ความสามารถในการแลกเปลี่ยน Cation- ความสามารถที่แข็งแกร่งของ Zeolite

ซีโอไลต์ธรรมชาติกับซีโอไลต์สังเคราะห์ ถูกสร้างขึ้นโดยการทำงานของตัวดูดซับและการแลกเปลี่ยนไอออนบวกของกรอบงานอะลูมิโนซิลิเกต ซีโอไลต์ clinoptilolite ถูกทำให้เป็นผงเม็ด

การแลกเปลี่ยนประจุบวกและความสามารถในการแลกเปลี่ยนประจุบวก

  • ความสามารถในการแลกเปลี่ยน Cation และ Cation Exchange คืออะไร?
  • ความสำคัญของ CEC และ BS
  • เปอร์เซ็นต์ความอิ่มตัวของฐาน
  • CEC และลักษณะการเจริญพันธุ์ของดินในประเทศ
  • CEC เปลี่ยนแปลงอย่างไรกับ pH ของดิน
  • ค่า CEC ทั่วไปในดิน
  • การคำนวณความสามารถในการแลกเปลี่ยนประจุบวกจากการทดสอบดินเป็นประจำ
  • แหล่งข้อมูลเพิ่มเติมและผู้ตรวจสอบ

ความสามารถในการแลกเปลี่ยน Cation และ Cation Exchange คืออะไร?

แร่ธาตุจากดินเหนียวและอินทรียวัตถุมีแนวโน้มที่จะมีประจุลบ จึงดึงดูดไอออนที่มีประจุบวก (ไพเพอร์) บนพื้นผิวของพวกมันด้วยแรงไฟฟ้าสถิต เป็นผลให้ไพเพอร์ยังคงอยู่ในโซนรากของดินและไม่สามารถหายไปได้ง่ายจากการชะล้าง ไอออนบวกที่ดูดซับอาจแลกเปลี่ยนกับไอออนบวกอื่น ๆ ในสารละลายของดินได้อย่างง่ายดาย ดังนั้นคำว่า "การแลกเปลี่ยนไอออนบวก" ไอออนบวกที่ดูดซับจะเติมไอออนในสารละลายของดินเมื่อความเข้มข้นลดลงเนื่องจากการดูดซึมโดยรากพืช

ความสามารถในการแลกเปลี่ยนประจุบวก (CEC) คือการวัดประจุลบทั้งหมดภายในดินที่ดูดซับไอออนบวกธาตุอาหารพืช เช่น แคลเซียม (Ca2+) แมกนีเซียม (Mg2+) และโพแทสเซียม (K+) ดังนั้น CEC จึงเป็นคุณสมบัติของดินที่อธิบายความสามารถในการจัดหาธาตุอาหารเป็นไอออนบวกให้กับสารละลายในดินเพื่อการดูดซึมของพืช รูปที่ 1 แสดงไอออนบวกที่สะสมอยู่บนแร่ดินเหนียวที่สามารถแลกเปลี่ยนกับแร่ธาตุในดินได้ รากพืชสามารถดึงธาตุอาหารออกจากสารละลายในดิน ซึ่งส่งผลให้สารอาหารเคลื่อนออกจากอนุภาคดินเหนียว การใส่ปุ๋ยในดินจะทำให้ความเข้มข้นของธาตุอาหารในสารละลายในดินเพิ่มขึ้นในช่วงเริ่มต้น ซึ่งส่งผลให้สารอาหารเคลื่อนเข้าหาอนุภาคดินเหนียว

พืชที่ใช้ธาตุอาหารบวกในปริมาณมากที่สุด ได้แก่ โพแทสเซียม (K+), แคลเซียม (Ca2+) และแมกนีเซียม (Mg2+) ไอออนบวกอื่นๆ ที่ดูดซับบนไซต์แลกเปลี่ยน ได้แก่ แอมโมเนียม (NH4+), โซเดียม (Na+), ไฮโดรเจน (H+), อะลูมิเนียม (Al3+), เหล็ก (Fe2+ หรือ Fe3+), แมงกานีส (Mn2+), ทองแดง (Cu2+) และสังกะสี (Zn2+) ไอออนบวกของธาตุอาหารรอง เช่น สังกะสี ทองแดง เหล็ก และแมงกานีส มักมีอยู่ที่ความเข้มข้นต่ำมากในดิน ความเข้มข้นของแอมโมเนียมมักต่ำมากเช่นกันเนื่องจากจุลินทรีย์เปลี่ยนแอมโมเนียมเป็นไนเตรตในกระบวนการที่เรียกว่าไนตริฟิเคชั่น

CEC เปลี่ยนแปลงอย่างไรกับ pH ของดิน

ภาพที่ 1 แผนผังแสดงการแลกเปลี่ยนไอออนบวกระหว่างพื้นผิวดินกับสารละลายของดิน และการเคลื่อนที่ของไอออนบวกเหล่านี้จากสารละลายในดินไปยังราก (ไรโซสเฟียร์) เพื่อการดูดซึม
CEC ของอินทรียวัตถุในดินและแร่ธาตุดินเหนียวบางชนิดแตกต่างกันไปตาม pH โดยทั่วไป CEC จะต่ำที่สุดที่ pH ของดิน 3.5 ถึง 4.0 และเพิ่มขึ้นเมื่อ pH เพิ่มขึ้นโดยการใส่ปูนในดินที่เป็นกรด ดังแสดงในรูปที่ 2 เนื่องจาก CEC อาจแตกต่างกันอย่างมากกับ pH ของดิน การวัดค่าของดินจึงเป็นเรื่องปกติ CEC ที่ pH 7.0 นอกจากนี้ โปรดทราบด้วยว่าอาจมีประจุบวกเกิดขึ้นบนพื้นผิวแร่ธาตุในดินที่ pH ต่ำ ประจุบวกเหล่านี้จะกักเก็บแอนไอออน (ไอออนที่มีประจุลบ) เช่น คลอไรด์ (Cl-) และซัลเฟต (SO42-)

soil CEC
ภาพที่ 1 แผนผังแสดงการแลกเปลี่ยนไอออนบวกระหว่างพื้นผิวดินกับสารละลายของดิน และการเคลื่อนที่ของไอออนบวกเหล่านี้จากสารละลายในดินไปยังราก (ไรโซสเฟียร์) เพื่อการดูดซึม
soil CEC
รูปที่ 2 อิทธิพลของ pH ต่อประจุที่พื้นผิวของดินและส่วนประกอบ

 

การคำนวณความสามารถในการแลกเปลี่ยนประจุบวกจากการทดสอบดินเป็นประจำ

ค่า CEC ที่รวมอยู่ในรายงานห้องปฏิบัติการทดสอบดินทั่วไป คำนวณโดยการบวกความเข้มข้น (แสดงเป็นมิลลิควิวาเลนต์ของประจุต่อ 100 กรัมของดิน) ของโพแทสเซียม แมกนีเซียม แคลเซียม โซเดียม และไฮโดรเจน ซึ่งสกัดจากดินโดยใช้วิธีการสกัดที่เหมาะสม . ห้องปฏิบัติการทดสอบดินในประเทศของมหาวิทยาลัยใช้ขั้นตอน Mehlich I โดยอิงจากสารละลายการสกัดกรดคู่ (0.05 N HCl + 0.025 N H2SO4) วิธีนี้เหมาะสำหรับดินที่มีความเป็นกรดต่ำ CEC ซึ่งพบได้ทั่วไป CEC ของดินที่มีดินเหนียวหรืออินทรียวัตถุจำนวนมาก หรือที่เป็นด่าง ไม่สามารถวิเคราะห์ได้อย่างน่าพอใจโดยใช้สารสกัด Mehlich I ควรใช้วิธีการสกัดดินแบบอื่นกับดินประเภทนี้

 

 

ค่า CEC ทั่วไปในดิน

ในรายงานดินส่วนใหญ่ CEC จะแสดงเป็นมิลลิควิวาเลนต์ (meq) ของประจุ (จำนวนประจุ) ต่อดิน 100 กรัม (meq/100 g หรือ cmol/kg เมื่อใช้หน่วยวิทยาศาสตร์ระหว่างประเทศ) มีการใช้จำนวนมิลลิอีควิวาเลนต์แทนน้ำหนัก (ปอนด์ กรัม ฯลฯ) ของไอออนบวกที่ดูดซับ เนื่องจาก CEC แสดงถึงจำนวนประจุทั้งหมด ซึ่งเป็นมาตรฐานที่ดีกว่าในการเปรียบเทียบดินที่แตกต่างกัน เนื่องจากไอออนบวกแต่ละชนิดมีน้ำหนักและดินต่างกัน แตกต่างกันไปตามสัดส่วนของชนิดไอออนบวกที่แตกต่างกัน

ตารางที่ 1 แสดงความสามารถในการแลกเปลี่ยนไอออนบวกทั่วไปของแร่ธาตุดินเหนียวและดินที่มีพื้นผิวต่างๆ เนื่องจากดินเป็นส่วนผสมของขนาดอนุภาคต่างๆ (ทราย ตะกอน และดินเหนียว) แร่ดินเหนียวและอินทรียวัตถุในสัดส่วนต่างๆ ส่วนประกอบหลักและค่า pH ของดินเป็นตัวกำหนด CEC ของดิน

ตารางที่ 1 ความสามารถในการแลกเปลี่ยนประจุบวกที่ pH 7.0 ของดินประเภทต่างๆ พื้นผิว และอินทรียวัตถุในดิน
ส่วนประกอบของดินและดินCEC (meq/100 กรัม)
ประเภทดินเหนียว 
ดินขาว3-15
อิลไลต์15-40
Montmorillonite80-100
เนื้อดิน 
ทราย1-5
ดินร่วนปนทรายละเอียด5-10
ดินร่วน5-15
ดินเหนียว15-30
ดินเหนียว>30
อินทรียฺวัตถุ200-400

CEC และลักษณะการเจริญพันธุ์ของดินจีน

เพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติ ดินจะถูกจัดกลุ่มเป็นสี่ประเภทหลัก: (1) ที่ราบชายฝั่ง (2) Piedmont (3) ภูเขาและหุบเขาหินปูน และ (4) ดินจากภูมิประเทศ สนามกอล์ฟ เรือนกระจก และแปลงดอกไม้ หมวดหมู่เหล่านี้ทำให้การประเมินภาวะเจริญพันธุ์ง่ายขึ้น แผนภูมิด้านล่างอธิบาย CEC และลักษณะความอุดมสมบูรณ์ทั่วไปของดินแต่ละกลุ่ม

กลุ่มดินCEC และลักษณะความอุดมสมบูรณ์ของดิน
ที่ราบชายฝั่ง (รวมถึงแอตแลนติกแฟลตวูดส์และแซนด์ฮิลส์)ดินมีพื้นผิวเป็นทรายและมีค่า CEC 6 meq/100 g หรือน้อยกว่า ดินในสภาพดั้งเดิมอาจเป็นกรดและมีบุตรยาก ดินจะแตกต่างกันไปตามปริมาณดินเหนียว ลักษณะการระบายน้ำ และสี ดินจะแตกต่างกันไปในด้านผลผลิต ความสะดวกในการจัดการ และการปรับตัวให้เข้ากับการผลิตพืชแถว ประเภทของดินทั่วไป ได้แก่ นอร์ฟอล์ก เลคแลนด์ ลินช์เบิร์ก และทิฟตัน
ดินพีดมอนต์ดินส่วนใหญ่เป็นที่ราบสูง มีการระบายน้ำได้ดี มี CEC 6 ถึง 12 meq/100 g. ดินในสภาพพื้นเมืองเป็นกรดและมีฟอสฟอรัสต่ำ แต่มีโพแทสเซียมสูงกว่าดินที่ราบชายฝั่ง ดินชุดใหญ่ ได้แก่ เซซิล เมดิสัน และเดวิสัน
ดินภูเขาและหุบเขาหินปูนดินอาจมีพื้นทรายเป็นสีเทาและมีดินเหนียวสีแดงหรือเนื้อดินเหนียว บริเวณลุ่มน้ำและพื้นแม่น้ำมีสีเทาถึงน้ำตาลอ่อน มีดินร่วนปนทรายสีเหลืองถึงแดงเข้ม ดินมีสภาพเป็นกรดและมีความอุดมสมบูรณ์ต่ำ ค่า CEC เฉลี่ยของดินเหล่านี้คือ 9 meq/100 g. ประเภทของดินที่สำคัญ ได้แก่ Porters, Hayesville, Talladega, Fannin, Congaree, Clarkesville, Fullerton, Dewey และ Decatur
ดินจากภูมิประเทศและสนามกอล์ฟดินเหล่านี้มักได้รับการบำรุงรักษาแตกต่างจากดินปลูกพืชและมักจะประกอบขึ้นและบำรุงรักษาแบบเทียม หลายคนมีภาวะเจริญพันธุ์ไม่แน่นอนและไม่สามารถจัดอยู่ในประเภทใดประเภทหนึ่งจากสามประเภทที่ระบุไว้ข้างต้นได้อย่างง่ายดาย

เปอร์เซ็นต์ความอิ่มตัวของฐาน

เปอร์เซ็นต์ความอิ่มตัวของสีพื้นฐาน (BS) คือเปอร์เซ็นต์ของ CEC ที่ครอบครองโดยไพเพอร์พื้นฐาน Ca2+, Mg2+ และ K+ ไอออนบวกพื้นฐานแตกต่างจากไอออนบวกที่เป็นกรด H+ และ Al3+ ที่ pH ของดินโดยประมาณ 5.4 หรือน้อยกว่านั้น Al3+ จะมีความเข้มข้นสูงอย่างมีนัยสำคัญซึ่งขัดขวางการเจริญเติบโตของพืชส่วนใหญ่ และยิ่ง pH ของดินต่ำเท่าใด ปริมาณของ Al3+ ที่เป็นพิษก็จะยิ่งมากขึ้น ดังนั้น ดินที่มีเปอร์เซ็นต์ความอิ่มตัวของเบสสูงโดยทั่วไปจะมีความอุดมสมบูรณ์มากกว่าเนื่องจาก:

พวกมันมีไอออนบวกของกรด Al3+ เพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลยซึ่งเป็นพิษต่อการเจริญเติบโตของพืช
ดินที่มีความอิ่มตัวของเบสเป็นเปอร์เซ็นต์สูงจะมีค่า pH สูงกว่า ดังนั้นจึงมีบัฟเฟอร์มากกว่ากับไอออนบวกจากรากพืชและกระบวนการดินที่ทำให้ดินเป็นกรด (ไนตริฟิเคชั่น ฝนกรด ฯลฯ)
ประกอบด้วยธาตุอาหารพืชที่สำคัญคือ K+, Ca2+ และ Mg2+ สำหรับพืช
เปอร์เซ็นต์ความอิ่มตัวของฐานจะแสดงดังนี้:

%BS = [(Ca .)2+ + มก2+ + K+)/CEC] × 100

ขึ้นอยู่กับค่า pH ของดิน ความอิ่มตัวของเบสในดินอาจเป็นเศษเสี้ยวของ CEC หรือประมาณเท่ากับ CEC โดยทั่วไป ถ้า pH ของดินต่ำกว่า 7 ความอิ่มตัวของเบสจะน้อยกว่า CEC ที่ pH 7 หรือสูงกว่า แร่ดินเหนียวในดินและพื้นผิวอินทรียวัตถุถูกครอบครองโดยไอออนบวกพื้นฐาน ดังนั้น ความอิ่มตัวของเบสจึงเท่ากับ CEC รูปที่ 2 แสดงจำนวนสัมพัทธ์ของไอออนบวกที่สะสมอยู่บนผิวดินที่ระดับ pH ของดินต่างๆ

ความสำคัญของ CEC และ BS

CEC ของดินมีผลต่อการปฏิสนธิและการใส่ปูน ตัวอย่างเช่น ดินที่มี CEC สูงจะมีสารอาหารมากกว่าดิน CEC ต่ำ ด้วยการใส่ปุ๋ยปริมาณมากในครั้งเดียวกับดินทรายที่มี CEC ต่ำ การสูญเสียธาตุอาหารมักจะเกิดขึ้นจากการชะล้าง ในทางตรงกันข้าม สารอาหารเหล่านี้มีความอ่อนไหวต่อการสูญเสียในดินเหนียวน้อยกว่ามาก

การผลิตพืชผลจะปล่อยความเป็นกรดออกสู่ดิน pH ของดินจะลดลงมากขึ้นเนื่องจากการผลิตพืชผลในดิน CEC ต่ำ ดินที่มี CEC สูงมักจะถูกบัฟเฟอร์อย่างดีเพื่อให้ pH เปลี่ยนแปลงน้อยลงจากการผลิตพืชผล ดังนั้นดินทรายที่มีค่า CEC ต่ำจึงต้องมีการใส่ปูนขาวบ่อยกว่าแต่ในอัตราการใช้งานที่ต่ำกว่าดินเหนียว อัตราปูนขาวที่สูงขึ้นเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้ได้ค่า pH ที่เหมาะสมที่สุดบนดิน CEC สูง เนื่องจากมีไอออนบวกที่เป็นกรดในปริมาณที่มากขึ้นที่ pH ที่กำหนด

ซีโอไลต์มีความหนาแน่นและมีรูพรุนที่ดีกว่าด้วย a ตะแกรงโมเลกุล โครงสร้าง. คุณสมบัติทางธรรมชาติอันเป็นเอกลักษณ์ทำหน้าที่เป็นฟองน้ำแร่ที่มีประสิทธิภาพ ดูดซับ น้ำมากขึ้น ดึงและรวบรวมโดย เม็ดซีโอไลต์เมื่อผสมลงในดินแล้วจะสร้างพื้นที่สำหรับเติมอากาศให้พืชผล 

แหล่งข้อมูลเพิ่มเติม

ส่งคำถามของคุณวันนี้

ประโยชน์ของ UZ-MIN Clinoptilolite Zeolite Granular