Кіріспе
Топырақ химиясының өлшемі
Катион алмасу қабілеті (CEC) – топырақ бөлшектерінің беттерінде сақтала алатын катиондар мөлшерін анықтайтын өлшем. Топырақ бөлшектерінің бетіндегі теріс зарядтар оң зарядты атомдар немесе молекулаларды (катиондарды) байланыстырады, бірақ оларды қоршаған топырақ суындағы басқа оң зарядты бөлшектермен алмасуға мүмкіндік береді. Бұл – топырақтағы қатты заттардың топырақ химиясын өзгерту жолдарының бірі. CEC топырақ химиясының көптеген жақтарына әсер етеді және топырақтың құнарлылығын бағалау үшін қолданылады, себебі ол топырақтың өсімдіктерге сіңірілетін күйде бірнеше қоректік заттарды (мысалы, K+, NH4+, Ca2+) ұстап тұру қабілетін көрсетеді. Сондай-ақ, ол ластағыш катиондарды (мысалы, Pb2+) ұстап тұру қабілетін де көрсетеді.
Cation exchange capacity (CEC) is a measure of how many cations can be retained on soil particle surfaces. Negative charges on the surfaces of soil particles bind positively charged atoms or molecules (cations), but allow these to exchange with other positively charged particles in the surrounding soil water. This is one of the ways that solid materials in soil alter the chemistry of the soil. CEC affects many aspects of soil chemistry, and is used as a measure of soil fertility, as it indicates the capacity of the soil to retain several nutrients (e. g. K+, NH4+, Ca2+) in plant available form. It also indicates the capacity to retain pollutant cations (e. g. Pb2+).
Анықтама және қағидалар
Катиондық алмасу қабілеті – топырақ массасына шаққанда алмаса алатын оң заряд мөлшері, әдетте смолк/кг бірлігімен өлшенеді. Кейбір мәтіндерде бұрынғы, эквивалентті бірліктер me/100г немесе meq/100г қолданылуы мүмкін. КАк толық зарядының мольімен өлшенеді, сондықтан 10 смолк/кг катиондық алмасу қабілеті топырақтың килограмына 10 смол Na+ катиондарын (әр катионға 1 заряд бірлігінен) ұстай алады, бірақ Ca2+ катиондарының тек 5 смолын ғана (әр катионға 2 заряд бірлігінен) ұстай алады. Органикалық заттардың КАк pH деңгейіне өте сезімтал. Алмастырылатын катиондар осылайша зарядталған беткейдегі диффузиялық қабаттың бөлігін құрайды. Бұл байланыс салыстырмалы түрде нашар, сондықтан катионды айналадағы ерітіндідегі басқа катиондар беткейден оңай ығыстыра алады.
Топырақтың рН
Саз гидрокси тобының немесе органикалық заттардың депротондалуынан туындайтын теріс заряд мөлшері, қоршаған ерітіндінің pH деңгейіне байланысты. pH деңгейінің жоғарылауы (яғни H+ катиондарының концентрациясының төмендеуі) осы өзгермелі зарядты арттырады, демек катион алмасу қабілетін де арттырады.
Өлшем
Катион алмасу қабілеті барлық байланысқан катиондарды басқа катионның концентрирленген ерітіндісімен ығыстыру арқылы өлшенеді, содан кейін ығыстырылған катиондардың немесе қосылған катионның сақталған мөлшері өлшенеді. КЭҚ өлшеулері pH-қа тәуелді, сондықтан көбінесе белгілі бір pH деңгейінде буферлік ерітіндімен жүргізіледі. Егер бұл pH топырақтың табиғи pH-ынан өзгеше болса, өлшеу нәтижесі нақты КЭҚ-ты көрсетпейді. Мұндай КЭҚ өлшеулері "потенциалды КЭҚ" деп аталады. Ал топырақтың табиғи pH деңгейіндегі өлшеу "эффективті КЭҚ" деп аталады, ол нақты мәнді дәлірек көрсетеді, бірақ топырақтарды тікелей салыстыруды қиындатуы мүмкін.
+ Average CEC (pH 7) for some US soils based on USDA Soil Taxonomy Soil Taxonomy order CEC (cmolc/kg) Ultisols 3.5 Alfisols 9 Spodosols 9.3 Entisols 11.6 Mollisols 18.7 Vertisols 35.6 Histosols 128
|align=right|caption position=top
+ Average CEC (pH 7) for some US soils based on USDA Soil Taxonomy Soil Taxonomy order CEC (cmolc/kg) Ultisols 3.5 Alfisols 9 Spodosols 9.3 Entisols 11.6 Mollisols 18.7 Vertisols 35.6 Histosols 128
+ АҚШ топырақтарының орташа КЭҚ (pH 7) USDA топырақ таксономиясы бойынша КЭҚ (смolc/кг) Ультисолдар 3.5 Альфисолдар 9 Сподосолдар 9.3 Энтисолдар 11.6 Моллисолдар 18.7 Вертисолдар 35.6 Гистосолдар 128
+ Average CEC (pH 7) for some US soils based on USDA Soil Taxonomy Soil Taxonomy order CEC (cmolc/kg) Ultisols 3.5 Alfisols 9 Spodosols 9.3 Entisols 11.6 Mollisols 18.7 Vertisols 35.6 Histosols 128
Базалық қанығу
Базалық қанығу - Ca2+, Mg2+, K+ немесе Na+ катиондарымен толыққан потенциалдық КЭК-тің проценттік көрсеткіші. Бұлар дәстүрлі түрде "негізгі катиондар" деп аталады, себебі олар қышқыл емес, бірақ олар химиялық мағынада негіздер болып табылмайды. Базалық қанығу топырақтың ыдырау деңгейін көрсетеді және өсімдіктерге қолжетімді алмастырылатын катиондық қоректік заттардың мөлшерін анықтайды.
Анион алмасу қуаттылығы
Топырақ минералдарының оң зарядтары катион алмасу принципімен ұқсас түрде аниондарды ұстап тұра алады. Каолинит, аллофан және темір мен алюминий оксидтерінің беттері жиі оң зарядталған болады. Көптеген топырақтарда катион алмасу сыйымдылығы анион алмасу сыйымдылығынан әлдеқайда артық, бірақ ферралсольдер (оксизольдер) сияқты күшті ыдыраған топырақтарда кері жағдай орын алуы мүмкін.
Жалпы сілтемелер
Рамос, Ф. Т.; Дорес Е. Ф. Г. С.; Вебер О. Л. С.; Бебер Д. С.; Кампело Ж. Х. Ж.; Майя Ж. С. (2018) "Бразилиядағы тікелей егіс жүйесінде тропикалық топырақтың катиондық алмасу қабілетін топырақтың органикалық заттары екі есеге арттырады". J Ғылым және тағамдық өнімдері. 10.1002/jsfa.8881.