मातीच्या सुक्ष्म कणांवर ज्यांना क्ले म्हणुन ओळखतात ते आणि संद्रिय पदार्थ यांच्या वर नेहमी ऋण भार असतो. ज्या प्रमाणे विरुध्द भार एकमेकांस आकर्षित करतात (Electrostatic Force), त्याप्रमाणेच ऋण भार असलेल्या मातीच्या कणांवर

हायड्रोजन (H+),

सोडीयम (Na++),

कॅल्शियम, (Ca++),

अमोनियम, (NH4⁺ ), आणि

पोटॅशियम (K⁺)

हे धन भार असलेले आयन्स ज्यांना कॅटायन म्हणुन ओळखले जाते ते चिकटलेले असतात. याशिवाय अँल्य़ुमिनीयम (Al⁺⁺⁺), आणि मँगनीज (Mn⁺⁺) देखिल या सुक्ष्म कणांना चिकटण्याची क्षमता ठेवतात. या आयन्स धरुन ठेवणे व त्यांचा विनिमय करणे (देवाण घेवाण करणे) या क्षमतेस कॅटायन एक्सचेंज कॅपेसिटी म्हणतात.

कॅटायन एक्सचेंज कॅपेसिटी ही meq/100g म्हणजेच मिली ईक्विहॅलंट प्रती १०० ग्रॅम या प्रमाणात मोजली जाते.

या पैकी कॅल्शियम, मॅग्नेशियम, पोटॅशियम, आणि सोडीयम हे बेस कॅटायन्स आहेत, ज्यांचे प्रमाण वाढले असता मातीचा सामु (pH) वाढतो. मातीच्या एकुण भागावर कोणत्या बेस कॅटायन्स जे किती भाग व्यापला आहे ते म्हणजे बेस सॅचुरेशन असते. बेस सॅचुरेशन वरुन आपणास हे कळते की मातीमध्ये सोडीयम, मॅग्नेशियम, व कॅल्शियम चे किती कॅटायन्स आहेत.

हायड्रोजन, अँल्युमिनियम आणि मँगनीज हे अँसिड कॅटायन्स आहेत ज्यांचे प्रमाण वाढले असता सामु (pH) कमी होतो. विशेष करुन हायड्रोजन, सोडीयम आणि अँल्युमिनीयम च्या जमिनीतील प्रमाणवरच मातीचा सामु अवलंबुन असतो.

या कॅटायन्स च्या बाबतील असे कधिच होत नाही की ते सतत मातीला चिकटलेले असतात. हे कॅटायन्स आपसा आपसात विनिमय (Exchange) करुन आपली जागा दुस-यास देत असतात. यात देखिल आपली जागा सहजा सहजी देणारे आणि आपली जागी सहजा सहजी न देणारे असे प्रकार असतात. मातीच्या सुक्ष्म कणांवर (क्ले पार्टीकल्स व सेंद्रिय पदार्थ)

ज्या मातीची कॅटायन एक्सचेंज कॅपेसिटी चांगली असते, त्या मातीतुन अन्नद्रव्ये जमिनीत वाहुन जात नाहीत. तसेच जमिनीतील काही हानीकारक घटकांचे पाण्यातुन वाहुन जाणे सुलभ होते, किंवा माती ते कण धरुन ठेवते, व मुळांकडे जावु देत नाही.

अँल्युमिनीयम (Al⁺⁺⁺) > कॅल्शियम (Ca⁺⁺) > मॅग्नेशियम (Mg⁺⁺) > पोटॅशियम(K⁺) = अमोनियम(NH₄⁺) > सोडीयम (Na⁺⁺)> हायड्रोजन (H⁺)

या क्रमाने हे कॅटायन्स (धन भार असलेले) धरुन ठेवले जातात. म्हणजे हायड्रोजनच्या तुलनेत सोडीयम चे आयन्स हे अधिक तिव्रतेने धरुन ठेवलेले असतात, तर सोडीयम पेक्षा अमोनियम चे कण हे जास्त शक्तीनीशी धरुन ठेवलेले असतात.

अँल्युमिनीयम (Al⁺⁺⁺)

V

कॅल्शियम (Ca⁺⁺)

V

मॅग्नेशियम (Mg⁺⁺)

V

पोटॅशियम(K⁺) & अमोनियम(NH₄⁺)

V

सोडीयम (Na⁺⁺)

V

हायड्रोजन (H⁺)

अमोनियम आणि पोटॅशियम चे कण हे सारख्याच शक्तीनाशी धरुन ठेवलेले असतात. पोटॅशियम पेक्षा मॅग्नेशियम चे कण हे अधिक शक्तीनीशी धरुन ठेवलेले असतात, तर मॅग्नेशियम पेक्षा जास्त शक्ती ने कॅल्शियम चे कण धरुन ठेवलेले असतात व अँल्युमिनीयम चे कण हे सर्वात जास्त शक्ती नीशी धरुन ठेवलेले असतात.

हायड्रोजन चे आयन्स हे अत्यंत विनिमयशील (Exchangeable) असतात. त्यामुळे मातीचा सामु काढतांना केवळ हायड्रोजन आयन्स चा विचार केला जातो. तसेच यामुळेच जमिनीतील मुक्त हायड्रोजन आयन्स च्या प्रमाणावरुन मातीचा सामु आणि त्या सामुच्या प्रमाणानुसार कोणते अन्नद्रव्य उपलब्ध होईल हे सांगितले जाऊ शकते.

शिवाय या प्रत्येक रसायनाच्या डोक्याच्या वर एक धन चिन्ह, किंवा २ किंवा ३ धन चिन्ह आहेत यांस व्हॅलंसी म्हणतात (Al⁺⁺⁺,Ca⁺⁺, Mg⁺⁺,K⁺, NH₄⁺,H⁺) ही त्यांची आयन्स ची संख्या आहे.

समजा मातीच्या कणा वरुन जर कॅल्शियम चे दोन कण (कारण कॅल्शियम (Ca⁺⁺) चे दोन आयन्स आहेत) मोकळे करायचे असतिल तर त्या साठी हायड्रोजन (H⁺) चे दोन आयन्स लागतिल.

ही माहीती असणे गरजेचे का आहे?

मातीच्या कणांवर चिकटलेले कण हे पिकासाठी अन्नद्रव्य म्हणुन उपयुक्त आहेत. कारण पिकाच्या मुळांना तेच अन्नद्रव्य शोषुन घेता येते जे एकतर मातीच्या सुक्ष्म कणांना चिकटलेले असुन ज्यात विनिमय शिलता आहे, आणि दुसरे असे अन्नद्रव्य शोषुन घेता येते जे मातीच्या दोन कणांतील अत्यंत बारीक अशा जागेत असलेल्या पाण्यात (Capillary Water) विरघळलेले आहेत.

त्यामुळे जे कण सहजा सहजी विनिमय शिल आहेत ते कण आणि ज्या मातीत सेंद्रीय पदार्थ व क्ले (०.००२ मिमी पेक्षा कमी आकाराचे कण) चे प्रमाण जास्त आहे, ती जमिन पिकांस जास्त प्रमाणात अन्नद्रव्ये देण्यास सक्षम आहे.

मात्र हे सर्व होण्यासाठी जमिनीत पाणी असणे गरजेचे आहे.

नायट्रोजन (येथे त्याचे अमोनियम हे स्वरुप आहे), पोटॅशियम, मॅग्नेशियम, व कॅल्शियम हे कॅटायन्स पिकाच्या वाढीसाठी गरजेचे आहेत.

शिवाय हा मुद्दा अधोरेखित करण्यासारखा आहे, की क्ले किंवा मातीच्या सुक्ष्म कणांवरिल तसेच सेंद्रिय पदार्थांवरिल एकुण कॅटायन्स ची संख्या ही नेहमी सारखीच असते, म्हणजे एकाची संख्या कमी झाली की तीची जागा दुसरा एखादा कॅटायन घेतो.

यापैकी अमोनियम आणि पोटॅशियम चे आयन्स हे मातीच्या कणांव्दारा एकाच शक्तीनिशी धरुन ठेवले जातात, त्यामुळे यांची उपलब्धता ही जवळपास समान असते. म्हणजे ज्यावेळेस जमिनीत एखादे असे खत टाकले जाते ज्यात पोटॅशियम व अमोनियम हे आयन्स आहेत, त्यावेळेस पिकाच्या मुळांव्दारा जमिनीत सोडलेल्या हायड्रोजन ने मातीच्या या कणांवरिल पोटॅशियम व अमोनियम ची जागा घेतली जाते व पिकासं पोटॅशियम व अमोनियम उपलब्ध होतात.

मात्र आपण आधीच बघितले की, कॅल्शियम आणि मॅग्नेशियम हे पालाश च्या तुलनेत मातीच्या सुक्ष्मकणांच्या व्दारा जास्त शक्तीनिशी धरुन ठेवलेले असतात, त्यामुळे त्यांची उपलब्धता होण्यात पोटॅशियम च्या तुलनेत जास्त वेळ लागतो. या कारणांमुळेच पोटॅश युक्त खतांसोबत मॅग्नेशियम युक्त खतांचा वापर करण्याची शिफारस टाळली जाते.

पोटॅश युक्त खतांसोबत मॅग्नेशियम चा वापर केल्यास पिकांस पोटॅश चा पुरवठा हा प्रथम होतो, तर मॅग्नेशियम पिकांस नंतर उपलब्ध होते अस अनुमान आपण काढु शकतो.

पिकाच्या मुळांव्दारा अन्नद्रव्य शोषुन घेत असतांना त्यांच्या व्दारा जो भार (धन अथवा ऋण) असलेले एखादे अन्नद्रव्य शोषले जाणार आहे, त्याच समान भार (धन किंवा ऋण) असलेले मात्र त्याच्या संख्ये ईतकेच हायड्रोजन (H⁺) किंवा हायड्राक्साईड (OH⁻) आयन्स स्रवतात. यांस पॅसिव ट्रान्सपोर्ट म्हणतात.

पिकाच्या मुळांव्दारा, मातीच्या सुक्ष्म कणांना चिकटलेले आयन्स शोषुन घेत असतांना, पिकातील धन भार असलेले आयन्स ची एकुण संख्या कायम राखण्यासाठी पिकाच्या मुळांव्दारा हायड्रोजन आयन स्रवला जातो, यांस पॅसिव्ह पध्दतीने अनद्रव्यांचे शोषण म्हणतात.

समजा पिकांस एक पोटॅशियम चा आयन मिळवायचा आहे, आणि पिकाच्या मुळांतील एकुण धन भार असलेल्या आयन्स ची संख्या ही १० आहे, तर पिक जोवर त्याच्या मुळांतील एक धन भार असलेला आयन जमिनीत स्रवत नाही तोवर त्यांस पोटॅशियम चा आयन मिळवता येणार नाही, कारण तसे केले तर मुळांतील धनभार असलेल्या आयन्स चे संतुलन बिघडेल.

यासाठी मुळांव्दारा पोटॅशियम (K⁺)च्या आयन साठी एक हायड्रोजन(H⁺) आयन सोडावा लागतो, या दोन्ही आयन्स च्या डोक्यावर १ (+) धनभार असल्याने एकास एक प्रमाण योग्य ठरते.

या जागी जर कॅल्शियम (Ca⁺⁺) घ्यावयाचा असल्यास त्याच्या डोक्यावर दोन धन भार असल्याने पिकांस दोन हायड्रोजन (H⁺,H⁺) चे आयन्स स्रवावे लागतिल. या पध्दतीने पिक फार जास्त नाही मात्र १% ईतक्या प्रमाणात अन्नशोषुन घेत असते.

पिकाची मुळे सतत श्वासोश्वास करत असतात आणि या प्रक्रियेत ते कार्बन डाय ऑक्साईड (CO₂) सोडत असतात. तसेच जमिनीतील सुक्ष्म जीव देखिल जमिनीत कार्बन डाय ऑक्साईड हा सेंद्रिय पदार्थ कुजण्याच्या प्रक्रियेत तयार करत असतात. हा कार्बन डाय ऑक्साईड मातीतील पाण्यासोबत अभिक्रिया पावतो आणि एक अशक्त असे कार्बोनिक अँसिड (H₂CO₃) तयार होते. हे एक अशक्त अँसिड असल्याने त्यापासुन हायड्रोजन (H⁺) आय़न मोकळा होवुन बायकार्बोनेटस तयार होतात (HCO₃). या प्रक्रियेत मोकळा झालेला हायड्रोजन आयन हा मातीच्या कणांवरिल इतर कॅटायनची जागा घेवुन त्यांना पिकाच्या मुळांव्दारे शोषुन घेण्यासाठी जागा करुन देतो.

पिकाच्या मुळांच्या व्दारे आणि सुक्ष्म जीवांव्दारे सोडल्या जाणा-या कार्बन डाय ऑक्साईड च्या व्यतिरिक्त जमिनीतील मुळ कार्बन डाय ऑक्साईड जो की जमिनीतील हवेत असतो त्याची देखिल पाण्यासोबत अभिक्रिया होवुन कार्बोनिक अँसिड तयार होते. या प्रक्रियेस कार्बोनेशन म्हणतात, आणि हि प्रक्रिया अविरत सुरु असते.

माती परिक्षण करित असतांना, आता या गोष्टीची गरज आहे कि, पिकाच्या मुळांच्या परिसरातील मातीचे परिक्षण करणे गरजेचे आहे.

शिवाय ज्यावेळेस जमिनीतल अमोनियम (NH₄⁺) चे रुपांतर हे नायट्रेट (NO₃⁻) मध्ये होते त्यावेळेस त्यातुन मुक्त झालेला हायड्रोजन (H⁺) देखिल मुळांच्या परिसरातील पीएच कमी तर करतोच शिवाय मातीच्या कणांवरिल एखादे अन्नद्रव्य देखिल उपलब्ध करुन देत असतो.

सध्या माती परिक्षण करत असतांना आपण मातीच्या एकंदर अन्नद्रव्य आणि इतर रासायनिक व भौतिक घटकांची माहीती घेत असतो, मात्र मुळांच्या परिसरातील माती ही, त्यापासुन लांब असलेल्या माती पेक्षा फार वेगळी असते. हेच या वरुन लक्षात येते.

पिके सर्व साधारण पणे, धन भार असलेले आयन्स हे ऋण भार असलेल्या आयन्स पेक्षा जास्त प्रमाणात शोषुन घेत असते.

ज्या प्रमाणे मातीच्या कणांना कॅटायन एक्सचेंज कॅपेसिटी असते, त्याच प्रमाणे पिकाच्या मुळांना देखिल कॅटायन एक्सचेंज कॅपेसिटी असते.

एकदल वर्गिय पिकांच्या मुळांची कॅटायन एक्सचेंज कॅपेसिटी ही 10-30 meq/100g इतकी असते. एकदल पिकांच्या मुळांव्दारा मोनोव्हॅलंट म्हणजेच ज्या आयन्स च्या डोक्यावर एकच धन भार असतो ती जास्त प्रमाणात शोषली जातात.

व्दीदल वर्गिय पिकांच्या मुळांची कॅटायन एक्सचेंज कॅपेसिटी ही 40 – 100 meq/100g इतकी असते. या पिकांच्या मुळांव्दारा डायव्हॅलंट म्हणजेच ज्या आयन्स च्या डोक्यावर दोन धनभार असतात ती जास्त प्रमाणात शोषली जातात.