Capacitatea de tamponare și fertilitatea solului

Sunt tot mai frecvente situațiile în care se fac aprecieri legate de evoluția pe termen mediu și extins a fertilității solurilor:

  • Se iau în atenție unele modificări în ambele sensuri – aciditate vs. alcalinitate și salinitate în evoluția reacției solului, cu efectele secundare specifice;

  • Se constată adâncirea în sens negativ a mai multor indicatori ai fertilității, cum sunt reducerea conținutului de C-organic, humus și N-organic prin tehnologii unilaterale sau chiar extinderea unor slabe aprovizionări cu N, P, K, iar la stări de intensificare a fertilizării cu aceste elemente, apar oportunități de aplicare a altor fertilizanți, cum sunt Ca, Mg, S sau microelemente;

  • Evident că astfel starea de aprovizionare cu nutrienți a solurilor marchează o dinamică permanentă datorită, pe de o parte, interacțiunii fazelor și proceselor specifice solurilor, dar și intervențiilor antropice.


În aceste stări dinamice ale majorității indicatorilor de fertilitate, în scopul prevenirii situațiilor negative pentru sistemul sol-plantă și pentru un management rentabil agronomic și economic, se face trimitere la o însușire de bază a solurilor numită capacitate de tamponare, care atunci când este reprezentativă și bine delimitată, asigură stabilitate complexă fertilității, în principal evoluții favorabile, iar în cazul deficienței acesteia, solurile decad din latura favorabilității și devin medii fizico-chimice și biologice vulnerabile la efectul unor factori intrinseci sau exteriori sistemului.


Capacitatea de tamponare pentru pH.

Ca noțiune și indicator, inițial, s-a referit numai la însușirea solului în legătură cu modificările de reacție, ceea ce a limitat caracteristica respectivă numai la pH și la schimbările de concentrație și activitate a ionilor H și OH. Din acest punct de vedere al reacției (pH-ului), capacitatea de tamponare este însușirea solului de a se opune modificărilor de reacție, de acidifiere sau alcalinizare, prin intermediul unor substanțe donatore sau acceptoare de protoni, deci care hidrolizează acid sau bazic.

Capacitatea de tamponare a solului pentru reacție (pH), ca rezistență a acestuia la schimbarea de pH și la modificările de concentrație de H și OH, se datorează unor componente și procese ale acestora din sol: în primul rând, complexului adsorbtiv (conținutului și categoriei humusului și argilelor), ca și unor sisteme-tampon specifice, cu comportament amfoter, cu precizarea verificată potrivit căreia componentele coloidale ale humusului și mineralelor argiloase stau la baza asigurării dimensiunii și efectelor capacității de tamponare pentru pH și, în general, a efectelor legate de evoluția pe termen mediu și extins a fertilității solului sub impactul unor factori implicați în starea de reacție a solului. Humusul aici, prin substanțele protidice din conținut, ca și prin multitudinea grupărilor funcționale (-COOH, -OH, -NH2 și altele), prin sărurile acizilor humici, pot interveni prin eliberare la schimb a cationilor bazici în stabilizarea pH-ului la nevoie, pe termen lung. Mineralele argiloase, după conținut și tip, pot – asemenea humusului – să influențeze pozitiv capacitatea de tamponare a solului, astfel încât conținutul ridicat de argilă cu minerale secundare de tip 2:1 (expandabile), cu capacitate mare de adsorbție și schimb, determină o capacitate de tamponare mai mare față de solurile cu conținut scăzut de argilă și cu minerale de tip 1:1 (cu structură rigidă).


Localizând dependența capacității de tamponare de nivelul reacției inițiale, este concludentă dovada că la pH-uri intermediare (de 5 la 7,5), în care se integrează majoritatea solurilor cu folosință agricolă, capacitatea de tamponare se asigură prioritar și preponderent de complexul adsorbtiv prin coloizii acestuia, prin asigurarea la schimb de cationi schimbabili și protonarea-deprotonarea sarcinilor dependente de pH. Aici se poate aprecia capacitatea de tamponare prin raportul echilibrat cationi/anioni. Pentru stările de reacție extremă cu pH puternic acid (de 3 la 4,5), tamponarea se asigură parțial din coloizii solului și preponderent prin precipitarea compușilor de Al și Fe, aici se poate vorbi de un exces al acestor cationi, chiar cu efecte de toxicitate și dominanță, în care are loc spălare puternică și completă a cationilor, carență de nutrienți. În domeniul de reacție ridicată alcalină (cu pH peste 7,5-8), capacitatea de tamponare este datorată precipitării și dizolvării carbonatului de calciu sau formării de acid carbonic (aici fiind prezenți Ca, CaO și HCO3, chiar în exces). Tamponarea în cele două medii, acid și respectiv alcalin, se produce prin includerea H-ionic în acizi slabi (ca nedisociați) (în stare acidă) și a celor OH în compuși slab disociați (în baze tari), determinând astfel o slabă variație a acestor ioni, nesemnificativă și, evident, o stabilitate a pH-ului la diverse intervenții cu ioni din diferite substanțe ce pot fi și îngrășăminte și care au capacitatea de a influența acest mediu de reacție a solului. În consecință, capacitatea de tamponare a solului pentru pH crește cu sporirea conținutului de argilă și humus din sol (în stare coloidală), este influențată atât de cantitatea, cât și de natura acestor compuși și este dependentă de capacitatea totală de schimb cationic. De aceea, în studiul acestei însușiri se iau în calcul următorii indicatori: procent de humus (și calitatea acestuia), procent de argilă (și tipul), valorile T și CEC (capacitatea de schimb cationic), rapoartele Ah/Sb, Ah/T etc. Importanța cunoașterii și determinării capacității de schimb cationic pentru fertilitatea și productivitatea solurilor, ca și a capacității de tamponare, este susținută și asigurată de mai multe implicații distincte pentru prevenirea și corectarea unor fenomene perturbante în evoluția și optimizarea agrochimică a solurilor:

  • În primul rând, informația este decisivă în legătură cu implementarea caracterului durabil și stabil al fertilității prin proiecte care au caracter flexibil și sustenabil în legătură cu acest indicator al capacității de tamponare pentru pH.

  • În tehnologiile de fertilizare și amendare a solurilor, capacitatea de tamponare influențează sortimentul și doza intervențiilor. Fertilizanții de aplicat au compatibilitate deplină cu efectul acestora asupra reacției solurilor. Astfel, se exclude aplicarea îngrășămintelor cu efect acidifiant (sulfat de amoniu, chiar azotat de amoniu la aplicări multianuale), care prin activitatea de schimb a cationilor deținuți cu ionii de H ai complexului adsorbtiv, ca și prin nitrificarea amoniului (NH4), îmbogățesc soluția solului în protoni (H) și acidifiază mediul. Aici, în mod obligatoriu se aplică îngrășăminte cu reacție neutră și alcalină (nitrocalcar, uree, azotat de calciu etc.). Tot așa, pe solurile alcaline se exclud de la aplicare îngrășămintele cu efect alcalizant și se preferă numai cele acidifiante (sulfatul și azotatul de amoniu).

  • Capacitatea de tamponare pentru reacție (pH) influențează și mărimea dozelor de amendamente calcaroase pentru neutralizarea acidității unor soluri. Cu cât aciditatea acestora este mai mare, dozele necesare corectării reacției sunt mai ridicate pentru solurile cu textură mijlocie și grea, ce dețin și capacitate de tamponare mai mare, decât la solurile acide cu textură ușoară și medie, ce au și capacitate de tamponare pentru pH mai scăzută.

  • Întrucât activitatea microorganismelor din sol are legături de compatibilitate și preferință față de reacția solurilor, evident că toate măsurile ce au ca efect modificările de pH și de capacitate de tamponare pot influența randamentul acestor viețuitoare din sol, biologia solului, implicit regimul nutritiv pentru plante.

  • Măsurile cu efect pozitiv asupra reacției (îngrășăminte organice, amendamente, sisteme de agricultură conservativă și de protecție a solurilor) influențează pozitiv și capacitatea de tamponare pentru pH și, implicit, conferă fertilității un caracter durabil.

  • Pentru practica agricolă, degradarea însușirilor capacității de tamponare pentru reacție (pH) incumbă o multitudine de efecte negative ce pot acționa pe termen lung – acidifieri prin fertilizanți incompatibili cu reacția inițială, destrucția și destructurarea solurilor, instabilitate și risc al producției vegetale, vulnerabilitate la factori de degradare (eroziune, poluare, etc.). De aceea, tehnologiile agricole practicate în toate sistemele de agricultură trebuie să ia în calcul măsuri conservative și pozitive pentru capacitatea de tamponare a solurilor.

Capacitatea de tamponare pentru elementele nutritive (fertilizante)

Capacitatea este determinată de componente ale solului și factori ce acționează prin procese fizico-chimice, chimice și biochimice, care pot determina ca obiectiv o anumită stabilitate a concentrațiilor ionice cu caracter solubil, mobil și bioaccesibil. Dacă la capacitatea de tamponare pentru pH se au în vedere stările dinamice ale ionilor de H și OH, în varianta de tamponare pentru nutrienți se au în vedere concentrațiile altor ioni prezenți sau introduși cu fertilizanții, adică NH4 și NO3 pentru azot, H2PO4 vs. HPO4 și PO4 la fosfor și de K, în cazul potasiului, și similar pentru toate categoriile de ioni care sunt în legătură cu nutriția, cu chimismul solului și care dețin funcții particulare.

  • Pentru ionii nutritivi ai azotului (NH4 și NO3) funcționează un complex de componente, factori și procese de regulă formatoare ale circuitului N-ului și care mențin în soluri, uneori pe termen limitat, dar și mai îndelungat, concentrații ale acestor ioni fără stări de impact, adică într-o anumită stare de normalitate.

  • Pentru cationul de amoniu (NH4) rezultat în sol din mineralizarea humusului, dar și din fertilizanți organici și minerali, prezent în procese amonificare și nitrificare, de fixare microbiologică din atmosferă, rezerva actuală din sol este disponibilizată parțial pentru culturi, apoi pentru procesul nitrificării și o cotă-parte este considerată parțial mobilă, regăsindu-se în adsorbția cu schimb, dar și în cea fără schimb (neschimbabilă), după conținutul de argilă și tipul acesteia. În esență, rezerva de N-NH4 reprezintă cantitatea rezultată din mineralizarea humusului și componentele humice, din fertilizanții minerali și organici aplicați, din fixare microbiologică și rezultă ca disponibilitate pentru plante, după cantitatea adsorbită neschimbabil la anumite tipuri de argile. Deci, la acest cation sistemul de tamponare este asigurat tot de componentele complexului adsorbtiv (humus și minerale argiloase, cu funcții de schimb).

  • Pentru nitrați (NO3), ioni ce provin din rezerva organică humificată prin mineralizare (ca rezultat al nitrificării), dar și din aporturi exterioare (îngrășăminte aplicate), nu funcționează special un sistem tampon eficient. Ca anion, adsorbția argilei este nesemnificativă, are o mobilitate și un caracter fluctuant datorat nitrificării, de aceea, în managementul N-ului pentru nitrați se previn stările de exces și toxicitate. Chiar dacă are un statut de proveniență și existență în materia organică, sărurile minerale îi conferă o dinamică permanentă și fluctuantă.

  • Pentru ionii (anionii) fosforici (H2PO4, HPO4, PO4) funcționează în soluri o multitudine de compuși și procese specifice ce asigură efecte de tamponare cu o anumită stabilitate și regim pentru acest element.


În conținutul total de fosfor al solurilor agricole, preponderent P-organic este încorporat în compoziția humusului și alte substanțe organice, iar P-mineral în forme ocluse (cu Al și Fe) și neocluse (cu Al, Fe și Ca).


În formele mobile și bioaccesibile de P, rezervele acestora se alcătuiesc din fosfații organici prin mineralizarea humusului, la care se însumează rezervele minerale de fosfați ce provin din formele neocluse, aflate ca rezervă însumată și specifică în context dinamic în soluția solului (fiind caracterizate în agrochimie ca P-solubil în reactivi convenționali sau în apă).

În “sistemul tampon pentru fosfor” în soluri se regăsesc deci compușii acestui element ce provin din humus, la care se adaugă componenții minerali (legați de Al, Fe și Ca), rezerve disponibile concomitent procesului specific de “retrogradare fosfatică”, aflate sub efectul reacției (pH-ului), ionilor însoțitori (Al, Fe, Ca) și care dimensionează rezerva biodisponibilă și mobilă de P pentru plante. Tot în acest proces fizico-chimic specific pentru P din sol (în retrogradare) se adaugă efectele de adsorbție anionică determinată mai ales de coloizii minerali (argilele din sol).


Acest “model” specific fosforului, relevant prin retrogradare, conferă o anumită stabilitate fracțiunii mobile de fosfați, ca și menținerea în rezervă a fosforului total din sol, care pentru practica agrochimică este limitată ca valoare biodisponibilă și face ca modificarea acesteia (în sens pozitiv, dar și negativ) în soluri să aibă o anumită dificultate. Deci, retrogradarea fosfatică datorată reacției și ionilor însoțitori acesteia acționează cu efecte de tamponare fosfatică și de stabilitate în soluri.


Pentru cationul de potasiu (K) se evidențiază componente și procese ce influențează dinamica reprezentării în sol și sistemul sol-plantă, cu efecte de tamponare:

  • adsorbția diferențiată a cationului potasic în pozițiile de schimb plane și/sau în spațiile interlamelare ale mineralelor argiloase este primul factor al capacității de tamponare al acestuia. În pozițiile de adsorbție cu schimb și fără schimb, indicatorul Vk = K/T x 100 are variabilitate mare și este influențat de cantitatea și natura mineralelor argiloase. Totdeauna, adsorbția interlamelară (neschimbabilă) se realizează cu energie de reținere majoră peste celelalte poziții de adsorbție.

  • în aceleași condiții, procesul de reținere a ionilor de K la coloizii organici se realizează cu o energie de reținere apropiată adsorbției cu schimb a acestor ioni la suprafețele plane ale mineralelor argiloase.

Se poate conchide, în cazul potasiului, că sistemul tampon ce întreține o dinamică normală a concentrațiilor și disponibilizării acestui element este complexul adsorbtiv cu diferențe de energie a reținerii între mineralele argiloase și coloizii organici, iar în prima alternativă diferențierea este determinată de tipul argilelor.


Rolul capacității de tamponare (pentru pH și nutrienți) în fertilitate și practica agricolă


  • capacitatea de tamponare pentru pH arată explicit că măsurile tehnologice de aplicat trebuie să dețină însușiri de compatibilitate cu starea de reacție inițială, altfel se diminuează capacitatea de tamponare și se pot deteriora mai multe laturi ale fertilității. Se evită aplicarea îngrășămintelor cu efect acidifiant în solurile acide (sulfatul și azotatul de amoniu aplicat multianual) și înlocuite acestea cu măsuri de protecție a reacției prin produse fertilizante ce hidrolizează neutru și alcalin (nitrocalcar, uree, azotat de calciu), așa cum în solurile alcaline și saline se evită aplicarea îngrășămintelor cu efect alacalinizant și, evident, se preferă cele acidifiante. În măsurile de amendare a solurilor acide, dozele calculate de amendamente se corectează prin majorare pentru solurile ce dețin valori ridicate ale capacității de tamponare pentru o satisfacere cât mai ridicată a prezenței calciului în saturarea complexului adsorbtiv. Compatibilitatea cu starea de reacție incumbă și beneficii pentru activitatea microbiologică și implicare benefică în nutriție și fertilitate.

  • capacitatea de tamponare pentru nutrienți ridică imperios necesară susținerea capacității de tamponare prin componenta coloidală a complexului adsorbtiv cu efect nutritiv, dar prevenții și compensare în fața unor fenomene cu efecte negative (insuficiențe, excese). Tot în acest domeniu al capacității de tamponare pentru nutrienți, se au în vedere utilizări ale unor alternanțe tehnologice din care unele pot avea efect conservativ – promovarea fertilizării organice și organominerale, cu modelarea conținutului și bilanțului humic, măsuri care alături de cele ale protecției reacției și celor conservative pentru C-organic și humus, sporesc stabilitatea și creșterea fertilității, reduc vulnerabilitatea solului la factori de degradare. Aici se pot implementa măsuri tehnologice care reduc retrogradarea fosfatică (prin fertilizări localizate și complexe) sau cele ce limitează fixarea potasiului (tot prin fertilizare localizată sau fertilizări organominerale și complexe NPK).


În concluzie, se poate aprecia că măsurile ce asigură capacitatea de tamponare relevantă solurilor au efecte pozitive asupra indicatorilor esențiali și dau nota de productivitate și favorabilitate în domeniu, garanție pentru producții stabile și ridicate.

115 afișări0 comentarii

Postări recente

Afișează-le pe toate