ظرفیت تبادل کاتیونی چیست

ظرفیت تبادل کاتیونی چیست؟

ظرفیت تبادل کاتیونی چیست؟

در این نوشته میخوایم یک بار برای همیشه، در مورد تعریف و تاریخچه CEC بحث کنیم و در ادامه شرح داده خواهد شد که به چه عواملی بستگی دارد و نیز نحوه محاسبه ارائه خواهد شد.

در مطلب قبلی مختصرا ظرفیت تبادل کاتیونی توضیح داده شده است. همچنین مقادیر برای ظرفیت تبادل کاتیونی برخی کانی‌ها نیز قرار داده شد. در تمام مطلب سعی بر این خواهد شد که از طریق ارائه نظرات، پاسخ به سوالات، اشتراک دانسته‌ها و … با تکمیل نواقص، جامع‌ترین نوشته درباره این موضوع در اختیار علاقمندان و دانشجویان علوم و مهندسی خاک قرار داده شود.

 

تبادل کاتیونی

ذرات کلوئیدی خاک یعنی رس و هوموس دارای قدرت جذب کاتیونهای مختلف و تبادل آنها را با یکدیگر، به ویژه با یون هیدروژن می‌باشند. این عمل را تبادل کاتیونی می‌نامند. در نتیجه این عمل ذرات، مواد غذایی که احیانا در اثر آبشویی (Leaching) از دسترس گیاه خارج می‌شوند، توسط ذرات رس جذب و نگهداری شده. سپس هنگام تبادل یونی آزاد گشته، در اختیار گیاه قرار می‌گیرند. یون هیدروژن در خاک بدین ترتیب آزاد می‌شود که گاز کربنیک حاصله از تنفس ریشه، با آب ترکیب شده، اسید کربنیک می‌دهد که خود بلافاصله تجزیه می‌گردد .

تعریف ظرفیت تبادل کاتیونی

این عبارت یک مفهوم کمی از مقدار بارهای منفی به ازای واحد مقدار خاک خشک شده در اون یا ظرفیت جذب کاتیون ها از محلول می‌باشد. یا حداکثر مقدار کاتیونی است که وزن معینی از خاک قادر است در خود جذب یا نگهداری نماید. CEC برحسب میلی اکی والان در صد گرم خاک (meq/100g) بیان می‌شود.

ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) یکی از ویژگی های بسیار مهم خاک است که بر مدیریت تغذیه، جذب و رهاسازی عناصر غذایی مورد نیاز گیاه و برآورد پتانسیل خطر فلزات سنگین و برخی آلاینده‌های آلی کاتیونی نقش بسیار مؤثری دارد. این ویژگی شاخص خوبی برای تعیین کیفیت و بهره‌وری خاک Soil Quality and Productivity  می‌باشد.

خاکی که دارای ظرفیت تبادل کاتیونی یک میلی اکی والان در صد گرم خاک باشد یعنی دارای ۱۰۲۳×۶٫۰۲ بار منفی در هر صد گرم خاک است و می‌تواند ۱۰۲۳×۳٫۰۱ کاتیون دوظرفیتی را جذب کند

 

CEC به چه عواملی بستگی دارد؟

مقدار ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) بسته به میزان مواد آلی، مقدار و نوع رس و شرایط خاک متغیر است. pH خاک نیز در خاک‌های دارای بار وابسته به pH با تأثیر برگروه‌های عامل، در مقدار CEC مؤثر می‌باشد. از این رو اندازه گیری CEC ضروری ولی مستلزم صرف وقت و هزینه می‌باشد. در مورد مشخصاتی که اندازه گیری مستقیم آنها مشکل و پرهزینه می‌باشد، تجزیه اطلاعات موجود به نحوی که منجر به برآورد آنها از داده‌های اندازه‌گیری شده‌ی موجود شود، راهی آسان و به صرفه خواهد بود .

 

محاسبه ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC)

روش اخیر یا روش غیرمستقیم بدست آوردن داده ها، توابع انتقالی خاک نامگذاری شده است. توابع انتقالی خاک Pedotransfer functions ، توابعی هستند که خصوصیات زودیافت خاک Readily available properties مانند فراوانی نسبی ذرات خاک و میزان مواد آلی خاک را به خصوصیات دیریافت خاک Costly measured properties مانند ظرفیت تبادل کاتیونی خاک ارتباط می‌دهند.

بررسی منابع

ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) عموما بر اساس بافت و مواد آلی خاک برآورد می‌شود. در این خصوص پژوهشگران توابعی برای برآورد ظرفیت تبادل کاتیونی از روی ویژگی‌های زود یافت خاک ارایه نمودند. به عنوان مثال خاکشناسان برای ایالت کبک کانادا فرمول CEC=2O.C +0.5Clay و برای ایالت آلبرتای کانادا فرمول CEC=3.8O.C+0.6Clay (مک دونالد، ۱۹۹۸) و برای ناحیه هالدیمند نرفولک اونتاریوی کانادا رابطه CEC=3.79+4.37O.C+0.21Clay را پیشنهاد کردند (پترسون، ۱۹۸۱). وان کولِن و بِل (۱۹۹۵) برای خاک‌های چهار منطقه از مکزیک با استفاده از متغیرهای مقدار رس، ماده آلی و pH خاک تابعی برای برآورد ظرفیت تبادل کاتیونی ارائه دادند (R2 =0.96). کروچ و همکاران (۲۰۰۰) با ۱۶۴۳ نمونه از خاک‌های دانمارک و استفاده از متغیرهای مقدار ماده آلی، رس، سیلت ریز و PH خاک در عصاره کلرور کلسیم توابعی برای برآورد ظرفیت تبادل کاتیونی ارائه دادند (R2=0.90).

کریمیان (۱۳۷۵) با استفاده از ۱۵۰ نمونه خاک استان فارس، معادلات رگرسیونی چند متغیره ایجاد و سهم رس و مواد آلی در ظرفیت تبادل کاتیونی خاک را محاسبه و نیز ظرفیت تبادل کاتیونی تعدادی از خاکها را پس از اکسایش مواد آلی با آب اکسیژنه اندازه گیری کرد و سهم مواد آلی و رس را به طور مستقیم تعیین نمود . با توجه به اهمیت ظرفیت تبادل کاتیونی بعنوان یکی از ویژگی‌های شیمیایی مهم خاک، تأثیر عمده آن بر رشد گیاه و توانائی خاک را برای نگهداری آب و مواد غذائی، اندازه گیری آن ضروری می‌باشد از آنجا که اندازه گیری آن مستلزم صرف وقت و هزینه بالا می‌باشد، برآورد آن با دقتی قابل قبول از طریق برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک تلاشی ارزنده خواهد بود . هدف از این پژوهش برآورد ظرفیت تبادل کاتیونی با استفاده از توابع انتقالی می‌باشد.

خاصیت جانشیتی یون ها

با توجه به آنچه که در جانشینی کاتیون ها به جای یون H+ در کلوئیدهای رس و هوموس گفته شد، اگر این ظرفیت برای خاک معینی T میلی اکی والان باشد و در موقعیت معینی S میلی اکی والان کاتیون در جذب ۱۰۰ گرم خاک خشک قرار داشته باشد، تفاضل S,T یعنی (T – S) مصرف مقدار هیدروژن موجود در جذب کلوئیدهای همان وزن خاک خواهد بود. بدین ترتیب ظرفیت تبادل کاتیون یک خاک نماینده مجموعه کاتیون ها و هیدروژن قابل تبادل در جذب یکصد گرم از خاک است +T=S+H .

ظرفیت تبادل کاتیونی یک خاک اهمیت فوق العاده ای در خواص فیزیکی شیمیایی آن دارد و از آن به عنوان یک مشخصه تعیین نوع خاک استفاده می‌شود. به طور کلی می‌توان گفت که هر قدر خاکی از کلوئیدهای معدنی و آلی غنی باشد، این ظرفیت در آن بیشتر است و هر چه خاک در معرض شستشوی کمتری قرار داشته و نیز PH آن خنثی یا به طرف قلیایی میل کند، مقدار S به ظرفیت مزبور نزدیک است، به طوری که در خاک‌های آهکی (اشباع از کلسیم) و خاک‌های قلیایی (اشباع از سدیم)، S تقریباً معادل T می‌باشد. در تعیین مقدار کاتیون قابل تبادل موجود در یک خاک (S)، از خاصیت جانشینی یونها استفاده می‌شود، بدین ترتیب که کلیه کاتیونهای جذب شده در وزن معینی از خاک را با جانشین کردن کاتیونی دیگر مانند+ NH4 استخراج می‌نماید ( معمولاً برای این کار از محلول استات آمونیوم استفاده می‌شود)
در محلول استخراج شده هر یک از کاتیون‌های Na+2 , k2+,mg+2,ca+2 و غیره را اندازه گیری و از جمع آنها s را تعیین می‌نمایند. (در این روش به ناچار مقدار جزئی+ NH4 موجود در جذب نمونه اولیه خاک به حساب نمی آید.

 

انواع و مقادیر کاتیون‌های تبادلی :

هوادیدگی کانیها منبع طبیعی کاتیونهای تبادلی خاک است. هر قدر میزان کاتیون حاصل از هوا دیدگی بیشتر باشد بالطبع قانون اثر جرمها امکان جذب آن کاتیون ها بیشتر است. به طور کلی نوع و مقدار کاتیون‌های تبادلی عملاً تابعی است از ظرفیت و شعاع کاتیون هیدراته کاتیونهایی که دارای ظرفیت بالاتر می‌باشند با نیروی زیادتری نسبت به کاتیون‌های دارای ظرفبیت پایین تر جذب می‌گردند و در ظرفیت مساوی کاتیونی که شعاع آب هیدراته کمتر است به علت نزدیکی بیشتر به سطح میسل با نیروی بیشتر جذب می‌گردد. (نیروی جذب با مجذور فاصله رابطه عکس دارد)
بر اساس شعاع یون‌های غیرهیدراته چنین به نظر می‌رسد که LI حداکثر نیروی جذب را دارد و Rb حداقل نیروی جذب و حال آن که چون LI حداکثر شعاع هیدراته و Rb حداقل شعاع هیدراته را دارد قضیه کاملاً برعکس می‌باشد. در نتیجه نیروی جذب چهار کاتیون مذکور و یا به عبارت دیگر ترتیب جایگزینی کاتیونها معکوس بوده و به ترتیب Rb دارای حداکثر نیروی جذب و LI حداقل



نرخ سالانه فرسایش خاک در ایران تا ۳۳ تن در هکتار گزارش شده که ۵ تا ۶ برابر حد مجاز است. میانگین سالانه فرسایش خاک نیز به حدود ۱۵ تن در هکتار رسیده که سه برابر متوسط قاره آسیاست. بنابراین شاهد فرسایشی 5 - 6 میلیارد تنی در سال داریم. چه کسی در برابر این فاجعه باید جوابگو باشد؟؟؟


یک نظر برای “ظرفیت تبادل کاتیونی چیست؟

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Optimization WordPress Plugins & Solutions by W3 EDGE