धनायन विनिमय और मृदा कोलाइड

मृदा कोलाइड छोटे, आवेशित मृत्तिका और कार्बनिक कण होते हैं जिनकी सतहें पोषक धनायनों को आकर्षित करती हैं और प्रतिवर्ती रूप से धारण करती हैं। इस प्रक्रिया को धनायन विनिमय कहा जाता है जो मृदा की उर्वरता के लिए केंद्रीय है।

Definition

मृदा कोलाइड मृत्तिका-आकार के खनिज और कार्बनिक कण होते हैं जिनकी बड़ी, आवेशित सतहें होती हैं; धनायन विनिमय उन सतहों पर धनात्मक आवेशित आयनों का प्रतिवर्ती अधिशोषण और विमोचन है, जिसे धनायन विनिमय क्षमता (CEC) के रूप में मापा जाता है।

Scope

यह विषय मृत्तिका और कार्बनिक कोलाइड की प्रकृति और आवेश, धनायन विनिमय क्षमता जो उनकी पोषक-धारण क्षमता को निर्धारित करती है, विनिमेय धनायन और क्षार संतृप्ति की अवधारणाओं, और ऋणायन विनिमय को शामिल करता है। यह बताता है कि मृदा पौधों के लिए आवश्यक पोषक धनायनों को कैसे संग्रहित और बफर करती है।

Core questions

• मृदा कोलाइड को उनकी सतह का आवेश क्या देता है?
• धनायन विनिमय क्षमता क्या है और इसे क्या नियंत्रित करता है?
• विनिमेय धनायन और क्षार संतृप्ति क्या हैं?
• धनायन विनिमय मृदा को कैसे बफर करता है और पोषक तत्व प्रदान करता है?

Key concepts

• मृत्तिका और कार्बनिक कोलाइड
• स्थायी और pH-निर्भर आवेश
• धनायन विनिमय क्षमता (CEC)
• विनिमेय धनायन
• क्षार संतृप्ति
• ऋणायन विनिमय क्षमता

Key theories

कोलाइड की सतह का आवेश

मृत्तिका कोलाइड समरूपी प्रतिस्थापन (isomorphic substitution) से स्थायी ऋणात्मक आवेश और किनारे तथा कार्बनिक कार्यात्मक समूहों से pH-निर्भर आवेश धारण करते हैं, इसलिए कुल आवेश, और इस प्रकार पोषक तत्व प्रतिधारण, मृत्तिका के प्रकार, कार्बनिक पदार्थ और pH पर निर्भर करता है।

धनायन विनिमय और क्षार संतृप्ति

विनिमेय धनायन मृदा विलयन के साथ गतिशील संतुलन में कोलाइड सतहों पर स्थिरवैद्युत रूप से धारण किए जाते हैं; मूल धनायनों (क्षार संतृप्ति) बनाम अम्लीय धनायनों द्वारा अधिकृत अनुपात उर्वरता और pH बफरिंग को दृढ़ता से प्रभावित करता है।

Mechanisms

मृत्तिका कोलाइड मुख्य रूप से अपनी क्रिस्टल जाली के भीतर समरूपी प्रतिस्थापन (isomorphic substitution) के माध्यम से ऋणात्मक आवेश विकसित करते हैं, जो टूटे हुए किनारों और कार्बनिक कार्यात्मक समूहों पर pH-निर्भर आवेश द्वारा पूरक होता है। यह ऋणात्मक आवेश धनायनों के एक झुंड को आकर्षित करता है जो पौधों के लिए उपलब्ध रहते हैं फिर भी निक्षालन (leaching) से सुरक्षित रहते हैं, जड़ें आयनों को हटाते ही मृदा विलयन के साथ प्रतिवर्ती रूप से विनिमय करते हैं। आवेश की कुल मात्रा धनायन विनिमय क्षमता, पोषक धनायनों के लिए मृदा का जलाशय और pH को बफर करने की उसकी क्षमता को निर्धारित करती है।

Clinical relevance

धनायन विनिमय क्षमता यह निर्धारित करती है कि मृदा कैल्शियम, मैग्नीशियम, पोटेशियम और अमोनियम जैसे पोषक तत्वों को निक्षालन के विरुद्ध कितनी अच्छी तरह बनाए रखती है, यह pH परिवर्तनों को कितनी दृढ़ता से बफर करती है, और यह उर्वरक और चूना डालने पर कैसे प्रतिक्रिया करती है; यह मृदा परीक्षण में एक नियमित माप है और पोषक तत्व प्रबंधन के लिए एक महत्वपूर्ण इनपुट है।

History

मृदा में धनायन विनिमय को 19वीं शताब्दी के मध्य में थॉम्पसन और वे द्वारा किए गए प्रयोगों में पहचाना गया था, जिन्होंने देखा कि मृदा अमोनियम को बनाए रखती है जबकि अन्य धनायनों को छोड़ती है। 20वीं शताब्दी के कोलाइड रसायन विज्ञान ने आवेशित मृत्तिका और कार्बनिक सतहों के संदर्भ में इस घटना की व्याख्या की, जिससे CEC मृदा उर्वरता की एक मूलभूत अवधारणा बन गई।

Key figures

• Donald L. Sparks
• Nyle C. Brady
• Ray R. Weil

Seminal works

• sparks2003
• brady2016

Frequently asked questions

मृत्तिका और कार्बनिक-समृद्ध मृदा रेतीली मृदा की तुलना में पोषक तत्वों को बेहतर क्यों धारण करती है?

मृत्तिका और कार्बनिक कोलाइड में बड़ी, ऋणात्मक आवेशित सतहें होती हैं जो पोषक धनायनों को आकर्षित करती हैं और धारण करती हैं, जिससे इन मृदाओं में उच्च धनायन विनिमय क्षमता होती है; रेतीली मृदा में ऐसी सतह कम होती है, इसलिए वे कम पोषक तत्वों को धारण करती हैं और उन्हें निक्षालन से आसानी से खो देती हैं।

धनायन विनिमय क्षमता आपको मृदा के बारे में क्या बताती है?

यह इंगित करता है कि मृदा कितने पोषक धनायनों को संग्रहित और विनिमय कर सकती है, और इसलिए यह पोषक तत्व निक्षालन का कितनी अच्छी तरह प्रतिरोध करती है और pH को बफर करती है; उच्च-CEC मृदा उर्वरक और चूने को अधिक समय तक बनाए रखती है, जबकि कम-CEC मृदा को अधिक बार, छोटे इनपुट की आवश्यकता होती है।