- REAZIONE DEL SUOLO - SUOLI CALCAREI - SUOLI ANOMALI - ACQUE DI IRRIGAZIONE

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1 - REAZIONE DEL SUOLO - SUOLI CALCAREI - SUOLI ANOMALI - ACQUE DI IRRIGAZIONE

2 REAZIONE DEL SUOLO I valori si riferiscono a soluzioni 1 M di ioni H 3 O + o OH -. Una soluzione di HCl 10 M ha ph = -1 e poh = 15 Classificazione dei suoli in base al ph ph Peracidi < 5.3 Acidi Subacidi Neutri Subalcalini Alcalini 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 CLIMA ARIDO Lisciviazione Accumulo Basso GSB Elevato GSB Basso ph Elevato ph

3 DISPONIBILITA DI ALCUNI NUTRITIVI IN RELAZIONE AL ph

4 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).

5 POTERE TAMPONE La massima attività di un sistema tampone si realizza quando la concentrazione dell acido debole e della sua base coniugata 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 CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO - 3 Al 3+ + H 2 O Fe 3+ + H 2 O NH 4 + -COOH -OH fenolici - AlOH (+ ½) 2 -Si-OH-Al- Sistema tampone (+ ½) HCO H + CO H + AlOH 2+ + H + FeOH 2+ + H + NH 3 + H + R-COO - + H + -O - + H + - AlOH (-½) + H + -Si-O-Al- (-½) + H + -SiOH -SiO - + H + pk a

6 CARBONATI Aria atmosferica P CO2 0,00033 Aria tellurica P CO2 da 0,003 a 0,03 Pioggia ph = 5,7 [H 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O] K H = = 3.16 x 10-2 P CO2 [H+] = K a x M M = K H x P CO2 CaCO 3(s) Ca 2+ (aq) + CO 3 2- (aq) K ps = 2,8 x 10-9 H 2 CO 3 + H 2 O H 3 O + + HCO 3 - pk a = 6,4 HCO 3- + H 2 O H 3 O + CO 3 2- pk a = 10,3 [H + ] = x P CO2 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 laboratorio è intorno a 8.3. Il ph misurato in campo è inferiore.

7 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 OH - Ca 2+ + H 2 O + CO 2 CaCO 3 + 2H + H+ 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 3 2- (aq) K ps = 2,8 x 10-9 CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H 2 CO 3 + H 2 O H 3 O + + HCO 3 - K a = 4,4 x 10-7 CO 2 Un aumento della P CO2, spostando l equilibrio a destra, favorisce la solubilizzazione del CaCO 3 CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca HCO 3 -

8 SUOLI SALINI EC e > 2 mmho cm -1 EC dell estratto di pasta satura ESP < 15 % SAR < 15 ph < 8.5 Na ads ESP = x 100 CSC 100 ( SAR) ESP = ( SAR) H 2 O Elevata concentrazione di sali SOLUBILI Cloruri e solfati di Na, Ca e Mg GSB elevato Colloid flocculati Concentrazione della soluzione Precipitazione di MgSO 4, MgCO 3, CaSO 4 e CaCO 3 Buona struttura La salinità diminuisce La percentuale del Na + in soluzione aumenta La percentuale del Na + adsorbito aumenta

9 IDROLISI SUOLI SODICI Na-X + H 2 O H-X + Na + + OH - 2 Na + + CO OH - Na 2 CO 3 + H 2 O Na + Na 2 CO 3 + H 2 O 2 Na + + CO H 2 O CO H 2 O HCO OH - pk a = 10.3 La dispersione è tanto più facile quanto maggiore è lo spessore del doppio strato diffuso 1 d = z η C 1/2 Carica dello ione Concentra zione cationica (N) Spessore del doppio strato (A) Cationi monovale nti La dispersione è tanto più stabile quanto più idratato è lo ione 10 Cation i bivale nti 500 Na + > K + > Mg 2+ Ca 2+ > H + > Al EC < 2 ms cm -1 ESP > 15 ph > 8.5 ESP ph

10 CORREZIONE DEI SUOLI SODICI: ESP 10% a. CaSO NaX CaX + Na 2 SO 4 b. 2 S + 3 O 2 + H 2 O 2 H 2 SO 4 H 2 SO 4 + CaCO 3 CaSO 4 + CO 2 + H 2 O c. CaCl NaX CaX + 2 NaCl

11 QUALITA DELLE ACQUE DI IRRIGAZIONE Cationi + Anioni (meq L -1 ) = EC (mmho cm -1 ) x 10 Conducibilità Elettrica STD (mg L -1 ) = EC (mmho cm -1 ) x 640 Solidi Totali Disciolti π [kpa] = EC (mmho cm -1 ) x 360 Acque di irrigazione con elevata concentrazione di sodio tendono a produrre suoli con alti livelli di sodio scambiabile [NaX] (meq/100g) [Na + ] (mmol/l) = K G [CaX] (meq/100g) [Ca 2+ ] ½ (mmol/l) [NaX] (meq/100g) [Na + ] (meq/100g) = K G [(Ca + Mg)X] (meq/100g) Ca 2+ + Mg 2+ (meq/100g)

12 INDICI DI QUALITA delle acque di irrigazione [Na + ] (Sodium Adsorption Ratio) SAR = Ca 2+ + Mg Il rapporto tra questi ioni influisce sul grado di dispersione dell argilla e, di conseguenza, sulla struttura e sulla stabilità del suolo e quindi sulla sua permeabilità Le proprietà fisiche del suolo dipendono dall interazione 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 )] ph c : 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- ) / [Ca 2+ ] ed a P CO2 nei primi millimetri superficiali del suolo

13 LIMITAZIONE D USO delle acque di irrigazione Problemi potenziali SALINITA Parametro ECw STD LIMITAZIONE D USO nessuna < 0.7 < 450 da lieve a moderata severa > 3.0 > 2000 INFILTRAZIONE SAR 0.3 con ECw > < > < > < > < > < 2.9 EC w : EC dell acqua di irrigazione EC e : EC dell estratto di pasta satura EC e 1.5 EC w 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 contrasta 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 maggiore difficoltà per l apparato radicale ad assorbire l acqua

14 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

15 1. DILAVAMENTO CO 2 H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 H + + HCO - 3 Acidità ATTUALE - Scambio delle basi adsorbite Acidità POTENZIALE - 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

16 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 Al 3+ SO 2 + H 2 O + ½ O 2 2 H + + SO NO 2 + H 2 O + ½ O 2 2 H+ + 2 NO 3 - N organico NH O 2 H + + H 2 O + NO 3 - C organico CO 2 + H 2 O H + + HCO 3-2H + + CO 3 2- S organico H 2 S + 2 O 2 2 H + + SO 4 2- Fe(H 2 O) H 2 O FeOH(H 2 O) H 3 O + Al(H 2 O) H 2 O AlOH (H 2 O) H 3 O +

17 3. Dissociazione di acidi organici a basso peso molecolare rilasciati dalle radici o dalla decomposizione di residui organici: amminoacidi, acido acetico, formico, citrico, ossalico, malico, malonico, piruvico, etc. Molti acidi organici sono forti agenti chelanti e concorrono a mobilizzare microelementi e ioni Al e Fe dagli allumino-silicati 4. Rilascio di protoni dalle radici conseguente all assorbimento di cationi nutritivi 5. Impiego di fertilizzanti ammoniacali e fosfatici

18 Le H-argille, in particolare le H-vermiculiti, sono sistemi chimicamente instabili che evolvono spontaneamente ad Alargille. I protoni penetrano negli strati ottaedrici, destabilizzando la struttura cristallina, e gli ioni Al spostati migrano verso i siti di scambio sotto forma di ioni Al 3+ debolmente acidi scambiabili o di polimeri di Al non scambiabili. Dimero Al 2 (OH) 2 (H 2 O) 8 4+ Monomero scambiabile AlOH (H 2 O) 5 2+ Polimero non scambiabile

19 SUOLI SOMMERSI La velocità di diffusione di un gas in acqua è circa volte inferiore a quella nell aria, praticamente 0 nei suoli sommersi

20 Stati di ossidazione più frequenti nel suolo di ossigeno, carbonio, azoto e zolfo

21 DONATORI DI ELETTRONI Composizione approssimata (C, H, O) della lignina, cellulosa e sostanza organica (CH 2 O) n + no 2 = nco 2 + nh 2 O + ENERGIA CH 2 O = C 4+ + H 2 O + 4e - NH 4+, Fe 2+, Mn 2+, S 2-

22 Potenziali normali* di alcune semireazioni (25 C) Stabilità in acqua forma ridotta forma ossidata e forma ridotta La stabilità di una o dell altra forma dipende dalla disponibilità di elettroni. In condizioni riducenti, Fe 2+, S 2- e NH 3 sono stabili. In presenza di ossigeno, gli stati di ossidazione stabili sono Fe 3+, SO 4 2- e NO 3-. forma ossidata

23 Ordine di utilizzazione dei principali accettori di elettroni nel suolo Il potenziale redox del suolo influisce sulla crescita delle piante e sulla decomposizione delle sostanze organiche Se l ossigeno in soluzione è insufficiente, i microrganismi sono forzati ad utilizzare gli accettori di elettroni progressivamente più deboli 1. Dopo l ossigeno, l accettore più forte nel terreno è il nitrato, che viene ridotto ad NH 3, N 2 e N 2 O. 2. Esauriti i nitrati, vengono ridotti Mn 4+ e Mn 3+ e Fe 3+ e le concentrazioni di Mn 2+ e Fe 2+ nella soluzione del terreno diventano apprezzabili. 3. In condizioni ancora più riducenti, il solfato può essere ridotto a zolfo o a solfuro. 4. Se la disponibiltà di tutti questi accettori è ancora inadeguata, i microrganismi devono utilizzare l energia presente nei composti organici, riducendo H + a H 2 e fermentando la sostanza organica a CO 2 e metano.