Al 3+ scambiati dagli ioni K + (acidità di scambio).

7 Il ph del suolo è un importante proprietà chimica del suolo così come la tessitura lo è per le proprietà fisiche La conoscenza del ph del suolo permetterà di capire se il suolo è adatto per la coltivazione delle piante e se ci potranno essere limitazioni per qualche nutriente; in un suolo contaminato la conoscenza del ph consente di valutare la mobilità dei contaminanti; gli ioni idrogeno sono protoni (H + ) e non esistono in questo stato nel fluido, reagiscono invece con (H 2 O) che viene protonata per formare H 3 O +

8 Il ph del suolo influenza: La solubilità chimica e la disponibilità di molti elementi essenziali per le piante; Il destino dei metalli pesanti (cationi); Il destino di xenobiotici inorganici (ossianioni, arseniato, vanadato, molibdato, cromato, fluoruri); Il destino dei fitofarmaci e fertilizzanti del suolo; La decomposizione della sostanza organica, influenzando, principalmente la composizione delle popolazioni microbiche (batteri e funghi) nel suolo; Il ph del suolo è influenzato sia da ioni che formano acidi sia da ioni che formano basi: Cationi acidi sono: H +, Al 3+, Fe 2+, Fe 3+ ; Cationi basici sono: Ca 2+, Mg 2+, K +, Na +

9 Il ph del suolo influenza: Tossicità di elementi: in suoli a ph acido, l alluminio diviene tossico, inibendo la normale assimilazione di elementi nutritivi, e impedendo la divisione cellulare (fissazione al DNA); Lo sviluppo della biomassa microbica e quindi la decomposizione della sostanza organica; i batteri prediligono ph subalcalini, i funghi prediligono ph acidi, per cui in questo caso risultano notevolmente rallentate l evoluzione e la mineralizzazione dei residui vegetali; Il destino degli elementi nutritivi del suolo.

10 Il ph del suolo influenza: Le caratteristiche Chimico- Fisiche del sistema suolo; Disponibilità di elementi nutritivi;

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12 il ph è il parametro più importante nell influenzare la solubilità del metallo e la chimica superficiale del suolo l acidificazione del suolo determina generalmente un aumento della mobilità dei metalli; Aumento della solubilità dei precipitati; Riduzione delle superfici adsorbenti a carica variabile negativa (idrossidi e sostanza organica); Forte potere di sostituzione dei protoni; MAGGIORE DISPONIBILITA DEI METALLI

13 Effetto della alcalinizzazione sulla disponibilità dei metalli CALCITAZIONE DEL SUOLO: [CaCO 3 - Ca(OH) 2 MECCANISMI Il Ca 2+ compete con i metalli pesanti per i siti di adsorbimento; Precipitazione dei metalli come idrossidi e carbonati; Aumento della stabilità dei complessi metallo sostanza organica.

14 Effetto della alcalinizzazione sulla disponibilità dei metalli Fertilizzazione del suolo con fertilizzanti a reazione stechiometrica o fisiologica alcalina Immobilizzazione dei metalli ph Me 2+ Me(OH) + > forme idrolizzate dei metalli Le forme idrolizzate sono adsorbite preferenzialmente

15 Acidità dei suoli Cause e Impatti

16 Acidità dei suoli Cause di acidificazione dei suoli 1) formazione dell acido carbonico: il gas anidride carbonica reagisce con l acqua; la respirazione radicale e la decomposizione della S.O. forniscono ulteriore CO 2 ; CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3- + H + 2) Acidi provenienti dal metabolismo microbico: i microrganismi degradando la SO producono acidi organici come acido citrico, carbossilico, fenolico: RCH O O 2 + H 2 O RCOOH RCOO - + H + ; 3) Sostanza organica: a) perdita di cationi in seguito a lisciviazione di complessi solubili tra le sostanze umiche e cationi non acidi (es. Ca ++ ); b) La sostanza organica è una fonte di H +

17 Acidità dei suoli Cause di acidificazione dei suoli 4) Ossidazione dell azoto (Nitrificazione): l azoto arriva generalmente al suolo come NH 4+ ; viene ossidato in ambiente aerobico in acido nitrico: NH 4+ + O 2 H 2 O + H + + H + + NO 3- ; 5) Ossidazione dello Zolfo (S SO 2-4 ); 6) Acidi provenienti dalla precipitazione: H 2 SO 4 SO H + ; HNO 3- NO 3- + H + ; 7)Assorbimento vegetale di cationi: le piante essudano ioni H 3 O + o assorbono anioni (es. SO 2-4 ) per bilanciare l assorbimento di cationi;

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20 Acidità del suolo Acidità attiva dovuta all attività degli ioni H + nella soluzione del suolo in un dato momento; Acidità di riserva viene rappresentata dagli ioni H + e dagli ioni Al 3+ che sono facilmente scambiabili da altri cationi (ioni carichi positivamente) H Mg H H H Na + H + H + Ca H + H H + Na Ca Mg H + H + Acidità di riserva Acidità attiva soluzione del suolo

21 Fasi dell acidità del suolo Acidità di legame; -Al(OH) x nei complessi di scambio Acidità scambiabile; Al e H + ioni Acidità solubile; Al e H + ioni

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23 Scambio di cationi l interscambio tra un catione in soluzione e un catione legato ai colloidi elettronegativi del suolo come argilla e sostanza organica; Suolo : Ca ++ 2 H + Suolo H + Ca + + H + Colloide Soluzione suolo Colloide Soluzione suolo

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25 Proprietà dei suoli acidi Al ph <6, l alluminio è la principale fonte di protoni (H + ) dovuti alla dissociazione acida di Al dai minerali argillosi; Al diventa solubile a ph molto acidi Al 3+ + H 2 O Al(OH) 2+ + H 3 O + Al(OH) 2+ + H 2 O Al(OH) 2+ + H 3 O + Al(OH) 2+ + H 2 O Al(OH) 3 + H 3 O + Al ++ + H + Fitotossicità dell alluminio Al ++ + H + k + Mg + + Na + Influenza sull assorbimento del fosfato; Influenza sui processi microbiologici. Ca 2+ K + Na + K + K + Na +

26 Idrolisi dell alluminio OH 2 OH 2 Al 3+ OH 2 Acido di Bronsted Lowry pka = 4,98 OH 2 OH 2 OH 2 Raggio ionico = 1,25 Å Al(OH 2 ) H 2 O Al(OH 2 ) 5 (OH) 2+ + H 3 O + Al(OH 2 ) 5 (OH) 2+ + H 2 O Al(OH 2 ) 4 (OH) H 3 O + Al(OH 2 ) 4 (OH) H 2 O Al(OH 2 ) 3 (OH) 3 + H 3 O +

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29 [Al(H 2 O) 6 ] 3+ + H 2 O [Al(OH)(H 2 O) 5 ] 2+ H 3 O + Idrolisi di [Al(H 2 O) 6 ] 3+ per produrre H 3 O + Una molecola d acqua non coordinata rimuove un protone da una molecola d acqua coordinata

30 Suoli acidi: ruolo dell alluminio La fitotossicità da alluminio è un problema che riguarda molti terreni in tutto il mondo e più in particolare in quei luoghi in cui l elevata acidità del suolo rende solubili questi metalli. Questo fenomeno è particolarmente rilevante poiché l alluminio è tra gli elementi più diffusi nella crosta terrestre in forma di vari composti come le argille (es. kaoliniti) gli ossidi e gli idrossidi di alluminio, mentre non è mai stata riscontrata la sua presenza allo stato puro.

31 Suoli acidi: ruolo dell alluminio Nei terreni acidi alte concentrazioni di alluminio fermano lo sviluppo delle radici nelle piante, limitando in modo marcato la produttività agricola e bloccando anche l assorbimento del calcio un elemento importante per lo sviluppo della pianta. Il meccanismo d azione dell alluminio nelle piante prevede che esso blocchi la divisione cellulare, danneggiando il DNA e quindi interrompendo la crescita della pianta.

32 Suoli acidi: ruolo dell alluminio Al 3+ Al(OH) 2+ Al(OH) + 2 Al(OH) 3 Suoli molto acidi Suoli moderatamente acidi Suoli alcalini

33 La crescita della pianta.

34 Aluminium toxicity reduces root growth Al ppm Cotton Root Length 0 16 cm cm cm

35 Problemi legati a ridotta attività della flora e della fauna tellurica; Tossicità legata all Al, al Mn, molto solubili; Ridotta disponibilità degli elementi.

36 Calcitazione

37 Calcitazione Neutralizzazione dell acidità del suolo con una base di calcio o magnesio [Ca(OH) 2 ] o con un sale idroliticamente basico H - H suolo + CaCO 3 Ca suolo + H 2 CO 3 CaCO 3 (solido) Ca 2+ + CO 2-3 CO H 2 O HCO 3- + OH HCO 3- + H 2 O H 2 CO 3 + OH H + + OH H 2 O

38 SUOLI ALCALINI e SALINI

39 CLASSIFICAZIONE SUOLI ALCALINI E SALINI I suoli salini ed alcalini possono essere classificati in funzione del contenuto in sali solubili e della percentuale di sodio presente sulla superficie degli scambiatori E.S.P. = sodio scambiabile (meq/100g) x 100 CSC (meq/100g)

40 EC (Conduttività Elettrica) Tenuto conto che gli ioni in soluzione acquosa conducono corrente elettrica, la misura della conduttività elettrica, mediante conduttimetro consente di valutare la quantità totale di sali solubili presenti nel suolo. Il valore della conduttività è proporzionale alla concentrazione dei sali nella soluzione del suolo. La EC viene misurata in ds/m o ms/cm. Valori superiori a 4 sono indice di salinità. ds/m = ms/cm deci-siemens/m = milli-siemens/cm.

41 SUOLI ALCALINI Me Me Me Me SUOLO Me Me Me Me = Na + : suoli sodici ph > 8,5 Me = Ca 2+, Mg 2+ suoli calcarei ph < 8,5 (7,5 8,5) IDROLISI ALCALINA: Alcalinità costituzionale (carbonati di Ca e Mg) Alcalinità sodica (complesso di scambio ricco di ioni sodio)

42 SUOLI CALCAREI CaCO 3 (solido) Ca 2+ + CO 3 2- CO H 2 O HCO 3- + OH - HCO 3- + H 2 O H 2 CO 3 + OH - La reazione deve soddisfare due diverse costanti di equilibrio: Kps = costante di solubilità = 4,9 x 10-9 Ka = costante di dissociazione di H 2 CO 3 = 4,3 x 10-7 Sono pochi gli ioni CO 3 2- che vanno in soluzione e conseguentemente sono pochi quelli che reagiscono con l acqua per dare OH -

43 Effetto dell ambiente chimico sulla solubilità del carbonato di calcio Condizioni alcaline, consumando ioni H + e spostando l equilibrio a destra, favoriscono l accumulo del CaCO 3 Ca 2+ + H 2 O + CO 2 CaCO 3 + 2H + Condizioni acide, aumentando la concentrazione di H+ e spostando l equilibrio a sinistra, favoriscono la solubilizzazione del CaCO 3 CaCO 3(s) Ca 2+ aq) + CO 2-3 (aq) Kp = 2,8 x 10-9 CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H 2 CO 3 + H 2 O HCO H 3 O + Ka = 4,4 x 10-7 Un aumento della PCO 2, spostando l equilibrio a destra, favorisce la solubilizzazione del CaCO 3 CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca HCO - 3

44 Applicazione di Fe (alle foglie) come chelato

45 Alcalinita Sodica

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47 Saturazione in sodio del terreno Nei suoli sodici si verificano fenomeni di dispersione colloidale, di distruzione della struttura con alterato rapporto tra fase solida, liquida e gassosa; Dispersione e rigonfiabilità delle argille costituenti il suolo: Asfissia radicale; Condizioni riducenti nel suolo; Flocculazione dispersione

48 condizioni riducenti nel suolo;

49 Correzione suoli alcalini La modalità di correzione di questi suoli si basa sulla sostituzione del Na sul complesso di scambio, e il suo allontanamento come sale solubile. La falda spesso superficiale, la difficoltà di drenaggio, i quantitativi elevati di correttivo da impiegare, i tempi lunghi di intervento, rendono spesso antieconomica la pratica. Si usano: gesso; anidrite; acido solforico; solfato ferroso; zolfo (finemente macinato).

50 Correzione suoli alcalini Il solfato sodico (Na 2 SO 4 ) che si forma è un sale neutro solubile e dilavabile con abbondanti irrigazioni e idonei interventi di drenaggio delle acque Il gesso ha rapido effetto e riduce il ph fino a valori di 7,5. per abbassare ulteriormente il ph si usa zolfo (S) ad effetto più lento, e fino a 6,5; lo zolfo deve essere ossidato ad acido solforico, H 2 SO 4, e quindi ambiente ossidante; se l ambiente è asfittico, si forma acido solfidrico H 2 S.

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52 suoli salini 1/3 dei terreni irrigati della terra soffrono di problemi di salinità; Cause della salinità in suoli agrari: Inondazione con acque salse; reiterato uso di acque irrigue saline; Cause della salinità in ambienti naturali: Ambienti aridi, scarsa lisciviazione;

53 Problemi legati alla salinità Nei suoli salini si accumulano diversi ioni e cationi: Ca, Mg, K, Na, Cl, SO 4, (il contenuto di Na è relativamente basso); Nei suoli salini la soluzione circolante, è notevolmente concentrata. Questo determina una difficoltà da parte delle colture di approvvigionarsi di acqua a causa del potenziale osmotico elevato (stress osmotico); Si può avere la formazione di croste superficiali molto resistenti, con problemi di germinazione dei semi; Insolubilizzazione per precipitazione, e carenza di molti elementi (Fe, Cu, Mn), inibizione dell assorbimento del calcio (Ca); Tossicità del sodio, cloruro, boro; Depressione dell attività microbica.

54 La soluzione più diluita è nel settore A a sinistra, la soluzione più concentrata (soluzione circolante ricca di sali) a destra; le due soluzioni avendo concentrazioni diverse, avranno anche pressioni osmotiche diverse: quella nel settore A ha pressione osmotica minore. Dopo un certo il livello del liquido nel settore B si è alzato, nel settore A si è abbassato; se si vuole impedire che molecole di solvente passino dal settore A al settore B si deve esercitare sul settore B una certa pressione dall esterno: pressione osmotica della soluzione, la pressione osmotica viene indicata con la lettera pi greco e misurata in atmosfere. Quanto più grande è la differenza di concentrazione tra le due soluzioni, tanto maggiore diviene il dislivello tra i due liquidi, ma grazie ala differenza di pressione osmotica tra le due soluzioni, un certo numero di molecole di solvente migra dalla soluzione più diluita a quella più concentrata.

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56 Problemi nei suoli acidi: l alluminio è tossico per microrganismi e radici; Il manganese è tossico per microrganismi e radici; Carenza di calcio e magnesio; Deficienza di molibdeno per le leguminose; Formazione di sali insolubili di fosfato di alluminio e ferro; Ridotta trasformazione dell azoto; Maggiore mobilità dei metalli pesanti.

57 Problemi nei suoli alcalini Carenza di fosfato; Carenza di ferro; Carenza di manganese; Carenza di zinco; Eccesso di sali in alcuni suoli; Formazione di sali insolubili di fosfato di calcio e magnesio.

58 ph Affects Nutrients

59 Suolo Ioni positivi e negativi sono sempre presenti nella fase liquida del suolo; L accertamento di ioni H + risulta funzione di equilibri che si stabiliscono nella pedosfera tra le fasi solida, liquida e gassosa; tra questi: Meccanismi di scambio a livello delle superfici dei minerali argillosi e delle sostanze umiche; Dissociazione di ossidrili OH - dalla struttura cristallina dei fillisilicati, e dei gruppi carbossilici e fenolici delle sostanze umiche. Argilla e protoni H +

60 SUOLI ACIDI ph < 5.9 GSB (ph 5.0) 40% ACIDITA TOTALE o titolabile = A. ATTUALE + A. POTENZIALE CAUSE - Dilavamento - Processi di ossidazione - Dissociazione di acidi organici - Assorbimento radicale - Concimazioni - Irrigazione con acque povere di sali - Piogge acide

61 Fonti di acidità del suolo I cationi acidi Idrogeno e Alluminio sono responsabili dell acidità del suolo; L idrogeno scambiabile è la principale fonte di protoni (H + ) a ph =6 e superiore; Al di sotto di ph = 6 alluminio è la principale fonte di protoni (H + ) dovuta alla dissociazione di Al dai minerali argillosi; L Al diventa solubile a ph molto acidi Al 3+ + H 2 O. > Al(OH) 2+ + H + Al(OH) 2+ + H 2 O. > Al(OH) 2+ + H + Al(OH) 2+ + H 2 O. > Al(OH) 3 + H +

62 FINE