رمز به دست آوردن محصولات خوب و تولیدات گیاهی باکیفیت، در حفظ سلامت خاک مزرعه، باغ، چمنزار و مراتع نهفته است، اما ایجاد این تعادل اغلب به نظر ما غیرممکن می‌آید. برای حفظ خاک مغذی، حاصلخیز، مرطوب و با پی‌اچ حداقل ۵ باید با فاکتورهایی که خارج از کنترل ما هستند مثل ساختار طبیعی خاک، آب‌وهوای غیرقابل پیش‌بینی و سایر شرایط محیطی دست‌وپنجه نرم کرد. همۀ خاک‌ها یکسان نیستند و تلاش برای بیش‌ازحد تغذیه کردن خاک وقتی‌که مشکل اصلی از ساختار خاک یا آرایش شیمیایی آن است فقط هدر دادن منابع است. برای حل مشکل فروشست مواد مغذی، احتباس آب یا پی‌اچ پایین، بررسی دوبارۀ ظرفیت تبادل کاتیونی راه خوبی است.
ظرفیت تبادل کاتیونی خاک چیست؟
ظرفیت تبادل یونی به کل ظرفیت خاک برای نگه‌داشتن یون‌های قابل‌تبادل و تأثیر آن بر توانایی خاک برای ذخیرۀ مواد مغذی ضروری و ایجاد مانع در برابر اسیدی شدن خاک گفته می‌شود. ظرفیت تبادل کاتیونی خاک (CEC) عبارت است از کل ظرفیت یک خاک برای کاتیون‌های قابل‌تبادل که همان یون‌های حامل بار مثبت‌اند. یون‌های اصلی مرتبط با CEC کلسیم (Ca2+)، منیزیم (Mg2+)، سدیم (Na+) و پتاسیم (K+) هستند. این کاتیون‌ها به‌شدت بازی هستند، پس اگر خاک بیش‌ازحد اسیدی شود، این کاتیون‌ها با یون‌های دیگر جایگزین می‌شوند.
CEC خاک شما با در واقع بادوتا از اجزای تشکیل‌دهنده خاک که کانی رس و مواد آلی هستند به دست می‌آید. این دو ذر سطح خود بارهای منفی دارند که با نیروی الکتریسیته ساکن (الکترواستاتیک) یون‌های با بار مثبت را به سمت خود جذب می‌کنند. بسیاری از کاتیون‌ها مواد مغذی ضروری برای بسیاری از گیاهان هستند، پس خاک‌هایی با رس و مواد آلی زیاد که می‌توانند مقادیر زیادی از یون‌های مثبت را جذب کنند معمولاً حاصلخیز‌ترند.
ظرفیت تبادل آنیونی (AEC) ظرفیت خاک برای جذب یا رهاسازی آنیون‌ها، تحت شرایط نرمال خاک است. آنیون‌ها یون‌های با بار منفی هستند که با پی‌اچ پایین و غلظت نمک بالا در خاک افزایش می‌یابند. AEC به اندازۀ تبادل کاتیونی موردمطالعه و یا تأکید واقع نشده اما به‌هرحال بر توانایی خاک برای به اندازۀ لازم مغذی ماندن تأثیر دارد.
تأثیر ظرفیت تبادل یونی خاک بر کیفیت گیاهان و میزان تولید چیست؟
CEC به شدت بر عوامل مهمی مثل پایداری ساختار خاک، پی‌اچ آن و واکنشش به کودها و سایر بهبود‌دهنده‌ها تأثیر دارد. CEC پایین با بالا بردن آسیب‌پذیری خاک در برابر چیزهایی مثل کود نیتروژن و لیچینگ نیترات، سرعت بدتر شدن پی‌اچ خاک را بالا میبرد. خاک‌هایی که CEC پایینی دارند اغلب دچار کمبود مواد مغذی مهمی مثل پتاسیم و منیزیم می‌شوند. این مواد نمی‌توانند به مکان (سایت) های دارای بار منفی متصل شوند و پروسه‌ای که انتظار داریم برایشان در خاک اتفاق بیفتد انجام نمی‌شود. خاک‌هایی که سطح CEC بالاتری دارند در مقابل این لیچینگ مضر مقاومت می‌کنند و مواد مغذی ضروری را حفظ کرده و ظرفیت ذخیرۀ آب بالاتری دارند.
این موضوع که خاک آنیون‌هایی مثل نیترات و یا سولفات را در مقادیر قابل‌توجه در خود نگه نمی‌دارد، فسفات را به مهم‌ترین آنیون خاک تبدیل می‌کند. اهمیت تبادل آنیونی، در پروسۀ رهاسازی مقادیر ثابت فسفاتی که در خاک در دسترس گیاهان قرار می‌گیرد است. این پروسه از طریق جانشینی کانی‌های رسی _یون‌های OH_ انجام می‌شود.
کشاورزان چگونه می‌توانند ظرفیت تبادل کاتیونی خاکشان را مدیریت کنند؟
چون CEC به شدت به ساختار و ترکیبات طبیعی خاک وابسته است و به دلیل پیچیدگی سیستم بیولوژیکی خاک‌ها، تغییر عمده در ظرفیت تبادل یونی مشکل است. برای مثال ماسۀ خالص CEC نسبتاً کمی دارد. درحالی‌که ساختارهای رسی عمدتاً سطوح بالاتری از CEC دارند. اگر سطح CEC خاک شما کمتر از مقدار بهینه است، هنوز هم می‌توانید بازدهی محصول و میزان بهره‌وری و کیفیت گیاهان را ارتقا دهید.
بدیهی‌ترین راه‌حل برای خاک‌هایی با CEC پایین، افزایش مواد آلی در ترکیب آن‌هاست. مادۀ آلی سطح CEC، مواد مغذی و میزان نگهداشت آب و مقاومت خاک در برابر نوسان یا کاهش سطح پی‌اچ را افزایش می‌دهد. شما می‌توانید با ارزیابی بافت و رنگ خاک میزان CEC آن را تخمین بزنید، اما برای شناخت گسترده‌تر، باید یک نمونه از خاکتان را به آزمایشگاه بفرستید. آزمایشگاه‌ها با استفاده از یکی از این دو روش خاک را آزمایش می‌کنند: روش مستقیم و یا روش جمع‌زنی. در روش مستقیم مخلوط کاتیون‌های مکان‌های تبادلی با فقط یک کاتیون مثلاً آمونیوم (NH4+) جایگزین می‌شوند. سپس آمونیوم قابل‌تبادل هم با یک کاتیون دیگر جایگزین می‌شود و مقدار آمونیوم تبادل شده اندازه‌گیری می‌شود. در روش جمع‌زنی که رایج‌تر است، کلسیم، منیزیم و پتاسیم خاک با هم جمع شده و هیدروژن قابل‌تبادل به‌دست‌آمده از PH بافر تخمین زده می‌شود. مقادیر CEC به‌دست‌آمده از این روش معمولاً از مقادیر به‌دست‌آمده از روش مستقیم کمترند.
