Introduzione al PH

Introduzione al PH

Il pH del suolo e dell’acqua assorbita dalla pianta sono aspetti essenziali per un buon piano nutritivo. Il pH non ha effetti diretti sulla pianta, ma sulla disponibilità dei nutrienti per la pianta. Quest’ultima, a sua volta, può influire sul ph del suolo dell’area vicino alle radici, di cui parleremo più avanti nell’articolo.

Di CANNA Research

Per meglio capire gli effetti del pH sulla resa del raccolto, dobbiamo prima definire il pH. La scala del pH, la misurazione standard dell’acidità, venne introdotta dal direttore del laboratorio Carlsberg del dipartimento di chimica nel 1909. Essenzialmente significa “il potere dell’idrogeno”, perché la scala fornisce una misurazione semplice e universale della quantità degli ioni di idrogeno presenti in una soluzione. Questi ioni influiscono sull’acidità e su come la soluzione reagirà chimicamente. Il pH viene definito come il logaritmo negativo della concentrazione di ioni idrogeno. Esso è il risultato della presenza di anioni (nutrienti carichi negativamente) e cationi (nutrienti carichi positivamente). La scala del pH va da 0 (acido) a 14 (alcalino) con pH 7 che è neutro.

Introduzione al PH
Figura 1: Si tratta di un micrografo elettronico a scansione colorata (SEM) di micorrize; un'associazione simbiotica tra un fungo del suolo e le radici di una pianta vascolare. Il fungo è in grado di accedere alle forme nutritive non disponibili alla pianta, trasformarle e trasmetterle alle radici. Le micorrize preferiscono un ambiente leggermente acido per una crescita ottimale.

La pianta può influenzare la vita del suolo nella sua rizosfera

La rizosfera è una parte circoscritta del suolo che viene direttamente influenzata dalle secrezioni delle radici e dai relativi microrganismi del suolo. Le piante reagiscono alla carenza di nutrienti, alterando la morfologia delle loro radici, ricorrendo all’aiuto di microrganismi e cambiando l’ambiente della rizosfera dal punto di vista chimico. I componenti degli essudati delle radici aiutano le piante ad accedere ai nutrienti acidificando o cambiando le condizioni di ossidoriduzione all'interno della rizosfera o chelando direttamente il nutriente. Gli essudati possono rilasciare nutrienti tramite la dissoluzione delle fasi di minerali insolubili o il desorbimento da parte di minerali argillosi o materiali organici, in cui vengono rilasciati nel suolo in soluzione e possono essere assorbiti dalla pianta. Una volta preparata la soluzione nutritiva, il coltivatore si deve accertare che il suo pH rientri entro un certo range. Questo range permette alla piante di aver disponibile la pianta la maggior parte dei nutrienti, ossia deve essere compreso tra i 5.2 e 6.2. Se necessario il pH della soluzione nutritiva può essere regolato aggiungendo un acido per abbassare il pH o una base per aumentarlo. Nella rizosfera però, che circonda direttamente le radici vive, le cose possono essere diverse. Le radici espellono molte sostanze che alterano il pH del substrato.

Introduzione al PH
Figura 2: Ogni particella del suolo contiene una carica elettrica
negativa netta e quindi ha la capacità di attrarre e tenere
elementi caricati positivamente come potassio e calcio.
Questi elementi sono attratti e tenuti sulla superficie
delle particelle di suolo come un magnete. L’argilla
e il materiale organico hanno una carica elettrica
negativa netta e quindi hanno maggiore capacità di
tenere ioni caricati positivamente e cationi. Gli ioni
caricati negativamente come il nitrato e il
fosfato verranno generalmente respinti.

Il pH della rizosfera può essere molto diverso dal pH misurato nella soluzione nutritiva; ciò è dovuto al fatto che la pianta deve rimanere caricata in maniera “neutrale”. Quando i nutrienti vengono sciolti nell’acqua, sono presenti come ioni. Questi ioni hanno sempre una carica positiva o negativa. Gli ioni carichi positivamente, come K+, vengono chiamati cationi. Gli ioni carichi negativamente, come NO3 -, vengono chiamati anioni. Alcuni nutrienti possono essere presenti in molteplici forme, come per esempio i fosfati che possono manifestarsi come PO4 3- , HPO4 2- e H2PO4 -. Comunque, solo quest’ultima forma può essere assorbita dalle radici. La superficie della radice è carica negativamente. In questo stato, gli ioni carichi negativamente come H2PO4 - verranno respinti dalla superficie della radice come due magneti che hanno lo stesso polo. Le piante hanno sviluppato diversi modi per facilitare l’assorbimento degli anioni. Per ogni anione che la pianta assorbe, ne espelle un altro come l’idrossido (OH-) o lo ione idrogeno-carbonato (HCO3 -). Allo stesso modo, per ogni catione che assorbe, la pianta espelle un catione come un H+. In questo modo la carica della pianta resta bilanciata. Comunque l’effetto collaterale di ciò è che gli ioni espulsi influenzano il pH della rizosfera nel substrato. Espellendo un catione, il pH vicino alla radici diminuisce (diventa più acido). L’eliminazione di anioni aumenterà il pH vicino alle radici (diventerà più alcalino).

E’ noto che i fertilizzanti a base di azoto hanno un effetto sul pH vicino alle radici. E’ importante saperlo, perché le piante assorbono così tanto azoto che gli effetti possono essere considerevoli. Ma questo effetto si manifesta con ogni nutriente o fertilizzante. Un coltivatore potrebbe aggiungere azoto sotto diverse forme. L’ammonio (NH4 +) ha un effetto acido nel suolo. Il nitrato (NO3 -) ha invece un effetto alcalino. Si potrebbe facilmente pensare che la soluzione sia quella di utilizzare come fertilizzante il nitrato di ammonio (NH4NO3). Ma non è così semplice. L’ammonio viene assorbito più velocemente dalla pianta rispetto all’azoto e il risultato finale sarà l’acidificazione del suolo. Tutte queste reazioni devono essere prese in considerazione perché ogni nutriente ha il proprio range di pH ottimale nel suolo in rapporto alla disponibilità della pianta. Per alcuni elementi, si tratta di un range ristretto di pH per cui la semplice misurazione del pH nella soluzione nutriente non indicherà cosa accade realmente nella rizosfera.

Gli essudati

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Figura 3: Questa immagine mostra che per ogni catione
(blu) che la pianta assorbe, viene espulso un catione come
H+. Per ogni anione (rosso) che una pianta assorbe, viene
rilasciato uno ione idrossido (per esempio OH-).
In questo modo il carico netto della pianta rimane
sempre bilanciato. L’effetto collaterale di ciò è che
gli ioni espulsi influenzano il pH della rizosfera nel substrato.
Quando la pianta espelle un catione, il pH vicino
alle radici diminuisce. L’espulsione degli anioni aumenterà
il pH vicino alle radici.

Fin dal passato, fu subito chiaro che le radici eliminano molte sostanze per influenzare la vita del suolo direttamente intorno alla superficie delle radici. Queste sostanze sono conosciute come “essudati”. I principali essudati sono gli zuccheri e gli acidi organici. Gli acidi, come l’acido citrico e l’acido malico sono presenti in gran quantità nell’umidità delle cellule delle radici. Questi elementi possono anche avere un'influenza sul pH del suolo, ma la forza di questa influenza varia in ogni pianta. Se gli acidi vengono espulsi dalle radici, vengono disciolti come anioni e rendono il terreno vicino alla radice più alcalino, come altri anioni. Di solito questi essudati avranno un'influenza secondaria sul pH rispetto al forte effetto di escrezione degli ioni H+. Ciò che è notevole, tuttavia, è che non tutte le parti delle radici agiscono allo stesso modo. All'estremità della radice, vengono espulsi più ioni H+, mentre nella parte un po’ più alta della radice, vengono espulsi più anioni. Ciò è probabilmente dovuto al diverso assorbimento dei concimi.

I livelli di pH influenzano la disponibilità dei nutrienti e la crescita delle piante

Il livello di pH influenza la disponibilità di nutrienti e, indirettamente, la crescita delle piante. Il pH può influire anche sull’assorbimento dei nutrienti da parte delle radici della pianta. Non tutti i nutrienti vengono influenzati allo stesso modo, ma la maggior parte di essi sono disponibili nel range di pH tra 5.2 e 6.2 (vedi figura 4). Prima di essere assorbito dalla pianta, il nutriente deve essere disciolto in una soluzione per il terreno. La maggior parte dei minerali e dei nutrienti è più solubile, e perciò disponibile, più nei terreni leggermente acidi piuttosto che nei terreni neutrali o in quelli leggermente alcalini. Nei terreni neutri o leggermente alcalini alcuni elementi possono essere ‘disattivati’ e non saranno più disponibili per la pianta. Questi elementi comprendono ferro, manganese, rame, zinco e boro. Nei terreni molto acidi, invece, diminuisce la solubilità di fosforo, del calcio e del magnesio. Il fosforo non è mai facilmente solubile nel suolo, ma è maggiormente disponibile nel suolo con un pH di circa 6,5. Questo valore varia da substrato a substrato. I suoli acidi (pH 4.0-5.0) possono avere alte concentrazioni di alluminio solubile, manganese e ferro, che possono essere tossici per la crescita di alcune piante. I nutrienti per una crescita sana delle piante sono suddivisi in diverse categorie: macronutrienti (elementi necessari in quantità maggiori), che sono a loro volta suddivisi in nutrienti primari e secondari e micronutrienti o oligoelementi (elementi necessari in quantità molto limitate). La maggior parte delle carenze dei nutrienti secondari e dei micronutrienti può essere corretta facilmente mantenendo la media attorno a un range ottimale di pH. Bassi valori di pH (3-5) associati ad una temperatura elevata (superiore a 26°C) possono anche influenzare la comparsa di alcune malattie fungine. Nei suoli altamente acidi è possibile bloccare l'attività dei batteri che decompongono la materia organica del suolo, con conseguente accumulo di materia organica ed assenza di rilascio di nutrienti nel suolo: in particolare viene bloccato il rilascio dell’ azoto, che è fissato all'interno della materia organica. Di conseguenza, la crescita delle piante può essere influenzata negativamente. Nei substrati organici, ci sono funghi benefici chiamati micorrize. Questi microrganismi per una crescita ottimale preferiscono un ambiente leggermente acido. Anche l'alcalinità dell'acqua è un fattore rilevante. Se l'alcalinità dell'acqua è superiore a 200-250ppm CaCO3, si dovrebbe aggiungere un acido per ridurre al minimo l'influenza sul pH del substrato.

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Figura 4: la maggior parte dei nutrienti per le piante è disponibile nel range di pH che va da 5.2 a 6.2.

Come e perché il pH cambia spesso nei sistemi di coltivazione idroponica

L'assorbimento di anioni (sostanze nutritive caricate negativamente) e cationi (nutrienti caricati positivamente) da parte delle piante può causare sostanziali cambiamenti di pH nel sistema di coltivazione. Se vengono assorbiti più cationi rispetto agli anioni, il pH diminuirà. Se invece vengono assorbiti più anioni che cationi, il pH aumenterà. Poiché l'azoto (elemento necessario in grandi quantità per una crescita sana delle piante) può essere fornito sia come catione (ammonio - NH4 +) o come anione (nitrato - NO3 -), il rapporto tra queste due forme di azoto nella soluzione nutritiva può avere un effetto importante sia sulla velocità che sulla direzione delle variazioni di pH nel tempo. I cambiamenti di pH possono verificarsi a sorpresa e in modo rapido. La maggior parte delle varietà delle piante cresce meglio in una soluzione nutritiva con un pH compreso tra 5,2 e 6,2 e ad una temperatura compresa tra 20°C e 22°C.

Quando c’è poca disponibilità di luce (nei giorni nuvolosi o in ambienti di coltivazione interni), le piante assorbiranno più potassio e fosforo dalla soluzione nutritiva, aumentando l'acidità (il pH scenderà). A bassi livelli di luce il tasso di traspirazione è anche inferiore, e questo a sua volta diminuisce l'assorbimento di calcio. In coincidenza con un basso pH nel substrato, possono manifestarsi sintomi dovuti a carenza di calcio. Quando c'è una gran quantità di luce intensa (nelle giornate di sole chiaro), le piante assorbiranno più azoto dalla soluzione nutritiva. Di conseguenza, l'acidità diminuirà (e il pH aumenta).

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Figura 5: Questo disegno aiuta a identificare le carenze nutritive.

Cosa accade se il pH è troppo alto o troppo basso e come riconoscerne i sintomi

I primi sintomi di una carenza di nutrienti appariranno sulle foglie. Una carenza di ferro (Fe), per esempio, può manifestarsi molto velocemente. A valori di pH pari o superiori a 7, meno del 50% del ferro sarà disponibile alle piante. Ai valori di pH di 8,0, solo una piccola quantità di ferro verrà rilasciata nella soluzione nutritiva a causa della diminuzione di idrossido di ferro (Fe(OH)3 - che alla fine si trasforma in ruggine). La figura 5 può essere utilizzata come strumento per identificare le carenze di nutrienti nelle piante. La Clorosi è l'ingiallimento o lo sbiancamento del tessuto vegetale verde a causa della perdita di clorofilla. La necrosi è la morte del tessuto vegetale e si manifesta con una colorazione marrone scuro (ad esempio su una porzione della foglia).

Il punto della pianta su cui si verificano i sintomi (maggiormente sulle foglie vecchie rispetto a quelle giovani) dipenderà dalla mobilità degli elementi nella pianta. Elementi con mobilità molto bassa sono boro, calcio, rame, ferro, manganese, molibdeno e zinco. Le carenze di questi elementi si vedranno prima nelle foglie più giovani. Questi elementi raggiungono attraverso la circolazione della linfa le foglie giovani. Essi non si muovono all'interno della pianta. Gli elementi più mobili sono azoto, potassio e magnesio. I sintomi della carenza di questi elementi si vedono nelle foglie più vecchie delle piante perché gli elementi si trasferiscono dalle foglie più vecchie alle foglie più giovani, poiché queste ultime richiedono più nutrienti per il processo di crescita.

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