Soil response to acid input in the titration experiment

Abstract

Laboratoriossa tehdyssä titrauskokeessa seurattiin kasvavien happolisäysten aiheuttamia muutoksia maa-aineksessa ja sitä ympäröivässä liuoksessa. Kokeessa käytettiin kahta viljelymaan muokkauskerroksesta otettua hietanäytettä, joista toinen (maa 1) oli selvästi hapan (CaCl2-pH 4,9) ja toinen (maa 2) vain heikosti hapan (pH 6,7). Ilmakuivaa maata (5 g) punnittiin sentrifugiputkiin, joihin lisättiin 50 ml vettä tai rikkihappoliuosta (0,0012 - 0,0072 M). Suspensioiden pH mitattiin 48 tunnin kuluttua, minkä jälkeen maa-aines ja Iiuosfaasi erotettiin sentrifugoimalla ja analysoitiin erikseen. Vetyionien sitoutuminen pH:sta riippuville varauspaikoille (pääasiassa humukseen) emäskationeja syrjäyttämällä oli tärkeä puskurointimekanismi, minkä seurauksena efektiivinen kationinvaihtokapasiteetti (EKVK) pieneni. EKVK:n lasku jäi kuitenkin pienemmäksi alunperin happamassa maanäytteessä 1, jossa vaihtoreaktioita tapahtui merkittävässä määrin myös mineraaliaineksen pysyvän negatiivisen varauksen omaavilla vaihtopaikoilla. Niihin sitoutuneita vaihtuvia emäskationeja korvautui alumiinilla, jota vapautui maasta vaihtuvaan muotoon happamoitumisen seurauksena. Titrausliuokseen liukeni eniten kalsiumia, mutta vaihtuviin varoihin suhteutettuna magnesiumia näytti vapautuvan maasta herkemmin etenkin pH:n ollessa korkea. Happamoituminen edisti myös vaihtumattomana olevien emäskationien (lähinnä 2-arvoisten) mobilisoitumista vaihtuvaan muotoon. Happamien kationien osalta maanäytteet poikkesivat selvästi toisistaan. Maanäytteessä 2, joka oli alunperin melko neutraali, happamoitumisen seurauksena Iiuennut alumiini näytti sitoutuvan orgaanisiksi komplekseiksi ja sitä vapautui suurillakin happokuormilla liuokseen erittäin vähän. Sen sijaan maanäytteessä 1 liukoisen alumiinin määrä kasvoi happamoitumisen myötä samanaikaisesti kun vaihtuvan alumiinin määrä maassa lisääntyi merkittävästi ja kompleksoituneen alumiinin määrä pyrki laskemaan. Eri kationien vapautuminen liuosfaasiin ei kuitenkaan kvantitatiivisesti selittänyt maan kemiassa havaittuja muutoksia. Kun titrauskokeen tuloksia verrattiin huuhtomiskokeessa vastaavilla happokäsittelyillä saatuihin tuloksiin, havaittiin mm., että erätitraus yliarvioi alumiinin vapautumista liuosfaasiin.

Cultivated surface soil samples of an acid Gleysol (soil 1, pH 4.9) and a slightly acid Podzol (soil 2, pH 6.7) were equilibrated for 48 h with 0 to 144 meq H+ kg-1 by a batch technique designed to simulate reactions of acid load with soil constituents. The pH of the titration suspensions ranged in soil 1 from 5.6 to 3.3, in soil 2 from 7.2 to 4.7. The exchange reaction with base cations on variable charge sites was an important mechanism for H+ inactivation. The quantities of cation equivalents released were, however, lower than the proton equivalents added. Calsium dominated the supernatant solutions, but as related to exchangeable reserves, Mg seemed to be more susceptible to acidification at high soil pH. Protons were also consumed in the mobilization of divalent base cations from a nonexchangeable pool to an exchangeable one. The experimental soils differed in their response of acid cation fractions to proton loading. In the rather neutral soil 2, the quantities of soluble and exchangeable acid cations were very low and not affected by acidification. The A1 dissolved by proton attack was immobilized by complexation rections. This mechanism did not operate in the acid soil 1 where the proton loading, markedly increased the exchangeable A1 pool and, consequently, the soluble A1 in the supernatant solution. This was associated with a simultaneous reduction in the complexed A1 and a small increase in complexed Fe. Furthermore, acidification diminished the effective cation exchange capacity (ECEC) decisively less in soil 1 than in soil 2, because the increase in exchangeable A1 markedly compensated the reduction in the exchangeable base cations. As compared to freelydrained systems, the batch titration overestimated the release of A1 to solution phase.