Il pH del suolo è una misura dell'acidità o dell'alcalinità del terreno, ovvero la maggiore o minore concentrazione di ioni di idrogeno (H+). Si misura rilevando la differenza di potenziale elettrico fra due elettrodi, da qui il nome pH = potenziale di H+. Poiché la concentrazione di H+ varia su un ampio intervallo, viene utilizzata una scala logaritmica da 0 a 14. Detta scala è "inversa", nel senso che un mezzo molto acido (elevata concentrazione di H+) ha un valore basso di pH e viceversa, un pH elevato (alcalino) corrisponde ad una concentrazione di H+ bassa. Il valore 7 corrisponde all'acqua pura ed è definito "neutro".
La maggior parte dei terreni ha valori di pH compresi tra 3,5 e 10. Nelle regioni piovose, il pH naturale dei suoli tipicamente varia da 5 a 7, mentre nelle zone più secche l'intervallo va da 6,5 a 9. I terreni con valori di pH compresi tra 6,5 e 7,5 sono da considerare "neutri" agli effetti pratici. Il pH ottimale per la crescita della maggior parte delle colture d'interesse economico è compreso fra 5,5 e 8 (tabella con valori pratici, 1). Terreni con pH minore di 5 o maggiore di 9 sono meno produttivi e richiedono l'applicazione di ammendanti. Terreni con pH > 9 sono in genere sodici e consentono solo la coltivazione di specie tolleranti il sale.
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Il pH naturale del terreno dipende dalla roccia da cui si è formato (materiale madre) e dai processi che l'hanno ridotta, quali l'erosione, la dissociazione di CO2 atmosferica in acido carbonico o le deposizioni atmosferiche di composti azotati e/o contenenti forme ridotte dello zolfo; le secrezioni di acidi organici di origine microbica o radicale; la mineralizzazione della sostanza organica, le lavorazioni e applicazioni di fertilizzanti ed ammendanti.
Perché misurare il pH?
Il pH del suolo è un fattore importante per l'agricoltore perché influenza la quantità di nutrienti solubili in acqua e la loro disponibilità per le piante, quindi la produttività. Si rende pertanto imprescindibile controllare regolarmente il pH del terreno ed identificare eventuali problemi alla loro insorgenza, perché altrimenti sarà costoso e difficile correggere le carenze nutrizionali a lungo termine. Alcuni nutrienti sono più disponibili in condizioni acide, mentre altri sono più disponibili in condizioni alcaline (Foto 1).
Foto 1: Disponibilità di nutrienti per le piante in funzione del pH del suolo
(Fonte foto: (2), testo in italiano e adattamento grafico dell'autore)
Si osserva che la maggior parte dei nutrienti minerali è facilmente disponibile per le piante quando il pH del terreno è quasi neutro. Alcuni fertilizzanti e ammendanti possono modificare il pH del terreno e quindi rendere altri nutrienti più disponibili per le piante, oppure ridurne la disponibilità.
Ad esempio, per abbassare il pH si applicano fertilizzanti come lo zolfo frantumato e alcuni fertilizzanti azotati a base di ammonio, oppure ammendanti come letame, compost, aghi e corteccia di pino. Quando i terreni sono troppo acidi, invece, è possibile utilizzare calce o ceneri per aumentare il pH al valore desiderato. L'applicazione di gesso (solfato di calcio) abbassa il pH dei terreni alcalini per la presenza di ioni acidi di zolfo, oppure innalza il pH dei terreni acidi per la presenza d ioni di calcio. La quantità di ammendante necessaria per correggere il pH varia da terreno a terreno. Suoli con alto tenore di materia organica (molto acidi) o argilla (molto alcalini) saranno più resistenti ai cambiamenti di pH e richiederanno un maggior apporto di ammendante.
Metodi per misurare il pH
Ora che sappiamo che è imprescindibile monitorare il pH del terreno, il problema è come lo misuriamo. Quale metodo adottare fra la miriade di tutorial che si trovano su YouTube, articoli di blog, le ormai onnipresenti chiacchiere sui social e gli appunti accademici disponibili su internet?
La seguente rassegna mette in evidenza i pregi e i difetti di quelli più comuni.
Metodo qualitativo (casalingo)
Prendere due ciotole di plastica o vetro o ceramica (mai di metallo!), collocare 10 grammi di terra in ciascuna e poi versare 50 millilitri di acqua distillata o demineralizzata, mescolando bene per alcuni minuti. Aggiungere un cucchiaino di bicarbonato di sodio ad una e la stessa quantità di aceto all'altra e osservare se si formano bollicine. Se l'effervescenza avviene nella ciotola con il bicarbonato, allora il terreno è acido (pH < 7). Se invece si osservano bollicine nella ciotola con l'aceto, allora il terreno è alcalino (pH > 7). Se si osserva una leggera effervescenza in entrambe, o nessuna effervescenza, allora è un terreno vicino alla neutralità (6,5 < pH < 7,5).
Un altro metodo casalingo, molto ricorrente nei blog, utilizza succo di cavolo rosso, che dovrebbe cambiare colore a seconda del pH. Per quanto pittoreschi, tali metodi non sono utili per l'agricoltore professionale, in quanto non forniscono un valore preciso di pH sul quale poter decidere le strategie colturali.
Metodo delle strisce colorate o della carta tornasole
Un modo semplice ed economico (circa 15 euro la confezione) per misurare il pH con più precisione rispetto al precedente consiste nell'utilizzare strisce di carta o di plastica con dei tamponi di carta imbevuti di sostanze che cambiano colore (Foto 2). La comparazione della combinazione di colori con una tabella riportata nella stessa confezione fornisce la misura del pH. Le strisce sono monouso, non tentare di riutilizzarle!
Esistono diversi modelli, a seconda del range di misura desiderato. Quelle "universali", capaci di misurare nell'intero intervallo fra 1 e 14, hanno una risoluzione pari a 1, quindi non sono in grado di discernere frazioni di pH (si veda l'esempio della Foto 1). Esistono in commercio strisce graduate per misurare l'intervallo di pH fra 4 e 10, con risoluzione 0,5. Una tale risoluzione può essere sufficiente per avere un'idea approssimata sulla qualità del terreno, ma non è sufficientemente affidabile per decidere se e in quale quantità si debba procedere all'applicazione di ammendanti. Quindi, anche le strisce graduate e la carta tornasole sono da evitare.
Foto 2: Strisce di pH, intervallo di misurazione 1-14 con risoluzione di 1. Il pH, misurato con un pHmetro, è risultato pari a 7,8 ma con le strisce è difficile discernere dal colore, se sia 7 oppure 8 o 9
(Fonte foto: Mario A. Rosato - AgroNotizie®)
Metodi basati sull'utilizzo del pHmetro, detti anche metodi potenziometrici
Un pHmetro è uno strumento specificamente costruito per fornire una lettura accurata del pH, con risoluzione di 0,1 o 0,01, a seconda dal modello. Esistono un'infinità di modelli, con prezzi che vanno dai 20 euro per gli strumenti tascabili con risoluzione 0,1 agli 80 euro per quelli con risoluzione 0,05, passando dai 150 euro per i pHmetri specifici per l'agricoltura - dotati di un elettrodo a punta che consente di infilarlo nei terreni per una lettura diretta - ai modelli da laboratorio che possono superare i 700 euro.
Oltre all'infinità di modelli disponibili sul mercato, esistono diversi metodi per realizzare la misurazione col pHmetro:
- Metodo FAO (3)
Include tre varianti:
• Metodo A: essiccare il campione all'aria o in stufa o in altra fonte di calore a 40°C e setacciarlo, poi diluire 10 grammi del campione secco e setacciato con 25 millilitri di acqua distillata o demineralizzata (verificare che quest'ultima abbia un pH maggiore di 5,6) in un recipiente di vetro o plastica, agitare a intervalli per un'ora, lasciare riposare un'ora affinché decanti, introdurre il pHmetro nel surnatante e rilevare la lettura. Il pH misurato con questo metodo tende a risultare leggermente più acido di quello del terreno in condizioni di umidità normale perché i sali disciolti liberano ioni che non sono H+, falsando un po' la lettura. Le differenze possono essere importanti per pH < 5, ma nel caso di terreni agricoli "normali" i valori ottenuti con questo metodo sono sufficientemente affidabili per decidere se sia necessario aggiungere ammendanti per correggere il pH.
• Metodo B: collocare 10 grammi di campione essiccato e setacciato in una bottiglia di polietilene da 100 millilitri e versare 50 millilitri di soluzione 1M di KCl (74,55 grammi di cloruro di potassio in 1 litro di acqua). Agitare per un'ora, lasciare decantare per un'altra ora (con il coperchio chiuso) e misurare il pH con il pHmetro. In terreni ricchi di alluminio questo metodo può dare valori di pH fino ad 1 unità più bassi (acidi) rispetto a quelli misurati con il Metodo A.
• Metodo C: collocare 10 grammi di campione essiccato e setacciato in una bottiglia di polietilene da 100 millilitri e versare 50 millilitri di soluzione 0,01M CaCl2 (1,47 grammi di cloruro di calcio biidrato (CaCl2. 2H2O), oppure 1,11 grammi di cloruro di calcio anidro in 1 litro di acqua distillata o deionizzata). Agitare per un'ora, lasciare riposare per un'altra ora (con il coperchio chiuso) e procedere a misurare il pH con il pHmetro. Il pH ottenuto con questo metodo rappresenta più fedelmente il pH del terreno in condizioni di umidità. Differenze molto alte rispetto al valore misurato con il Metodo A potrebbero indicare la presenza di quantità di Na rilevanti nel terreno.
I metodi FAO erano stati adottati in Italia con la Norma UNI EN 15933:2012, sostituita con la UNI EN ISO 10390:2022 (vedere al terzo punto). - Metodi americani "da campo" (4).
Ci sono tre varianti per misurare il pH su un campione di suolo tale quale, senza essiccarlo, e perciò sono detti "metodi da campo": non serve una preparazione in laboratorio né soluzioni tampone, bastano un bicchiere di plastica graduato, acqua demineralizzata e un pHmetro correttamente calibrato. Le differenze fra le varianti risiedono solo nella proporzione suolo/acqua demineralizzata.
• Pasta satura. Si colloca una quantità di campione sufficiente a coprire il fondo di un recipiente di plastica e si aggiunge acqua distillata o demineralizzata finché si forma una pasta fluida, nella quale si immerge il pHmetro. È il metodo che tende a dare i valori più bassi in assoluto, fino a -0,5 unità di pH rispetto ai successivi.
• Diluizione 1:1. Collocare N grammi di campione in un recipiente e diluire con N millilitri di acqua, mescolare bene, lasciare riposare alcuni minuti e immergere il pHmetro in questa soluzione. Tende a dare valori più alti rispetto al metodo precedente ma più bassi rispetto al metodo successivo.
• Diluizione 1:2. Idem sopra, ma aggiungendo 2N millilitri di acqua per ogni N grammi di campione.
• Misurazione con una sonda di pH speciale, infilata direttamente nel terreno. È il metodo più facile e immediato, ma secondo la fonte bibliografica produce dati poco affidabili, con differenze fino a 2 unità di pH, quindi inaccettabili per decidere sulla necessità e sul dosaggio di ammendanti da aggiungere al terreno. Il problema della sonda infilata nel terreno è che il pH varia fortemente con il maggiore o il minore grado di umidità. - Metodo australiano (5).
Identico al metodo FAO-A, ma la misurazione va effettuata su una soluzione di 10 grammi di terra in 50 millilitri di acqua demineralizzata o qualsiasi altre quantità purché si rispetti la proporzione 1:5. Il metodo consente di utilizzare lo stesso campione per misurare sia la conduttività che il pH. La sonda di pH va inserita nella soluzione mantenuta in agitazione e dopo di aver misurato la conduttività. - Metodo internazionale, Norma UNI EN ISO 10390:2022.
Ammette come equivalenti i metodi FAO-B e C, indica questo ultimo come preferibile e non ammette il Metodo A. I valori vanno arrotondati ad una sola cifra decimale.
I metodi a confronto
Il campione è stato prelevato dal terreno dell'autore sito nel comune di Eraclea (Ve). Si tratta di un suolo limoso-argilloso. Il campione è stato prelevato dalla profondità di 30 centimetri, setacciato per eliminare sassi e resti di radici e tenuto in un sacchetto di plastica chiuso.
Per la misurazione del pH è stato utilizzato un pHmetro di gamma media (due punti di calibrazione, compensazione automatica della temperatura, 2 digiti decimali, cioè in grado di rilevare differenze di pH pari a 0,01 grammi, costo indicativo 120 euro). Prima della misurazione lo strumento è stato calibrato utilizzando soluzioni di calibrazione per pH pari a 4, 7 e 10, ottenendo la curva di calibrazione riportata nella Foto 3, ottimizzata per limitare l'errore nel range alcalino perché si tratta di un terreno tendenzialmente argilloso. La curva di calibrazione serve per correggere le letture, togliendo o aggiungendo al valore misurato l'errore E corrispondente.
Foto 3: Curva di calibrazione del pHmetro
(Fonte foto: Mario A. Rosato - AgroNotizie®)
Per i metodi FAO/ISO il campione è stato essiccato in stufa a 40°C per ventiquattro ore. Per gli altri metodi si è utilizzato il campione di terreno tale quale. Il cloruro di calcio utilizzato per preparare la soluzione secondo il metodo FAO-C/UNI EN ISO 10390 è stato prelevato da una ricarica di "sali per deumidificatore" (in granuli, senza profumo), facilmente reperibile e dal costo di qualche euro. Poiché si tratta di Cl2Na di grado industriale, non si è certi se sia anidro o biidrato, o un misto di entrambi. Nessun problema: basta mettere in forno a 160°C per un'ora un cucchiaio di prodotto prima di pesare la quantità necessaria per preparare la soluzione come indicato al punto tre, Metodo FAO-C.
I risultati delle misurazioni si presentano nella Tabella 1.
Tabella 1: pH misurato con i vari metodi
(Fonte foto: Mario A. Rosato - AgroNotizie®)
Il metodo "da laboratorio" ISO EN UNI (equivalente al FAO-C) è da ritenere quello che fornisce i valori più realistici, perché l'utilizzo della soluzione di cloruro di calcio compensa l'errore della misurazione indotto dai sali del suolo disciolti nell'acqua. È quindi questo metodo che si deve prediligere se si desiderano risultati con la massima accuratezza.
Benché richieda un po' di tempo essiccare il campione di suolo, andare a comprare una busta di cloruro di calcio "antiumidità", una bilancina con almeno 1 digito (cioè in grado di misurare almeno 0,1 grammi) per pesare con discreta precisione, risulta tutto sommato abbastanza semplice e con un po' di pratica alla portata di chiunque. Tuttavia, l'estrema semplicità dei metodi "da campo" li rende molto più attraenti per gli amanti del "fai da te".
Una regola empirica, che nel nostro esempio si è rivelata affidabile, consiste nel misurare il pH con il metodo australiano e poi sottrarre 0,7. Tuttavia, questo caso particolare non si può generalizzare a tutti i suoli. Le differenze fra il pH misurato con diversi rapporti di diluizione in acqua rispetto al pH misurato in soluzione di cloruro di calcio dipendono da una serie di altri fattori (conduttività, tessitura, contenuto di materia organica, umidità del campione, eccetera), per cui non esiste una formula di correzione semplice che funzioni in tutti i casi (6).
Durante la prova in questione, l'autore ha osservato che i metodi in cui si lascia decantare la soluzione e la sonda si immerge nel surnatante forniscono una lettura stabile in meno di un minuto, mentre negli altri metodi la lettura del pH varia costantemente e sono necessari diversi minuti per ottenere un valore stabile.
Consigli pratici per l'acquisto e la manutenzione del pHmetro
Per uso agricolo è consigliabile l'acquisto di uno strumento tascabile multiparametro (per poter misurare pH e conduttività con un'unica spesa) o almeno un pHmetro tascabile con precisione di 2 digiti decimali (cioè in grado di rilevare differenze di pH pari a 0,01 grammi). È accettabile uno strumento di basso costo ad 1 solo digito (cioè in grado di misurare almeno 0,1 grammi), purché dotato di compensazione della temperatura (ATC = Automatic Temperature Compensation).
Bisogna acquistare i seguenti consumabili: soluzioni di calibrazione (solitamente pH 4, 7 e 10 e soluzione di calibrazione per la conduttività consigliata dal fabbricante), soluzione di mantenimento e soluzione per la pulizia dell'elettrodo. È fondamentale riporre sempre il coperchio dell'elettrodo con un batuffolo imbevuto nella soluzione di mantenimento, che serve a evitare il deterioramento dell'elettrodo, il cui costo di ricambio è quasi come quello dell'intero strumento.
Prima dell'utilizzo, l'elettrodo va pulito con la soluzione di pulizia, risciacquato con acqua demineralizzata e verificato il corretto funzionamento con le soluzioni di calibrazione. L'elettrodo va risciacquato con acqua demineralizzata prima e dopo ogni lettura, non va toccato con le dita e non si deve utilizzare per mescolare la soluzione. Per quest'ultima operazione, è necessario servirsi di una bacchetta di vetro o di plastica.
Bibliografia
(1) Claudio Marzadori, Claudio Ciavatta, La revisione dei metodi ufficiali di analisi chimiche del suolo: aspetti chimici, ambientali ed interpretazione agronomica, Bologna 31/03/2011.
(2) Kgopa, Pholosho & Moshia, Matshwene & Shaker, Parvin. (2014). Soil pH Management across Spatially Variable Soils. 4. 203-218.
(3) FAO, Standard operating procedure for soil pH determination.
(4) Sam Angima, Measuring soil pH, Università Statale di Oregon, Servizio di Estensione.
(5) Department of Sustainable Natural Resources; Soil Survey Standard Test Method - pH: 1:5 Soil:Water Suspension.
(6) Minasny, B., McBratney, A.B., Brough, D.M. and Jacquier, D. (2011), Models relating soil pH measurements in water and calcium chloride that incorporate electrolyte concentration. European Journal of Soil Science, 62: 728-732.
