Riassunto esecutivo
– L’acidificazione del suolo è un processo naturale in ambienti ad alta piovosità dove la lisciviazione acidifica lentamente il suolo nel tempo.
– L’agricoltura intensiva può accelerare l’acidificazione del suolo attraverso molti processi – aumento della lisciviazione, aggiunta di fertilizzanti, rimozione di prodotti e accumulo di materia organica nel suolo.
– Di tutti i principali nutrienti dei fertilizzanti, l’azoto è il principale nutriente che influenza il pH del suolo, e i terreni possono diventare più acidi o più alcalini a seconda del tipo di fertilizzante azotato usato.
– I prodotti a base di nitrato sono i meno acidificanti dei fertilizzanti azotati, mentre i prodotti a base di ammonio hanno il maggior potenziale di acidificazione del suolo.
– L’acidificazione del suolo dovuta all’uso di fertilizzanti al fosforo è piccola rispetto a quella attribuita all’azoto, a causa delle minori quantità di questo nutriente utilizzate e della minore acidificazione per kg di fosforo. L’acido fosforico è il fertilizzante al fosforo più acidificante.
– I fertilizzanti potassici hanno poco o nessun effetto sul pH del suolo.
Sfondo
L’acidificazione del suolo è un fenomeno naturale diffuso nelle regioni con precipitazioni medio-alte, e i sistemi di produzione agricola possono accelerare i processi di acidificazione del suolo attraverso la perturbazione dei cicli naturali di azoto (N), fosforo (P) e zolfo (S) nel suolo, attraverso la rimozione dei prodotti agricoli dal terreno, e attraverso l’aggiunta di fertilizzanti ed emendamenti al suolo che possono acidificare il suolo o renderlo più alcalino (Kennedy 1986). I cambiamenti del pH del suolo possono essere vantaggiosi o dannosi a seconda del pH di partenza del suolo e della direzione e velocità del cambiamento del pH – per esempio, le diminuzioni del pH del suolo in terreni alcalini possono essere vantaggiose per la produzione delle colture a causa dei benefici in termini di disponibilità di P e micronutrienti, per esempio zinco (Zn) (Mitchell et al. 1952). D’altra parte, la diminuzione del pH del suolo per un suolo altamente acido può essere dannosa in termini di aumento della suscettibilità delle colture alla tossicità indotta dall’aumento della solubilità dell’alluminio (Al) o del manganese (Mn) quando il pH del suolo scende (Wright 1989).
I processi chiave e le ragioni dei cambiamenti del pH del suolo nei sistemi agricoli sono descritti di seguito.
L’uso di fertilizzanti minerali o organici in agricoltura aumenta l’apporto di nutrienti al suolo, e la forma in cui i nutrienti sono applicati e il loro destino nel sistema suolo-pianta determinano gli effetti generali sul pH del suolo. I macronutrienti (N, P, potassio (K) e S) hanno i maggiori effetti sul pH, poiché vengono aggiunti al suolo in quantità molto maggiori rispetto ai micronutrienti.
Nitrogeno
La forma di N e il destino di N nel sistema suolo-pianta è probabilmente il principale fattore di cambiamento del pH del suolo nei sistemi agricoli.
L’azoto può essere aggiunto al suolo in molte forme, ma le forme predominanti di fertilizzante N usato sono urea (CO(NH₂)₂), fosfato monoammonico (NH₄H₂PO₄), fosfato di ammonio ((NH₄)₂HPO₄), nitrato di ammonio (NH₄NO₃), nitrato di calcio e ammonio (CaCO₃+NH₄(NO₃)) solfato di ammonio ((NH₄)₂SO₄), nitrato di ammonio ureico (una miscela di urea e nitrato di ammonio) e polifosfato di ammonio (n).
Le molecole chiave di N in termini di cambiamenti del pH del suolo sono la molecola di urea senza carica (0), il catione ammonio (NH₄+) e l’anione nitrato (NO₃-). La conversione di N da una forma all’altra implica la generazione o il consumo di acidità, e l’assorbimento di urea, ammonio o nitrato da parte delle piante influenzerà anche l’acidità del suolo (Figura 1).
Figura 1. Acidità del suolo e fertilizzanti azotati (modificato da (Davidson 1987)). MAP = fosfato monoammonico, DAP = fosfato di ammonio, SoA = solfato di ammoniaca, CAN = nitrato di calcio e ammonio, nitrato di sodio
Si può vedere nella figura 1 che i fertilizzanti a base di ammonio acidificano il suolo perché generano due ioni H⁺ per ogni molecola di ammonio nitrificata in nitrato. L’entità dell’acidificazione dipende dal fatto che il nitrato prodotto dall’ammonio sia lisciviato o assorbito dalle piante. Se il nitrato è assorbito dalle piante, l’acidificazione netta per molecola di ammonio è dimezzata rispetto allo scenario in cui il nitrato è lisciviato. Ciò è dovuto al consumo di uno ione H⁺ (o escrezione di OH-) per ogni molecola di nitrato assorbita – questo è spesso osservato quando il pH aumenta nella rizosfera (Smiley e Cook 1973). L’ammoniaca anidra e l’urea hanno un potenziale di acidificazione inferiore rispetto ai prodotti a base di ammonio, poiché uno ione H⁺ viene consumato nella conversione in ammonio. I fertilizzanti a base di nitrato non hanno alcun potenziale di acidificazione e in realtà possono aumentare il pH del suolo poiché uno ione H⁺ viene assorbito dalla pianta (o OH- escreto) nell’assorbimento del nitrato.
Fosforo
La forma di fertilizzante P aggiunto al suolo può influenzare l’acidità del suolo, principalmente attraverso il rilascio o l’acquisizione di ioni H⁺ da parte della molecola di fosfato a seconda del pH del suolo (Figura 2). Se l’acido fosforico (PA) viene aggiunto al suolo, la molecola acidificherà sempre il suolo poiché verranno rilasciati ioni H⁺ – uno ione H⁺ se il pH del suolo è inferiore a ~6,2 e due ioni H⁺ se il pH del suolo è superiore a 8,2. Il fosfato monoammonico (MAP), il superfosfato singolo (SSP) e il superfosfato triplo (TSP) aggiungono tutti P al suolo sotto forma di ione H₂PO₄-, che può acidificare il suolo con un pH superiore a 7,2 ma non ha alcun effetto sul pH del suolo in terreni acidi. La forma di P nel fosfato di ammonio (DAP) è HPO₄²- che può rendere più alcalini i terreni acidi (pH<7,2) ma non ha effetto sui terreni con un pH>7,2. L’idrolisi del polifosfato di ammonio (APP), dove il P presente come molecola P₂O₇⁴ si converte in HPO₄²-, è a pH neutro e quindi qualsiasi acidificazione dovuta all’aggiunta di P può essere considerata simile al DAP. SSP o TSP sono talvolta dichiarati causa di acidificazione del suolo a causa dei prodotti di reazione molto acidi;
Ca(H₂PO₄)₂+ ₂H₂O -> CaHPO₄ + H⁺ + H₂PO₄-
ma in terreni con valori di pH inferiori a 7.7 la seguente reazione neutralizza l’acidità prodotta in modo che non ci sia acidificazione netta;
CaHPO₄ + H₂O -> Ca₂+ + H₂PO₄- + OH-
In terreni ad alto pH (pH >7.2), la dissociazione dello ione H+ dalla molecola H₂PO₄- genererà una certa acidità.
L’assorbimento di P da parte delle colture ha poco effetto sull’acidità del suolo a causa delle piccole quantità di fertilizzante P assorbite in un anno – quindi la chimica del fertilizzante domina i cambiamenti di pH e non sono state osservate differenze significative nel pH della rizosfera per l’assorbimento di diversi ioni ortofosfato.
Figura 2. Acidità del suolo e fertilizzanti P. MAP = fosfato monoammonico, DAP = fosfato diammonico,
SSP = superfosfato singolo, TSP = superfosfato triplo, APP = polifosfato di ammonio.
Lo zolfo
La forma di fertilizzante S aggiunto al suolo può influenzare l’acidità del suolo, principalmente attraverso il rilascio di ioni H⁺ con l’aggiunta di S elementare (S⁰) o tiosolfato (S₂O3²-, in tiosolfato di ammonio – ATS) (Figura 3). Tuttavia, le quantità di S aggiunte al suolo e assorbite dalle piante sono generalmente piccole in confronto a N.
Figura 3. Acidità del suolo e fertilizzanti S. S⁰ = S elementare, ATS = tiosolfato di ammonio, SoA = solfato di ammoniaca.
Per ogni molecola di S⁰ aggiunta al suolo, saranno generati due ioni H⁺, e questi possono essere bilanciati attraverso l’assorbimento da parte delle piante o dall’assorbimento di H⁺ (come l’escrezione di ioni OH-) o dalla generazione di OH- (effettivamente anioni organici) all’interno della pianta per formare materiale vegetale alcalino (“alcalinità della cenere”). Dove i prodotti vengono rimossi (il che è spesso il caso nei sistemi agricoli) si verificherà un’acidificazione netta del suolo se vengono usati S⁰ o ATS.
Potassio
La forma in cui il K viene aggiunto al suolo – muriato di potassio (KCl) o solfato di potassio (K₂SO₄) – non ha effetto sull’acidificazione del suolo.
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