Trao đổi cation và khả năng trao đổi cation của Zeolite


Dung lượng trao đổi Cation và Cation Exchange

Cation Exchange và Cation Exchange Capacity là gì?

Khoáng vật đất sét và chất hữu cơ có xu hướng bị tích điện âm, do đó thu hút các ion tích điện dương ( ion) trên bề mặt của chúng bằng lực tĩnh điện. Kết quả là, các ations vẫn nằm trong vùng rễ đất và không dễ bị mất do lọc. Các cation hấp phụ có thể dễ dàng trao đổi với các cation khác trong dung dịch đất, do đó thuật ngữ "trao đổi cation". Các thùng hấp phụ bổ sung các ion trong dung dịch đất khi nồng độ giảm do sự hấp thu của rễ cây.

Khả năng trao đổi cation (CEC) là thước đo tổng điện tích âm trong đất mà hấp phụ các cation dinh dưỡng thực vật như canxi (Ca2 + ), magiê (Mg2 + ) và kali (K + ). Như vậy, CEC là một tính chất của một loại đất mô tả khả năng cung cấp các ations dinh dưỡng cho dung dịch đất để hấp thụ thực vật. Hình 1 minh họa các ations được giữ lại trên khoáng vật đất sét có thể trao đổi với các ations trong dung dịch đất. Rễ cây có thể loại bỏ các chất dinh dưỡng từ dung dịch đất, dẫn đến các chất dinh dưỡng di chuyển ra khỏi các hạt đất sét. Bổ sung phân bón vào đất gây ra sự gia tăng ban đầu về nồng độ chất dinh dưỡng trong dung dịch đất, dẫn đến các chất dinh dưỡng di chuyển về phía các hạt đất sét.

Các ations dinh dưỡng thực vật sử dụng với số lượng lớn nhất là kali (K + ), canxi (Ca2 + ) và magiê (Mg2 + ). Các nắp khác hấp phụ trên các vị thế trao đổi là amoni (NH4+), natri (Na+), hydro (H+), nhôm (Al3+), sắt (Fe2+ hoặc Fe3+), mangan (Mn2+), đồng (Cu2+) và kẽm (Zn2+). Các ations vi chất dinh dưỡng như kẽm, đồng, sắt và mangan thường có mặt ở nồng độ rất thấp trong đất. Nồng độ amoni cũng thường rất thấp vì vi sinh vật chuyển đổi amoni thành nitrat trong một quá trình gọi là nitrat hóa.

CEC thay đổi như thế nào với độ pH của đất

Schematic diagram showing exchange of cations between the soil surfaces and the soil solution, and the movement of these cations from clay particles to roots (rhizosphere) for uptake by the root hairs. Figure 1. Schematic diagram showing exchange of cations between the soil surfaces and the soil solution, and the movement of these cations from soil solution to roots (rhizosphere) for uptake.

CEC của chất hữu cơ đất và một số khoáng chất đất sét thay đổi theo độ pH. Nói chung, CEC thấp nhất ở độ pH trong đất từ 3,5 đến 4,0 và tăng khi pH được tăng lên bằng cách vôi một loại đất axit, như trong Hình 2. Bởi vì CEC có thể thay đổi đáng kể với độ pH của đất, nên việc đo CEC của đất ở độ pH là 7,0 là một thông thường. Cũng lưu ý rằng một số điện tích dương có thể xảy ra trên các bề mặt khoáng sản đất cụ thể ở pH thấp. Các điện tích dương này giữ lại các anion (ion tích điện âm) chẳng hạn như clorua (Cl-) và sunfat (SO42-).

Tính toán công suất trao đổi Cation từ thử nghiệm đất thông thường

Giá trị CEC bao gồm trong các báo cáo phòng thí nghiệm thử nghiệm đất điển hình được tính bằng cách cộng lại nồng độ (được thể hiện dưới dạng mili giây tích điện trên 100 gram đất) kali, magiê, canxi, natri và hydro, được chiết xuất từ đất bằng phương pháp khai thác thích hợp. Phòng thí nghiệm thử nghiệm đất của Đại học Georgia sử dụng quy trình Mehlich I, dựa trên dung dịch chiết xuất axit kép (0,05 N HCl + 0,025 N H2SO4). Phương pháp này thích hợp cho đất CEC thấp, có tính axit, thường được tìm thấy ở Georgia. CEC của đất có chứa một lượng lớn đất sét hoặc chất hữu cơ, hoặc là kiềm, không thể được phân tích thỏa đáng bằng cách sử dụng chiết xuất Mehlich I. Các phương pháp khai thác đất khác nên được sử dụng trên các loại đất này.

diagram showing three types of soils pH levels: 3.5 (less negatively charged, 5.3 (mostly negativele charged), and 7.0 (negatively charged) Figure 2. Influence of pH on the surface charge of soil and its components.


Giá trị CEC điển hình trong đất

Trong hầu hết các báo cáo về đất, CEC được thể hiện dưới dạng mili giây (meq) điện tích (số lượng điện tích) trên 100 gram đất (meq/100 g hoặc dưới dạng cmol/kg khi sử dụng Các đơn vị khoa học quốc tế). Số lượng milliequivalents được sử dụng thay vì trọng lượng (pounds, gram, v.v.) của các cation hấp phụ vì CEC đại diện cho tổng số điện tích, đây là một tiêu chuẩn so sánh tốt hơn về các loại đất khác nhau vì mỗi loài cation có trọng lượng khác nhau và đất khác nhau về tỷ lệ của các loài cation khác nhau.

Bảng 1 cho thấy khả năng trao đổi cation điển hình của khoáng vật đất sét và đất có kết cấu khác nhau. Bởi vì đất là hỗn hợp có kích thước hạt khác nhau (cát, phù sa và đất sét), các loại khoáng vật đất sét và chất hữu cơ theo nhiều tỷ lệ khác nhau, các thành phần chiếm ưu thế và pH đất quyết định CEC của đất.

Bảng 1. Khả năng trao đổi cation ở pH 7.0 của các loại đất, kết cấu và chất hữu cơ đất khác nhau.
Soil and Soil Components CEC (meq/100 g)
Clay Type  
Kaolinite 3-15
Illite 15-40
Montmorillonite 80-100
Soil Texture  
Sand 1-5
Fine Sandy Loam 5-10
Loam 5-15
Clay Loam 15-30
Clay >30
Organic Matter 200-400

Đặc điểm CEC và khả năng sinh sản của đất Georgia

For practical purposes, Georgia soils are grouped into four major categories: (1) Coastal Plain, (2) Piedmont, (3) Mountain and Limestone Valley and (4) soils from landscapes, golf greens, greenhouses and flower beds. These categories make for easier evaluation of fertility. The chart below describes the CEC and general fertility characteristics of each soil group (Soil Test Handbook for Georgia, 2008).

Nhóm đất Đặc điểm sinh sản của CEC và đất
Đồng bằng ven biển (bao gồm Atlantic Flatwoods và Sand Hills) Đất có bề mặt cát và CEC từ 6 meq/100 g trở xuống. Đất ở trạng thái bản địa của chúng có thể là axit và vô sinh. Đất sẽ khác nhau về hàm lượng đất sét, đặc tính thoát nước và màu sắc. Đất sẽ khác nhau về năng suất, dễ xử lý và thích nghi với sản xuất cây trồng hàng. Các loại đất điển hình là Norfolk, Lakeland, Lynchburg và Tifton.
Đất Piedmont Đất chủ yếu là đất ở vùng cao, đất đỏ thoát nước tốt với CEC từ 6 đến 12 meq/100 g. Đất ở trạng thái bản địa của chúng có tính axit và ít phốt pho nhưng có hàm lượng kali cao hơn đất đồng bằng ven biển. Các dòng đất lớn là Cecil, Madison và Davison.
Đất núi và thung lũng đá vôi Đất có thể có một bề mặt cát màu xám với đất sét cát đỏ nặng hoặc đất sét kết cấu đất sét. Các ruộng bậc thang phù sa và đáy sông có màu xám đến nâu nhạt với đất sét đất sét màu vàng đến đỏ sẫm. Đất có axit và khả năng sinh sản thấp. Giá trị CEC trung bình của các loại đất này là 9 meq/100 g. Các loại đất chính là Porters, Hayesville, Talladega, Fannin, Congaree, Clarkesville, Fullerton, Dewey và Decatur.
Đất từ cảnh quan và cây xanh golf Những loại đất này thường được duy trì khác với đất trồng trọt và thường được cấu thành và duy trì một cách giả tạo. Nhiều người thất thường về khả năng sinh sản và không thể dễ dàng đặt ở một trong ba loại được đưa ra ở trên.

Phần trăm độ bão hòa cơ sở

Phần trăm độ bão hòa cơ sở (BS) là tỷ lệ phần trăm của CEC chiếm bởi các thùng cơ bản Ca2 + , Mg2 + và K + . Các thùng cơ bản được phân biệt với các thùng axit H + và Al3 + . Ở độ pH đất xấp xỉ 5,4 hoặc thấp hơn, Al3 + có mặt ở nồng độ cao đáng kể cản trở sự phát triển của hầu hết các loài thực vật và độ pH của đất càng thấp, lượng Al3 + độc hại càng lớn. Do đó, đất có độ bão hòa cơ sở phần trăm cao thường màu mỡ hơn vì:

  •  Chúng có ít hoặc không có axit cation Al3 + độc hại cho sự phát triển của cây.
  •  Đất có độ bão hòa cơ sở phần trăm cao có độ pH cao hơn; do đó, chúng được đệm nhiều hơn chống lại các ations axit từ rễ cây và các quá trình đất axit hóa đất (nitrat hóa, mưa axit, v.v.).
  •  Chúng chứa một lượng lớn các thùng dinh dưỡng thực vật thiết yếu K + , Ca2 + và Mg2 + để sử dụng bởi thực vật.

Độ bão hòa cơ sở phần trăm được thể hiện như sau:

%BS = [(Ca2+ + Mg2+ + K+)/CEC] × 100

Tùy thuộc vào độ pH của đất, độ bão hòa cơ bản của đất có thể là một phần của CEC hoặc xấp xỉ bằng CEC. Nói chung, nếu độ pH của đất dưới 7, độ bão hòa cơ bản nhỏ hơn CEC. Ở pH 7 trở lên, bề mặt khoáng vật đất sét và chất hữu cơ bị chiếm giữ bởi các thùng cơ bản, và do đó, độ bão hòa cơ bản bằng CEC. Hình 2 minh họa lượng ations tương đối được giữ lại trên bề mặt đất ở các mức pH đất khác nhau.

Significance of CEC and BS

CEC của đất ảnh hưởng đến việc bón phân và thực hành vôi. Ví dụ, đất có CEC cao giữ được nhiều chất dinh dưỡng hơn đất CEC thấp. Với một lượng lớn phân bón được áp dụng trong một ứng dụng duy nhất cho đất cát có CEC thấp, mất chất dinh dưỡng có nhiều khả năng xảy ra thông qua lọc. Ngược lại, các chất dinh dưỡng này ít bị tổn thất hơn nhiều trong đất sét.

Sản xuất cây trồng giải phóng độ axit vào đất. Độ pH của đất sẽ giảm nhiều hơn do sản lượng cây trồng trên đất CEC thấp. Đất CEC cao thường được đệm tốt sao cho pH thay đổi ít hơn nhiều so với sản xuất cây trồng. Do đó, đất cát thấp trong CEC cần được vôi thường xuyên hơn nhưng với tỷ lệ ứng dụng thấp hơn đất sét. Tỷ lệ vôi cao hơn là cần thiết để đạt được độ pH tối ưu trên đất CEC cao do sự phong phú lớn hơn của các thùng axit ở một độ pH nhất định.

Tài nguyên bổ sung

Glossary of Soil Science Terms. https://www.soils.org/publications/soils-glossary/#

Soil Test Handbook for Georgia. Kissel, D.E. and L. Sonon (Eds). 2008. http://aesl.ces.uga.edu/publications/ soil/STHandbook.pdf

Reviewers

Internal Reviewers

1. Dr. Clint Waltz, Department of Crop and Soil Sciences, University of Georgia ([email protected])

2. Edward Ayers, Public Service Assistant, UGA Extension Northeast District ([email protected])

Người đánh giá bên ngoài

1. Dr. Frank Sikora, University of Kentucky ([email protected])

2. Dr. Robert Miller, Soil and Crop Sciences Department, Colorado State University ([email protected])

Xiamen ZeoliteMin Biotech Co., Ltd. natural zeolite clinoptilolite Công suất trao đổi Cation và trao đổi Cation (CEC) trong đất UZ-Min Kingson Lee Zone A,No.666 Yangguang Road,Xinyang Industrial Dist,Haicang,Xiamen,Fujian,China [email protected] +0086 592 6808850 +0086 592 6808851 Công suất trao đổi Cation và trao đổi Cation (CEC) trong đất https://www.zeolitemin.com/ templets/default/en/assets/img/Zeolitemin-logo228x234.jpg Xiamen ZeoliteMin Biotech Co., Ltd.