Soil colloids: Inorganic and organic, Properties of soil colloids and Ion exchange in soils

Soil colloids: Inorganic and organic, Properties of soil colloids and Ion exchange in soils (मृदा कोलोइड्स: अकार्बनिक और कार्बनिक, मृदा कोलोइड्स के गुण और मृदा में आयन विनिमय):-

Soil colloids (मृदा कोलोइड):- Soil colloids are the most active constituent of the soil and it determine the physical and chemical properties of the soil. They are very small particles which are one-thousandth of a millimetre (0.0001 mm) small. Like other soil particles, some colloids are minerals, whereas others are organic. Mineral colloids are usually refine clay particles. Under a microscope, they display thin, plate-like bodies. When these particles are well mixed in water, they remain suspended indefinitely, turning the water murky. Organic colloids are tiny bits of organic matter that are resistant to decay.

[मृदा कोलोइड्स मृदा का सबसे सक्रिय घटक है और यह मृदा के भौतिक और रासायनिक गुणों को निर्धारित करता है। ये बहुत छोटे कण होते हैं जो एक मिलीमीटर का एक हजारवां हिस्सा (0.0001 मिमी) छोटे होते हैं। अन्य मृदा कणों की तरह, कुछ कोलोइड खनिज होते हैं, जबकि अन्य जैविक होते हैं। खनिज कोलोइड्स आमतौर पर मृदा कणों को परिष्कृत करते हैं। सूक्ष्मदर्शी के नीचे, वे पतले, प्लेट जैसा काय प्रदर्शित करते हैं। जब ये कण जल में अच्छी तरह मिश्रित हो जाते हैं, तो वे अनिश्चित काल तक निलंबित रहते हैं, जिससे जल गंदा हो जाता है। जैविक कोलोइड्स जैविक पदार्थ के छोटे टुकड़े होते हैं जो क्षय के प्रति रोधी होते हैं।]

Types of Soil Colloids:-

i. Crystalline silicate clays (क्रिस्टलीय सिलिकेट चिकनी):- Phylosilicates → tetrahedral and octahedral crystal sheets.

[फाइलोसिलिकेट्स → टेट्राहेड्रल और ऑक्टाहेड्रल क्रिस्टलीय शीट।]

ii. Non-crystalline silicate clays (अक्रिस्टलीय सिलिकेट चिकनी):- Dominantly amorphous clays (allophane and imogolite).

[प्रमुख रूप से अरूपीय मृदा (एलोफेन और इमोगोलाइट)।]

iii. Iron and aluminium oxides (आयरन और एल्यूमीनियम ऑक्साइड):- Dominantly gibbsite (Al-oxide) and goethite (Fe-oxide).

[प्रभावी रूप से गिब्साइट (Al-ऑक्साइड) और जिओथाइट (Fe-ऑक्साइड)।]

iv. Organic (humus) colloids (जैविक (ह्यूमस) कोलोइड्स):- Non-crystalline colloids dominated by long C-chain molecules.

[गैर-क्रिस्टलीय कोलोइड्स लंबी कार्बन-श्रृंखला अणुओं पर प्रभावी होते हैं।]

Properties of Soil Colloids (मृदा कोलोइड्स के गुण):-

i. Colloidal particles are always in motion because of charge particles.

(आवेश कणों के कारण कोलाइडल कण सदैव गति में रहते हैं।)

ii. Colloidal particles are transformed from a liquid into a soft semisolid or solid mass by adding an opposite charged ion.

(कोलाइडल कण एक विपरीत आवेशित आयन को जोड़कर तरल से नरम अर्धठोस या ठोस द्रव्यमान में बदल जाते हैं।)

iii. Colloidal particles have ability to absorbed gases, liquid and solid from their suspension.

(कोलाइडल कणों में अपने निलंबन से गैसों, तरल और ठोस को अवशोषित करने की क्षमता होती है।)

iv. Colloidal particles never pass through a semipermeable membrane.

(कोलाइडल कण कभी भी अर्धपारगम्य झिल्ली से नहीं गुजरते हैं।)

v. Colloidal particles have the properties of cohesion and adhesion.

(कोलॉइडी कणों में संसजन एवं आसंजन के गुण होते हैं।)

Significance of Soil Colloids (मृदा कोलाइड्स का महत्व):-

> Soil colloids are important because their surfaces attract soil nutrients dissolved in soil, water as positively charged mineral ions, or cations. Some cations are needed for plant growth, including calcium (Ca++), Magnesium (Mg ++), Potassium (K+), and sodium (Na+). They need to be dissolved in a soil-water solution to be available to plants when they are in close contact with root membranes.

[मृदा कोलाइड महत्वपूर्ण होते हैं क्योंकि उनकी सतहें मृदा में घुले पोषक तत्वों, जल को धनात्मक आवेशित खनिज आयनों या धनायनों के रूप में आकर्षित करती हैं। पादप वृद्धि के लिए कुछ धनायनों की आवश्यकता होती है, जिनमें कैल्शियम (Ca++), मैग्नीशियम (Mg++), पोटेशियम (K+), और सोडियम (Na+) शामिल होते हैं। जब वे जड़ झिल्लियों के निकट संपर्क में हों तो पौधों को उपलब्ध होने के लिए उन्हें मृदा-जल विलयन में घोलने की आवश्यकता होती है।]

> The fertility of the soil-water solution for plants is based on the capability of the soil to hold and exchange cations; this is referred to as the cation-exchange capacity. Without soil colloids, most vital nutrients would be leached out the soil by percolating water and carried away in streams.

(पौधों के लिए मृदा-जल विलयन की उर्वरता मृदा की धनायन धारण करने और विनिमय करने की क्षमता पर आधारित होती है, इसे धनायन-विनिमय क्षमता के रूप में जाना जाता है। मृदा कोलोइड के बिना, अधिकांश महत्वपूर्ण पोषक तत्व जल के माध्यम से मृदा से बाहर निकल जाते हैं और धाराओं में बह जाते हैं।)

> The relative amount of bases held by a soil determines the base status of the soil. A high base status means that the soil holds an abundant supply of base cations necessary for plant growth. If soil colloids hold a small supply of bases, the soil is of low base status and is, therefore, less fertile. Humus colloids have high soil fertility.

(मिट्टी द्वारा धारित क्षारों की सापेक्ष मात्रा मृदा की क्षार स्थिति निर्धारित करती है। उच्च क्षार स्थिति का मतलब है कि मृदा में पादप वृद्धि के लिए आवश्यक क्षार धनायनों की प्रचुर आपूर्ति। यदि मृदा कोलाइड्स में क्षारों की थोड़ी आपूर्ति होती है, तो मृदा निम्न क्षार स्थिति की होती है और इसलिए, कम उपजाऊ होती है। ह्यूमस कोलाइड्स में मृदा उर्वरता अधिक होती है।)

> Acid ions have the ability to replace the nutrient bases sticking to the surfaces of the soil colloids. As the acid ions force out the bases and build up, the bases are released into the soil solution. The bases are then gradually washed downward below, rooting level, weakening soil fertility. When this happens, the soil acidity is increased. Aluminium ions (Al+++), which are not plant nutrients, also have the capability to display base cations, reducing base status and soil fertility.

[अम्ल आयनों में मृदा कोलाइड्स की सतहों पर चिपके पोषक तत्वों को प्रतिस्थापित करने की क्षमता होती है। जैसे ही अम्ल आयन क्षारों को बाहर निकालते हैं और निर्माण करते हैं, क्षार मृदा विलयन में छोड़ दिए जाते हैं। फिर क्षारों को धीरे-धीरे नीचे की ओर जड़ स्तर तक धोया जाता है, जिससे मृदा उर्वरता कमजोर हो जाती है। जब ऐसा होता है, तो मृदा की अम्लता बढ़ जाती है। एल्युमीनियम आयन (Al+++), जो पादप पोषक तत्व नहीं हैं, उनमें भी क्षार धनायन प्रदर्शित करने की क्षमता होती है, जिससे क्षार स्थिति और मृदा उर्वरता कम हो जाती है।]

Ion exchange in soils (मृदा में आयन विनिमय):-

Importance of ion exchange (आयन विनिमय का महत्व):-

i. Retention and liberation of plant nutrients.

(पादप पोषक तत्वों को बनाए रखना और मुक्त करना।)

ii. Control soil structure. 

(मृदा संरचना को नियंत्रित करना)

iii. Control process of soil formation. 

(मृदा निर्माण की नियंत्रण प्रक्रिया।)

iv. Reclamation of acid and alkali soils. 

(अम्लीय और क्षारीय मृदाओं का सुधार।)

v. Influence the effect of fertilizer and fertilizer practices.

(उर्वरक और उर्वरक विधिओं के प्रभाव को प्रभावित करें।)

Cation and anion exchange phenomenon (धनायन और ऋणायन विनिमय घटना):-

1. Cation exchange (धनायन विनिमय)

2. Anion exchange (ऋणायन विनिमय)

1. Cation exchange (धनायन विनिमय):- 

> Exchange of cations between the soil solution and soil colloids.

(मृदा विलयन और मृदा कोलोइड्स के बीच धनायनों का आदान-प्रदान।)

> CE is one of the most common and important of soil reaction.

(CE मृदा की सबसे आम और महत्वपूर्ण प्रतिक्रियाओं में से एक है।)

> Example - In High pH soil, Ca is replaced the Na.

(उदाहरण - उच्च pH वाली मृदा में Na का स्थान Ca ले लेता है।)

Na (Clay)   +   CaSo4 → Ca (Clay)   +   NaSo4

Cation Exchange Capacity धनायन विनिमय क्षमता (CEC):-

- Capacity of soil to exchange the cations between the soil colloids and soil solution. 

(मृदा कोलोइड्स और मृदा के बीच धनायनों का आदान-प्रदान करने की मृदा की क्षमता।)

- It indicates the sum of net negative charge on soil colloids. 

(यह मृदा कोलोइड्स पर कुल ऋण आवेश का योग दर्शाता है।)

- The sum of cations adsorb by the soil colloids termed as CEC. 

(मृदा कोलोइड्स द्वारा अधिशोषित धनायनों का योग CEC कहलाता है।)

- It is expressed as me/100 g soil and later it was expressed as CEC (C mol (p+) / kg).

[इसे me/100 ग्राम मृदा के रूप में अभिव्यक्त किया जाता है और बाद में इसे CEC (C मोल (p+) / किग्रा) के रूप में अभिव्यक्त किया जाता है।]

- Clay has a CEC of 1 (1 me/100 g), capable of exchanging 1 mg of H+ ions its equivalent to every 100 grams. 

[चिकनी का CEC 1 (1 me/100 ग्राम) होता है, जो प्रत्येक 100 ग्राम के बराबर 1 मिलीग्राम H+ आयनों का आदान-प्रदान करने में सक्षम होता है।]

- In certain clay 100 g of soil exchange 250 mg Ca, the CEC of clay is 12.5 me /100g.

(कुछ निश्चित चिकनी में 100 ग्राम मृदा में 250 मिलीग्राम Ca विनिमय होता है, मृदा का CEC 12.5 me /100 ग्राम होता है।)

 

Factors affecting CEC (CEC को प्रभावित करने वाले कारक):- 

i. Soil texture (मृदा बनावट):- Fine textured soil has more CEC than coarse textured soil.

(महीन बनावट वाली मृदा में मोटी बनावट वाली मृदा की तुलना में अधिक CEC होती है।)

ii. Soil organic matter content (मृदा जैविक पदार्थ सामग्री):- Soils with more amount of OM has Higher CEC.

(अधिक मात्रा में OM वाली मृदा में CEC अधिक होता है।)

iii. Amount and kind of clay (चिकनी की मात्रा एवं प्रकार):- Soils with more clay has higher CEC, 2:1 type clay has more CEC than 1:1 type of clay.

(अधिक चिकनी वाली मृदा में CEC अधिक होता है, 2:1 प्रकार की चिकनी में 1:1 प्रकार की चिकनी की तुलना में अधिक CEC होता है।)

iv. Soil reaction (मृदा अभिक्रिया):- CEC increase with increase in soil pH.

(मृदा pH में वृद्धि के साथ CEC में वृद्धि hoti है।)

Importance of CEC in plant nutrition (पादप पोषण में CEC का महत्व):-

- CEC is an important reaction in soil fertility in correcting soil acidity, basicity. 

(CEC मृदा उर्वरता में मृदा अम्लता, क्षारीयता को ठीक करने में एक महत्वपूर्ण अभिक्रिया है।)

- Nature and amount of exchangeable bases in soil have important bearing on its physical, chemical and biological properties. 

(मिट्टी में विनिमय क्षारों की प्रकृति और मात्रा का इसके भौतिक, रासायनिक और जैविक गुणों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।)

- In normal fertile soils the total exchangeable cations (Ca, Mg, K & Na) about 80-90% of the total CEC. 

(सामान्य उपजाऊ मृदा में कुल विनिमय धनायन (Ca, Mg, K & Na) कुल CEC का लगभग 80-90% होता है।)

- Among the cations Ca is the dominant cation. 

(धनायनों में Ca प्रमुख धनायन होता है।)

- pH of these soils varies from 6.5 to 7.5 which is most conductive for the availability of plant nutrients.

(इन मृदाओं का pH 6.5 से 7.5 के बीच होता है जो पौधों के पोषक तत्वों की उपलब्धता के लिए सबसे अधिक चालकीय होती है।)

- If clay is saturated with H+ cations and forms H-Clay complex and it is called base unsaturated soil – Less fertile. 

(यदि चिकनी H+ धनायनों से संतृप्त होती है और H-चिकनी जटिल बनाती है और इसे क्षार असंतृप्त मिट्टी कहा जाता है - कम उपजाऊ।)

- If clay is saturated with Na+ cations and forms Na-Clay complex it gives rise to alkaline soil– Less fertile.

(यदि चिकनी Na+ धनायनों से संतृप्त होती है और Na-चिकनी जटिल बनाती है तो यह क्षारीय मृदा को जन्म देती है- कम उपजाऊ।)

2. Anion exchange (ऋणायन विनिमय):-

> Capacity of soil to adsorb or release anions under normal soil condition.

(सामान्य मृदा स्थिति में ऋणायनों को अधिशोषित करने या छोड़ने की मृदा की क्षमता।)

> Exchangeable anions (H2PO4 -), (HPO4 -), (Cl-), (SO4 2-), (NO3 -) and (MoO4 -).

[विनिमय ऋणायन (H2PO4-), (HPO4-), (Cl-), (SO4 2-), (NO3-) और (MoO4-)।]

> Similar to CEC Anion Exchange Capacity will be occur.

[CEC के समान ही ऋणायन विनिमय क्षमता (AEC) होती है।]

Factors affecting AEC (AEC को प्रभावित करने वाले कारक):-

i. Soil reaction (मृदा अभिक्रिया):- AEC increase with decrease in soil pH.

(मृदा pH में कमी के साथ AEC में वृद्धि होती है।)

ii. Valence of ions (आयनों की संयोजकता):- AEC Increase with increase in valence of anions and decease with increase in valence of cations.

(ऋणायनों की संयोजकता में वृद्धि के साथ AEC में वृद्धि और धनायनों की संयोजकता में वृद्धि के साथ AEC में गिरावट आती है।)

iii. Type and amount clay (चिकनी का प्रकार और मात्रा):- AEC high in 1:1 type of clay and kaolinite has higher AEC than montmorillonite clay.

(AEC में 1:1 प्रकार की चिकनी अधिक होती है और काओलिनाइट में मॉन्टमोरिलोनाइट चिकनी की तुलना में अधिक AEC होता है।)

iv. Salt concentration (लवण सांद्रता):- AEC decrease with increase in concentration of salts.

(लवण की सांद्रता में वृद्धि के साथ AEC में गिरावट आती है।)

 (NO3 -) < (Cl-) < (SO4 2-) < (H2PO4 -)

Importance of AEC in plant nutrition (पौधों के पोषण में AEC का महत्व):- 

- AEC significance with PO4 fixation. 

(PO4 स्थिरीकरण के साथ AEC का महत्व होता है।)

- In acid soil the dominant anions are of Fe3+, Al3+ and Mn2+. 

(अम्लीय मृदा में प्रमुख ऋणायन Fe3+, Al3+ और Mn2+ के होते हैं।)

- Dominant minerals are limonite and goethite. 

(प्रमुख खनिज लिमोनाइट और जिओथाइट होते हैं।)

- Phosphorous fixation is more in acid soils soluble form of ‘P’ is fixed by insoluble form of ‘P’ is fixed by Al and Fe.

(अम्लीय मृदा में फॉस्फोरस स्थिरीकरण अधिक होता है, 'P' का घुलनशील रूप स्थिर होता है, 'P' का अघुलनशील रूप Al और Fe द्वारा स्थिर होता है।)

Factors influencing ion exchange (आयन विनिमय को प्रभावित करने वाले कारक):-

i. Nature and amount of clay (चिकनी की प्रकृति एवं मात्रा):- Soils with more amount of clay have more ion exchange phenomena. 2:1 type of clay has higher ion exchange capacity than that of other clay.

(अधिक मात्रा में चिकनी वाली मृदाओं में आयन विनिमय घटनाएँ अधिक होती हैं। 2:1 प्रकार की चिकनी में अन्य चिकनी की तुलना में अधिक आयन विनिमय क्षमता होती है।)

ii. Organic matter (जैविक पदार्थ):- Soil with higher OM the ion exchange also high because OM has more –COOH functional group.

(उच्च OM वाली मृदा में आयन विनिमय भी अधिक होता है क्योंकि OM में अधिक -COOH क्रियात्मक समूह होते हैं।)

iii. Application of lime (चूने का अनुप्रयोग):- Application of lime in acid soil decease the ion exchange capacity.

(अम्लीय मृदा में चूने के प्रयोग से आयन विनिमय क्षमता कम हो जाती है।)

iv. Soil pH (मृदा pH):- Ion exchange capacity increase with increasing soil pH.

(मिट्टी का pH बढ़ने से आयन विनिमय क्षमता बढ़ती है।)