اهمیت نقش ظرفیت تبادل کاتیونی خاک

رمز بدست آوردن محصولات خوب و تولیدات گیاهی باکیفیت، در حفظ سلامت خاک مزرعه، باغ، چمنزار و مراتع نهفته است، اما ایجاد این تعادل اغلب به نظر ما غیرممکن می‌آید. برای حفظ خاک مغذی، حاصلخیز، مرطوب و با pH حداقل ۵ باید با فاکتورهایی که خارج از کنترل ما هستند مثل ساختار طبیعی خاک، آب و هوای غیرقابل پیش‌بینی و سایر شرایط محیطی دست و پنجه نرم کرد. همه‌ی خاک‌ها یکسان نیستند و تلاش برای بیش از حد تغذیه کردن خاک وقتی که مشکل اصلی از ساختار خاک یا آرایش شیمیایی آن است فقط هدر دادن منابع است. برای حل مشکل فروشست مواد مغذی، احتباس آب یا pH پایین، بررسی دوباره‌ی ظرفیت تبادل کاتیونی راه خوبی است.

ظرفیت تبادل کاتیونی خاک چیست؟

ظرفیت تبادل یونی به کل ظرفیت خاک برای نگهداشتن یون‌های قابل تبادل و تاثیر آن بر توانایی خاک برای ذخیره‌ی مواد مغذی ضروری و ایجاد مانع در برابر اسیدی شدن خاک گفته می‌شود.

ظرفیت تبادل کاتیونی خاک (CEC) عبارت است از کل ظرفیت یک خاک برای کاتیون‌های قابل تبادل، که همان یون‌های حامل بار مثبت‌اند. یون‌های اصلی مرتبط با CEC کلسیم (⁺² Ca)، منیزیم (⁺² Mg)، سدیم (⁺ Na)، و پتاسیم (⁺ K) هستند. این کاتیون‌ها به شدت بازی هستند، پس اگر خاک بیش‌ از حد اسیدی شود، این کاتیون‌ها با یون‌های دیگر جایگزین می‌شوند.

CEC خاک شما با در واقع با دو تا از اجزای تشکیل دهنده‌ی خاک که کانی رس و مواد آلی هستند به دست می‌آید. این دو ذره سطح خود بارهای منفی دارند که با نیروی الکتریسیته ساکن (الکترواستاتیک) یون‌های با بار مثبت را به سمت خود جذب می‌کنند. بسیاری از کاتیون‌ها مواد مغذی ضروری برای بسیاری از گیاهان هستند، پس خاک‌هایی با رس و مواد آلی زیاد که می‌توانند مقادیر زیادی از یون‌های مثبت را جذب کنند معمولا حاصلخیز‌ترند.

ظرفیت تبادل آنیونی (AEC) ظرفیت خاک برای جذب یا رهاسازی آنیون‌ها، تحت شرایط نرمال خاک است. آنیون‌ها یون‌های با بار منفی هستند که با pH پایین و غلظت نمک بالا در خاک افزایش می‌یابند. AEC به اندازه‌ی تبادل کاتیونی مورد مطالعه و یا تاکید واقع نشده اما به هرحال بر توانایی خاک برای به اندازه‌ی لازم مغذی ماندن تاثیر دارد.

تاثیر ظرفیت تبادل یونی خاک بر کیفیت گیاهان و میزان تولید چیست؟

CEC به شدت بر عوامل مهمی مثل پایداری ساختار خاک، pH و واکنش آن به کودها و سایر بهبود‌دهنده‌ها تاثیر دارد. CEC پایین با بالا بردن آسیب‌پذیری خاک در برابر چیزهایی مثل کود نیتروژن و لیچینگ نیترات، سرعت بدتر شدن pH خاک را بالا می‌برد.

خاک‌هایی که CEC پایینی دارند اغلب دچار کمبود مواد مغذی مهمی مثل پتاسیم و منیزیم می‌شوند. این مواد نمی‌توانند به مکان‌های دارای بار منفی متصل شوند و پروسه‌ای که انتظار داریم برایشان در خاک اتفاق بیفتد انجام نمی‌شود. خاک‌هایی که سطح CEC بالاتری دارند در مقابل این لیچینگ مضر مقاومت می‌کنند و مواد مغذی ضروری را حفظ کرده و ظرفیت ذخیره‌ی آب بالاتری دارند.

این موضوع که خاک آنیون‌هایی مثل نیترات و یا سولفات را در مقادیر قابل توجه در خود نگه نمی‌دارد، فسفات را به مهمترین آنیون خاک تبدیل می‌کند. اهمیت تبادل آنیونی، در پروسه‌ی رهاسازی مقادیر ثابت فسفاتی که در خاک در دسترس گیاهان قرار می‌گیرد است. این پروسه از طریق جانشینی کانی‌های رسی -یون‌های OH- انجام می‌شود.

کشاورزان چگونه می‌توانند ظرفیت تبادل کاتیونی خاکشان را مدیریت کنند؟

چون CEC به شدت به ساختار و ترکیبات طبیعی خاک وابسته است، و به دلیل پیجیدگی سیستم بیولوژیکی خاک‌ها، تغییر عمده در ظرفیت تبادل یونی مشکل است. برای مثال ماسه‌ی خالص CEC نسبتا کمی دارد. در حالی‌که ساختارهای رسی عمدتا سطوح بالاتری از CEC دارند. اگر سطح CEC خاک شما کمتر از مقدار بهینه است، هنوز هم می‌توانید بازدهی محصول و میزان بهره‌وری و کیفیت گیاهان را ارتقا دهید.

بدیهی‌ترین راه‌حل برای خاک‌هایی با CEC پایین، افزایش مواد آلی در ترکیب آن‌هاست. ماده‌ی آلی سطح CEC، مواد مغذی و میزان نگهداشت آب، و مقاومت خاک در برابر نوسان یا کاهش سطح pH را افزایش می‌دهد.

شما می‌توانید با ارزیابی بافت و رنگ خاک میزان CEC آن را تخمین بزنید، اما برای شناخت گسترده‌تر، باید یک نمونه از خاکتان را به آزمایشگاه بفرستید. آزمایشگاه‌ها با استفاده از یکی از این دو روش خاک را آزمایش می‌کنند: روش مستقیم و یا روش جمع‌زنی. در روش مستقیم مخلوط کاتیون‌های مکان‌های تبادلی با فقط یک کاتیون مثلا آمونیوم (⁺⁴ NH) جایگزین می‌شوند. سپس آمونیوم قابل تبادل هم با یک کاتیون دیگر جایگزین می‌شود و مقدار آمونیوم تبادل شده اندازه‌گیری می‌شود. در روش جمع‌زنی که رایج‌تر است، کلسیم، منیزیم، و پتاسیم خاک با هم جمع شده و هیدروژن قابل تبادل به دست آمده از pH بافر تخمین زده می‌شود. مقادیر CEC به دست آمده از این روش معمولا از مقادیر به دست آمده از روش مستقیم کمترند.