Pertukaran Kation dan Koloid Tanah

Koloid tanah adalah partikel lempung dan organik kecil bermuatan yang permukaannya menarik dan menahan kation nutrisi secara reversibel, sebuah proses yang disebut pertukaran kation yang merupakan inti dari kesuburan tanah.

Definition

Koloid tanah adalah partikel mineral dan organik berukuran lempung dengan permukaan besar bermuatan; pertukaran kation adalah adsorpsi dan pelepasan ion bermuatan positif secara reversibel pada permukaan tersebut, diukur sebagai kapasitas pertukaran kation (KPK).

Scope

Topik ini mencakup sifat dan muatan koloid lempung dan organik, kapasitas pertukaran kation yang mengukur kemampuan penahanan nutrisinya, konsep kation dapat tukar dan saturasi basa, serta pertukaran anion. Ini menjelaskan bagaimana tanah menyimpan dan menyangga kation nutrisi yang dibutuhkan tanaman.

Core questions

• Apa yang menyebabkan koloid tanah memiliki muatan permukaan?
• Apa itu kapasitas pertukaran kation dan apa yang mengendalikannya?
• Apa itu kation dapat tukar dan saturasi basa?
• Bagaimana pertukaran kation menyangga tanah dan menyediakan nutrisi?

Key concepts

• Koloid lempung dan organik
• Muatan permanen dan bergantung pH
• Kapasitas pertukaran kation (KPK)
• Kation dapat tukar
• Saturasi basa
• Kapasitas pertukaran anion

Key theories

Muatan permukaan koloid

Koloid lempung membawa muatan negatif permanen dari substitusi isomorfik dan muatan bergantung pH dari gugus fungsional tepi dan organik, sehingga total muatan, dan dengan demikian retensi nutrisi, bergantung pada jenis lempung, bahan organik, dan pH.

Pertukaran kation dan saturasi basa

Kation dapat tukar ditahan secara elektrostatik pada permukaan koloid dalam kesetimbangan dinamis dengan larutan tanah; proporsi yang ditempati oleh kation basa (saturasi basa) versus kation asam sangat memengaruhi kesuburan dan penyangga pH.

Mechanisms

Koloid lempung mengembangkan muatan negatif terutama melalui substitusi isomorfik dalam kisi kristalnya, dilengkapi dengan muatan bergantung pH pada tepi yang rusak dan pada gugus fungsional organik. Muatan negatif ini menarik sejumlah besar kation yang tetap tersedia bagi tanaman namun terlindungi dari pencucian, bertukar secara reversibel dengan larutan tanah saat akar menghilangkan ion. Jumlah total muatan menentukan kapasitas pertukaran kation, reservoir tanah untuk kation nutrisi dan kapasitasnya untuk menyangga pH.

Clinical relevance

Kapasitas pertukaran kation menentukan seberapa baik tanah menahan nutrisi seperti kalsium, magnesium, kalium, dan amonium terhadap pencucian, seberapa kuat ia menyangga perubahan pH, dan bagaimana ia merespons pemupukan dan pengapuran; ini adalah pengukuran rutin dalam pengujian tanah dan masukan kunci untuk pengelolaan nutrisi.

History

Pertukaran kation dalam tanah dikenali dalam eksperimen pertengahan abad ke-19 oleh Thompson dan Way, yang mengamati bahwa tanah menahan amonium sambil melepaskan kation lain. Kimia koloid abad ke-20 menjelaskan fenomena tersebut dalam hal permukaan lempung dan organik bermuatan, menjadikan KPK konsep dasar kesuburan tanah.

Key figures

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

Seminal works

• sparks2003
• brady2016

Frequently asked questions

Mengapa tanah liat dan tanah kaya organik menahan nutrisi lebih baik daripada tanah berpasir?

Koloid lempung dan organik memiliki permukaan besar bermuatan negatif yang menarik dan menahan kation nutrisi, memberikan tanah ini kapasitas pertukaran kation yang tinggi; tanah berpasir memiliki sedikit permukaan seperti itu, sehingga mereka menahan sedikit nutrisi dan mudah kehilangannya karena pencucian.

Apa yang ditunjukkan oleh kapasitas pertukaran kation tentang suatu tanah?

Ini menunjukkan berapa banyak kation nutrisi yang dapat disimpan dan ditukar oleh tanah, dan oleh karena itu seberapa baik ia menahan pencucian nutrisi dan menyangga pH; tanah dengan KPK tinggi mempertahankan pupuk dan kapur lebih lama, sementara tanah dengan KPK rendah membutuhkan masukan yang lebih sering dan lebih kecil.