Các thành phần vô cơ và hữu cơ trong đất có khả năng trao đổi ion và tạo thành các hợp chất hóa học dưới dạng các hạt keo đất. Các alumino sillicat là những anion đa điện tích, điện tích âm của chúng được tích tụ lại nhờ những cation có khả năng trao đổi ion trong các mạng lưới không gian của đất.
Nhóm OH- là nhóm có thể nhận proton hoặc khử proton trong những điều kiện pH thích hợp. OH- có thể làm cho các kim loại tích điện hoặc liên kết với nhau nhờ quá trình hấp thụđặc biệt. Nhóm hydroxyl của các axit hữu cơ trong đất cũng có khả năng tương tự. Phản ứng trao đổi cation trong đất có thểđược diễn tả như sau:
Đất sét – M → Đất sét + M+ Đất sét – M1 + M2+ → Đất sét – M2 + M+1 Đất sét – OH + M+ → Đất sét – OM + H+ 2(Đất sét – K) + M+ → Đất sét – Đất sét – M + 2K+ R – COOH + M+ → R-COOM + H+
Khả năng trao đổi anion của các khoáng phù hơp theo phương trình sau: Đất sét – OH + A- → Đất sét - A + OH-
Liên kết anion do các hạt keo trong đất sẽảnh hưởng mạnh bởi khả năng trao đổi anion bất kể là liên kết do hấp phụđiển hình hay không điển hình. Liên kết điển hình do tác dụng tĩnh điện của các nhóm anion trong axit mạnh với bề mặt khoáng bên trong các lớp và khuếch tán kép theo sơđồ sau:
Đất sét – OH + H+ + X- → Đất sét – OH2+X-
Liên kết hấp phụ điển hình do tác dụng trao đổi anion với bề mặt khoáng dưới sự tạo thành liên kết bề mặt
Nitrat có liên kết yếu hơn photphat và là chất có khả năng hấp thụ cao nhất với các khoáng chứa nhôm và sắt. Vì thế đối với đất có khả năng hấp thụ mạnh, chỉ cần một phần nhỏ nitrat là có giá trị cho cây trồng.
Các axit humic có khả năng trao đổi cation rất cao. Các cation trong đất sẽ trao đổi với ion H+ nhờ CO2 và nước
Đất – Ca2+ + 2CO2 + H2O → Đất – H+ + 2HCO3-
Nhờ quá trình trao đổi theo cơ chế trên mà các nguyên tố vi lượng Bo, Cl, Na, Cu, Fe, Mn, Zn, … trở nên có giá trị dinh dưỡng đối với thực vật.
5.2 Khả năng hấp thụ
Đất có khả năng giữ lại các phân tử vật chất trong đất thông qua các cơ chế hấp thụ khác nhau:
- Hấp thụ sinh học giữ lại các phân tử vật chất nhỏ nhờ các vi sinh vật trong đất tham gia tiêu thụ hoặc liên kết.
- Hấp thụ lý học giữ lại các phân tử vật chất nhờ năng lượng tự do trên bề mặt.
- Hấp thụ hóa học là quá trình hóa học biến đổi các chất không tan thành chất tan có trong đất.
- Hấp thụ do trao đổi ion như các cation, anion nằm trên bề mặt hạt keo. Nhờ khả năng hấp thụ, thành phần vật chất được giữ lại và làm thay đổi thành phần cấu trúc của đất.
5.3 Độ pH của đất
Độ pH quyết định hàm lượng các chất trong đất (dạng tan hoặc không tan của các kim loại nặng).
Khi pH trong đất thấp, làm tăng khả năng hấp thụ các cation, giảm khả năng hấp thụ anion, kìm hãm sự phân giải của các chất, tăng độ linh động của các kim loại (Al+3, Cd+2, Cr+3…
Độ pH còn ảnh hưởng đến sự phát triển của các vi sinh vật khác nhau trong đất. Khi pH nằm trong khoảng 3 – 6, các nấm mốc, nấm men có thể phát triển; khi pH nằm trong khoảng 6,5 – 7,5, vi khuẩn xạ khuẩn phát triển tốt; khi pH nằm trong khoảng 7,4 – 7,6, vi khuẩn cốđịnh đạm , nitrat và vi khuẩn gây thối phát triển rất mạnh.