La reazione del terreno è una proprietà chimica che si identifica con il pH, misurato per via potenziometrica, di una sospensione del campione di terreno in acqua.
Natura chimica Il pH è un indice numerico correlato all'acidità, ossia all'attività degli ioni idronio () o, secondo una concezione meno appropriata ma più comune, alla concentrazione degli ioni idrogeno ():
Il terreno è un sistema acido-base la cui acidità è determinata dal rapporto quantitativo fra ioni idrogeno e ioni ossidrile nella soluzione circolante. Tale rapporto è la risultante di una dinamica in cui concorrono i composti chimici disciolti nell'acqua che arriva al terreno, i materiali che vengono incorporati nel terreno, l'attività biologica delle piante e dei microrganismi e, infine, i fenomeni fisico-chimici di superficie che si sviluppano nell'interfaccia di separazione tra frazione solida e soluzione circolante.
Il pH è fondamentalmente regolato dal complesso dei colloidi del terreno e dalle basi di scambio adsorbite. Il complesso di scambio del terreno, rappresentato dai minerali argillosi e l'humus si comporta come acido debole, ai valori di pH che ordinariamente si riscontrano nei suoli. Indicando con A un sito generico del complesso di scambio, l'equilibrio di dissociazione è rappresentabile con la seguente equazione:
Questo equilibrio interagisce con la biosfera del terreno e con gli equilibri acido-base della soluzione circolante: un aumento dell'attività degli ioni idrogeno, dovuto ad esempio al loro rilascio da parte delle radici o all'apporto di sali che danno idrolisi acida, sposta l'equilibrio di dissociazione del complesso di scambio verso sinistra, con l'adsorbimento di ioni idrogeno da parte dei colloidi. Viceversa, una diminuzione dell'attività idrogenionica, dovuta fondamentalmente all'apporto di sali a idrolisi basica, sposta l'equilibrio verso destra, con il rilascio di ioni idrogeno dal complesso di scambio. La formazione delle cariche elettriche negative sulla superficie dei colloidi è alla base della capacità di scambio cationico: le basi di scambio presenti in eccesso nella soluzione circolante saranno adsorbite sul complesso di scambio al posto dell'idrogeno.
A causa di questa complessa dinamica la determinazione del pH del terreno può dare risultati estremamente diversi secondo la procedura adottata per la misura, perciò deve seguire procedure standard in modo da disporre di dati normalizzati correttamente interpretabili.
Importanza della reazione
La reazione del terreno condiziona diversi aspetti della fertilità, di cui si citano, in particolare, i seguenti: Pur con diverse eccezioni, gli elementi nutritivi sono direttamente assimilabili nella loro forma solubile. In altri termini, la maggior parte delle piante assorbe i nutrienti minerali disciolti nella soluzione circolante. Molti di questi elementi sono soggetti ad equilibri acido-base tra una forma solubile e una insolubile, il cui bilanciamento è subordinato al pH; ne consegue che il pH interferisce sull'assorbimento degli elementi nutritivi. Il pH interferisce con la capacità di scambio cationico condizionando la proprietà del terreno di trattenere i cationi per adsorbimento: al diminuire del pH la capacità di scambio si riduce a causa della neutralizzazione delle cariche elettronegative da parte degli ioni H+. Ne consegue che a valori di pH piuttosto bassi la dotazione di elementi nutritivi si riduce sensibilmente a causa del più basso potere assorbente. Il pH interferisce con il tasso di saturazione in basi e, soprattutto, con la ripartizione percentuale delle basi adsorbite dal complesso di scambio del terreno. A valori di pH molto bassi la struttura del terreno è instabile a causa dell'assenza del calcio nel complesso di scambio, mentre a pH eccessivamente alti (oltre 8,5-9) l'eccessiva presenza del sodio causa la dispersione dei colloidi e la conseguente distruzione della struttura. Il pH interferisce con il potere tampone e con gli interventi di correzione: la proprietà di opporsi a brusche variazioni del pH, sia in aumento sia in diminuzione, dipende dalla capacità di scambio e dal tasso di saturazione in basi. Terreni con pH leggermente inferiore alla neutralità mostrano in genere le condizioni migliori, purché abbastanza dotati di colloidi, per opporsi sia all'acidificazione sia all'alcalinizzazione. Terreni con pH anomalo mostrano un potere tampone più alto, ma solo nella direzione che si vorrebbe seguire con la correzione: ad esempio, ad un pH basso il terreno è vulnerabile ai fattori (negativi) di acidificazione mentre si oppone efficacemente ai fattori di alcalinizzazione. Il pH influenza l'attività biologica di alcuni gruppi funzionali di microrganismi che intervengono direttamente nei cicli biogeochimici di alcuni elementi (in particolare azoto e zolfo).
Classificazione dei terreni La classificazione dei terreni in funzione del pH segue schemi che possono differire leggermente per i limiti di demarcazione delle classi e per la denominazione, ma è sostanzialmente omogenea. Alcune classificazioni sono riportate nella tabella 1.
Tab. 1 - Alcune classificazioni dei terreni in funzione del pH riportate in letteraturaFonte: Giardini (1986)Giardini, Agronomia generale, p. 178Denominazione Gamma del pH Fortemente acidi meno di 5,5 Acidi 5,5 - 6,0 Subacidi 6,0 - 6,8 Neutri 6,8 - 7,3 Sub-basici 7,3 - 8,0 Basici 8,0 - 8,5 Alcalini oltre 8,5Fonte: US Department of Agriculture (1993)Denominazione Gamma del pHUltra acidi meno di 3,5Estremamente acidi 3,5 - 4,4Molto fortemente acidi 4,5 - 5,0Fortemente acidi 5,1 - 5,5Moderatamente acidi 5,6 - 6,0Debolmente acidi 6,1 - 6,5Neutri 6,6 - 7,3Debolmente alcalini 7,4 - 7,8Moderatamente alcalini 7,9 - 8,4Fortemente alcalini 8,5 - 9,0Molto fortemente alcalini oltre 9,0Fonte: Gessa & Testini (1989)Denominazione Gamma del pHPeracidi meno di 5,3Acidi 5,4 - 5,9Subacidi 6,0 - 6,7Neutri 6,8 - 7,2Subalcalini 7,3 - 8,1Alcalini 8,2 - 8,8Peralcalini oltre 8,8
Come si può osservare, l'acidità si delinea in modo marcato sotto pH 6, l'alcalinità sopra pH 8. Fra questi valori i terreni sono considerati fondamentalmente neutri con un eventuale tendenza verso l'acidità o l'alcalinità. La denominazione delle classi adottata dal Giardini distingue fra due categorie di alcalinità: per quella moderata (pH < 8,5) usa l'aggettivo basico, mentre per quella elevata (pH > 8,5) usa l'aggettivo alcalino. Pur trattandosi, in chimica, di sinonimi, i due aggettivi in questo contesto fanno riferimento a cause nettamente distinte dell'alcalinità, di cui si parlerà più avanti.
Terreni neutri Sono terreni neutri quelli che hanno pH prossimo a 7. Per estensione si avvicinano ai terreni neutri anche quelli che hanno reazione leggermente acida o leggermente basica.
I terreni neutri sono i più vocati per l'esercizio dell'agricoltura in quanto la maggior parte delle specie agrarie si adatta in modo ottimale a valori di pH compresi fra 6,5 e 7,5. In questi terreni, infatti, si verificano le migliori condizioni per la nutrizione minerale. Solo alcuni microelementi trovano migliori condizioni per l'assorbimento in ambiente acido (ferro) o basico (molibdeno); rame, zinco, manganese, boro e i macroelementi in generale hanno invece un assorbimento ottimale nei terreni neutri e, secondo i casi, leggermente acidi.
Nei terreni dotati di una buona capacità di scambio cationico il tasso di saturazione in basi è moderatamente alto, perciò alla reazione neutra si ha una buona dotazione di basi di scambio e una ripartizione bilanciata fra ioni monovalenti (potassio) e bivalenti (calcio e magnesio); a questi valori di pH si riduce anche l'antagonismo del calcio nei confronti del potassio.
Il potere tampone è elevato (purché la capacità di scambio sia abbastanza alta) perché nel complesso di scambio sono presenti sia ioni idrogeno da rilasciare in caso di tendenza all'alcalinizzazione, sia basi di scambio in caso di tendenza all'acidificazione. Questa proprietà, tuttavia, si manifesta in modo ottimale in terreni con reazione leggermente acida, in corrispondenza di un grado di saturazione basica del 50%.
Terreni acidi Sono considerati terreni a reazione anomala perché il pH scende a valori tali da compromettere la nutrizione minerale delle piante. In generale è tollerabile una leggera acidità, fino al limite di pH 6; al di sotto di questo pH l'anomalia s'intensifica, ma si manifesta in modo palese sotto pH 5-5,5, valori al di sotto dei quali la maggior parte delle specie agrarie trova difficoltà, se non addirittura condizioni proibitive che ne pregiudica la coltivazione.
La reazione acida del terreno è dovuta ad una carenza di basi che si traduce in un eccesso di ioni H+ nella soluzione circolante e nel complesso di scambio. Le cause di questa carenza sono molteplici e variano secondo le condizioni ambientali: Origine litologica: l'acidità è dovuta ad un elevato tenore in silice delle rocce che hanno originato il suolo. Sono ad esempio tipicamente acidi i suoli originati da rocce granitoidi e porfiriche. Origine climatica: l'acidità è dovuta al sistematico dilavamento delle basi in climi piovosi; Origine organica: l'acidità è dovuta all'accumulo di acidi umici a causa delle temperature moderatamente basse e del clima piovoso. Va inoltre detto che il terreno è soggetto ad una lenta acidificazione biologica causata dalle piante, che assorbono in misura maggiore le basi rilasciando nella soluzione circolante ioni idrogeno.
L'aumento dell'acidità si riflette su tre aspetti fondamentali della fertilità.
Il primo consiste nella minore dotazione in elementi nutritivi. Gli ioni idrogeno e l'alluminio hanno una maggiore affinità nei confronti del complesso di scambio rispetto ai cationi dei metalli alcalini e alcalino-terrosi. Al diminuire del pH, l'aumento dell'attività degli ioni idrogeno esercita un antagonismo nell'adsorbimento a scapito delle basi di scambio vere e proprie (calcio, magnesio, potassio, sodio) e provoca un rilascio di queste nella soluzione circolante, esponendole maggiormente all'azione di dilavamento. I terreni acidi hanno pertanto un basso grado di saturazione basica a causa della carenza di basi di scambio adsorbite sulla superficie dei colloidi.
Il secondo aspetto consiste nell'instaurazione di un ambiente sfavorevole all'assorbimento radicale. Sotto pH 5,5 viene ostacolato l'assorbimento dell'azoto, del potassio, dello zolfo e del fosforo. In particolare, quest'ultimo subisce l'insolubilizzazione in quanto i residui dell'acido fosforico si combinano con gli idrossidi di ferro e alluminio (dotati di proprietà colloidale a carica elettropositiva) precipitando sotto forma di fosfati di ferro e alluminio. Migliora invece l'assorbimento del ferro e, con reazione non eccessivamente acida, del rame, dello zinco, del manganese e del boro.
Il terzo aspetto è di natura fisica, ma comporta conseguenze che intensificano i problemi di fertilità dei terreni acidi. Il basso tasso di saturazione basica fa sì che questi terreni siano poverissimi in calcio, la cui presenza si ha soprattutto con reazione neutra o basica. La presenza del calcio sul complesso di scambio ha un effetto stabilizzante sulla flocculazione dei colloidi e, quindi, miglioratore della struttura del terreno. La struttura dei terreni acidi è invece instabile a causa della maggiore percentuale di idrogeno e alluminio; nel tempo provoca un'alterazione dei minerali primari con perdita di silice e formazione di minerali secondari che hanno una capacità di scambio più bassa, più adatta a condizioni di carenza di basi. Il risultato è un impoverimento cronico di basi, tipico dei suoli sottoposti a intenso dilavamento.
In definitiva gli svantaggi di una reazione acida si traducono in una fertilità chimica più bassa a causa della minore dotazione di elementi nutritivi e della minore mobilità di questi.
Terreni alcalini