Mérésének elve. A talajok tompítóképességét úgy állapítjuk meg, hogy ismert tömegű talajmintákhoz növekvő mennyiségű savat, illetve lúgot tartalmazó (de azonos térfogatú) vizet adunk, majd az egyensúly beállta után mérjük minden egyes kezelés pH-ját. A pH-értékeket az adagolt sav, ill. lúg térfogatának függvényében ábrázolva, jellegzetes titrálási görbéket kapunk (7.20. ábra).

7.20. ábra - Két talaj sav/bázis titrálási görbéje

A pufferképességetazután az 1 pH-egységváltozást okozó sav, ill. lúg mgeé/100 g-ban vagy mmol/kg-ban kifejezett mennyiségével (a pufferkapacitással), vagy a hasonló módon, de talaj nélkül készített összehasonlító görbe (nullgörbe) és a talaj titrálási görbéje által bezárt terület (cm2-ben megadott) nagyságával lehet számszerűen kifejezni.

Az ábrán bemutatott agyagos vályogtalaj pufferkapacitása pl. savval szemben az 5,8–4,8 pH tartományban (3 mgeé/100 g) ∙ pH–1; lúgos terheléssel szemben pedig, pH = 5,8–6,8 között: (1,6 mgeé/100 g) ∙ pH–1.

A savas és lúgos behatásokat tompító legfontosabb pufferanyagok a következők.

a) CaCO₃. A talaj elsavanyodását jelentősen késlelteti a CaCO₃-tartalom, mert Ca(HCO₃)₂ formában oldódva közömbösíti a savat: CaCO₃ + H+ + HCO3– → Ca(HCO₃)₂. Ezért a talaj pH-ja mindaddig nem csökken, amíg a rendszerben szilárd Ca- és Mg-karbonát van.

b) Talajkolloidok. A talajkolloidok pH-változást tompító hatását a humuszanyagok és a hidratált oxid típusú felületek (az agyagásványok törésfelületei, az Al-, Fe-oxidok és -hidroxidok felülete) protonfelvevő/protonleadó képességére lehet visszavezetni. Ha a talajoldatban a H+ ion-koncentráció emelkedik, a kolloidok változó töltései protonokat kötnek meg, az OH^– többlet pedig protonleadással közömbösítődik (7.2.4.3. fejezet).

c) Agyagásványokhoz kötött Al-hidroxid-polimerek. Sav hatására nő a polimer össztöltése, pl.:

[Al6(OH)12 (H2O)12]6+ + H+ → [Al6(OH)11 (H2O)13]7+

A folyamat töltésmérlege:

Erősen savas közegben pedig a vegyület [Al(H₂O)6]3+ akvakomplex ionokká depolimerizálódik. Az oldat lúgosságával viszont csökken az össztöltés. A rendszer mindaddig hatékonyan pufferol, ameddig a polimererek át nem alakulnak Al(OH)₃-dá.

d) A könnyen málló szilikátok: oldódása és képződése hosszabb ideig tartó folyamat, és sok esetben irreverzibilis. Mállás közben protonok kötődnek meg, képződésükkor pedig protonok szabadulnak fel, s ezek az oldat lúgosságát közömbösítik.

Az említett pufferrendszerek hatékonyságát a közeg kémhatása is befolyásolja. A különböző pH-tartományokban más-más pufferanyag viszi a főszerepet (7.21. ábra).

7.21. ábra - A savtompító hatásért felelős pufferanyagok és pufferreakciók különböző pH-jú közegben

A tompítóképesség tehát függ a talaj kolloidtartalmától, a kolloidok minőségétől és a talaj pH-jától. (Az agyagban és a humuszban gazdagabb talajok jobban pufferolnak, mint a szegényebbek). A tompítóhatás azonban savakkal, ill. lúgokkal szemben nem egyforma. Az adszorbeált kationokban szegény, savanyú kémhatású, telítetlen talajok a savas behatásokat – érthetően – csak kisebb mértékben tudják tompítani, a lúgokkal szembeni pufferhatásuk viszont nagy. A telített, kationokban gazdag talajok pedig éppen ellentétesen viselkednek, jobban tudják közömbösíteni a savanyító anyagokat, s kisebb mértékben kompenzálják lúgos hatásokat.

Környezetvédelmi pufferkapacitás. A talaj savas hatásokkal szembeni ellenálló képességét kifejező empirikus összefüggés (Hargitai, Stefanovits). A talajban lévő karbonátok szerepét, a humusztartalmat és a humusz minőségét, valamint az agyagtartalom és az agyagásvány-összetétel hatását veszi figyelembe:

${\text{EBC}}_{\text{S}}={\text{EBC}}_{\text{C}}+{\text{EBH}}_{\text{H}}+{\text{EBC}}_{\text{A}}\text{,}$ (7.22. egyenlet)

ahol: EBC_S = a talaj környezetvédelmi pufferkapacitása; EBC_A = a karbonátok környezetvédelmi pufferkapacitása; EBC_H = a humusz környezetvédelmi pufferkapacitása; EBC_C = az agyagfrakció környezetvédelmi pufferkapacitása.

Az egyes komponensek hatásának becslése:

EBC_C = ΣD (pH 8,5 + Ca),

melyben: D = az egyes talajrétegek vastagsága, cm,  = a 100 cm mélységig figyelembe vett talajrétegek vastagsága összegezve, Ca = CaCO₃ %.

A szerves anyagok és az agyag hatása:

EBCH = ΣD ∙ (Hu)2 ∙ R ∙ 10,

Hu = szervesanyag-tartalom, %;

$\begin{array}{l}\text{R}=\frac{\text{K}}{\text{C/N}}\text{ és K}=\frac{\tilde{Q}}{\text{Hu}};\text{ C/N}=\text{a szén/nitrogén arány;}\\ \tilde{Q}=\frac{{\text{E}}_{\text{NaF}}}{{\text{E}}_{\text{NaOH}}}\text{ E}=\text{a NaF-os}\text{, ill}\text{. a NaOH-os humuszoldat extinkciója}.\end{array}$

EBC_A = ΣD ∙ T_S ∙ T_m ∙ 10–2,

T_S = agyagtartalom, %;

${\text{T}}_{\text{m}}=\text{S}+\frac{\text{IS}}{\text{2}}+\text{V}+\frac{\text{IV}}{\text{2}},$

ahol: S, V, I = szmektit, vermikulit, illit% az agyagfrakcióban.

Általában az EBC_A értéke 400–2000; az EBC_H értéke 1–400; az EBC_C értéke 100–3000.

A talaj tápelem-pufferoló képessége gátolja a kimosódást, szabályozza a tápanyagok oldatbeli koncentrációját. Biztosítja ezáltal, hogy a tápelem mennyiségének jelentős növelése (műtrágyázás) vagy elvonása (növény általi felvétel, kimosódás) következtében a talajoldatban az adott elem koncentrációja káros mértékben ne változzon.

A tápelemek és a toxikus nehézfémek oldatbeli koncentrációjának szabályozásában kémiai és fizikai–kémiai folyamatok (adszorpció–deszorpció, kicsapódás–oldódás) játszanak döntő szerepet. (A szerves szennyező anyagok esetében ezeken kívül a biológiai lebontás és a biokémiai átalakulás hatása is jelentős).

A talajnak a különböző anyagokat (ionokat, molekulákat) megkötő képességéről legegyszerűbben az adszorpciós izotermák (7.3.3.3 fejezet) alapján lehet tájékozódni. Ezek segítségével becsülhető az adott kísérleti körülmények között mutatkozó maximális lekötődés (adszorpció és kicsapódás) valamint a vizsgált anyag oldatbeli koncentrációja különböző terhelések esetén.

A tápanyagok érvényesülésének tanulmányozásakor két alapvető jellemzőt szokás figyelembe venni, éspedig

Mivel a tápelemek adszorpciója vagy deszorpciója esetén a Q és a C értéke megváltozik, az értékeléshez legtöbbször elegendő a ΔQ – ΔC kapcsolat megállapítása. A 7.22. ábrából kitűnik, hogy azonos mennyiségű tápelem hozzáadásakor a vizsgált anyag oldatbeli koncentrációja a kisebb pufferképességű 1. talajban nagyobb mértékben változik meg, mint a jobban pufferoló 2. számú talajban.

7.22. ábra - A tápelem pufferolóképességének értékelése

Mivel egy-egy talajnak a különböző ionokkal szembeni pufferképessége (a talaj összetételétől, pH-jától, egyebektől függően) más és más, a megállapított pufferhatás mindig csak az adott ionra és az adott kísérleti feltételekre vonatkozó értéknek tekintendő.