The contributions of clay and organic matter relative to 24 samples

collected from non calcic brown soils of N-W Sardinia - were measured

using statistical analyses. Within the limits of the standard errors the

regression coefficients of day and organic matter increase linearly with pH.

The average contribution to CEC of day decreased from 64% at pH 3 to

300% at pH 8. The clay CEC was 30, 34, 39 meq per 100 g. al pH 3,5 and 8,

respectively, while that of the organic matter was 62, 131, 231 meq per 100 g.

The high increase of CEC between pH 5 and 8 was interpreted in view

of eventual liming of cultivable soils

Gessa, Carlo Emanuele

Melis, Pietro

Italian

UnissResearch

S1"UDI SASSARESI 
Sezione III 1976 Volume XXIV 
ANNALI DELLA FACOLTÀ DI AGRARIA DELLtUNIVERSITÀ 
DI SASSARI 
DIRETTORE: O. SERVAZZI 
COMITATO DJ REDAZIONE: M. DATTILO. F. FATICIIENTI • L. lODA. F. MAR.RAS 
A. MILELLA • P. prCCAKOLO • A. PIETRACAPRINA • K. PROTA • G. KIVOUtA 
R. SATrA - C. TESTINI • G. TORRE - A. VODRET 
ORGANO Ul!flCIALE 
DELLA SOCIETÀ SASSARESE DI SCIENZE MEDICHE E NATURALI 
GALLIZZI • SASSARI - 1971 
I St. Sasso 111 Agr·1 
Istituto di Chimica agraria dell'Università degli Studi di Sassari 
(Direttore: Prof. CJl~O TESTJNI) 
Contributo delrargilla e della sostanza organica 
alla capacità di scambio cationico delle terre brune 
della Sardegna Nord-Orientale 
GESSA C., MELIS P. 
L'argilla e la sostanza organica sono i costituenti del suoJo responsabili 
dell'adsol'bimento cationico. 
I siti di scambio dell'argi11a derivano da processi di sostituzione iso-
morfa e dalla deprotonazione di «gruppi acidi» coordinati ad atomi di 
al1uminio e ferro. 
I siti di scambio della sostanza organica si onglnano principalmente 
da11a dissociazione di carbossili e di ossidrili fenolici (I) cioè di gruppi fun-
zionali aventi costanti di acidità distribuite in un vasto campo di pH. 
La valutazione de] contributo den'argilla e della sostanza organica alla 
capacità di scambio cationico (CEC) del suolo presenta sempre notevoli dif· 
ficoltà poichè la separazione delle due frazioni ne modifica iJ comporta-
mento. 
Tra i diversi metodi proposti, quello più largamente impiegato prevede 
la determinazione defJa CEe del suolo tal quale e del suolo trattato con 
H201 e calcola la CEC della sostanza organica per differenza. Questo proce-
dimento. pur presentando diversi vantaggi rispetto a quello in cui la CEC 
della sostanza organica è determinata sul campione trattato con HC1-HF 
(2). può dar luogo a risultati non molto attendibili sia per una incompleta 
ossidazione della sostanza organica ma soprattutto per la distruzione dei 
complessi organo-minerali con conseguente attivazione dei siti di scambio 
blocca ti dall'in terazione. 
L'impossibilità di separare la frazione organica da quel1a minerale 
senza alterare le caratteristiche del suolo ha portato diversi ricercatori a 
considerare il problema da un punto di vista statistico (6) (7) (II) (17) 
348 
Le CEC dell'argilla e della sostanza organica sono state valutate me· 
diante i coefficienti di regressione muhip1a di equazioni in cui la CEC del 
suolo (variabile dipendente) è data in funzione del contenuto di argilla e 
di sostanza organica (variabili indipendenti). 
L'appJicazione del metodo statistico è particolarmente indicata nel10 
studio di suoli di aree geo·c1imatiche ben definite - caratterizzati da una 
sufficiente omogeneità qualitativa delle frazioni argillosa ed organica - poi· 
chè le equazioni di regressione calcolate hanno una validità generale e pos-
sono essere quindi utilizzate per la caratterizzazione del complesso di scam-
bio di tutti i suoli della zona oggetto di studio. 
Lo scopo di questo lavoro è quello di determinare a diversi valori di 
pH il contributo del1'argilla e del1a sostanza organica alla CEe delle terre 
brune della Sardegna Nord·orientale mediante analisi statistica. 
MATERIALI E METODI 
L'analisi statistica è stata condotta su 24 campioni di terreno} impie-
gando un computer 370/135 IBM. 
I contenuti di sostanza organica e di argilla sono stati rispettivamente 
determinati col metodo di Walkley (16) e col metodo della pipetta. 
La capacità di scambio cationico è stata determinata a pH 3, pH 5 e 
pH 8 con la seguente metodica: I g di terreno, trasferito in cuvetta da cen· 
trifuga, veniva trattato con una soluzione di Ba2 + tamponata ai diversi pH 
e messo in agitatore per una notte; il giorno successivo iJ terreno veniva cen· 
trifugato e trattato ripetutamente con la soluzione saturante fino a completa 
saturazione del complesso di scambio. Quindi reccesso di sale veniva ri-
mosso mediante lavaggi con HID distillata ed etanolo. Il bario adsorbito. 
scambiato con magnesio, veniva determinato secondo il metodo descritto da 
Mehlich (9). La soluzione tampone conteneva acetato di bario o,IN,p-nitro-
fenolo o,056N, cloruro di bario O,4N, acido monoc1oroacetico o,IN. Il pH 
del1a soluzione veniva portato al valore desiderato per aggiunta di HCl o di 
Ba(OH)2. Non era previsto l'impiego di trietanolammina utilizzata nella me-
todica descritta da MehIich e modificata da Pratt (13) a causa delJa elevata 
attività scambiante dello ione TEA + (3), (4), (5). 
349 
RISULTATI E DISCUSSIONE 
Nella fig. l vengono rappresentati gli istogrammi relativi alla sostanza 
organica e aII'argilla. La distribuzione di frequenza dei contenuti di sostanza 
organica mostra una notevole somiglianza con la gaussiana, mentre quella 
dei contenuti di argilla si presenta asimmetrica e deviata verso i valori bassi. 
ra 
N 
C 
Q) 
:J 
a 
20 
15 
10 
~ 5 
.. 
OL------L--~~--~~~--~--------~~--~--~~--~---
D I 12 11 2t 30 
argilla % 
o 1,5 3,0 4,5 l,D 7,5 
Sosta nza organica % 
Fig. I - Istogrammi relativi alla sostanza organica c all'argilla. 
Ne)]a tab. I sono riportati i valori medi e i rispettivi campi di varia· 
zione della CEC determinata ai 3 diversi pH. Come è possibile osservare, 
a pH 8 la CEC media risulta circa tre volte più elevata di quella determi-
nata a pH 3; tra pH 3 e pH 5 si ha un incremento del 5°,9%, tale incre-
mento risulta dell'86,3 % tra pH 5 e pH 8. 
Esperienze preliminari hanno dimostrato che la variazione di CEC tra 
pH 3 e pH 5 dei campioni trattati con Hl02 è molto bassa (intorno al 3 0/0) 
e che a pH 3 sono adsorbiti alluminio e ferro. Ciò sembra indicare che la 
carica negativa del1'argilla è costante fino a pH 5 e ciò in accordo con il 
concetto di carica permanente introdotto da Schofield (15) e successivamente 
350 
Tab. I - Media e campo di variazione delle CEC a tre valori di pH e dei 
contenuti in sostanza organica ed argilla. 
CEC meqjloo g 
pH 
media campo di variaziont 
3 5.3 2,1 - II,7 
5 8.0 2.6 - 17,4 
8 14.9 6,0 - 24.0 
sostanza org. % 3.8 0,8 - 6.9 
argilla % 14·4 6.0 28.4 
confermato da Russel (14) e che la variazione di CEC riscontrata nei suoli 
in questo intervallo di pH sia esclusivamente il risultato della dissociazione 
dei gruppi organici a più e!evata costante di acidità. Nel1a tab. 2 sono ripor-
tati i risultati ottenuti dan'analisi statistica. Le equazioni di regressione sono 
state calcolate assumendo la CEe del suolo uguale a zero quando il conte-
nuto di argilla (Xl) e di sostanza organica (Xl) sono uguali a zero. 
Tab. 2 - Equazioni di regressione multipla calcolate a tre valori di pH che 
esprimono la capacità di scambio ca/ionico dei suoli (y) in fun-
zione dei contenuti di argilla (XI) e di sostanza organica (xz). 
equazioni di regressione multipla i coefficienti di correlazione 
pH y = aXI + bX2 + c I R2 f l r2 
I 
3 Y 0,30 XI + 0,62 Xl - 1,04 0.97* 0,87* 0,67· 
5 Y 0.34 XI + 1.3 1 X2 - l,58 0.95* 0,76* 0.79* 
8 Y 0.39 Xl + 2.3 1 Xl + 1,03 0,98• 0.67* 0,88* 
.. Significativi allo 0.01 
I coefficienti di corre1azione rl e r2 dimostrano che a tutti i valori di 
pH l'argilla e la sostanza organica sono significativamente correlati con la 
CEC del suolo. 
351 
l coefficienti di regressione multipla a, b esprimono rispettivamente la 
CEe delle due variabili indipendenti XI e Xl in meq per grammo. Quindi la 
CEC dell'argilla è 30, 34, 39 meq per 100 g a pH rispettivamente di 3, 5, 8. 
La CEC della sostanza organica risulta di 62, I 3 I, 231 meq per 100 grammi 
per gli stessi valori di pH, in buon accordo con i risultati riportati in Jet· 
teratura (I), (2), (8), (IO), (12). Il rapporto CEC«/CECl è uguale a 3.7 per la 
sostanza organica e a 1,3 per l'argi11a; ciò conferma la natura variabile col 
pH della carica negativa del1a sostanza organica. 
I coefficienti di correlazione multipla Rl risultano altamente significativi 
ed indicano che la CEC di questi suoli può essere calcolata con una buona 
approssimazione mediante l'applicazione delle equazioni riportate ne]]a 
tab. 2. 
Nella tab. 3 vengono riportati contributi dell'argi11a e della sostanza 
Tab. 3 - Contributo dell'argilla e della sostanza organica alla capacità di 
scambio cationico dei suoli. 
pII 
3 
5 
8 
---------- ------
Contributo alla CEe 
Argilla 
0,64 (o,65) 
0,43 (0,49) 
0,30 (0,39) 
0,30 (o,35) 
0,49 (o.5 1 ) 
0,67 (0,61) 
CEe: argilla 
CEe sosto Org. 
I 
,----- -----
2.13 (I ,86) 
0,88 (o.g6) 
0,45 (0,64) 
organica alla CEC del suolo. Tali contributi sono calcolati sia tenendo conto 
dei valori delle costanti delle equazioni e sia facendo riferimento ai soli 
coefficienti di regressione (dati tra parentesi). Come è possibile osservare 
a pH 3 il 640/0 della CEC è dovuto alla frazione minerale: tale contributo 
diminuisce con l'aumentare del pH e risulta uguale al 30~o a pH 8. 
La stessa tabella dimostra che a pH 3 il contributo de11 'argi11a è circa 
due volte quello della sostanza organica, mentre a pH 8 è meno della metà. 
Nella fig. 2 sono riportati i coefficienti di regressione in funzione del 
pH. I valori a, b sono rappresentati entro il foro campo di variabilità defi-
nito dall'errore standard. La figura mostra una variazione lineare col pH 
della CEC dell'argilla e della sostanza organica. Le rette di regressione 
passano entro il campo di variabilità dei diversi punti e sono carat-
352 
terizzate da equazioni aventi un coefficiente di correlazione altamente signi4 
ficativo. L'incremento di CEe per unità di pH è di 34 meq per 100 g per la 
sostanza organica e di 2 meq per 100 g per l'argilla. 
2SD 
"-
Cl) 
a. 
c-E 150 
u 
~ U 100 
&0 
I I 
3 , I 
pH 
I 
v::: 0.34 x -0.31 
~s.o. 
r = 0,99 
Il 
i 
~ :::D-02x+ D,24 
rg. 
r:;;;;;; Itl9 
1 B 
Fig. 2 - Effetto del pH sulle CEe dell' argilla (I) e della sostanza organica (II). 
(Le linee verticali definiscono il campo di variabilità dei singoli coeffi-
cienti di regressione). 
l valori piuttosto bassi degli errori standard e ì coefficienti di correla-
zione multipla altamente significativi confermano che le frazioni argillosa e 
organica di questi suoli sono piuttosto uniformi per quanto riguarda la ca-
pacità di scambio cationico. 
353 
I risultati ottenuti mettono in evidenza l'effetto del pH sulla capacità 
di scambio cationico dei suoli presi in esame. Questi suoli hanno general-
mente un pH subacido e pertanto la loro elevata carica variabile col pH 
risulta bloccata. In queste condizioni la componente più attiva ai fini dei 
processi di scambio, e quindi della nutrizione minerale, è la frazione argil-
losa, mentre il contributo che la frazione organica dà è molto limitato. 
Questi suoli dovrebbero giovarsi moltissimo delle somministrazioni di 
CaCOl nella misura di circa 130 q.lijettaro. La presenza di CaCOl porta ad 
un incremento del pH della soluzione del terreno in seguito all'idrolisi del 
sale con conseguente dissociazione di ioni H+ della carica variabile col pH 
e simultaneo adsorbimento di ioni Ca2+ sui siti di scambio resisi disponibili. 
RIASSUNTO 
~ stato calcolato il contributo dell"argilla e della sostanza organica alla 
capacità di scambio cationico di 24 suoH bruni del1a Sardegna Nord-Orien-
tale mediante analisi statistica. 
Entro i limiti deU'errore standard. i coefficienti di regressione dcl1'argil-
la e della sostanza organica aumentano linearmente all'aumentare del pH. 
Il contributo medio dell'argilla alla CEC dei suoH diminuisce dal 64 al 30% 
da pH 3 e pH 8. La CEe del1'argj]Ja rjsulta di 30, 34. 39 meq per 100 
grammi a pH rispettivamente di 3, 5 e 8, mentre quella de11a sostanza orga· 
nica è di 62, 131, 231 meq per 100 grammi. 
Il notevole incremento del1a CEC tra pH 5 e pH 8 è stato interpretato 
in vista di una eventuale ca1citazione dei terreni coltivabili. 
ABSTRACT 
The contributions of day and organic maUer relative to 24 samplcs 
collected from non caldc brown soils of N-W Sardinia - were measured 
using statistica] analyses. Within the HmHs of the standard errors# the 
regression coefficients of day and organic matter increase linearly with pH. 
The average contribution lo CEC of day decreased from 64% at pH 3 lo 
300/0 at pH 8. The day CEC was 30. 34. 39 meq per 100 g. al pH 3.5 and 8, 
respectively, while that of the organic matter was 62, 131, 231 meq per 100 g .. 
The high increase of CEC bet\veen pH 5 and 8 was interpreted in view 
of eventual liming of cultivable soiIs. 
354 
BIBLIOGRAFIA 
I) BREMNER J. M' i 1956 - Some SoiI organic Matter Problem. - Soils and 
Fertilizers XIX: II5/123. 
2) BROAD8EN'I F. E.) BRADFCÙtD G. R., 1952 - Cation exchange groupÌngs in tbe 
Saii organic Fraction. - Soil Sci. 74= 447/457. 
3) ESClIENA T., GESSA C., 1971 - L'influenza della trietanolammina sulla neu-
tralizzazione delle argille insature con cationi alcalini ed alcalino-terrosì. -
Slttdi Sasso XIX-III: 345. 
4) GESSA C., 1972 Sull'adsorbimento dello ione trietanolammonio da parte di 
bentoniti: prove conduttometriche. - Agrochimica XVI: 427. 
5} GESSA C., 1973 - Sullo scambio reversibile fra ioni inorganici e lo ione 
trietanolammonio nell'argilla. - Agrochimica XVII: 504. 
6) HALLSWORTH F. C., 'VILKINSO~ G. K .• 1958 - The contributian of day and 
organic matte!' to the Cation exchange Capacity of the SoiI. # J. Agr. Sci. 
SI: 1/3. 
7) HELLING C. S., CHESTERS C .. COREY R. B., 1964 Contribution of organic 
Matter and c1ay to Soil Cation-Exchange Capacity as affected by the pH 
of tbe saturating Solution. - Soil Sci Soc. Am. Proc. 28: 5171520. 
B) KAMPRATH E. J") \VELCH C. D .• 1962 - Retention an Cation Exchange Pro-
perties of organic Matter in Coastal Plain Soils. - Soil Sci. Soc. Am. Proc. 
26: 263/265. 
9) ::\lEHLIcH A , 1960 Charge Characterization of Soils. Trans. 7th Int. Congr. 
o! Soil Sci. 2: 292/302. 
IO) MnCHELL J., 1932 - The Origino Nature, and Importance of SoiI organic 
Costituentt having Base exchange Properties. - J Am. Soc. Agr. 24: 256/275. 
Il) ~IOnAl\fEO )1. K., GOHAR A. A .• 1960 - 1. Contributions af Clay. SUt and 
organic Matter to the potential Fertility of Egyptian Soils as measured by 
their C'ation Exchange Capacities. - V.A.R. lllinist. Agr. PubI. 42 (Abstract 
in Soils and Fert. 24: 7. 1(61). 
12) OLSO~ L. C., BRAY R. H .. 1938 - The Determination of the organic Base -
Exchange Capadty of Soils. - Soil Sci. 45: 483/496 . 
13) PRATT P. F' J 1961 - Efiect of pH on tbe Cation - Exchange Capacity of 
Surface Soils. 50i1 Sci. Soc. Am. Proc. 25· 96/98. 
14) RUSSELL E. \V. t 1950 - SoiI Conditions and Plant Grouth. - Longmans .. 
Green and Co.; New York Ed. B. 
15) SCHOFIELD R. K.) 1939 - The electrical Charges 00 Clay Particles. - Soil and 
Fert. 2: 1/5. 
16) \\'ALKLEY A q 1<)47 - A criticaI Examinatian of a rapid l\fethod for deter-
mlnlug Carbon in Soils efiect of Variations in Digestion Conditions and 
of inorganic Soil Costituents. - Soil Sci. 63: 251/264. 
17) \YILLlAMS R'l 1932 - Tbe Contribution of Clay and organic l\fatter to the 
Base Exchange Capacìty of Soìls. - J. Agr. Sci. 22: 845/851. 


Contributo dell'argilla e della sostanza organica alla capacità di scambio cationico delle terre brune della Sardegna Nord-Orientale

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

UnissResearch