حيث :

F = قوة الجذب

D = تابت

a+ = شحنة الكاتيون

a-= شحنة الاتيون

r = المسافة بين الشحنتين

 

وأكثر الكاتيونات شيوعاً على سطح الطين هي الكالسيوم (ca++) ، المغنسيوم (Mg++) ، الصوديوم ( Na+) البوتاسيوم ( +k ) ، الأيدروجين (H+ ) ، والالومنيوم ( AL+++ ) . حيث أن كلا من الأيدروجين و الالومنيوم لا يوجدان على صورة متبادلة على سطح الطين الا في الأراضي الحامضيه .

ويمكن توضيح عملية التبادل الكاتيوني بالاستعانة بالتفاعل التالي :

 

مثال :

عند تسميد الأرض بكبريتات البوتاسيوم ( ذائبة ) يزيد تركيز كاتيون البوتاسيوم في المحلول الأرضي بسرعة ولذلك يدخل هذا الكاتيون إلى سطح الطين ويخرج بدلاً منه كاتيونات أخري من على سطح الطين إلى المحلول الأرضي . وهذا التبادل سريع جداً ويتم بطريقة مكافئه Stoichiometric حيث يتبين أن كاتيون واحد من الكالسيوم يتم أحلاله من سطح الطين بكاتيونين من البوتاسيوم أي بمعني أخر دخل على سطح الطين شحنتين موجبتين من ( 2 كاتيون + k أحادي التكافؤ) وخرج منها شحنتين موجبتين ( كاتيون(Ca++) ثنائي التكافؤ ) .

وإذا افترضنا أن البوتاسيوم سوف يحل محل كاتيون الومنيوم (AL+++ ) على سطح الطين فإنه يلزم في هذه الحالة ثلاثة كاتيونات من البوتاسيوم (3 شحنة موجبة) لتحل محل كاتيون واحد من الالومنيوم ثلاثي التكافؤ .

2- تبادل وادمصاص الانيونات Anion Exchange

يقوم بعملية تبادل وادمصاص الانيونات في الأراضي كثيراً من المواد الغروية مثل معادن الطين والاكاسيد السداسية وتتميز هذه الغرويات باحتوائها على مجاميع ايدروكسيل (oH) ظاهرة على السطح الخارجي للغروي. تتحمل بشحنات كهربائية يختلف نوعها باختلاف pH الوسط ويتضح ذلك الظاهرة في حالة اكاسيد الحديد.

 

وتنقسم مجاميع الايدروكسيل في الوسط القلوي ليتحمل الغروي بشحنة كهربائية سالبة تجذب إليها الكاتيونات . أما في الوسط الحامضي فتقوم هذه الغرويات بادمصاص أيونات الإيدروجين مما يكسبها شحنات موجبه على السطح تقوم ( الشحنات الموجبة ) يجذب الانيونات مثل (H2PO4 ) والنترات ( NO3- ) الكلوريد (CL-) وتصبح قابله للتبادل كما يلي :

 

ثانياً : الرقم الايدروجيني للأرض Soil pH

ويعرف الرقم الهيدروجيني بأنه اللوغاريتم السالب لتركيز أيون الإيدروجين معبراً عنه بالمول / لتر

[pH = - Log [ H+

تفاعل التربة مصطلح يشير إلى طبيعة التفاعلات التي تحدث في التربة أي أنها حامضية أو متعادلة أم قلوية وتختلف الترب في درجة تفاعلها باختلاف التركيب الكيمائي لها أي مادة الأصل المتكونة منها والظروف التي تكونت فيها أو تحتها .

وبصفة عامة يمكن القول أن الحالات التي يمكن أن توجد عليها الترب الزراعية من حيث درجة تفاعلها هي :

1) ترب حامضيه وهي تلك الترب التي تكون درجة التفاعل في محلولها منخفضة أي أقل من 6.5 تقريباً .

2) ترب متعادلة وهي تلك الترب التي تكون درجة التفاعل في محلولها تتراوح بين 6.5 و 7.5 تقريباً .

3) ترب قلوية وهي تلك الترب التي تكون درجة التفاعل في محلولها 7.5 تقريبا .

مصادر ايونات الهيدروجين في الأراضي :

وتتمثل مصادر أيون الهيدروجين في الأرض في الأتي :

1) حمض الكربونيك الذائب في محلول الأرض .

2) الأحماض العضوية التي تفرزها جذور النباتات والكائنات الحية الدقيقة .

3) أكسدة مركبات النتروجين العضوية إلي حمض نتريك .

4) أكسدة الامونيا من الأسمدة النتروجنية إلى حمض نيتريك .

5) التحلل المائي ( انقسام جزئ الماء ) .

ثالثاً : الاكسدة والاختزال ( ( Eh

يؤدي غمر الأرض بالماء إلى سيادة الظروف اللاهوائية نتيجة استهلاك الكائنات الدقيقة للأوكسجين الذائب في الماء الأرضي ( في تنفسها للحصول على الطاقة اللازمة للحياة ) وذلك بمعدل أسرع من انتشار أكسجين الهواء إلى داخل الأرض المغمورة ويؤدي هذا النقص في الأكسجين إلى سيادة بعض أنواع من البكتيريا التي تسبب اختزال بعض المركبات الكيميائية في الأرض مما يؤثر على صلاحية العناصر الغذائية للنبات .

عند سيادة ظروف التهوية الجيدة في الأرض ، تعمل البكتيريا على استخدام الأكسجين كمستقبل للإلكترونات خلال تنفسها .

أما عندما تسود الظروف اللاهوائية ( اختفاء الأكسجين ) فأن البكتيريا تستخدم بعض المركبات المعدنية كمستقبل للالكترونات خلال عملية التنفس ويمكن لبعض المركبات الحاملة للأكسجين مثل النترات والكبريتات وكذا بعض المركبات عالية التكافؤ ، أن تستقبل الالكترونات مما يؤدي إلى اختزالها وبالتالي إلى تغير درجة صلاحيتها .