Кислотно-основна буферність грунтів Чорногірського масиву Українських Карпат.

РОЗДІЛ 2
КИСЛОТНО-ОСНОВНІ ВЛАСТИВОСТІ БУРОЗЕМІВ УКРАЇНСЬКИХ КАРПАТ І ПРОБЛЕМА ОЦІНКИ КИСЛОТНОЇ БУФЕРНОСТІ. МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Кислотно-основні властивості буроземів Українських Карпат і проблема оцінки кислотної буферності.
Ґрунти - це складні кислотно-основні системи, які складаються з різноманітних компонентів, що при взаємодії з водою виявляють властивості кислот, основ чи амфотерних сполук. При дослідженні кислотно-основних властивостей ґрунтів характеризують їхню кислотність і лужність, які відображають відношення до протону (йону Гідрогену). У зв'язку з цим, кислотність розглядають як здатність ґрунту виявляти властивості кислот або донорів протонів, а лужність - як властивості основ або акцепторів протонів [25. - С.208-209]. У ґрунтознавстві, кислотність, яка пов'язана з активністю йонів Н+ у рідкій фазі ґрунту і характеризується рН, називають активною кислотністю. Величина рН не несе інформації про кількість у ґрунті кислотних компонентів, тобто його кислотний потенціал. Потенційна кислотність пов'язана в основному з обмінними катіонами Н+ (Н3О)+ і Al3+, та моно- і полімерними йонами гідроксиду Аl різної основності, які виявляють властивості кислот [55].
У Чорногірському масиві Карпат, за умов високої кількості опадів (понад 1000 мм), низьких середньорічних температур (3,2-5,4ОС) і інтенсивного промивного водного режиму утворилися кислі ґрунти. Головними причинами зменшення рН гірських ґрунтів є вилуговування основ і утворення в органогенних горизонтах значної кількості гумусових кислот, переважно фульвокислот. Крім кліматичних чинників на кислотність буроземів Карпат впливають ґрунтоутворюючі породи та їхня вивітреність, рельєф (процеси ерозії і акумуляції) і рослинність, особливо деревна.
Для оцінки кислотності і лужності ґрунтів використовують дві групи показників. Першу групу складають величини рН різних ґрунтових систем, другу групу - потенційна кислотність і загальна лужність. Окремо виділяють також кислотно-основну буферну здатність ґрунту [25. - С.210].
Ґрунтуючись на результатах досліджень кислотно-основної рівноваги буроземів Українських Карпат та механізмів її регулювання [27, 32, 41, 56-59, 106-109, 148], виникла необхідність концептуальних змін у підході до оцінки кислотно-основної буферності кислих ґрунтів.
На наш погляд, специфіка функціонування кислих ґрунтів полягає у тому, що для забезпечення оптимальних умов життєдіяльності біоти, а також захисту ґрунтового середовища від кислотної деструкції, частина йонів Гідрогену та Алюмінію тимчасово інактивується шляхом їх зв'язування функціональними групами органічної речовини, зокрема, гумусу, а також мінеральною частиною ґрунту.
До важливих кислотонейтралізуючих механізмів необхідно також віднести диспергацію мінералів у процесі кислотного гідролізу, яка збільшує питому площу їхньої сорбційної поверхні у сотні тисяч разів при однаковій масовій частці їх у ґрунті.
Про високу ефективність зв'язування йонів Н+ (Н3О+) та Al3+ у кислому середовищі свідчить те, що для їхнього витіснення необхідно застосовувати розчин нейтральної (KCl) та гідролітично лужної (СН3СООNa) солей. Традиційно, пул кислотних катіонів, ввібраний ґрунтово-вбирним комплексом, отримав назву - обмінної кислотності. Але для більшості кислих буроземів (рНвод < 5,5) обмінна кислотність втрачає зміст, так як її виникнення унеможливлюється відсутністю умов для дисоціації кислотних катіонів.
Експериментальними дослідженнями [41. - С.441] показано, що кислі буроземи, незважаючи на високу обмінну кислотність, зокрема гідролітичну, не містять значної кількості обмінних йонів Гідрогену, як і Al3+. Щодо йонів Алюмінію, то у разі рН ґрунту 4,5-5,0 - йон Al3+ існувати не може, так як при рН >4,4 він утворює гідроксисполуки типу AlOH2+, Al(OH)2+ і Al(OH)3.
У зв'язку з цим, виникає питання: в якій хімічній формі знаходиться значна кількість рухомого Aлюмінію - головного кислотоутворювача кислих ґрунтів?
За даними Е. М. Шишніашвілі і співробітників [124] у водному середовищі наявна ще одна форма Алюмінію - оксиалюміній - Al2O3H+, який є стабілізуючим катіоном у золях оксиду алюмінію. Оксикатіони алюмінію є дуже стійкими і розкладаються у разі рН < 2,0 і більше за 8,0-10,0, а в інтервалі рН 2,0-8,0 - комплексний йон оксиалюмінію, як катіон, утворює з аніонами оксисолі. Якщо співставити властивості йонів Al3+ і Al2O3H+, стає зрозумілим, що у ґрунтовому розчині буроземів в основному присутній оксиалюміній, який є найстійкішим в інтервалі рН 4,5-5,5. Звідси виходить, що Алюміній і його сполуки, які зумовлюють високу кислотність бурих гірсько-лісових ґрунтів, є у необмінній формі і входять в основному до складу метастабільних мінералів. Витісненням їх у ґрунтовий розчин є не йонообмінним фізико-хімічним процесом, а пов'язано з глибокими кристалохімічними перетвореннями мінералів, внаслідок їх Н+- залежної кислотної деградації (протолізу).
Отже, у кислому і сильнокислому ґрунтовому середовищі т.зв. обмінна кислотність, включно з гідролітичною, відображає ту частину йонів-кислотоутворювачів, яка нейтралізована ґрунтовим вбирним комплексом і яку варто розглядати як актуальну кислотну буферність (АКБ). Крім йонообмінних механізмів у формуванні АКБ важлива роль належить необмінним процесам за участю органічної речовини (утворення комплексних сполук з Алюмінієм та іншими металами) та процес необмінного входження протона у кристалічні решітки мінералів, названий І.М.Гоголєвим протолізом [40. - С.13]. Сорбція протонів твердою фазою ґрунту є важливим еволюційним механізмом захисту ґрунтового середовища від надмірного підкислення, тобто фізико-хімічним рН-статом, поряд з відомими хімічними рН-буферними системами.
Кількісно, АКБ характеризується концентрацією йонів Гідрогену, сорбованих ГВК, які здатні десорбуватися внаслідок процесів індукованого йонообміну. Експрес-оцінка актуальної Н+-буферності виконується за допомогою вимірювання рНСН3СООNa ґрунтової суспензії та перетворення по