Sources of charge, ion exchange, cation and anion exchange capacity and base saturation (after buffering capacity)

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Sources of charge, ion exchange, cation and anion exchange capacity and base saturation (after buffering capacity) [आवेश के स्रोत, आयन विनिमय, धनायन और ऋणायन विनिमय क्षमता और क्षार संतृप्ति (बफरिंग क्षमता के पश्चात)]:-
Sources of charges (आवेश के स्रोत):- 
1. Sources of negative charges (ऋणात्मक आवेशों के स्रोत):-
> There are generally two types of charges:
(आम तौर पर आवेश दो प्रकार के होते हैं:)
i. pH dependent (Exposed crystal edges) 
[pH निर्भर (उजागर क्रिस्टल छोर)]
ii. pH independent (Isomorphous substitution) 
[pH स्वतंत्र (समरूपी प्रतिस्थापन)]
> Ion exchange is the exchange of ions between soil solution and colloidal complex.
(आयन विनिमय मृदा और कोलाइडल जटिल के बीच आयनों का आदान-प्रदान है।) 
> Cations and anions in soil solution adsorbed by soil colloids such as silicate clays; hydrous oxides of Fe, Al; and Humus.
(मृदा विलयन में धनायन और ऋणायन मृदा कोलोइड्स जैसे सिलिकेट चिकनी, Fe व Al के जलीय ऑक्साइड और ह्यूमस द्वारा अधिशोषित होते हैं।)
i. pH dependent (Exposed crystal edges) pH निर्भर (उजागर क्रिस्टल छोर):-
- Develops due to unsatisfied valences at the broken edges of Si & Al sheets. 
(Si एवं Al शीट के टूटे हुए किनारों पर असंतुष्ट संयोजकता के कारण विकसित होते हैं।)
- Flat surface also serve as negative charges. 
(समतल सतह ऋणात्मक आवेश के रूप में भी कार्य करती है।)
- Oxygen and hydroxyl groups exposed at the broken edges. 
(टूटे हुए किनारों पर ऑक्सीजन और हाइड्रॉक्सिल समूह उजागर होते हैं।)
- pH > 7.0, the H ions of these OH group dissociates and negative charge carried by oxygen. 
(pH > 7.0, इन OH समूह के H आयन अलग हो जाते हैं और ऑक्सीजन द्वारा ऋणात्मक आवेश ले जाया जाता है।)
- These type of charge develops in 1:1 clay minerals, organic colloids than other.
(इस प्रकार का आवेश 1:1 चिकने खनिजों, अन्य की तुलना में जैविक कोलोइड्स में विकसित होता है।)
ii. pH independent (Isomorphous substitution) pH स्वतंत्र (समरूपी प्रतिस्थापन):-
- Substitution of one ion for the another ion of similar size but lower positive valence. 
(समान आकार लेकिन कम धनात्मक संयोजकता वाले दूसरे आयन के लिए एक आयन का प्रतिस्थापन।)
- Si4+ replaced by Al3+ and even more extensive replacement of Al3+ by one or more of Fe3+, Fe2+, Mg4+ or Zn2+.
(Si4+ को Al3+ द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है और Al3+ को Fe3+, Fe2+, Mg4+ या Zn2+ में से एक या अधिक द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।)
- Without substitution the positive and negative energy are in balance.
(प्रतिस्थापन के बिना धनात्मक और ऋणात्मक ऊर्जा संतुलन में होती हैं।)
- Three positive charges of Al are satisfied with three negative charges of oxygen or hydroxyl - No net negative or positive charge. 
(Al के तीन धनात्मक आवेश ऑक्सीजन या हाइड्रॉक्सिल के तीन ऋणात्मक आवेशों से संतुष्ट होते हैं - कोई कुल ऋणात्मक या धनात्मक आवेश नहीं होता है।)
- When Mg2+ is replace the by Al 3+ results an imbalance occurs. 
(जब Mg2+ को Al 3+ से प्रतिस्थापित किया जाता है तो परिणाम में असंतुलन उत्पन्न होता है।)
- Similar way negative charge develops due to isomorphous substitution. 
(इसी प्रकार समरूपी प्रतिस्थापन के कारण ऋणात्मक आवेश विकसित होता है।)
- Not dependent pH, referred to as permanent charges.
(निर्भर pH नहीं, जिसे स्थायी आवेश कहा जाता है।)
2. Sources of positive charges (धनात्मक आवेश के स्रोत):- 
- Some soil colloids posses positive charges and attract anions. 
(कुछ मृदा कोलोइड्स में धनात्मक आवेश होते हैं और ऋणायनों को आकर्षित करते हैं।)
- Fe and Al oxides clay minerals and amorphous clay minerals and layer silicates develops positive charges. 
(Fe और Al ऑक्साइड चिकने खनिज और अरूपीय चिकने खनिज और परत सिलिकेट धनात्मक आवेश विकसित करते हैं।)
- At soil pH is greater than ZPC (Zero Point Charge), the minerals is negative charge and absorb cations. 
[जब मृदा pH ZPC (शून्य बिन्दु आवेश) से अधिक होता है, तो खनिज ऋण आवेशित होते हैं और धनायनों को अवशोषित करते हैं।]
- At soil pH is lower than ZPC (Zero Point Charge), the minerals is positive charge and absorb anions.
[जब मृदा pH ZPC (शून्य बिन्दु आवेश) से कम होता है, तो खनिज धन आवेशित होते हैं और ऋणायनों को अवशोषित करते हैं।]
- Also occurs due to edges of clay minerals or broken surface of octahedral sheet at restricted condition (pH < ZPC / Isoelectric point). 
[प्रतिबंधित स्थिति (pH < ZPC / आइसोइलेक्ट्रिक पॉइंट) पर चिकने खनिजों के किनारों या अष्टफलकीय शीट की टूटी सतह के कारण भी होता है।]
- Kaolinite and other 1:1 type clay minerals exhibit small amount of positive charges on crystal edges. 
(काओलिनाइट और अन्य 1:1 प्रकार के मृदा खनिज क्रिस्टल किनारों पर थोड़ी मात्रा में धान आवेश प्रदर्शित करते हैं।)
- Kaolinite called as amphoteric because can attract both cation and anions (Basal surface is negative and edges are positively charged).
[काओलिनाइट को एम्फोटेरिक कहा जाता है क्योंकि यह धनायन और ऋणायन दोनों को आकर्षित कर सकता है (आधारी सतह ऋण आवेशित और किनारे धन आवेशित होते हैं)।]

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।)

Base Saturation (क्षार संतृप्ति):-
Percentage base saturation of soil (मृदा की प्रतिशत क्षार संतृप्ति):-
 % BS = S / T x 100 
Here (यहाँ): 
BS = Base saturation (क्षार संतृप्ति)
S = Total exchangeable bases (कुल विनिमय क्षार)
T = Total CEC (कुल CEC)
> BS directly influence the fertility of the soils. 
(BS सीधे तौर पर मृदा उर्वरता को प्रभावित करता है।)
> Adsorbed cations are released to plants depends on degree of base saturation. 
(अधिशोषण धनायनों को पौधों के लिय मुक्त करना क्षार संतृप्ति की डिग्री पर निर्भर करता है।)
> If soil is 80% BSP, means 80% of bases and 20% of H+.
(यदि मृदा 80% BSP है, तो इसका मतलब है 80% क्षार और 20% H+ आयन।)
> Cations have opposing effects on soil acidity and alkalinity. 
(धनायनों का मृदा अम्लता और क्षारीयता पर विपरीत प्रभाव पड़ता है।)
> H+ and Al3+ (Hydrolysis) are dominantly found in acid soils. 
[अम्लीय मृदाओं में H+ और Al3+ (जल अपघटन) प्रमुख रूप से पाए जाते हैं।]
> Na2+ (Hydrolysis) is dominantly found in alkali soils.
[Na2+ (जल अपघटन) क्षारीय मृदाओं में प्रमुखता से पाया जाता है।]
Al3+   +   H2O → Al(OH)++    +    H+ 
Al(OH)++   +   H2O → Al(OH)2+    +    H+ 
Al(OH)2 +    +    H2O → Al(OH)3    +    H+