Khả năng trao đổi cation ( Cation Exchange Capacity – CEC)

Các nguyên tố hiện diện trong đất ở dạng ion hay dạng kết hợp với nguyên tố khác. Các ion dinh dưỡng có điện tích âm hoặc dương. Chúng có thể được các hạt keo đất (phần rắn) giữ lại và phóng thích từ từ cho cây sử dụng, hoặc bị rửa trôi đi.

Các ion có điện tích âm được gọi là các “anion”: NO3-. Các anion không bị các hạt keo đất hấp thu, do đó dễ dàng mất đi do nước rửa trôi.

Các ion có điện tích dương được gọi là các “cation”: H⁺, Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, K⁺, Na⁺ và NH₄⁺.

Các cation được thu hút hay hấp thụ trên bề mặt của các hạt keo đất có điện tích âm. Tổng số các cation trao đổi trong một trọng lượng đất nhất định được gọi là khả năng trao đổi cation (CEC) [ còn được gọi là khả năng trao đổi base ] và được diễn tả bằng milliequivalent/100g đất (meq/100g).

Đối với một cation nào đó, lượng miliequivalent cho 100g đất có thể được diễn tả bằng g như sau:

Như vậy, 1 meq của H⁺ = 0,001 x 1/1 = 0.001 gram hay 1 miligam

Ca⁺⁺ =0.001 x 40/2 =0.020 gram hay 20 miligram

Mg⁺⁺ = 0.001 x 24/2 = 0.012 gram hay12 miligram

CEC diễn tả tổng số các cation mà một loại đất có thể hấp thu và trao đổi ( với cây trồng). Một loạt đất giàu sét và chất hữu cơ sẽ có CEC cao, nói cách khác là “ giàu dinh dưỡng” , có độ phì tiềm năng cao (Bảng 3.3). Nguyên nhân là do các loại đất giàu sét và chất hữu cơ sẽ có nhiều hạt keo sét có diện tích bề mặt lớn, nên khả năng hấp thu các cation lớn hơn.

Bảng 3.3. Giá trị khả năng trao đổi cation của một số loại đất ( theo J.Janick,1972).

Trong số các cation, ion H⁺ được đặc biệt lưu ý vì đó là nguồn gốc gây đất chua (làm pH giảm). Ion H⁺ trong đất được tạo thành từ các nguồn sau đây:

• Sự phân giải của acid carbonic (H2CO3), được hình thành từ sự hoà tan CO2 được phóng thích bởi hoạt động của rễ cây.
• Sự phân giải của acid carbonic, được hình thành từ sự phân rã các xác bã hữu cơ (điều này giải thích đất than bùn rất giàu hữu cơ, thì độ phì cao nhưng rất chua).
• Sự tích luỹ ion H+ như là kết quả của việc sử dụng liên tục phân đạm dạng ammonium ( NH4+). Một phần của lượng ammonium không được cây hấp thụ sẽ bị oxid hoá, tạo thành nitrate (NO3-) và ion H+. Hậu quả là làm chua đất canh tác.

2 NH₄⁺ + 3O₂ → 2NO₃^- + 8H⁺