فهرست مطالب
مقدمه
ظرفیت تبادل کاتیونی خاک، معیاری از توانایی خاک در نگه داشتن یون‌ها با بار مثبت می‌باشد. همچنین، خاصیت بسیار مهمی از خاک است که بر روی پایداری فیزیکی خاک، دسترسی به عناصر غذایی، پی اچ خاک و عکس العمل خاک به کود و مواد اصلاح کننده را نشان می‌دهد.
سطح یک ذره خاک رس یا ذره مواد آلی از بارهای منفی(-) تشکیل شده است که پیامد آن جذب یون‌های مثبت یا کاتیون‌ها می‌باشد. زمانی که آب به خاک اضافه می‌شود کاتیون‌ها می‌توانند درون محلول خاک حرکت کنند ولی با این وجود به سطح ذرات رسی یا کلوئیدی جذب شده و در نتیجه در اطراف این ذرات تجمع می‌کنند. زمانی که کاتیون‌ها جذب ذرات خاک شوند پایدار شده و میزان آبشویی آنها کاهش می‌یابد.
یون‌ها با بار مثبت توانایی این را دارند که به آسانی و مرتبا توسط کاتیون‌های موجود در محلول خاک بر روی ذرات خاک با بار منفی جایگزین و جابه جا شوند که به آن تبادل کاتیونی گفته می‌شود.
مهمترین کاتیون‌های قابل تبادل
مهمترین کاتیون‌های قابل تبادل در خاک عبارتند از:
Na+/ K+ / H+/ Ca2+ /Mg2+/ Al3+
برای این که یک کاتیون برای گیاه قابل جذب باشد باید به محیط محلول خاک وارد شده و سپس توسط یک کاتیون دیگر موجود در محلول خاک جایگزین گردد. ریشه‌های گیاه این فرایند را از طریق آزاد کردن یون هیدروژن (H+) در محلول خاک تسهیل می‌کند. اثر جمعی یون هیدروژن آزاد شده توسط گیاه منجر به افزایش اسیدیته خاک می‌شود.
این فرآیند جایگزینی، تبادل کاتیونی نام دارد. لذا تبادل کاتیونی تحت عنوان مبادله بین کاتیون قرار گرفته بر سطح هر ذره‌ی منفی (مثلا رسهای معدنی و یا کلوئید آلی) و محلول خاک تعریف می‌شود. در حالیکه کاتیون‌ها توسط ذرات رس جذب شده‌اند ولی نیروی جاذبه اعمال شده بر کاتیون‌ها با افزایش فاصله از سطوح ذرات با بار منفی به شدت کم می‌شود.
تأثیر کاتیون‌ها بر خواص فیزیکی رس
صرف نظر از جنبه‌های تغذیه‌ای کاتیون‌ها برای گیاه، کاتیون‌ها برروی خواص فیزیکی ذرات رس در خاک نیز تاثیرگذار هستند.
اتصال کاتیون ها به ذرات خاک تابعی از عوامل مختلف می باشد:
- بار کاتیون (یعنی ظرفیت)
- شعاع یونی
- غلظت بار
زمانی که ظرفیت کاتیون‌ها با هم برابر است (مثلا هر دو 1+) کاتیون با شعاع هیدراتاسیون کمتر جذب سطحی قوی تری دارد.
در بین کاتیون‌های تک ظرفیتی، سدیم و پتاسیم، یون پتاسیم دارای شعاع هیدراتاسیون کمتری است و لذا محکمتر بر روی سطوح با بار منفی جذب می‌شود.
سدیم (شوری خاک) عنصری تک ظرفیتی و متحرک در خاک بوده و لذا خاک های حاوی سدیم به راحتی دیسپرس می‌شوند.
کاتیون‌های دو ظرفیتی شامل کلسیم و منیزیم می‌باشد. از آنجا که شعاع منیزیم هیدراته شده بزرگتر از کلسیم هیدراته است لذا آزادتر بوده و نیروی جذب سطحی ضعیف‌تری دارد. لذا مانند سدیم آزادانه در خاک حرکت کرده و گاهی اوقات باعث دیسپرس شدن خاک می‌شود.
اولویت‌های تعادل تبادل کاتیونی
بار کاتیون و شعاع کاتیون هیدراته شده اولویت‌های تعادل تبادل کاتیونی را مدیریت می‌کنند. به طور کلی کاتیون‌ها با بار بیشتر در مقایسه با کاتیون‌های با بار کمتر تمایل بیشتری به چسبیدن به سطح ذرات خاک را دارند. ثانیا کاتیون‌ها با شعاع هیدراتاسیون کوچکتر محکمتر به سطح ذرات چسبیده و احتمال آبشویی آنها کمتر است.
این موضوع به دلیل استفاده از سولفات کلسیم در اصلاح خاک‌های شور سدیمی است. در این حالت سولفات کلسیم یا گچ حل شده در خاک باعث افزایش غلظت یون‌های کلسیم می‌باشد. این کاتیون‌های کلسیم روی سطوح منفی جذب شده (افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی) و سدیم را آزاد می‌کنند و سدیم در آبیاری بعدی آبشویی می‌شود.
