Khả năng hấp thụ và trao đổi cation (CEC) trong đất. Đây là một tính chất quan trọng của đất, nó ảnh hưởng đến sự ổn định của cấu trúc đất, khả năng dự trữ lượng chất dinh dưỡng khác nhau trong đất và giải phóng chúng cho cây trồng sử dụng. Chất hữu cơ, hàm lượng khoáng sét và pH đất đóng một vai trò rất quan trọng trong tính chất này của đất. Vì vậy, Đất có nhiều sét và chất hữu cơ có khả năng hấp thụ lượng cation lớn thì đất trở nên màu mỡ hơn. Điều này là do bề mặt của chất hữu cơ và khoáng sét sẽ có điện tích âm dư. Vì vậy nó có thể hấp phụ các ion dương, mà hầu hết các chất dinh dưỡng khoáng mà cây cần đều mang điện tích dương như Nitơ ở dạng Amoni (NH4+), Canxi (Ca2+), Magie (Mg2+), Kali (K+), Sắt (Fe2+), Kẽm (Zn2+)…
Khả năng trao đổi cation (CEC) là tổng công suất của đất đối với các cation trao đổi, là các ion tích điện dương. CEC ảnh hưởng đến tính chất hóa học của đất theo nhiều cách và được sử dụng làm thước đo độ phì nhiêu của đất, vì nó cho biết khả năng dự trữ nhiều chất dinh dưỡng của đất. Các ion tham gia chính liên quan đến CEC là Canxi (Ca2+), Magie (Mg2+), Natri (Na+) và Kali (K+) là những ion có tính bazơ mạnh nên nếu đất chua hơn sẽ bị thay thế bởi các ion khác như Hydro (H+), Nhôm (Al3+) và Mangan (Mn2+). Các cation kiềm này cũng giúp kiểm soát hoặc chống lại sự thay đổi độ chua của đất. Bằng cách hấp thụ các cation có tính axit như Hydro (H+) và Nhôm (Al3+), tạo nên lớp đệm (buffer) chống lại độ chua của đất.
Đất có CEC thấp có nhiều khả năng bị thiếu hụt Kali (K+), Magie (Mg2+) và các cation khác, do không được đệm bởi sự hấp phụ trên bề mặt keo đất để chống lại sự rửa trôi. Ngược lại, khi đất có CEC cao thì ít bị rửa trôi các cation này.
Cấu trúc đất tiềm năng là mức độ mà các hạt đất (sét, mùn, chất hữu cơ) liên kết với nhau. Tỷ lệ giữa Kali, Canxi, Magie và Natri của CEC ảnh hưởng đến cấu trúc tiềm năng của đất. Các chất lơ lửng trong đất có vai trò rất lớn đối với các tính chất vật lý và hóa học của đất, chúng được cấu tạo từ hỗn hợp các điện tích dương và âm. Các chất mang điện tích dương (Ca2+, Mg2+, K+, Na+) là chất liên kết, chúng giữ lại các hạt đất và tạo ra khoảng cách vừa đủ giữa chúng. Canxi đóng vai trò là chất liên kết giữa hạt sét và chất hữu cơ, tạo ra cấu trúc đất rời rạc, giữ cho các hạt sét ở khoảng cách với nhau, giúp đất tơi xốp. Magie cũng giữ khoảng cách cho các hạt sét nhưng không phải là chất liên kết giữa chất hữu cơ và các hạt cát hoặc sét. Quá nhiều Kali và Natri sẽ dẫn đến đóng váng bề mặt.
Độ pH của đất có ảnh hưởng lớn đến giá trị CEC, CEC của đất càng thấp thì pH của đất càng giảm theo thời gian, làm cho độ phì đất giảm do quá trình axit hoá của phân đạm, rửa trôi cation, nitrat hoá và việc lấy đi tàn dư thực vật trong canh tác nông nghiệp. Sự thay đổi pH của đất cũng có thể do các quá trình tự nhiên như phân huỷ chất hữu cơ và rửa trôi các cation. Việc tăng độ pH (tức là làm giảm nồng độ cation H+) sẽ làm tăng điện tích biến đổi này và do đó làm tăng khả năng trao đổi cation (CEC) cũng tăng lên.
Với hầu hết các khoáng trong đất lực hấp phụ cation (hay lyotropic series) theo thứ tự như sau: Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ = NH4+ > Na+. Các tính chất của cation quyết định lực hấp phụ hay giải phóng của cation đó. Đầu tiên lực hấp phụ tỉ lệ thuận với điện tích trên các cation. Ngoài trừ, ion H+ là ion duy nhất vì kích thước rất nhỏ của nó và mật độ điện tích cao nên có áp lực hấp phụ mạnh, lực hấp phụ của nó nằm giữa Al3+ và Ca2+.
Mặt khác, khả năng trao đổi anion (AEC) là khả năng của đất để hấp phụ hoặc giải phóng anion trong điều kiện bình thường. Anion là các ion tích điện âm, chúng tăng khi pH thấp và giảm khi nồng độ muối cao trong đất. Các anion như Cl-, NO3- có thể bị hấp phụ, mặc dù không phổ biến như là H2PO4- và SO42. Thứ tự hấp phụ anion là H2PO4- > SO42- > NO3- = Cl-. Trong phần lớn các loại đất thì H2PO4- là anion chính bị hấp phụ, mặc dù trên một số loại đất chua hàm lượng SO42- cũng bị hấp phụ đáng kể.
Dung lượng trao đổi cation hay CEC, được biểu thị bằng đơn vị mili đương lượng trên 100 g đất hoặc theo đơn vị SI được báo cáo là cmol/kg đất, trong đó 1 meq/100g = 1 cmol/kg.
Xem thêm: Tóm tắt vai trò của các hormone thực vật: Auxin, cytokinin và gibbrerellin
Bộ rễ có khả năng thu nhận các chất vô cơ hoặc hữu cơ từ các dạng ion hoặc các dạng liên kết, dạng ion như nitơ: N-NO3- hoặc N-NH4+, HPO42-, H2PO4-.
Giữa rễ và keo đất luôn xảy ra quá trình trao đổi ion. Các ion có thể liên kết chặt trong keo đất hoặc ở dạng khó tan nhưng:
Nhờ rễ cây chuyển hóa vào đất nhiều loại acid hữu cơ (a. malic, a. xitric…) và acid cacbonic biến các chất khó tan thành các chất dễ tan cho rễ cây hấp thụ.
Hoặc nhờ bộ rễ có khả năng tiết ra một số enzym như amilase, protease, phosphatase, urease… có thể phân giải các chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản dễ hấp thụ.
Các ion trên bề mặt lông hút của rễ (như H+) có thể trao đổi với các ion bị giữ trên bề mặt các sét và chất hữu cơ trong đất bởi vì sự tiếp xúc trực tiếp giữa rễ và các hạt đất. Các ion Hydro từ rễ đi ra chiếm chỗ của các ion bám trên keo đất làm cho các ion này trở về trạng thái tự do và trở lại bám trên bề mặt rễ và bị rễ hấp thụ. Bên cạnh đó, CO2 là sản phẩm của quá trình hô hấp của rễ, đi từ rễ ra đất và kết hợp với nước thành Axit Cacbonic (H2CO3), nhưng ngay sau đó các axit này lại phân li để giải phóng các ion Hydro (H+) [CO2 + H2O => H2CO3, sau đó H2CO3 => HCO3- + H+]. H+ lại thực hiện quá trình trao đổi ion trên keo chất và chất hữu cơ. Bằng cách này, Ca2+ trên bề mặt sét có thể được hấp thu và được sử dụng bởi cây trồng. Sự hấp thu lân được tăng cường chủ yếu là do sự sinh trưởng của rễ được cải thiện nhờ nấm mycorrhiza. Sự cải thiện sinh trưởng này có thể dẫn đến sự hấp thu các nguyên tố khác nhanh hơn nữa.
Sự khuếch tán và dòng chảy khối lượng trong sự cung cấp ion đến bề mặt rễ phụ thuộc vào khả năng cung cấp các ion này của các thành phần rắn của đất cho dung dịch đất. Nồng độ các ion trong dung dịch chịu ảnh hưởng rất lớn bởi bản chất của các thành phần keo đất và mức độ bảo hòa cation của các keo này. Các ion trong dung dịch đất đi vào mô rễ qua các tiến trình khuếch tán và trao đổi ion.
Nồng độ các ion trong gian bào rễ thường thấp hơn nồng độ các ion trong dung dịch đất, vì thế khuếch tán xảy ra do sự chênh lệch nồng độ, dinh dưỡng được hấp thụ vào rễ, nuôi cây.
Bên phía trong của tế bào vỏ mang điện tích âm (-) nên tạo lực hấp dẫn đối với cation. Sự trao đổi các cation sẽ dễ dàng xảy ra dài theo bề mặt của tế bào ngoài cùng của rễ và điều này giải thích tại sao cây trồng hấp thu lượng cation thường vượt cao hơn sự hấp thu anion. Nhưng để duy trì sự trung hòa điện tích tế bào, rễ phải giải phóng ion H+ nên làm giảm pH dung dịch đất gần rễ.
Gia tăng giá trị CEC có thể thực hiện bằng nhiều cách.
Xem thêm:
Đăng vào 2/22/2024 3:59:57 PM