Катион солилцооны чадавх

Хөрс судлалд, катионы солилцооны чадавх (Англи: cation-exchange capacity-CEC, КСЧ) гэдэг нь, тухайн рН-ийн үед агуулагдах, хөрсний усны уусмалаар солилцох катионы хуурай жингээр тооцсон тоо хэмжээ.^[1] КСЧ нь хөрсний үржил шим, тэжээлийн бодисуудыг агуулах чадавх болон хөрс нь хөрсний усыг катионоор бохирдохоос хамгаалах чадавх зэргийг тодорхойлоход ашиглагддаг. КСЧ-ийг 100 гр хуурай хөрсөн дэх устөрөгчийн миллиэквивалентээр (meq+/100g), эсвэл СИ системийн нэгж болох cmol+/kg (сантимоль/килограмм) илэрхийлдэг.

Шавар ба гумус нь гадаргуудаа электростатик цэнэгүүдийг агуулдаг ба тэдгээр нь ионуудыг татан барьж байдаг. Шаврын барих чадавх нь шаврын төрлөөс хамаарч өөрчлөгдөнө. Гумусын КСЧ нь хамгийн сайн шаврынхаас хоёроос гурав дахин их байдаг.

Хөрсний КСЧ нэмэгдүүлэх аргын нэг бол, гумусын үүслийг нэмэгдүүлэх явдал юм.

Дүгнэж хэлэхэд, КСЧ хэдий чинээ өндөр байна, тухайн хөрс төдий чинээ үржил шимтэй байна.

КСЧ-г тооцоолох нь

КСЧ нь тухайн хөрсний агуулж чадах эерэг цэнэгүүдийн (катионууд) нийлбэр юм. Ихэвчлэн 100 гр хуурай хөрсний катион агуулах хэсгүүдийг дүүргэхэд шаардагдах устөрөгчийн ионы (H⁺) тоогоор илэрхийлэгддэг. Мөн өөр катионы (Al³⁺ or Ca²⁺) эквивалент дүнгээр хэмжиж болдог.

Мг-экв/100 гр нэгжийг, фунт/акр эсвэл кг/га гэх мэт тэжээлийн бодисуудыг хэмжих энгийн нэгж болгон хувиргахад, атом масс, ионы валент, хөрсний гүн ба нягт зэргийг үндэслэнэ. Менгель 1 мг-экв/100 гр дараах тохирлыг өгсөн:^[2]

Кальци, 400 pounds (180 kg) / 1 acre (0.40 ha)

Магни, 240 pounds (110 kg) / 1 acre (0.40 ha)

Кали, 780 pounds (350 kg) / 1 acre (0.40 ha)

Аммиак, 360 pounds (160 kg) / 1 acre (0.40 ha)

Сууриар ханасан байдал

КСЧ-тай нягт холбоотой зүйл бол сууриар ханасан байдал^[3] буюу солилцох катионууд дахь суурь-катионуудын (Ca, Mg, K ба Na) фракц юм. Зарим тохиолдолд сууриар ханасан байдлыг хувиар илэрхийлдэг ба сууриар ханасан хувь гэж гэрлэдэг. Солилцох суурь-катионы агууламж хэдий чинээ өндөр байна, төдий чинээ их хүчиллэг богино хугацаанд саармагжих боломжтой. Өндөр КСЧ-тай хөрс нь, КСЧ муутай хөрстэй харьцуулахад удаан хугацаанд хүчилждэггүй (сууриар ханасан байдал ижил байхад). КСЧ өндөртэй хөрс нь бороонд агуулагдах хүчиллэг устөрөгчийн ионы нөлөөлөөс түргэн салж, богино хугацаанд анхны рН-ийн түвшинд эргэн очдог. КСЧ багатай хөрсний рН борооны нөлөөгөөр огцом доош унаж, харьцангуй удаан хугацаанд тэр (хүчиллэг) хэмжээнд оршдог.

Суурь-катионы ханалтын зэрэг (Англи: base-cation saturation ratio буюу BCSR) нь хөрсний шинжилгээний хариуг тайлбарлах арга бөгөөд тогтвортой газар тариаланд өргөн ашиглагддаг. Энэ аргыг дэлхий даяар сая гаруй акр (4,000 km²) тариалангийн талбайд үр дүнтэй ашиглаж байна.

pH ба КСЧ

Дийлэнх хөрсний КСЧ нь тухайн хөрсний рН-с хамааралтай байдаг. Энэ нь Хофмейстерийн эгнээнээс (лиотроп эгнээ) хамаардаг. Хофмейстерийн эгнээ нь зарим катионуудын, коллоидууд уруу адсорбцлогдох харьцангүй хүчийг харуулдаг:

Al³⁺ > H⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺ > K⁺ = NH₄⁺ > Na⁺

Хөрсний хүчиллэг нэмэгдэх (pH буурах) тусам, илүү олон H⁺ ион коллоидуудтай нэгдэнэ. Ингэснээр илүү олон катион коллоидуудаас хөрсний усан уусмал уруу шахагдана. Эсрэгээр, хөрс илүү шүлтлэг болох (pH нэмэгдэх) тусам, коллоидуудаас катионуудыг хөрсний уусмал уруу шахах H⁺ ионы тоо буурч, хөрсний уусмал дахь чөлөөт катионуудын хэмжээ багасна (КСЧ ихэснэ).^[4]

Янз бүрийн коллоидууд ба хөрсүүдийн КСЧ

Янз бүрийн хөрс ба холимог хөрсний КСЧ маш ялгаатай байдаг.

Хөрснүүдийн коллоидуудын катион солилцооны чадавх^[5]
Хөрс	КСЧ мг-экв/100гр
Элс	1–5
Элсэрхэг	5–10
Холимог	5–15
Шаварлаг	15–30
Шавар	30-с дээш
Сескю-ислүүд	0–3
Каолинит	3–15
Иллит	25–40
Монтморилонит	60–100
Вермикулит (иллиттэй төстэй)	80–150
Гумус	100–300

Хөнгөн цагааны ионууд ба КСЧ

Их хэмжээнд угаагдсан эсвэл исэлдсэн хөрсүүд, ялангуяа чийглэг тропикт, Al³⁺ концентраци өндөртэй байдаг ба тэдгээр нь хөрсний коллоидуудын катион солилцуулах хэсэгтэй (сайттай) холбогддог. Их хэмжээтэй агуулагдах хөнгөн цагаан нь дийлэнх ургамалд хортой байдаг учир дээрх холболт сайн талтай. Хөнгөн цагаан нь хөрсний коллоидуудыг абсорбцлох зэрэг өндөртэй тул тэдэнтэй холбогдсоноор хөрсний солилцох хэсгээс зайлуулагдаж, ургамалд хортойгоор нөлөөлж чадахгүй болдог. Нөгөө талаас, хөнгөн цагаан нь 3 эерэг цэнэгтэй тул их хэмжээний коллоидын цэнэгийг үгүй хийдэг. Жишээ нь, Al³⁺ нь гурван NH₄⁺-ийн зайг эзэлдэг. Ингэснээр, аммони нь хөрсний усан уусмалд үлдэж, их хэмжээний бороо орсон тохиолдолд угаагдах боломжтой болдог. Энэ байдал нь хөнгөн цагаан ихтэй хөрсийг харьцангуй үржил шимгүй болгодог. Хөрснөөс хөнгөн цагааны ионуудыг зайлуулж, КСЧ-ийг бусад ионуудад зориулан чөлөөлөх хялбар арга байдаггүй.

Эх сурвалж

↑ Robertson, G. Philip; Sollins, Phillip; Ellis, Boyd G.; Lajtha, Kate. 1999. "Exchangeable ions, pH, and cation exchange capacity. In: Robertson, G. Philip; Coleman, David C.; Bledsoe, Caroline S.; Sollins, Phillip, eds. Standard soil methods for long-term ecological research. New York, NY: Oxford University Press: 106-114" (PDF). Татаж авсан: 2015-01-22.{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
↑ Mengel, David D., Department of Agronomy, Purdue University. "Fundamentals of Soil Cation Exchange Capacity". Эх хувилбараас архивласан: 2011-04-11. Татаж авсан: 2011-05-03.{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
↑ Turner, R.C. and Clark J.S., 1966, Lime potential in acid clay and soil suspensions. Trans. Comm. II & IV Int. Soc. Soil Science, pp. 208–215
↑ Havlin, Tisdale, Beaton, Nelson (2011). Soil Fertility and Fertilizers. New Delhi: PHI.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
↑ Donahue, Miller, Shickluna (1977). Soils: an introduction to soils and plant growth (4 ed.). Inglewood Cliffs, New Jersey 07632: Prentice- Hall. pp. 115, 116. ISBN 0-13-821918-4.{{cite book}}: CS1 maint: location (link) CS1 maint: multiple names: authors list (link)

Гадаад холболт

[1] Robertson, G. Philip; Sollins, Phillip; Ellis, Boyd G.; Lajtha, Kate. 1999. "Exchangeable ions, pH, and cation exchange capacity. In: Robertson, G. Philip; Coleman, David C.; Bledsoe, Caroline S.; Sollins, Phillip, eds. Standard soil methods for long-term ecological research. New York, NY: Oxford University Press: 106-114" (PDF). Татаж авсан: 2015-01-22.{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)

[2] Mengel, David D., Department of Agronomy, Purdue University. "Fundamentals of Soil Cation Exchange Capacity". Эх хувилбараас архивласан: 2011-04-11. Татаж авсан: 2011-05-03.{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)

[3] Turner, R.C. and Clark J.S., 1966, Lime potential in acid clay and soil suspensions. Trans. Comm. II & IV Int. Soc. Soil Science, pp. 208–215

[4] Havlin, Tisdale, Beaton, Nelson (2011). Soil Fertility and Fertilizers. New Delhi: PHI.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)

[5] Donahue, Miller, Shickluna (1977). Soils: an introduction to soils and plant growth (4 ed.). Inglewood Cliffs, New Jersey 07632: Prentice- Hall. pp. 115, 116. ISBN 0-13-821918-4.{{cite book}}: CS1 maint: location (link) CS1 maint: multiple names: authors list (link)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]