reazione del suolo - · pdf filevalori di ph dei suoli valori di ph nei suoli delle regioni...

Reazione del suolo

pH = -log 10 [[[[H3O+]]]]

Soluzione neutra

pH

pOH = -log 10 [[[[OH-]]]]

[[[[H3O+]]]] = [[[[OH-]]]] = 10-7

pH = pOH = 7

Soluzione acida[[[[H3O+]]]] > [[[[OH-]]]] > 10-7

pH < 7

Soluzione basica[[[[H3O+]]]] < [[[[OH-]]]] < 10-7

pH > 7

Valori di pH dei suoli

Valori di pH nei suolidelle regioni umideLe piogge provocanol’allontanamento dellebasi di scambio econseguenteacidificazione del suolo

Valori di pH nei suolidelle regioni arideLe scarse precipitazioniconsentono alle basi discambio di rimaneredove si trovano ed ilpH risulta alcalino

Reazione del suolo

I valori si riferiscono a soluzioni 1 M di ioni H3O+ 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 3O+ nella fase liquida del suolo è condizionato dal carattere saturo o insatur o 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

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+

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

Acidità di scambio o acidità potenziale

Il pH del suolo viene comunemente misurato in una sospension e disuolo con un rapporto [peso suolo/volume di acqua distillat a] (oKCl) pari a 1:2,5.

I valori di pH che si registrano in KCl sono generalmente infe riori aquelli in H 2O perchè corrispondono alla concentrazione degli ioniH3O+ dissociati inizialmente più quella dei protoni e degli ioni A l3+

scambiati dagli ioni K + (acidità di scambio).

Il pH del suolo è un’importante proprietà chimicadel suolo così come la tessitura lo è per le proprietàfisiche

•La conoscenza del pH del suolo permetterà dicapire se il suolo è adatto per la coltivazione dellepiante e se ci potranno essere limitazioni perqualche nutriente;

• in un suolo contaminato la conoscenza del pHconsente di valutare la mobilità dei contaminanti;

• gli ioni idrogeno sono protoni (H +) e non esistonoin questo stato nel fluido, reagiscono invece con(H2O) che viene protonata per formare H 3O+

Il pH del suolo influenza :

•La solubilità chimica e la disponibilità di molti e lementi essenziali per le piante;•Il destino dei metalli pesanti (cationi);•Il destino di xenobiotici inorganici (ossianioni, a rseniato, vanadato, molibdato, cromato, fluoruri);•Il destino dei fitofarmaci e fertilizzanti del suol o;•La decomposizione della sostanza organica, influenz ando, principalmente la composizione delle popolazioni microbiche (batteri e funghi) nel suolo;microbiche (batteri e funghi) nel suolo;•Il pH del suolo è influenzato sia da ioni che forma no acidi sia da ioni che formano basi:

•Cationi acidi sono: H +, Al3+, Fe2+, Fe3+;•Cationi basici sono: Ca 2+, Mg2+, K+, Na+

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 divisionecellulare (fissazione al DNA);

•Lo sviluppo della biomassa microbica e quindi la decomposizionedella sostanza organica; i batteri prediligono pH subalcalini, i funghi prediligono pHacidi, per cui in questo caso risultano notevolmente rallentate l’evoluzione e lamineralizzazione dei residui vegetali;mineralizzazione dei residui vegetali;

•Il destino degli elementi nutritivi del suolo .

Il pH del suolo influenza :

• Le caratteristiche Chimico-Fisiche del sistema suolo;

•Disponibilità di elementi nutritivi ;

il pH è il parametro più importante nell’influenzare la solubilità del metallo e la chimica superficiale de l suolo

l’acidificazione del suolo determina generalmente un aumento della mobilità dei metalli;•Aumento della solubilità dei precipitati;• Riduzione delle superfici adsorbenti a carica variab ile negativa (idrossidi e sostanza organica);•Forte potere di sostituzione dei protoni;•Forte potere di sostituzione dei protoni;

MAGGIORE DISPONIBILITA’ DEI METALLI

Effetto della alcalinizzazione sulla disponibilità dei metalli

CALCITAZIONE DEL SUOLO : [CaCO3 - Ca(OH)2

MECCANISMI

•Il Ca2+ compete con i metalli pesanti per i siti di adsorbi mento;•Precipitazione dei metalli come idrossidi e carbona ti;•Aumento della stabilità dei complessi metallo – sost anza organica .

Effetto della alcalinizzazione sulla disponibilità dei metalli

Fertilizzazione del suolocon fertilizzanti a reazionestechiometrica ofisiologica alcalina

Immobilizzazione dei metalli

�pH > forme idrolizzate dei metalli

Me2+ Me(OH)+

Le forme idrolizzate sono adsorbite preferenzialmente

Acidità dei suoli

Cause e Impatti

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 CO2 ; CO2 + H2O ⇄⇄⇄⇄ H2CO3 ⇄⇄⇄⇄ HCO3- + H+

2) Acidi provenienti dal metabolismo microbico: i microrganismi degradando la SO producono acidi organici come acido citrico, carbossilico , fenolico: RCH2O.. + O + H O ⇄⇄⇄⇄ RCOOH ⇄⇄⇄⇄ RCOO - + H+ ;

⇄⇄⇄⇄

2+ O2 + H2O ⇄⇄⇄⇄ 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+

Acidità dei suoli

Cause di acidificazione dei suoli

4) Ossidazione dell’azoto (Nitrificazione): l’azoto arr iva generalmente al suolo come NH 4

+; viene ossidato in ambiente aerobico in acido nitr ico: NH4

+ + O2 ⇄⇄⇄⇄ H2O + H+ + H+ + NO3-;

5) Ossidazione dello Zolfo (S →→→→ SO42-);

6) Acidi provenienti dalla precipitazione: H 2SO4 ⇄⇄⇄⇄ SO42- + 2 H+; HNO3

- ⇄⇄⇄⇄

NO3- + H+;

7)Assorbimento vegetale di cationi: le piante essud ano ioni H O+ o

⇄⇄⇄⇄ ⇄⇄⇄⇄

7)Assorbimento vegetale di cationi: le piante essud ano ioni H 3O+ o assorbono anioni (es. SO 4

2-) per bilanciare l’assorbimento di cationi;

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 (i oni carichi positivamente)

H +

HH

Ca

H Na +H

H +

H +

Acidità di riserva Acidità attiva – so luzione del suolo

H +

H

CaMg

Na Ca + +Mg + +

H + H +

H +

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

Scambio di cationi

•l’interscambio tra un catione in soluzione e un catione legato ai colloidi elettronegativi del suolo come argilla e sostanza organica ;

H+Suolo : Ca++ 2 H+ Suolo

H+Ca + +

H +

ColloideSoluzione suolo Soluzione suoloColloide

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

Al3+ + H2O → Al(OH)2+ + H3O+

Al(OH)2+ + H2O → Al(OH)2+ + H3O+

Al(OH)2+ + H2O → Al(OH)3 + H3O+

H +

H +

Na +Mg + +Al++ +

k +

Al++ +Fitotossicità dell’alluminio

•Influenza sull’assorbimento del fosfato;•Influenza sui processi microbiologici.

Ca 2+ K + Na +

K+ K+ Na+

Idrolisi dell’alluminio ⇄⇄⇄⇄

Acido di Bronsted – Lowry

pKa = 4,98

Raggio ionico = 1,25 Å

OH2

Al3+

OH2

OH2OH2

OH2

OHRaggio ionico = 1,25 Å

OH2

Al(OH2)63+ + H2O ⇄⇄⇄⇄ Al(OH2)5(OH)2+ + H3O+

Al(OH2)5(OH)2+ + H2O ⇄ ⇄ ⇄ ⇄ Al(OH2)4(OH)2+ + H3O+

Al(OH2)4(OH)2+ + H2O ⇄ ⇄ ⇄ ⇄ Al(OH2)3(OH)3 + H3O+

[Al(H 2O)6]3+ + H2O ⇄ ⇄ ⇄ ⇄ [Al(OH)(H 2O)5]2+ H3O+

Idrolisi di [Al(H 2O)6]3+ per produrre H 3O+

Una molecola d’acqua non coordinata rimuove un protone da una molecola d’acqua coordinata

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 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 .

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 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 .

Suoli acidi: ruolo dell’alluminio

Al 3+ ←→←→←→←→ Al(OH) 2+ ←→←→←→←→ Al(OH) 2+ ←→←→←→←→ Al(OH) 3

Suoli molto acidi

Suoli moderatamente acidi

Suoli alcalini

La crescita della pianta.

Al ppm Cotton Root Length

0 16 cm

0.25 11 cm

0.50 8 cm

Aluminium toxicity reduces root growth

Problemi legati a

•ridotta attività della flora e della fauna tellurica;

•Tossicità legata all’Al, al Mn, molto solubili;

•Ridotta disponibilità degli elementi.

Calcitazione

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 2CO3

CaCO3 (solido) →→→→ Ca2+ + CO32-

CO3 2- + H2O →→→→ HCO3

- + OH–

HCO3- + H2O H2CO3 + OH–

H+ + OH– H2O

⇄⇄⇄⇄

⇄⇄⇄⇄

SUOLI ALCALINI e SALINI

CLASSIFICAZIONE SUOLI ALCALINI E SALINI

I suoli salini ed alcalini possono essere classific ati in funzione del contenuto in sali solubili e della percentuale di s odio presente sulla superficie degli scambiatori

E.S.P. = sodio scambiabile (meq/100g) x 100 CSC (meq/100g)

EC (Conduttività Elettrica)

Tenuto conto che gli ioni in soluzione acquosa conducono correnteelettrica , la misura della conduttività elettrica , mediante conduttimetroconsente di valutare la quantità totale di sali solubili pre senti nel suolo .Il valore della conduttività è proporzionale alla concentra zione dei salinella soluzione del suolo .La EC viene misurata in dS/m o mS/cm. Valori superiori a 4 sono indicedi salinità .

dS/m = mS/cmdeci-Siemens/m = milli-Siemens/cm.deci-Siemens/m = milli-Siemens/cm.

SUOLI ALCALINI

SUOLO

Me

Me

Me

MeMe

Me

Me

Me = Na+: suoli sodici pH > 8,5

Me = Ca2+, Mg2+ 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 io ni sodio)

SUOLI CALCAREI

CaCO3 (solido) Ca 2+ + CO32-

CO32- + H2O HCO3

- + OH-

HCO3- + H2O H2CO3 + OH-

•La reazione deve soddisfare due diverse costanti di equilibrio:

⇄⇄⇄⇄

⇄⇄⇄⇄

equilibrio:

•Kps = costante di solubilità = 4,9 x 10 -9

•Ka = costante di dissociazione di H 2CO3 = 4,3 x 10-7

•Sono pochi gli ioni CO 32- che vanno in soluzione e

conseguentemente sono pochi quelli che reagiscono c on l’acqua per dare OH -

Effetto dell ’ambiente chimico sulla solubilit à del carbonato di calcio

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

Ca2+ + H2O + CO2 ⇄ CaCO3 + 2H+

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

⇄⇄⇄⇄CaCO3(s) Ca2+aq) + CO3

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

CO2 + H2O H2CO3H2CO3 + H2O HCO3

- + H3O + Ka = 4,4 x 10 -7

CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+ + 2 HCO3-

⇄⇄⇄⇄

⇄⇄⇄⇄

⇄⇄⇄⇄

⇄⇄⇄⇄

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

⇄⇄⇄⇄

Applicazione di Fe (alle foglie) come chelato

Alcalinita’ Sodica

Saturazione in sodio del terreno

Nei suoli sodici si verificano fenomeni di dispersi one colloidale, di distruzione della struttura con alterato rapporto tr a fase solida, liquida e gassosa;

Dispersione e rigonfiabilità delle argille costitue nti il suolo:

•Asfissia radicale;•Condizioni riducenti nel suolo;

Flocculazione dispersione

• condizioni riducenti nel suolo;

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;•gesso;•anidrite;•acido solforico;•solfato ferroso;•zolfo (finemente macinato ).

Correzione suoli alcalini

Il solfato sodico (Na2SO4) 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 abbas sareulteriormente il pH si usa zolfo (S) ad effetto più lento, e fino a 6,5; lo zolfo deveessere ossidato ad acido solforico, H 2SO4 , e quindi ambiente ossidante ;

se l’ambiente è asfittico, si forma acido solfidrico H 2S.

suoli salini

1/3 dei terreni irrigati della terra soffrono di pr oblemi 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;

Problemi legati alla salinità

•Nei suoli salini si accumulano diversi ioni e catio ni:

•Ca, Mg, K, Na, Cl, SO 4, (il contenuto di Na è relativamente basso);

•Nei suoli salini la soluzione circolante, è notevolm ente concentrata. Questo determina una difficoltà da parte delle colture di approvvigionarsi di acqua a causa del potenziale osmotico elevato (stress osmoti co) ;

•Si può avere la formazione di croste superficiali mo lto resistenti, con problemi di germinazione dei semi;di germinazione dei semi;

•Insolubilizzazione per precipitazione, e carenza di molt i elementi (Fe, Cu, Mn), inibizione dell’assorbimento del calcio (Ca);

•Tossicità del sodio, cloruro, boro;

•Depressione dell’attività microbica.

La soluzione più diluita è nel settore A a sinistra, la soluzione più concentrata(soluzione circolante ricca di sali) a destra; le due soluzioni avendoconcentrazioni diverse, avranno anche pressioni osmotiche diverse: quella nelsettore A ha pressione osmotica minore . Dopo un certo il livello del liquido nelsettore B si è alzato, nel settore A si è abbassato; se si vuole impedire chemolecole di solvente passino dal settore A al settore B si deve esercitare sulsettore B una certa pressione dall’esterno : pressione osmotica dellasoluzione , la pressione osmotica viene indicata con la lettera pi greco emisurata 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 differenzadi pressione osmotica tra le due soluzioni, un certo numero di molecole didi pressione osmotica tra le due soluzioni, un certo numero di molecole disolvente migra dalla soluzione più diluita a quella più conce ntrata .

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 allumini o e ferro;•Ridotta trasformazione dell’azoto;•Maggiore mobilità dei metalli pesanti.•Maggiore mobilità dei metalli pesanti.

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.magnesio.

pH Affects Nutrients

Suolo

•Ioni positivi e negativi sonosempre presenti nella fase liquidadel suolo;•L’accertamento di ioni H + risultafunzione di equilibri che sistabiliscono nella pedosfera trale fasi solida, liquida e gassosa;tra questi:•Meccanismi di scambio a livello

Argilla e protoni H +

•Meccanismi di scambio a livellodelle superfici dei mineraliargillosi e delle sostanze umiche;•Dissociazione di ossidrili OH -

dalla struttura cristallina deifillisilicati, e dei gruppicarbossilici e fenolici dellesostanze umiche.

SUOLI ACIDIpH < 5.9GSB (pH 5.0) ≈ 40%

ACIDITA’ TOTALE o titolabile = A. ATTUALE + A. POTE NZIALE

CAUSE

- Dilavamento

- Processi di ossidazione

- Dissociazione di acidi organici

- Assorbimento radicale

- Concimazioni

- Irrigazione con acque povere di sali

- Piogge acide

Fonti di acidità del suolo

•I cationi acidi Idrogeno e Alluminio sono responsab ili dell’acidità del suolo;

•L’idrogeno scambiabile è la principale fonte di pro toni (H +) a pH =6 e superiore;•Al di sotto di pH = 6 alluminio è la principale fon te di protoni (H +) dovuta alla dissociazione di Al dai minerali argillo si;•L’Al diventa solubile a pH molto acidi

Al 3+ + H2O ….> Al(OH) 2+ + H+

Al(OH)2+ + H2O ….> Al(OH) 2+ + H+

Al(OH)2+ + H2O ….> Al(OH) 3 + H+

FINE