Capacitatea de tamponare a solurilor reprezintă însușirea acestuia de a se opune modificărilor concentrațiilor unor ioni și nutrienți (H+; OH-; H2PO4-; K+; NH4+; NO3-) prin anumite componente ale sale ce îi asigură calitatea de tampon multifuncțional și care acționează prin influență dinamică și reciprocă a fazelor componente.
Inițial capacitatea de tamponare a solului, ca noțiune și indicator, s-a referit numai la reacție (respectiv la pH) și la schimbările de concentrație și activitate a ionilor H+ și OH-. Întrucât în sol se introduc substanțe cu ioni ce influențează permanent starea acestora din soluția solului și a celor adsorbiți, noțiunea și indicatorul capacității de tamponare s-a extins și a devenit o caracteristică relevantă în aprecierea stării de fertilitate a solului.
Capacitatea de tamponare pentru pH: este însușirea solului de a se opune tendinței de modificare a reacției, de acidifiere sau alcalinizare prin intermediul unor substanțe donatoare sau acceptare de protoni ce hidrolizează acid sau bazic. În general însușirile de tamponare pentru reacție (pH) se asociază cu nivelul și natura de reprezentare a compușilor coloidali ai complexului adsorbtiv (humusul și mineralele argiloase), cu însușirile de adsorbție și disociere a cationilor bazici și protonilor (H+) și cu capacitatea totală de schimb cationic.
În esență, capacitatea de tamponare a solurilor pentru reacție (pH) este datorată mai multor componente și procese din sol:
Complexului adsorbtiv, particular conținutului și categoriei humusului și argilelor.
Humusul: influențează determinant pozitiv capacitatea de tamponare prin conținutul în substanțe protidice (cu caracter amfoter) și prin grupările funcționale (-COOH, -OH, -NH2, CH3) care conferă acestuia capacitatea de a reacționa atât cu radicalii acizi cât și cu cei bazici. De asemenea, sărurile ac. humici prin eliberarea de cationi bazici (cu reținere a celor de H+) dau o stabilitate pH-ului.
Mineralele argiloase: după conținut și natură, prioritar la conținut ridicat și în cazul celor de tip 2:1 (expandabile), determină o capacitate de tamponare mai mare decât în solurile cu conținut scăzut și cu structură rigidă (1:1) a argilelor.
Se poate aprecia de regulă că un complex adsorbtiv bine reprezentat în componentele sale (humus și min. argiloase), cu capacitate de schimb (CST) și cationic (T) susține o capacitate ridicată de tamponare pentru reacție (pH) a solurilor.
Sistemele tampon: formate din amestecurile acizilor slabi (ac. humici, carbonici, silicici, ș.a.) și sărurilor cu baze tari sau alte substanțe cu caracter amfoter care intră diferențiat în activitate (ca timp și reacție) după cum mediul tinde să devină acid sau bazic, în două alternative: - în mediu acid: R-(OH)n↔R-(OH)n-1+OH-, - în mediu bazic: R-(OH)n↔Hn-1R-On+H+. Asemenea comportament în sol au unele substanțe de natură organică (proteine, acizi humici) și minerale [Al(OH)3; Zn(OH)2; Pb(OH)2 ș.a.].
Este bine de cunoscut că la pH – uri intermediare (4,5-7,5) unde se încadrează majoritatea solurilor, tamponarea este asigurată de coloizii solului prin cationi solubili și prin protonarea sau deprotonarea sarcinilor dependente de pH.
Capacitatea de tamponare pentru reacție (pH) este un indicator agrochimic important în determinarea fertilității solului, cu următoarele implicații și efecte practice:
Oferă primele informații cu privire la caracterul stabil sau durabil al fertilității solurilor cu avertizarea eventualelor fenomene perturbante în soluția și optimizarea agrochimică a solurilor;
Previne sau atenuează variația pH-ului, cu evitarea fluctuațiilor dăunătoare plantelor, microorganismelor, ecosistemelor acvatice, conferă echilibru și rezistență sistemului sol-plantă la efectele agenților poluanți;
În tehnologiile agricole ale fertilizării și amendării, capacitatea de tamponare influențează sistemul, sortimentele și dozele aplicabile. Pe solurile acide se exclude aplicarea fertilizanților cu efect acidifiant [(NH4)2SO4; NH4NO3, ș.a.] care prin activitatea de schimb a cationilor deținuți și prin nitrificarea amoniului (NH+4) îmbogățește soluția solului în protoni (H+) și activează aciditatea mediului. Aici își au aplicabilitate îngrășămintele cu reacție fiziologică neutră și alcalină (nitrocalcarul, urea, azotatul de calciu, ș.a.) Tot așa pe solurile alcaline se exclud îngrășămintele cu efect alcalinizant.
Măsurile cu efect pozitiv asupra reacției solului (îngrășăminte organice, amendamente, sistemele de agricultură conservativă și de protecție) influențează pozitiv capacitatea de tamponare pentru pH, conferă fertilității caracter durabil.
Capacitatea de tamponare pentru elementele nutritive:
Este alternativa pozitivă, implementată practic, care conduce la creșterea fertilității prin tehnologii și management fertilizant:
Pentru ionii nutritivi ai azotului (NH+4 și NO-3): fracționează un complex de factori care mențin un regim optim al azotului în sistemul sol-plantă cu prevenirea unor stări de impact cu efecte negative (carență/exces).
În cazul amoniului (NH+4): procesele adsorbției cu schimb și fără schimb (în multe cazuri) (ale amoniului) reglează nivelul acumulării acestui ion, controlează rezerva bioaccesibilă.
Pentru nitrați (NO-3) nu funcționează un sistem tampon eficient și special pentru că adsorbția la argile e nesemnificativă. Acești ioni au un caracter fluctuant (prin nitrificare) uneori prin levigare dar se poate controla prin măsurile optimizării NP și NPK.
Pentru anionii acidului fosforic (H2PO-4; HPO2-4; PO3-4):
Pentru fosfor la sistemul specific al acestuia funcționează compuși organici (cu P) deținuți de humus și compuși minerali de tip neoclus (P-Al, P-Fe, P-Ca) din care rezultă fosfații supuși „retrogradării” la care o contribuție decisivă o au reacția (pH-ul), conținutul solului în carbonați (CaCO3) dar și aprovizionarea inițială cu P a solului.
Interacțiunea efectivă a rezervelor din retrogradarea fosfatică prin factorii menționați (pH-ul în primul rând) asigură o stabilitate a formelor bioaccesibile cu P.
Pentru cationul de K: stabilitatea sau dinamica reprezentării sale în sol sunt dependente de următorii factori: adsorbția cu schimb și fără schimb la complexul adsorbtiv, reprezentarea acestuia în capacitatea de schimb cationic (T), interrelațiile cu cationi esențiali (Ca, Mg, NH4, etc.). În acest context conținutul și natura mineralelor argiloase contează determinant.
Capacitatea de tamponare pentru elementele nutritive se regăsește cu efecte în următoarele aprecieri și utilizări:
În diminuarea dozelor de îngrășăminte care de regulă sunt mai ridicate la solurile cu capacitate mare de tamponare;
Măsurile de creștere a capacității de tamponare favorizează optimizarea agrochimică a sistemului sol-plantă și realizarea sau întreținerea permanentă a tamponării este o condiție a sistemelor durabile de agricultură. Analitic controlul sau monitorizarea unor însușiri de bază ale solului pot caracteriza direct dar și indirect această însușire esențială a solului, conferă mai ales domeniile și factorii determinanți în vulnerabilitatea și degradarea solurilor.