REAZIONE DEL SUOLO SUOLI CALCAREI SUOLI ANOMALI …
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- REAZIONE DEL SUOLO
- SUOLI CALCAREI
- SUOLI ANOMALI
- ACQUE DI IRRIGAZIONE
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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
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DISPONIBILITA’ DI ALCUNI NUTRITIVI IN RELAZIONE AL p H
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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).
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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[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
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< 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
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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
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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
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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+
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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
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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
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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
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Stati di ossidazione più frequenti nel suolo di ossi geno, carbonio, azoto e zolfo
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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-
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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
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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