Argila, Húmus e a Capacidade de intercâmbio Catiônico do Solo

As plantas obtêm nutrientes minerais do solo na forma de íons dissolvidos, cuja solubilidade advém de sua atração eletrostática com as moléculas de água. Devido aos íons estarem dissolvidos na água, aqueles que não são imediatamente absorvidos pelas plantas e fungos podem escapar do solo se não aderirem firmemente às partículas estáveis do solo. As partículas de argila e húmus, separadas ou associadas em complexos, são grandes o bastante para formar um componente estável do solo. Estas partículas e complexos, conhecidas como micelas, têm cargas elétricas negativas na superfície que disponíveis para ligação com os íons do solo. O número de pontos nas partículas do solo disponíveis para a ligação com os íons carregados positivamente (cátions) é denominado capacidade de intercâmbio catiônico.

As ligações entre partículas do solo e íons, tais como o potássio e o cálcio são relativamente fracas, e sendo assim constantemente quebram-se e refazem-se. Quando um íon potássio se dissocia de uma micela, o seu lugar pode ser tomado por qualquer outro íon positivo pó perto. Alguns agarram-se mais fortemente às micelas do que outros em ordem decrescente de força de retenção, hidrogênio, cálcio, magnésio, potássio e sódio. Os íons hidrogênio tendem, assim, a deslocar todos os íons cálcio e todos os outros cátions no solo. Se cátions não fossem adicionados ou removidos do solo, as proporções relativas dos vários cátions associados com partículas de argila-húmus atingiram um estado estacionário. Porém, o ácido carbônico da água da chuva e os ácidos orgânicos produzidos pela decomposição de detritos orgânicos, continuamente adicionam íons hidrogênio às camadas superiores do solo, estes prontamente deslocam outros cátions, os quais são então arrastados para fora do solo nas águas subterrâneas. O influxo de íons hidrogênio na água que penetra através do solo é amplamente responsável pela mobilidade dos íons no solo e pela diferenciação das amadas no perfil do solo.

Os íons negativos que são importantes para nutrição da planta, tais como nitrato, fosfato e sulfato, podem ser absorvidos pelas partículas de argila através de pontes iônicas. Estas pontes formam-se sob condições ácidas pela associação de um íon hidrogênio adicional com um grupo funcional como o grupo hidroxila (OH); por exemplo, OH^- + H⁺ produz o íon positivamente carregado (OH₂⁺), o qual, por sua vez, torna possível a ligação de ânions (por exemplo, OH₂⁺ + NO₃^-).

Devido as propriedades de ligação catiônica das partículas de argila e húmus, a fertilidade potencial de longo prazo do solo - sua capacidade de armazenar nutrientes - depende em grande parte de seu conteúdo de argila. Além disso, devido aos íons hidrogênio deslocarem outros das partículas do solo e influenciarem a carga elétrica na superfície destas partículas, a retenção de íons no solo depende em alto grau da acidez.