यह मिट्टी की अम्लता या क्षारीयता (soil acidity or alkalinity) का एक उपाय (measure) है और इसे कभी-कभी मिट्टी का "पानी" pH (soil "water" pH) कहा जाता है। ऐसा इसलिए (This is because) है क्योंकि यह मिट्टी के घोल (soil solution) के pH का एक उपाय (measure) है, जिसे सक्रिय pH (active pH) माना जाता है जो पौधों के विकास (plant growth) को प्रभावित (affects) करता है। मृदा pH (Soil pH) अनिवार्य रूप से (essentially) सभी मृदा रसायन विज्ञान (all soil chemistry) और पोषक तत्वों की प्रतिक्रिया (nutrient reaction) की नींव (foundation) है और मिट्टी परीक्षण (soil test) का मूल्यांकन (evaluating) करते समय पहला विचार (first consideration) होना चाहिए।
pH स्केल की कुल सीमा (total range of the pH scale) 0 से 14 तक होती है। मध्य-बिंदु (mid-point - pH 7.0) से नीचे (below) के मान अम्लीय (acidic) होते हैं और pH 7.0 से ऊपर (above) के मान क्षारीय (alkaline) होते हैं। 7.0 का मृदा pH तटस्थ (neutral) माना जाता है। अधिकांश पौधे (Most plants) ऐसी मिट्टी में सबसे अच्छा प्रदर्शन (perform best) करते हैं जो थोड़ी अम्लीय से तटस्थ (slightly acid to neutral - pH 6.0 से 7.0) होती है। ब्लूबेरी (blueberries) जैसे कुछ पौधों को मिट्टी के अधिक अम्लीय (more acid - pH 4.5 से 5.5) होने की आवश्यकता होती है, और अल्फाल्फा (alfalfa) जैसे अन्य पौधे थोड़ी क्षारीय मिट्टी (slightly alkaline soil - pH 7.0-7.5) को सहन (tolerate) करेंगे।
मृदा pH स्केल लघुगणकीय (soil pH scale is logarithmic) है, जिसका अर्थ है (meaning) कि प्रत्येक पूर्ण संख्या (each whole number) अपने बगल वाले (ones next to it) की तुलना में 10 गुना (factor of 10) बड़ी या छोटी (larger or smaller) है। उदाहरण के लिए (For example) यदि किसी मिट्टी का pH 6.5 है और इस pH को कम करके pH 5.5 कर दिया जाए (lowered to pH 5.5), तो उस मिट्टी की एसिड सामग्री (acid content) 10 गुना बढ़ (increased 10-fold) जाती है। यदि pH को और कम करके pH 4.5 कर दिया जाए (lowered further to pH 4.5), तो एसिड सामग्री pH 6.5 की तुलना में 100 गुना अधिक (100 times greater) हो जाती है। pH स्केल की लघुगणकीय प्रकृति (logarithmic nature of the pH scale) का अर्थ है कि मिट्टी के pH में छोटे बदलावों (small changes) का पोषक तत्वों की उपलब्धता (nutrient availability) और पौधों के विकास (plant growth) पर बड़ा प्रभाव (large effects) पड़ सकता है।
यह एक ऐसा मूल्य (value) है जो प्रयोगशाला (laboratory) में उत्पन्न (generated) होता है, यह मिट्टी की मौजूदा विशेषता नहीं (not an existing feature of the soil) है। प्रयोगशालाएं (Laboratories) चूने की सिफारिशें (lime recommendations) विकसित (develop) करने के लिए यह परीक्षण (test) करती हैं, और वास्तव में (actually) इसका कोई अन्य व्यावहारिक मूल्य नहीं (no other practical value) है।
बुनियादी शब्दों में (In basic terms), BpH प्रयोगशाला द्वारा चूने की सामग्री (liming material) मिलाने के बाद (after) परिणामी नमूना pH (resulting sample pH) है। इस परीक्षण (test) में, प्रयोगशाला एक बफरिंग समाधान (buffering solution) नामक रासायनिक मिश्रण (chemical mixture) मिलाती है। यह समाधान (solution) बेहद तेजी से काम करने वाले चूने (extremely fast-acting lime) की तरह काम (functions) करता है। प्रत्येक मिट्टी के नमूने (Each soil sample) को बफरिंग समाधान की समान मात्रा (same amount of buffering solution) प्राप्त होती है; इसलिए (therefore) परिणामी pH (resulting pH) प्रत्येक नमूने (each sample) के लिए अलग (different) होता है।
चूने की सिफारिश (lime recommendation) निर्धारित (determine) करने के लिए, प्रयोगशाला (laboratory) मूल मिट्टी के pH (original soil pH) और बफरिंग समाधान (buffering solution) के मिट्टी के साथ प्रतिक्रिया (reacted with the soil) करने के बाद अंतिम pH (ending pH) के बीच के अंतर (difference) को देखती है।
यदि दो pH मापों (two pH measurements) के बीच का अंतर बड़ा (large) है, तो इसका मतलब है (it means) कि मिट्टी का pH आसानी से बदल (easily changed) जाता है, और चूने की कम दर पर्याप्त (low rate of lime will suffice) होगी। यदि बफरिंग समाधान की प्रतिक्रिया के बाद (after the buffering solution has reacted) मिट्टी का pH केवल थोड़ा सा बदलता है (changes only a little), तो इसका मतलब है कि मिट्टी का pH बदलना मुश्किल (difficult to change) है और फसल के लिए वांछित pH (desired pH for the crop) तक पहुंचने के लिए बड़े चूने के अतिरिक्त (larger lime addition) की आवश्यकता है।
जिन कारणों (reasons) से मिट्टी के pH को बदलने के लिए मिट्टी को अलग-अलग मात्रा में चूने (differing amounts of lime) की आवश्यकता हो सकती है, वे मिट्टी के CEC और मिट्टी में समाहित "रिजर्व" अम्लता ("reserve" acidity that is contained by the soil) से संबंधित (relates) हैं। मिट्टी की अम्लता (Soil acidity) हाइड्रोजन ($H^+$) और एल्यूमीनियम ($Al^{3+}$) की मात्रा (amount of hydrogen and aluminum) से नियंत्रित (controlled) होती है जो मिट्टी और मिट्टी के घटकों (soil and soil components) में निहित (contained) या उत्पन्न (generated) होती है। उच्च CEC (high CEC) वाली मिट्टी में अम्लता के इन स्रोतों (these sources of acidity) को समाहित करने (contain) या उत्पन्न (generate) करने की अधिक क्षमता (greater capacity) होती है। इसलिए (Therefore), एक दिए गए मृदा pH (given soil pH) पर, एक उच्च CEC वाली मिट्टी (soil with a higher CEC - इस प्रकार एक कम बफर pH / thus a lower buffer pH) को आम तौर पर (normally) कम CEC वाली मिट्टी (soil with a lower CEC) की तुलना में एक दिए गए लक्ष्य pH (given target pH) तक पहुंचने के लिए अधिक चूने (more lime) की आवश्यकता होगी।
भौतिक और रासायनिक अपक्षय प्रक्रियाओं (physical and chemical weathering processes) के दौरान जिसमें चट्टानें (rocks), खनिज (minerals), और कार्बनिक पदार्थ (organic matter) मिट्टी बनाने के लिए विघटित (decompose to form soil) होते हैं, कुछ अत्यंत छोटे कण (extremely small particles) बनते हैं। कोलाइडल आकार के कण (Colloidal-sized particles) इतने छोटे (minuscule) होते हैं कि निलंबन में होने पर (when in suspension) वे बाहर नहीं निकलते (do not settle out) हैं।
इन कणों में आमतौर पर (generally) एक नकारात्मक चार्ज (negative charge) होता है, जो उन्हें सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों (positively charged ions) को आकर्षित (attract) करने की अनुमति देता है जिन्हें धनायन (cations) कहा जाता है। एक चुंबक की तरह (Much like a magnet), जिसमें विपरीत ध्रुव (opposite poles) एक दूसरे को आकर्षित (attract one another) करते हैं, मिट्टी के कोलाइड (soil colloids) कई पौधों के पोषक तत्वों (many plant nutrients) को विनिमेय रूप (exchangeable form) में आकर्षित (attract) और बनाए (retain) रखते हैं।
यह क्षमता (ability), जिसे धनायन विनिमय क्षमता (cation exchange capacity) के रूप में जाना जाता है, मिट्टी को पोटेशियम ($\text{K}^+$), अमोनियम ($\text{NH}_4^+$), हाइड्रोजन ($\text{H}^+$), कैल्शियम ($\text{Ca}^{2+}$), और मैग्नीशियम ($\text{Mg}^{2+}$) जैसे सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए पोषक तत्वों (positively charged nutrients - धनायन / cations) को आकर्षित करने और बनाए रखने (attract and retain) में सक्षम (enables) बनाती है। साथ ही (Also), क्योंकि समान चार्ज एक दूसरे को पीछे हटाते हैं (similar charges repel one another), कुछ घुलनशील नकारात्मक चार्ज वाले आयन (soluble negatively charged ions - ऋणायन / anions), जैसे नाइट्रेट ($\text{NO}_3^-$) और सल्फेट ($\text{SO}_4^{2-}$), मिट्टी के कोलाइड्स से बंधे नहीं (not bonded to soil colloids) होते हैं और अपने सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए समकक्षों (positively charged counterparts) की तुलना में अधिक आसानी से लीच (more easily leached) किए जाते हैं।
विभिन्न प्रकार के क्ले कोलाइड्स (various types of clay colloids) की तुलना में (compared with) कार्बनिक कोलाइड्स (Organic colloids) प्रति यूनिट वजन (per unit weight) नकारात्मक शुल्क की अपेक्षाकृत बड़ी संख्या (relatively large number of negative charges) में योगदान करते हैं। कोलाइड्स द्वारा योगदान किए गए मिट्टी के विद्युत प्रभार का परिमाण (magnitude of the soil's electrical charge contributed by colloids) पौधों के लिए उपलब्ध रूप में धनायनित पोषक तत्वों को बनाए रखने की मिट्टी की क्षमता (soil's ability to retain cationic nutrients in a form available to plants) का एक महत्वपूर्ण घटक (important component) है।
पौधों के लिए उपलब्ध रूप (form that is available to plants) में धनायनों (सकारात्मक रूप से आवेशित आयनों / positively charged ions) को बनाए रखने (retain) की मिट्टी की क्षमता (ability) को धनायन विनिमय क्षमता (cation exchange capacity - CEC) के रूप में जाना जाता है। मिट्टी का CEC मौजूद कोलाइड्स की मात्रा और प्रकार (amount and kind(s) of colloid(s) present) पर निर्भर (depends) करता है। यद्यपि (Although) क्ले का प्रकार (type of clay) महत्वपूर्ण है, सामान्य तौर पर (in general), जितनी अधिक क्ले या कार्बनिक पदार्थ (more clay or organic matter) मौजूद होंगे, CEC उतना ही अधिक (higher) होगा।
मिट्टी के CEC की तुलना (CEC of a soil might be compared) गैसोलीन इंजन (gasoline engine) पर ईंधन टैंक के आकार (size of a fuel tank) से की जा सकती है। ईंधन टैंक जितना बड़ा (larger the fuel tank) होगा, इंजन उतनी ही देर तक चल सकता है (longer the engine can operate) और फिर से भरने (refill) की आवश्यकता होने से पहले यह जितना अधिक काम (more work) कर सकता है। मिट्टी के लिए (For soils), CEC जितना बड़ा (larger the CEC) होगा, मिट्टी उतने ही अधिक पोषक तत्वों की आपूर्ति (more nutrients the soil can supply) कर सकती है। यद्यपि CEC मिट्टी की उर्वरता का केवल एक घटक (only one component of soil fertility) है, अन्य सभी कारक समान (all other factors being equal) होने पर, CEC जितना अधिक होगा, उर्वरकों या खादों के साथ पोषक तत्वों को फिर से भरने (replenished with fertilizers or manures) से पहले उस मिट्टी की संभावित उपज (potential yield) उतनी ही अधिक होगी।
जब CEC के लिए मिट्टी का परीक्षण (soil is tested for CEC) किया जाता है, तो परिणाम (results) वायु-सूखी मिट्टी (air-dried soil) के मिलिक्विवेलेंट्स प्रति 100 ग्राम (milliequivalents per 100 grams - meq/100 g) में व्यक्त (expressed) किए जाते हैं। व्यावहारिक उद्देश्यों (practical purposes) के लिए, CEC का सापेक्ष संख्यात्मक आकार (relative numerical size) इकाइयों के तकनीकी अर्थ (technical meaning of the units) को समझने की कोशिश करने की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण (more important) है। सामान्य तौर पर (In general), दक्षिणी संयुक्त राज्य अमेरिका (southern United States) की मिट्टी, जहाँ भौतिक और रासायनिक अपक्षय (physical and chemical weathering) अधिक तीव्र (more intense) रहे हैं, में उत्तरी संयुक्त राज्य अमेरिका (northern United States) की मिट्टी की तुलना में CEC (1-3 meq/100 g) कम (lower) होती है, जहाँ उच्च CEC (15-25 meq/100 g) आम (common) हैं क्योंकि अपक्षय (weathering) उतना तीव्र नहीं रहा है (not been as intense)। गर्म जलवायु (warmer climates) की मिट्टी में भी कार्बनिक पदार्थ का स्तर कम (lower organic matter levels) होता है, और इस प्रकार अपने उत्तरी समकक्षों (northern counterparts) की तुलना में CEC कम (lower CEC's) होता है।
क्ले की उच्च मात्रा वाली मिट्टी (Soils high in clay content), और विशेष रूप से (especially) कार्बनिक पदार्थों (organic matter) में उच्च मिट्टी में क्ले और कार्बनिक पदार्थों की कम (low) मिट्टी की तुलना में उच्च CEC (higher CEC's) होने की प्रवृत्ति (tend) होती है। मैरीलैंड (Maryland) में मिट्टी का CEC आमतौर पर (generally) मोटे बनावट वाली तटीय मैदानी (coarse-textured Coastal Plain) मिट्टी के लिए 1-2 meq/100 g से लेकर कुछ पीडमोंट और पर्वतीय (certain Piedmont and Mountain) मिट्टी के लिए 12-15 meq/100 g तक होता है। पीडमोंट क्षेत्र (Piedmont region) की अधिकांश मध्यम-बनावट वाली मिट्टी (most medium-textured soils) का CEC लगभग 8-12 meq/100 g होता है।
व्यापक रूप से भिन्न (widely different) CEC वाली मिट्टी के बीच कई व्यावहारिक अंतर (many practical differences) हैं। यह पहले ही उल्लेख (already been mentioned) किया जा चुका है कि मिट्टी की अंतर्निहित उर्वरता (inherent fertility - विनिमेय पोषक तत्व सामग्री / exchangeable nutrient content) CEC के परिमाण के सीधे संबंध (direct relationship to the magnitude of the CEC) में भिन्न (varies) होती है। एक अन्य महत्वपूर्ण CEC-संबंधित संपत्ति (Another important CEC-related property) मिट्टी की बफरिंग क्षमता (soil buffering capacity) है, अर्थात (that is), pH में परिवर्तन के लिए मिट्टी का प्रतिरोध (resistance of a soil to changes in pH)। CEC जितना अधिक (higher the CEC) होगा, pH में परिवर्तन (changes in pH) के प्रति मिट्टी का प्रतिरोध उतना ही अधिक (more resistance) होगा। CEC और बफरिंग क्षमता (CEC and buffering capacity) pH में वांछित परिवर्तन (desired change in pH) उत्पन्न करने के लिए आवश्यक चूने की सामग्री की मात्रा (amount of liming material required) से सीधे संबंधित (directly related) हैं। उच्च CEC मिट्टी (Higher CEC soils) को समान pH परिवर्तन प्राप्त करने के लिए (achieve the same pH change) कम CEC वाले (low CEC's) लोगों की तुलना में अधिक चूने (more lime) की आवश्यकता होती है।
यदि CEC इंजन के ईंधन टैंक के अनुरूप (analogous to the fuel tank on an engine) है, तो मृदा pH ईंधन गेज के अनुरूप (analogous to the fuel gauge) है। एक बड़े और छोटे टैंक (large and a small tank) दोनों पर गेज (gauges) तीन चौथाई भरा हुआ (three fourths full) पढ़ सकते हैं; लेकिन, स्पष्ट रूप से (obviously), बड़े टैंक (larger tank) में छोटे टैंक (smaller tank) की तुलना में अधिक ईंधन (more fuel) होगा। यदि मिट्टी का परीक्षण (soil test) इंगित (indicates) करता है कि दो मिट्टी (two soils), एक कम CEC (low CEC) के साथ और दूसरी उच्च CEC (high CEC) के साथ, समान कम pH (same low pH) है, यह दर्शाता है (indicating) कि उन दोनों को चूने की आवश्यकता (both need lime) है, उच्च CEC वाले (higher CEC) को कम CEC वाले की तुलना में वांछित pH परिवर्तन (desired pH change) लाने के लिए अधिक चूने वाली सामग्री (more liming material) की आवश्यकता होगी। इस अंतर का कारण (reason for this difference) यह है कि उच्च CEC मिट्टी (high CEC soil) में कम CEC मिट्टी (lower CEC soil) की तुलना में बेअसर (neutralize) करने के लिए अधिक विनिमेय अम्लता (more exchangeable acidity - हाइड्रोजन और एल्यूमीनियम / hydrogen and aluminum) होगी। इस प्रकार (Thus), क्ले या कार्बनिक पदार्थों से भरपूर मिट्टी (soil high in clay or organic matter) को कम कार्बनिक पदार्थों वाली रेतीली मिट्टी (low organic matter sandy soil) की तुलना में मिट्टी की अम्लता को कम करने (reduce soil acidity) (और pH बढ़ाने / raise the pH) के लिए अधिक चूने वाली सामग्री (more liming material) की आवश्यकता होगी।