农化分析第八章土壤交换性能
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第八章 土壤交换性能的分析
什么是土壤的阳离子交换能力？
土壤具有吸附溶液中阳离子，同时释 放出等量的其他阳离子的能力。就是土 壤溶液中阳离子与土壤胶体表面阳离子 的相互取代作用。Fe(III)和Fe(II)不作为 交换性阳离子，因其极易水解为（氢） 氧化物
阳离子交换能力主要包括两个过程
(1) 土壤溶液的阳离子进入胶体双电层，被吸附 (2 ) 胶体扩散层中阳离子为平衡电荷进入土壤溶液，被解吸。
酸性土壤，交换性 K+、Na+含量极少，一般不测，可测交 换性Ca2+、Mg2+和H+、Al3+，或二者之一。 中性土壤，交换性H+、Al3+极少或无，可测交换性性 K+、 Na+和Ca2+、Mg2+，或二者之一。 石灰性土壤，盐基饱和，Ca2+、Mg2+含量接近或等于CEC ，一般只测CEC和交换性Ca2+、Mg2+。 盐碱土，主要是交换性性 K+、Na+（K+极少），一般测定 CEC和交换性Na+，计算碱化度。
土壤质地，比表面积
0.25-0.025mm 0.025-0.001 0.3 15 0.001-0.00025 37.2 〈0.00025 69.9
土壤pH 碱性条件下，胶体表面负电荷增加，CEC增加
阳离子交换能力的表征指标
阳离子交换量（CEC
-Cation Exchang Capacity ） 以吸附阳离子总量表示的土壤吸附阳离子的能力。单 位：cmol/kg。
（3）选择合适的测定对象 A 测定交换剂中交换性阳离子减少量
土壤含有的交换性阳离子的溶解是本法的误差来源，比如乙酸钠交换 -测盐碱土
B 测定交换后土壤阳离子的增量
如果土壤发生了除交换反应外的其他反应，比如蛭石固定NH4+，结果 不准确。
C测定交换后上清液中交换性阳离子增量
比较准确，但需要测定项目较多，而且因土壤不同而不同，经过改进 ，用乙酸钠饱和、乙酸铵交换可以避免这一问题。 H+ K+ Na+ M+ M+
阳离子交换能力来源
土壤胶体表面净负电荷的存在
土壤矿物同晶置换的永久电荷 水合氧化物表面对质子的缔合与解离 有机物表面官能团解离与质子化产生 的可变电荷
阳离子交换反应的特点
可逆、速度快 等价离子交换 符合质量定律
k
产物1产物2 底物1底物2
可以通过调整某一物质浓度达到改变其他物质浓度
换能力的离子。
pH，pH升高，土壤负电荷数量增加，CEC增加 其它
测定方法 操作方法
CEC测定的操作过程
1. 用一种指示性离子（ NH4+ ）饱和土壤。 2. 有机溶剂洗去多余的指示性离子。 3. 用另一种盐把交换到土壤上的指示性离子交 换下来。 4. 测定指示性离子。
问题：
1. 如何判断交换是否完全？ 2. 方法的误差有哪些？
如何测定阳离子交换能力？
（1）选择合适的交换剂 酸- 0.01M、0.1M HCl，0.5M HOAc
对氧化物的溶解作用，破坏土壤胶体，使用较少
碱—饱和Ca(OH)2，0.025M Ba(OH)2
非缓冲液体系，交换过程pH变化影响测定结果。
盐—NH4OAc (1M，1M 80%乙醇）
（NH4）2C2O4（0.05M，0.025M） NaCl （0.5M，1M） BaCl2（0.25M,0.5M，0.05M） NaOAc（1M，pH8.2） BaCl2（0.1M + TEA，pH8.2） MgCl2（0.5M） Ba（OAC）2（0.1M，0.5M，pH8.2） CaCl2（0.1M，0.5M） CaOAc（0.5M）
Al3+ K+ Na+ Ca2+ Mg2+
Ca2+
Al3+ H+ Mg2+
M+
M+
M+ M+
M+
影响CEC测定数值的因素
粘土矿物的种类与数量、有机质含量。 固定电荷与可变电荷 交换剂的性质
Al3+﹥Ba2+﹥Ca2+>Mg2+﹥H+﹥NH4+﹥K+﹥Na+
盐溶液的浓度，如浓度高，低交换能力的离子可交换高交
（一）CEC的测定方法 • 1M 中性乙酸铵交换法 • 氯化钡-硫酸镁强迫交换法
指示离子饱和3次，醇洗3次，交换3次 指示离子饱和3 无水乙醇洗多余的指示离子 交换剂
饱和过程的上清 液可用来测交换 性阳离子 交换剂交换后可 测试指示离子
（ 1） 乙酸铵
（ 2）
无水乙醇
无钙，铬黑 T检验 （ 3）
无氨，奈氏试剂 检验 来自百度文库0% NaCl
测定氨
一、酸性土壤阳离子交换能力的测定
（2）选择合适的交换方法 多次淋洗或交换离心法batch法 据化学平衡移动的规律，用交换剂多次交换， 每次交换后均采用离心分离。交换完全，费工费时
一次平衡法（flow法） 样品用交换剂1次平衡交换，让交换剂以一定的 速率流过样品，交换剂中阳离子与样品的交换性阳 离子进行交换。简便快速，交换不完全。
阳离子交换的意义
土壤具备缓冲能力的主要原因，pH波动不易 土壤保肥能力的重要指标，〉20cmol/kg 高保肥能力 10-20 中 〈10 低 土壤自净能力
影响阳离子交换能力的因素 胶体组成
有机胶体 200-400cmol/kg 2:1矿物 60-100 cmol/kg 1:1矿物 10-15cmol/kg
• 交换性离子（盐基组成及含量） K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、Al3+ • 盐基饱和度，
交换性盐基总量/阳离子交换量 （阳离子交换量-交换性酸）/阳离子交换量
• 碱化度
交换性Na/阳离子交换量，>40%碱土
如何选择阳离子交换能力的表征指标？
（1）阳离子交换量必测项目 （2）根据土壤类型、分析目的及实际需要分析交换性 阳离子。
K+ Na+
M+ M +
Ca2+
Al3+ H+ Mg2+
mM+
M+ M+ M+ M+
nM+
H+ Al3+ K+
Na+ Ca2+ Mg2+
1. 土壤M的增量
（1）土壤对M的固定是负误差 2. 溶液M的减少量 （2）土壤所含M的溶出是正误差 （3）残留交换剂引起正误差 （4）交换剂量不够引起负误差 3. 溶液交换性阳 （1）土壤对M的固定是正误差 （2）土壤所含M的溶出是负误差 离子的总和 （3）交换剂量不够引起负误差 （1）交换剂量不够引起负误差 （2）测定项目较多，测定误差叠加
什么是土壤的阳离子交换能力？
土壤具有吸附溶液中阳离子，同时释 放出等量的其他阳离子的能力。就是土 壤溶液中阳离子与土壤胶体表面阳离子 的相互取代作用。Fe(III)和Fe(II)不作为 交换性阳离子，因其极易水解为（氢） 氧化物
阳离子交换能力主要包括两个过程
(1) 土壤溶液的阳离子进入胶体双电层，被吸附 (2 ) 胶体扩散层中阳离子为平衡电荷进入土壤溶液，被解吸。
酸性土壤，交换性 K+、Na+含量极少，一般不测，可测交 换性Ca2+、Mg2+和H+、Al3+，或二者之一。 中性土壤，交换性H+、Al3+极少或无，可测交换性性 K+、 Na+和Ca2+、Mg2+，或二者之一。 石灰性土壤，盐基饱和，Ca2+、Mg2+含量接近或等于CEC ，一般只测CEC和交换性Ca2+、Mg2+。 盐碱土，主要是交换性性 K+、Na+（K+极少），一般测定 CEC和交换性Na+，计算碱化度。
土壤质地，比表面积
0.25-0.025mm 0.025-0.001 0.3 15 0.001-0.00025 37.2 〈0.00025 69.9
土壤pH 碱性条件下，胶体表面负电荷增加，CEC增加
阳离子交换能力的表征指标
阳离子交换量（CEC
-Cation Exchang Capacity ） 以吸附阳离子总量表示的土壤吸附阳离子的能力。单 位：cmol/kg。
（3）选择合适的测定对象 A 测定交换剂中交换性阳离子减少量
土壤含有的交换性阳离子的溶解是本法的误差来源，比如乙酸钠交换 -测盐碱土
B 测定交换后土壤阳离子的增量
如果土壤发生了除交换反应外的其他反应，比如蛭石固定NH4+，结果 不准确。
C测定交换后上清液中交换性阳离子增量
比较准确，但需要测定项目较多，而且因土壤不同而不同，经过改进 ，用乙酸钠饱和、乙酸铵交换可以避免这一问题。 H+ K+ Na+ M+ M+
阳离子交换能力来源
土壤胶体表面净负电荷的存在
土壤矿物同晶置换的永久电荷 水合氧化物表面对质子的缔合与解离 有机物表面官能团解离与质子化产生 的可变电荷
阳离子交换反应的特点
可逆、速度快 等价离子交换 符合质量定律
k
产物1产物2 底物1底物2
可以通过调整某一物质浓度达到改变其他物质浓度
换能力的离子。
pH，pH升高，土壤负电荷数量增加，CEC增加 其它
测定方法 操作方法
CEC测定的操作过程
1. 用一种指示性离子（ NH4+ ）饱和土壤。 2. 有机溶剂洗去多余的指示性离子。 3. 用另一种盐把交换到土壤上的指示性离子交 换下来。 4. 测定指示性离子。
问题：
1. 如何判断交换是否完全？ 2. 方法的误差有哪些？
如何测定阳离子交换能力？
（1）选择合适的交换剂 酸- 0.01M、0.1M HCl，0.5M HOAc
对氧化物的溶解作用，破坏土壤胶体，使用较少
碱—饱和Ca(OH)2，0.025M Ba(OH)2
非缓冲液体系，交换过程pH变化影响测定结果。
盐—NH4OAc (1M，1M 80%乙醇）
（NH4）2C2O4（0.05M，0.025M） NaCl （0.5M，1M） BaCl2（0.25M,0.5M，0.05M） NaOAc（1M，pH8.2） BaCl2（0.1M + TEA，pH8.2） MgCl2（0.5M） Ba（OAC）2（0.1M，0.5M，pH8.2） CaCl2（0.1M，0.5M） CaOAc（0.5M）
Al3+ K+ Na+ Ca2+ Mg2+
Ca2+
Al3+ H+ Mg2+
M+
M+
M+ M+
M+
影响CEC测定数值的因素
粘土矿物的种类与数量、有机质含量。 固定电荷与可变电荷 交换剂的性质
Al3+﹥Ba2+﹥Ca2+>Mg2+﹥H+﹥NH4+﹥K+﹥Na+
盐溶液的浓度，如浓度高，低交换能力的离子可交换高交
（一）CEC的测定方法 • 1M 中性乙酸铵交换法 • 氯化钡-硫酸镁强迫交换法
指示离子饱和3次，醇洗3次，交换3次 指示离子饱和3 无水乙醇洗多余的指示离子 交换剂
饱和过程的上清 液可用来测交换 性阳离子 交换剂交换后可 测试指示离子
（ 1） 乙酸铵
（ 2）
无水乙醇
无钙，铬黑 T检验 （ 3）
无氨，奈氏试剂 检验 来自百度文库0% NaCl
测定氨
一、酸性土壤阳离子交换能力的测定
（2）选择合适的交换方法 多次淋洗或交换离心法batch法 据化学平衡移动的规律，用交换剂多次交换， 每次交换后均采用离心分离。交换完全，费工费时
一次平衡法（flow法） 样品用交换剂1次平衡交换，让交换剂以一定的 速率流过样品，交换剂中阳离子与样品的交换性阳 离子进行交换。简便快速，交换不完全。
阳离子交换的意义
土壤具备缓冲能力的主要原因，pH波动不易 土壤保肥能力的重要指标，〉20cmol/kg 高保肥能力 10-20 中 〈10 低 土壤自净能力
影响阳离子交换能力的因素 胶体组成
有机胶体 200-400cmol/kg 2:1矿物 60-100 cmol/kg 1:1矿物 10-15cmol/kg
• 交换性离子（盐基组成及含量） K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、Al3+ • 盐基饱和度，
交换性盐基总量/阳离子交换量 （阳离子交换量-交换性酸）/阳离子交换量
• 碱化度
交换性Na/阳离子交换量，>40%碱土
如何选择阳离子交换能力的表征指标？
（1）阳离子交换量必测项目 （2）根据土壤类型、分析目的及实际需要分析交换性 阳离子。
K+ Na+
M+ M +
Ca2+
Al3+ H+ Mg2+
mM+
M+ M+ M+ M+
nM+
H+ Al3+ K+
Na+ Ca2+ Mg2+
1. 土壤M的增量
（1）土壤对M的固定是负误差 2. 溶液M的减少量 （2）土壤所含M的溶出是正误差 （3）残留交换剂引起正误差 （4）交换剂量不够引起负误差 3. 溶液交换性阳 （1）土壤对M的固定是正误差 （2）土壤所含M的溶出是负误差 离子的总和 （3）交换剂量不够引起负误差 （1）交换剂量不够引起负误差 （2）测定项目较多，测定误差叠加