土壤阳离子交换性能的测定
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二、交换剂的选择： 选择交换剂的依据:
要求考虑分析项目及土壤的性质。 选择交换剂的条件：
要求所选的测定方法容易，得到的结果准确， 无干扰，土壤不易分散。
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1、交换剂的种类：一般有酸类、碱类、盐类 酸类：（0.05，0.1）mol/L HCl；0.5 mol/L HAc 碱类：石灰乳（Ca(OH)2）；
近年来，常把交换剂中加入乙醇，配成60-70%的乙 醇溶液，使抑制CaCO3溶解的效果更好。
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（3）盐碱土： 这类土壤都是盐基饱和土壤，多数含CaCO3和易 溶盐，所以选择交换剂时应避免和减少CaCO3的 溶解，并先除去易溶盐。除易溶盐时不能用极性 溶剂，以保证盐分以分子状态存在，免去参与离 子交换，一般用乙醇（60-70%）溶液洗盐。
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2、交换剂的选择： 不同土壤、不同分析项目，选用的交换剂不同，
测定方法也不同，所以交换剂的选择实际上是交 换（或分析）方法的选择。如： （1） 酸性和中性土壤： 一般用pH 7.0的1 mol/L NH4OAc作交换剂，此为 经典方法。
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其优点是： a、NH4+在土壤中含量很少，不干扰测定； b、NH4+易除去，在淋洗多余的NH4+时，不易引起
（1） 1mol/L NaOAc法 : 适用于石灰性土壤及盐碱土
原理： 土Ca +NaOAc
土Na Na
+Ca(OAc)2+剩余NaOAc
用乙醇或异丙醇洗去
土 Na + NH4OAc
土 NH4+ + NaOAc 用火焰光度计测Na+
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本法交换剂的pH较高，能较好地抑制CaCO3溶解， Na+又不致被粘土矿物晶层所固定。但要注意在洗 去多余NaOAc时，交换性Na易水解进入溶液中而 损失，所以要掌握好洗的次数。多次洗导致交换 性Na损失，呈“” 误差；少洗，由于残留NaOAc 存在而使结果偏高，呈“+”误差。一般洗三次即可。
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（2） 石灰性土壤： 此类土壤含CaCO3、MgCO3多，测定时的最大困 难是交换剂对石灰质（CaCO3、MgCO3）的溶解， 因为Ca2+、Mg2+始终在交换液中参与交换平衡, 阻 碍了交换性Ca、Mg被交换完全，所以应当选择能 抑制石灰质溶解的交换剂。
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石灰性土壤在大气CO2分压下的平衡pH值接近8.2， 此时许多交换剂对石灰质的溶解量很低，所以常选 用pH 8.2的缓冲溶液作石灰性土壤的交换剂。如： 1 mol/L NaOAc（pH 8.2）：能较好地抑制CaCO3 的溶解，Na+不被粘土矿物晶格固定。但对MgCO3 溶解较多，使交换性Mg测值偏高，所以含MgCO3 多的土壤应考虑使用。
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2、交换性阳离子组成： 包括：H+、Al3+及Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+…. 等交换性阳离子。 在石灰性土壤中以Ca2+、Mg2+为主；酸性土壤中H+、 Al3+较多；盐碱土中Na+多。 3、交换性盐基总量: 指除交换性H+、Al3+以外的其它交换性阳离子的总量。 由盐基总量可以计算盐基饱和度。 交换性盐基总量(cmol/kg)
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2、石灰性土壤： 石灰性土壤含游离CaCO3、MgCO3，是盐基饱和 土壤（主要是Ca饱和），一般只测CEC。有时从 土壤分类和土壤肥力角度考虑，可以作阳离子组 成的测定。 在石灰性土壤中测CEC时，由于CaCO3溶于许多 交换剂中，所以在测定过程中应尽量减少其溶解。
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中性土：测Ca2+、Mg2+或K+、Na+，一般只测Ca2+、 Mg2+，计算
K+ + Na+ = CEC -（Ca2+ +Mg2+） H+、Al3+极少或无，一般不测。
石灰性土壤：是盐基饱和土壤，Ca2+、Mg2+含量接 近CEC，所以一般只测CEC。
盐碱土：除CEC外，一般只测交换性Na+(K+极少)， 以求碱化度。
二、分析项目的选择： 应根据分析目的、土壤类型及实际需要确定分析 项目，选择适当的分析方法。 CEC — 各类土壤都要测定，其它项目的选择则可 以按照不同的土壤类型而有所不同。
酸性土：可测H+、Al3+或Ca2+、Mg2+，二者任测 一项，即：
CEC -（H+ + Al3+）= Ca2+ + Mg2+ K+、Na+极少，一般不测。
CaCl2（0.1，0.5）mol/L；Ca(OAc)2（0.5 mol/L）； BaCl2（0.25，0.5，0.05的68%乙醇液）； BaCl2（0.1 mol/L）+ 三乙醇胺（pH 8.2）； Ba(OAc)2（0.1，0.5 mol/L pH 8.2）等。 上述交换剂中，酸类交换剂用的较少，浓度较低， 以免破坏土壤胶体。盐类交换剂用的较多，浓度 较高，以便交换完全。
第二节 分析项目及其选择
一、分析项目： 1、阳离子交换量（CEC :Cation Exchange Capacity）
定义：在一定pH条件下，土壤胶粒与溶液中的阳离 子进行交换的最大量，简写CEC（cmol kg-1）。
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影响CEC大小的因素： （1）土壤中无机、有机胶粒的含量
胶粒含量高者CEC值大；土壤腐殖质丰富时， CEC也高。 （2）不同类型的粘土矿物，CEC不同 如： 2：1型（蒙脱石） 1：1型（高岭土） CEC 60-100cmol/kg 10-15cmol/kg 我国北方的粘质土壤所含的胶粒以蒙脱石和伊利石 为主，CEC较高。如：
除去易溶盐不能用极性溶剂（如水），以防止 分散土壤胶粒及参与离子交换，一般用乙醇 （60%左右），洗至滤液仅有痕量Ca2+、SO42为止；然后按照石灰性土壤的测定方法进行。
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感谢您的观看。
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（2） 1mol/L NH4Cl法（Turker法）： 即1mol/L NH4Cl – 70%乙醇溶液交换法 本法在澳大利亚应用较多，适用于盐碱土和非盐 碱土。 若用于盐碱土测定时，可用乙醇或乙二醇洗盐后 再进行CEC测定。
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测定原理：
I、用pH 8.5-8.6的1mol/L NH4Cl – 70%乙醇溶液饱
交换性Na+(cmol/kg) 碱化度% = —————————— 100 （ESP） 阳离子交换量(cmol/kg)
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碱化度的大小可以说明土壤的碱化成程度。如：
ESP 5
5-10
10-20 20
非碱土 弱碱化土 碱化土 碱土
我国在土壤普查中把碱土的碱化度定为40%。
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洗 土NH4+，使NH4+置换下来,收集淋洗液于容
量瓶中。
土 NH4+ + K+ + Ca2+
土K Ca
+ NH4+ + Cl-
（滤液中剩余NH4+的浓度）
NH4+ --- 定N法
Cl- --- 莫尔法，电极法
计算：CEC = NH4+ Cl- （cmol/kg）
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（3） 0.05mol/L (NH4)2C2O4 - 0.025mol/L NH4Cl （快速法）：
华北褐土 CEC: 12-20cmol/kg(东北旺: 10-16cmol/kg) 南方的红壤以高岭石为主，腐殖质含量低，CEC为
5-10cmol/kg。
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（3）土壤pH： 一般情况下，pH高时土壤的可变负电荷增加， CEC增高。
（4）土壤质地： 在土壤pH值与腐殖质含量大致相同时，CEC的 大小取决于土壤质地的状况。如：华北地区 ห้องสมุดไป่ตู้土 5-8cmol/kg 壤土 8-15cmol/kg 粘土 15-30cmol/kg
置换： 土 NH4+ + NaCl
Na+
土
+ NH4Cl
测定NH4+（可用蒸馏法），计算CEC。
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饱和-洗涤-置换三步，在测定方法上叫三步法，或 过剩盐洗去法，又叫洗涤置换法。 *第一步(饱和)的淋洗液可测交换性盐基总量。 *此法主要误差来源是洗涤时部分盐水解及胶粒的
损失，使测值误差较大。
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该方法是利用交换剂与土壤交换前后的浓度变化 求CEC。 NH4Cl作用：提高电解质的浓度，促进土粒凝结 （防止土粒分散），便于过滤。 滤液中NH4+的测定方法：可用蒸馏法、扩散法、 甲醛法，其中以甲醛法较为简便、快速，不需要 特殊的仪器，适于一般实验室。
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3、盐碱土： 盐碱土是盐基饱和土壤，多数土壤既含石灰质 又含易溶盐，所以测定CEC前应先洗去易溶盐， 再选用能尽量避免石灰质和石膏溶解的交换剂。
土壤分散； c、交换到土壤上的NH4+，测定方法多（蒸馏、比
色等），简便。
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注意：含蛭石多的土壤能固定NH4+，使测值偏低， 所以不能用NH4OAc法，可改用其它交换剂-如Na+、 Ba2+的盐溶液。 *NH4OAc交换剂不适合于石灰性土壤，因为它对 石灰质溶解性大（如对CaCO3、MgCO3）。
盐基饱和度% = ———————————— 100 阳离子交换量(cmol/kg)
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4、交换性H+、Al3+： 酸性土壤中H+、Al3+较多，根据其含量可以计算盐 基不饱和度。
交换性H+、Al3+(cmol/kg) 盐基不饱和度% = ——————————— 100
阳离子交换量(cmol/kg) 5、交换性Na+： 在盐碱土上分析，由此计算土壤碱化度。
和土壤,使土壤成 土 NH4+。
土 M + NH4+
土 NH4+ + M
此淋洗液若要了解交换性盐基组成的相对含量和盐
基总量，可用容量瓶接收，否则可弃去。
II、用0.1mol/L NH4Cl – 70%乙醇溶液淋洗,以降低 NH4+的浓度。
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III、最后用1.5mol/L KNO3–0.4mol/L (1/2Ca(NO3)2)
（0.025，0.05）mol/L Ba(OH)2 盐类：NH4OAc（1 mol/L，1mol/L 80%乙醇溶液）；
(NH4)2C2O4（0.05，0.025）mol/L； NaCl（0.5，1）mol/L；
NaOAc（1 mol/L，pH 8.2）； MgCl2（0.5 mol/L）；
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第22页/共35页
三、测定方法： 1、酸性和中性土壤：
pH 7.0的NH4OAc法是最普遍使用的常规方法， 其特点是：可以连续测定CEC、交换性离子组成、 交换性盐基总量。
第23页/共35页
原理：
M 饱和： 土 + NH4OAc(过量)
土NH4+ + MOAc +NH4OAc(余)
洗涤：用乙醇(或异丙醇)洗去多余的NH4+(NH4OAc)
属一次平衡交换法，适用于石灰性土壤。 (NH4)2C2O4与土壤交换后形成CaC2O4。 C土aCC2aO+4(包NH在4)C2CaC2OO43表==面，土NN抑HH制44++了+CCaCaCO23O的4溶 解， 降低了Ca2+的浓度，有利于反应平衡向右进行， 使土壤迅速被NH4+饱和，而把土壤阳离子（主要 是Ca2+）交换下来。
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BaCl2-三乙醇胺（TEA）（pH 8.2）： Ba2+在CaCO3颗粒表面形成BaCO3膜，从而抑制 了CaCO3的继续溶解，降低了Ca2+的浓度，使交 换完全。
NaOAc-NaCl法：对石膏、石灰溶解少，适于干旱 地区石灰性土壤，尤其是含石膏多的土壤。
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(NH4)2C2O4-NH4Cl快速法：属一次平衡交换法，生 成的CaC2O4包在CaCO3颗粒表面，降低了平衡液 中Ca2+的浓度，促进交换完全。
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第三节 土壤阳离子交换性能的测定
土壤阳离子交换性能的测定，是用交换剂（也叫饱 和剂）把土壤胶粒上吸附的离子交换下来，然后进 行测定。此交换反应是等物质量进行的，其交换是 否完全则决定于所选择的交换剂及交换方法。
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一、交换方法： 1、多次淋洗或离心交换法：
根据化学平衡移动规律，用交换剂多次淋洗（或 离心）土壤，使交换完全。此法交换程度完全， 但费时。 2、一次平衡交换法（也可叫快速法）： 土样 + 交换剂，振荡后过滤，此法交换不完全， 但简便、快速，可满足一般分析的要求。
二、交换剂的选择： 选择交换剂的依据:
要求考虑分析项目及土壤的性质。 选择交换剂的条件：
要求所选的测定方法容易，得到的结果准确， 无干扰，土壤不易分散。
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1、交换剂的种类：一般有酸类、碱类、盐类 酸类：（0.05，0.1）mol/L HCl；0.5 mol/L HAc 碱类：石灰乳（Ca(OH)2）；
近年来，常把交换剂中加入乙醇，配成60-70%的乙 醇溶液，使抑制CaCO3溶解的效果更好。
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（3）盐碱土： 这类土壤都是盐基饱和土壤，多数含CaCO3和易 溶盐，所以选择交换剂时应避免和减少CaCO3的 溶解，并先除去易溶盐。除易溶盐时不能用极性 溶剂，以保证盐分以分子状态存在，免去参与离 子交换，一般用乙醇（60-70%）溶液洗盐。
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2、交换剂的选择： 不同土壤、不同分析项目，选用的交换剂不同，
测定方法也不同，所以交换剂的选择实际上是交 换（或分析）方法的选择。如： （1） 酸性和中性土壤： 一般用pH 7.0的1 mol/L NH4OAc作交换剂，此为 经典方法。
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其优点是： a、NH4+在土壤中含量很少，不干扰测定； b、NH4+易除去，在淋洗多余的NH4+时，不易引起
（1） 1mol/L NaOAc法 : 适用于石灰性土壤及盐碱土
原理： 土Ca +NaOAc
土Na Na
+Ca(OAc)2+剩余NaOAc
用乙醇或异丙醇洗去
土 Na + NH4OAc
土 NH4+ + NaOAc 用火焰光度计测Na+
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本法交换剂的pH较高，能较好地抑制CaCO3溶解， Na+又不致被粘土矿物晶层所固定。但要注意在洗 去多余NaOAc时，交换性Na易水解进入溶液中而 损失，所以要掌握好洗的次数。多次洗导致交换 性Na损失，呈“” 误差；少洗，由于残留NaOAc 存在而使结果偏高，呈“+”误差。一般洗三次即可。
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（2） 石灰性土壤： 此类土壤含CaCO3、MgCO3多，测定时的最大困 难是交换剂对石灰质（CaCO3、MgCO3）的溶解， 因为Ca2+、Mg2+始终在交换液中参与交换平衡, 阻 碍了交换性Ca、Mg被交换完全，所以应当选择能 抑制石灰质溶解的交换剂。
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石灰性土壤在大气CO2分压下的平衡pH值接近8.2， 此时许多交换剂对石灰质的溶解量很低，所以常选 用pH 8.2的缓冲溶液作石灰性土壤的交换剂。如： 1 mol/L NaOAc（pH 8.2）：能较好地抑制CaCO3 的溶解，Na+不被粘土矿物晶格固定。但对MgCO3 溶解较多，使交换性Mg测值偏高，所以含MgCO3 多的土壤应考虑使用。
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2、交换性阳离子组成： 包括：H+、Al3+及Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+…. 等交换性阳离子。 在石灰性土壤中以Ca2+、Mg2+为主；酸性土壤中H+、 Al3+较多；盐碱土中Na+多。 3、交换性盐基总量: 指除交换性H+、Al3+以外的其它交换性阳离子的总量。 由盐基总量可以计算盐基饱和度。 交换性盐基总量(cmol/kg)
第25页/共35页
2、石灰性土壤： 石灰性土壤含游离CaCO3、MgCO3，是盐基饱和 土壤（主要是Ca饱和），一般只测CEC。有时从 土壤分类和土壤肥力角度考虑，可以作阳离子组 成的测定。 在石灰性土壤中测CEC时，由于CaCO3溶于许多 交换剂中，所以在测定过程中应尽量减少其溶解。
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第8页/共35页
中性土：测Ca2+、Mg2+或K+、Na+，一般只测Ca2+、 Mg2+，计算
K+ + Na+ = CEC -（Ca2+ +Mg2+） H+、Al3+极少或无，一般不测。
石灰性土壤：是盐基饱和土壤，Ca2+、Mg2+含量接 近CEC，所以一般只测CEC。
盐碱土：除CEC外，一般只测交换性Na+(K+极少)， 以求碱化度。
二、分析项目的选择： 应根据分析目的、土壤类型及实际需要确定分析 项目，选择适当的分析方法。 CEC — 各类土壤都要测定，其它项目的选择则可 以按照不同的土壤类型而有所不同。
酸性土：可测H+、Al3+或Ca2+、Mg2+，二者任测 一项，即：
CEC -（H+ + Al3+）= Ca2+ + Mg2+ K+、Na+极少，一般不测。
CaCl2（0.1，0.5）mol/L；Ca(OAc)2（0.5 mol/L）； BaCl2（0.25，0.5，0.05的68%乙醇液）； BaCl2（0.1 mol/L）+ 三乙醇胺（pH 8.2）； Ba(OAc)2（0.1，0.5 mol/L pH 8.2）等。 上述交换剂中，酸类交换剂用的较少，浓度较低， 以免破坏土壤胶体。盐类交换剂用的较多，浓度 较高，以便交换完全。
第二节 分析项目及其选择
一、分析项目： 1、阳离子交换量（CEC :Cation Exchange Capacity）
定义：在一定pH条件下，土壤胶粒与溶液中的阳离 子进行交换的最大量，简写CEC（cmol kg-1）。
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影响CEC大小的因素： （1）土壤中无机、有机胶粒的含量
胶粒含量高者CEC值大；土壤腐殖质丰富时， CEC也高。 （2）不同类型的粘土矿物，CEC不同 如： 2：1型（蒙脱石） 1：1型（高岭土） CEC 60-100cmol/kg 10-15cmol/kg 我国北方的粘质土壤所含的胶粒以蒙脱石和伊利石 为主，CEC较高。如：
除去易溶盐不能用极性溶剂（如水），以防止 分散土壤胶粒及参与离子交换，一般用乙醇 （60%左右），洗至滤液仅有痕量Ca2+、SO42为止；然后按照石灰性土壤的测定方法进行。
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（2） 1mol/L NH4Cl法（Turker法）： 即1mol/L NH4Cl – 70%乙醇溶液交换法 本法在澳大利亚应用较多，适用于盐碱土和非盐 碱土。 若用于盐碱土测定时，可用乙醇或乙二醇洗盐后 再进行CEC测定。
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测定原理：
I、用pH 8.5-8.6的1mol/L NH4Cl – 70%乙醇溶液饱
交换性Na+(cmol/kg) 碱化度% = —————————— 100 （ESP） 阳离子交换量(cmol/kg)
第6页/共35页
碱化度的大小可以说明土壤的碱化成程度。如：
ESP 5
5-10
10-20 20
非碱土 弱碱化土 碱化土 碱土
我国在土壤普查中把碱土的碱化度定为40%。
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洗 土NH4+，使NH4+置换下来,收集淋洗液于容
量瓶中。
土 NH4+ + K+ + Ca2+
土K Ca
+ NH4+ + Cl-
（滤液中剩余NH4+的浓度）
NH4+ --- 定N法
Cl- --- 莫尔法，电极法
计算：CEC = NH4+ Cl- （cmol/kg）
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（3） 0.05mol/L (NH4)2C2O4 - 0.025mol/L NH4Cl （快速法）：
华北褐土 CEC: 12-20cmol/kg(东北旺: 10-16cmol/kg) 南方的红壤以高岭石为主，腐殖质含量低，CEC为
5-10cmol/kg。
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（3）土壤pH： 一般情况下，pH高时土壤的可变负电荷增加， CEC增高。
（4）土壤质地： 在土壤pH值与腐殖质含量大致相同时，CEC的 大小取决于土壤质地的状况。如：华北地区 ห้องสมุดไป่ตู้土 5-8cmol/kg 壤土 8-15cmol/kg 粘土 15-30cmol/kg
置换： 土 NH4+ + NaCl
Na+
土
+ NH4Cl
测定NH4+（可用蒸馏法），计算CEC。
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饱和-洗涤-置换三步，在测定方法上叫三步法，或 过剩盐洗去法，又叫洗涤置换法。 *第一步(饱和)的淋洗液可测交换性盐基总量。 *此法主要误差来源是洗涤时部分盐水解及胶粒的
损失，使测值误差较大。
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该方法是利用交换剂与土壤交换前后的浓度变化 求CEC。 NH4Cl作用：提高电解质的浓度，促进土粒凝结 （防止土粒分散），便于过滤。 滤液中NH4+的测定方法：可用蒸馏法、扩散法、 甲醛法，其中以甲醛法较为简便、快速，不需要 特殊的仪器，适于一般实验室。
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3、盐碱土： 盐碱土是盐基饱和土壤，多数土壤既含石灰质 又含易溶盐，所以测定CEC前应先洗去易溶盐， 再选用能尽量避免石灰质和石膏溶解的交换剂。
土壤分散； c、交换到土壤上的NH4+，测定方法多（蒸馏、比
色等），简便。
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注意：含蛭石多的土壤能固定NH4+，使测值偏低， 所以不能用NH4OAc法，可改用其它交换剂-如Na+、 Ba2+的盐溶液。 *NH4OAc交换剂不适合于石灰性土壤，因为它对 石灰质溶解性大（如对CaCO3、MgCO3）。
盐基饱和度% = ———————————— 100 阳离子交换量(cmol/kg)
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4、交换性H+、Al3+： 酸性土壤中H+、Al3+较多，根据其含量可以计算盐 基不饱和度。
交换性H+、Al3+(cmol/kg) 盐基不饱和度% = ——————————— 100
阳离子交换量(cmol/kg) 5、交换性Na+： 在盐碱土上分析，由此计算土壤碱化度。
和土壤,使土壤成 土 NH4+。
土 M + NH4+
土 NH4+ + M
此淋洗液若要了解交换性盐基组成的相对含量和盐
基总量，可用容量瓶接收，否则可弃去。
II、用0.1mol/L NH4Cl – 70%乙醇溶液淋洗,以降低 NH4+的浓度。
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III、最后用1.5mol/L KNO3–0.4mol/L (1/2Ca(NO3)2)
（0.025，0.05）mol/L Ba(OH)2 盐类：NH4OAc（1 mol/L，1mol/L 80%乙醇溶液）；
(NH4)2C2O4（0.05，0.025）mol/L； NaCl（0.5，1）mol/L；
NaOAc（1 mol/L，pH 8.2）； MgCl2（0.5 mol/L）；
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三、测定方法： 1、酸性和中性土壤：
pH 7.0的NH4OAc法是最普遍使用的常规方法， 其特点是：可以连续测定CEC、交换性离子组成、 交换性盐基总量。
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原理：
M 饱和： 土 + NH4OAc(过量)
土NH4+ + MOAc +NH4OAc(余)
洗涤：用乙醇(或异丙醇)洗去多余的NH4+(NH4OAc)
属一次平衡交换法，适用于石灰性土壤。 (NH4)2C2O4与土壤交换后形成CaC2O4。 C土aCC2aO+4(包NH在4)C2CaC2OO43表==面，土NN抑HH制44++了+CCaCaCO23O的4溶 解， 降低了Ca2+的浓度，有利于反应平衡向右进行， 使土壤迅速被NH4+饱和，而把土壤阳离子（主要 是Ca2+）交换下来。
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BaCl2-三乙醇胺（TEA）（pH 8.2）： Ba2+在CaCO3颗粒表面形成BaCO3膜，从而抑制 了CaCO3的继续溶解，降低了Ca2+的浓度，使交 换完全。
NaOAc-NaCl法：对石膏、石灰溶解少，适于干旱 地区石灰性土壤，尤其是含石膏多的土壤。
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(NH4)2C2O4-NH4Cl快速法：属一次平衡交换法，生 成的CaC2O4包在CaCO3颗粒表面，降低了平衡液 中Ca2+的浓度，促进交换完全。
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第三节 土壤阳离子交换性能的测定
土壤阳离子交换性能的测定，是用交换剂（也叫饱 和剂）把土壤胶粒上吸附的离子交换下来，然后进 行测定。此交换反应是等物质量进行的，其交换是 否完全则决定于所选择的交换剂及交换方法。
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一、交换方法： 1、多次淋洗或离心交换法：
根据化学平衡移动规律，用交换剂多次淋洗（或 离心）土壤，使交换完全。此法交换程度完全， 但费时。 2、一次平衡交换法（也可叫快速法）： 土样 + 交换剂，振荡后过滤，此法交换不完全， 但简便、快速，可满足一般分析的要求。