6.4.2. Кислотно-основна буферність (рН-буферність)

Кислотно-основна буферність ґрунту є важливою ґрунтово-хімічною характеристикою, і її визначають як здатність ґрунту протидіяти зміні його активної реакції (рН) під впливом різноманітних чинників (під час взаємодії ґрунту з кислотою або лугом та при розбавленні ґрунтової суспензії).

Оскільки значення рН ґрунту завжди вимірюють у водній фазі, буферність експериментально характеризують як здатність рідкої фази ґрунту, що знаходиться у рівноважному стані (чи у контакті) з твердою фазою, опиратися зміні рН при додаванні кислоти або лугу (pH-буферність).

Буферні властивості ґрунту стосовно кислот і лугів відіграють провідну роль у підтримці екологічної рівноваги не тільки у профілі ґрунту, але й у ландшафті (екосистемі). Від цих властивостей залежить кількість кислотних і основних реагентів, які затримуються у генетичному профілі ґрунту або мігрують з розчином через ґрунт і надходять в інші компоненти екосистеми – біоту, ґрунтотворні породи, поверхневі і ґрунтові води.

Відомо, що кислотно-основні характеристики ґрунтового розчину здійснюють контроль за міграційною здатністю більшості хімічних елементів, отож без перебільшення можна стверджувати, що кислотно-основна буферність (рН-буферність) – один з чинників, що визначає параметри великого геологічного кругообігу речовин.

Вищезазначені положення є справедливими як для фонових територій, так і для антропогенно перетворених і техногенно забруднених районів.

Крива буферності графічно відображає зміну рН ґрунтової суспензії у результаті додавання до ґрунту кислоти чи лугу. Її будують у таких координатах “рН – кількість доданої кислоти (лугу)”.

Встановлено, що буферні системи відзначаються здатністю підтримувати рН на відносно постійному рівні; додавання до них кислоти чи лугу, у відомих межах, практично не змінює рН. Це пояснюють тим, що при додаванні сильної кислоти, наприклад, до ацетатної буферної суміші протони зв’язуються в молекулу оцтової (ацетатної) кислоти:

СH₃COONa +HCl → CH₃COOH + NaCl

і активність іонів Гідрогену майже не змінюється.

Висока буферність проявляється у випадках, коли концентрації компонентів буферного розчину значно переважають введену у розчин кількість сильних кислот або лугів.

6.4.3. Окисно-відновна буферність.

Основні теоретико-методологічні засади оцінки окисно-відновних буферних властивостей ґрунтів розроблені доволі детально.

Загалом здебільшого автори під окисно-відновною буферністю розуміють здатність ґрунту протидіяти зміні окисно-відновного потенціалу Еh унаслідок впливу будь-яких зовнішніх чинників: вологості, температури, реакції середовища, органічних добрив тощо. Водночас здатність ґрунту протидіяти зміні окисно-відновного потенціалу Еh унаслідок внесення до нього окисників чи відновників називають буферною ємністю.

Окисно-відновну буферну здатність ґрунту обчислюють за даними сезонної динаміки Еh у польових умовах вегетаційного та лабораторно-модельного експериментів. Її виражають як величину зміни Еh (мВ) ґрунту при зміні температури (t⁰) на 1 ⁰С, вологості на 1 % від польової вологоємності (W) упродовж однієї доби (Z), тобто:

ОВ-буферність неоднакова у різних інтервалах зволоження і температури та залежить також від тривалості проходження процесу. Для її визначення у модельних дослідах раціонально застосовувати такі лімітовані чинники впливу:

• залежно від температури (t⁰): 0-5; 10-25; 25-40 ⁰С;

• залежно від вологості (% від ПВ): < 40; 40-60; 60-80; 80-100 і > 100 % (у випадку тимчасового затоплення ґрунтів).

Розрізняють ОВ-буферність у прямому та зворотньому процесах реакції, тобто в умовах зволоження (позитивне крило) і висушування (негативне крило) ґрунту, при підвищенні та зниженні температури тощо.

У землеробській практиці і меліорації ґрунтів надзвичайно важливо знати, які умови у ґрунті при підвищеній вологості зумовлюють розвиток анаеробного процесу. Це можливо виявити за допомогою показників ОВ-буферності, що визначають шляхом компостування ґрунту упродовж 5-ти діб за дотримання оптимальних гідротермічних умов: t – 20 ⁰C ± 1 ⁰C, вологість 100 % ± 5 % від польової вологоємності.

Для порівняння різних за ОВ-буферністю ґрунтів рекомендують два способи розрахунків:

1. Показник буферності (Б %) обчислюють у відносних величинах, а саме:

де ∆ Б – зміна Eh за добу, мВ.

2. Екстраполюють величину буферності на стандартний ґрунт з рН 6,5:

де х – експериментально встановлена зміна Eh при збільшенні рН ґрунту на одиницю. У середньому ця величина становить ≈ 59 мВ (змінюється у межах від 20 до 100 мВ).

Після визначення Eh ґрунту на початку і наприкінці досліду встановлюють стандартний показник буферності за такими градаціями:

1. надто висока ОВ-буферність – до 2,5 %;

2. висока ОВ-буферність – 2,5-5,0 %;

3. середня ОВ-буферність – 5,0-10,0 %;

4. низька ОВ-буферність – 10,0-15,0 %;

5. дуже низька ОВ-буферність – > 15,0 %.

Буферну ємність ґрунту визначають за кількістю його складових, які піддають окисненню чи відновленню при відповідних значеннях окисно-відновного потенціалу. Для визначення цього параметра застосовують метод електрохімічного окиснення і відновлення при дотриманні заданих показників Eh і pH. В окремих випадках допускають використання методу потенціометричного титрування.

Експериментально встановлено, що у гідроморфних ґрунтах ОВ-буферна ємність значно вища в окисному інтервалі, а в автоморфних – у відновному.

Вищезазначені методичні підходи стосовно вивчення окисно-відновної буферної здатності або ОВ-буферності ґрунтів успішно використовують у ґрунтово-географічних дослідженнях в системі моніторингу довкілля, у ґрунтово-генетичних дослідженнях закономірностей глейових процесів, у ґрунтово-меліоративних обстеженнях заболочених і осушених ґрунтів тощо.