土壤学 土壤阳离子交换作用共50页文档
土壤阳离子交换综述
土壤中阳离子交换量测定综述摘要; 土壤阳离子交换量是随着土壤在风化过程中形成，一些矿物和有机质被分解成极细小的颗粒。
化学变化使得这些颗粒进一步缩小，肉眼便看不见。
这些最细小的颗粒叫做“胶体”。
每一胶体带净负电荷。
电荷是在其形成过程中产生的。
它能够吸引保持带正电的颗粒，就像磁铁不同的两极相互吸引一样。
阳离子是带正电荷的养分离子，如钙（Ca)、镁（Mg)、钾（K)、钠（Na)、氢（H)和铵(NH4)。
粘粒是土壤带负电荷的组份。
这些带负电的颗粒（粘粒）吸引、保持并释放带正电的养分颗粒（阳离子）。
有机质颗粒也带有负电荷，吸引带正电荷的阳离子。
砂粒不起作用。
阳离子交换量（CEC)是指土壤保持和交换阳离子的能力，也有人将它称之为土壤的保肥能力关键词阳离子交换量：氯化钡化钡一硫酸强迫交换法正文.2.1原理氯化钡一硫酸强迫交换法f简称氯化钡法。
下同1其原理是：土壤中存在的各种阳离子可被氯化钡(BaCl2)水溶液中的阳离子(Ba2+ )）等价交换。
土壤B aCl2溶液处理。
使之和Ba2+ 饱和，洗去剩余的B aC乜溶液后，再用强电解质硫酸溶液把交换到土壤中的Ba2+交换下来。
由于生成了硫酸钡沉淀，而且氢离子的交换吸附能力很强，使交换反应基本趋于完全。
这样通过测定交换反应前后硫酸含量的变化，可以讣算出消耗硫酸的量，从而计算出阳离子交换量。
1.2.2操作步骤A、称取过2mm筛孔土样2g至100 ml离心管，向管中加入30 ml BaC l2（0.5m olL-1）溶液，用带橡皮头玻璃棒搅拌3～5min后，以3000r/m讪转速离心至下层土壤紧实为止。
弃其上清液，再加30mlBaC L溶液，重复上述操作。
B、在离心管内加50 ml蒸馏水，用橡皮头玻璃棒搅拌3～5min后，离心沉降，弃其上清液。
重复数次。
直至无氯离子f用硝酸银溶液检验1。
C、移取25. 00 ml 0.1 moIL-1。
1（浓度需标定1的硫酸溶液至离心管中，搅拌分散土壤，用振荡机振荡15min后。
土壤阳离子交换性能的分析
土壤阳离子交换性能的分析1.1概述土壤中阳离子交换作用，早在19世纪50年代已为土壤科学家所认识。
当土壤用一种盐溶液（例如醋酸铵）淋洗时，土壤具有吸附溶液中阳离子的能力，同时释放出等量的其它阳离子如Ca2+、Mg2+、K+、Na+等。
它们称为交换性阳离子。
在交换中还可能有少量的金属微量元素和铁、铝。
Fe3+ (Fe2+)一般不作为交换性阳离子。
因为它们的盐类容易水解生成难溶性的氢氧化物或氧化物。
土壤吸附阳离子的能力用吸附的阳离子总量表示，称为阳离子交换量[cation exchange capacity，简作（Q）]，其数值以厘摩尔每千克（cmol·kg-1）表示。
土壤交换性能的分析包括土壤阳离子交换量的测定、交换性阳离子组成分析和盐基饱和度、石灰、石膏需要量的计算。
土壤交换性能是土壤胶体的属性。
土壤胶体有无机胶体和有机胶体。
土壤有机胶体腐殖质的阳离子交换量为200～400cmol·kg-1。
无机胶体包括各种类型的粘土矿物，其中2:1型的粘土矿物如蒙脱石的交换量为60～100cmol·kg-1，1:1型的粘土矿物如高岭石的交换量为10～15cmol·kg-1。
因此，不同土壤由于粘土矿物和腐殖质的性质和数量不同，阳离子交换量差异很大。
例如东北的黑钙土的交换量为30～50cmol·kg-1，而华南的土壤阳离子交换量均小于10cmol·kg-1，这是因为黑钙土的腐殖质含量高，粘土矿物以2:1型为主；而红壤的腐殖质含量低，粘土矿物又以1:1型为主。
阳离子交换量的测定受多种因素影响。
例如交换剂的性质、盐溶液的浓度和pH等，必须严格掌握操作技术才能获得可靠的结果。
作为指示阳离子常用的有NH4+、Na+、Ba2+，亦有选用H+作为指示阳离子。
各种离子的置换能力为Al3+> Ba2+>Ca2+> Mg2+> NH4+> K+> Na+。
土壤 阳离子交换性能的分析
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（快速测定法）： • 土样加入交换剂，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
1、影响CEC测定的因素： 交换剂性质 不同交换剂阳离子交换土壤阳离子的能力不同： Al3+＞Ba2+＞Mg2+＞H+＞NH4+＞K+＞Na+ 交换剂盐浓度： 越高，交换能力越强 交换剂pH值 (1) CEC由土壤胶体表面净负电荷总量决定，无机、有机 胶体官能团产生的正负电荷和数量常因溶液pH改变而改变。 (2)酸性土壤中，一部分负电荷可能为带正电荷的铁、铝 氧化物所掩蔽，一旦溶液pH升高，铁、铝氧化物沉淀而增 强土壤胶体负电荷。
因此，测量土壤CEC时交换剂常具有一定的pH缓冲性能。
2、交换剂的选择
（1）酸性和中性土壤： 一般用pH 7.0的1 mol/L NH4OAc作交换剂。 优点： a、土壤中NH4+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。 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）。
H+
Al3+
H+
Soil Clay
Al3+ Ca2+ 2+ 2+ Mg Mg Ca2+ Soil Solution NH4+ NH4+ K+ + + + K Na Na
(完整版)土壤阳离子交换量
土壤阳离子互换量（Bacl 2实验原理本实验采纳的是迅速法来测定阳离子互换量。
土壤中存在的各样阳离子可被某些中性盐（B aCl2 ）水溶液中的阳离子（ Ba2+）等价互换。
因为在反响中存在互换均衡，互换反响实际上不可以进行完整。
当增大溶液中互换剂的浓度、增添互换次数时，可使互换反响趋于完整。
互换离子的天性，土壤的物理状态等对互换反响的进行程度也有影响。
再用强电解质（硫酸溶液）把互换到土壤中的 Ba2+ 互换下来，这因为生成了硫酸钡积淀，并且氢离子的互换吸附能力很强，使互换反响基本趋于完整。
这样经过测定互换反响前后硫酸含量的变化，能够计算出耗费硫酸的量，从而计算出阳离子互换量。
用不一样方法测得的阳离子互换量的数值差别较大，在报告及结果应用时应注明方法。
1.仪器（1）离心计：北京产 CD5 –A 型离心计（2）离心管： 100 mL（3）锥形瓶： 100 mL（4）量筒： 50 mL（5）移液管： 10 mL 、 25 mL（6）碱式滴定管： 25 mL2.试剂（ 1）氯化钡溶液：称取60 g 氯化钡（ BaCl2 ·2H2O ）溶于水中，转移至500 mL 容量瓶中，用水定容。
（2） 0.1%酚酞指示剂（ W∕V）：称取 0.1 g 酚酞溶于 100 mL 醇中。
（3）硫酸溶液（ 0.1 mol/L ）：移取 5.36 mL 浓硫酸至 1000 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度。
（ 4）标准氢氧化钠溶液（≈ 0.1 mol/L）：称取 2 g氢氧化钠溶解于500 mL 煮沸后冷却的蒸馏水中。
其浓度需要标定。
标定方法：各称取两份0.5000g 邻苯二甲酸氢钾（早先在烘箱中105 ℃烘干）于 250 mL锥形瓶中，加100 mL 煮沸后冷却的蒸馏水溶解，再加 4 滴酚酞指示剂，用配制好的氢氧化钠标准溶液滴定至淡红色。
再用煮沸后冷却的蒸馏水做一个空白试验，并从滴定邻苯二甲酸氢钾的氢氧化钠溶液的体积中扣除空白值。
土壤胶体的离子交换作用
土壤胶体的离子交换作用离子交换作用包括阳离子交换吸附作用和阴离子交换吸附作用。
一、土壤阳离子交换吸附作用的概念1.土壤胶体表面所吸附的阳离子，与土壤溶液中的阳离子或不同胶粒上的阳离子相互交换的作用，称为阳离子交换吸附作用。
2.当土壤溶液中阳离子吸附在胶体上时，表示阳离子养分的暂时保蓄，即保肥过程；当胶体上的阳离子解离至土壤溶液中时，表示养分的释放，即供肥过程。
二、土壤阳离子交换吸附作用的特点1. 可逆反应：在自然状况下，很难把土壤胶体上某一阳离子完全彻底地代换到溶液中去。
同时，土壤胶体上吸附的阳离子也必然是多种多样的，不可能为单一种离子所组成。
在湿润地区的一般酸性土壤中，吸附的阳离子有Al3+、H+、Ca2+、Mg2+、K+等；在干旱地区的中性或碱性土壤中，主要的吸附性阳离子是Ca2+，其次有Mg2+、K+、Na+等。
2. 等量交换：以等量电荷关系进行，如一个Ca2+可交换两个Na+；一个二价的钙离子可以交换两个一价的氢离子。
3. 速度受交换点位置和温度的影响：①位置：如果溶液中的离子能直接与胶粒表面代换性离子接触，交换速度就快；如离子要扩散到胶粒内层才进行交换，则交换时间就较长，有的需要几昼夜才能达成平衡。
高岭石类矿物交换作用主要发生在胶粒表面边缘上，所以速率很快；蒙脱石类矿物的离子交换大部分发生在胶粒晶层之间，其速率取决于层间间距或膨胀程度；水云母类的交换作用发生在狭窄的晶层间，所以交换速率较慢。
（高岭石〉蒙脱石〉水云母）②温度：高温可加快离子交换反应的速率，因为温度升高，离子的热运动变得更为剧烈，致使单位时间内碰撞固相表面的次数增多。
三、影响阳离子交换作用的因素1.阳离子的交换能力：（指一种阳离子将胶体上另一种阳离子交换下来的能力。
）主要决定于阳离子被胶粒吸附的力量（或称阳离子与胶体的结合强度），它实质上是阳离子与胶体之间的静电能。
a.离子电荷价：M3+> M2+> M+（M表示阳离子）b.离子的半径及水化程度：同价离子，离子半径大水化半径小，交换能力越强。
土壤胶体的离子交换作用
土壤胶体的离子交换作用离子交换作用包括阳离子交换吸附作用和阴离子交换吸附作用。
一、土壤阳离子交换吸附作用的概念1.土壤胶体表面所吸附的阳离子，与土壤溶液中的阳离子或不同胶粒上的阳离子相互交换的作用，称为阳离子交换吸附作用。
2.当土壤溶液中阳离子吸附在胶体上时，表示阳离子养分的暂时保蓄，即保肥过程；当胶体上的阳离子解离至土壤溶液中时，表示养分的释放，即供肥过程。
二、土壤阳离子交换吸附作用的特点1. 可逆反应：在自然状况下，很难把土壤胶体上某一阳离子完全彻底地代换到溶液中去。
同时，土壤胶体上吸附的阳离子也必然是多种多样的，不可能为单一种离子所组成。
在湿润地区的一般酸性土壤中，吸附的阳离子有Al3+、H+、Ca2+、Mg2+、K+等；在干旱地区的中性或碱性土壤中，主要的吸附性阳离子是Ca2+，其次有Mg2+、K+、Na+等。
2. 等量交换：以等量电荷关系进行，如一个Ca2+可交换两个Na+；一个二价的钙离子可以交换两个一价的氢离子。
3. 速度受交换点位置和温度的影响：①位置：如果溶液中的离子能直接与胶粒表面代换性离子接触，交换速度就快；如离子要扩散到胶粒内层才进行交换，则交换时间就较长，有的需要几昼夜才能达成平衡。
高岭石类矿物交换作用主要发生在胶粒表面边缘上，所以速率很快；蒙脱石类矿物的离子交换大部分发生在胶粒晶层之间，其速率取决于层间间距或膨胀程度；水云母类的交换作用发生在狭窄的晶层间，所以交换速率较慢。
（高岭石〉蒙脱石〉水云母）②温度：高温可加快离子交换反应的速率，因为温度升高，离子的热运动变得更为剧烈，致使单位时间内碰撞固相表面的次数增多。
三、影响阳离子交换作用的因素1.阳离子的交换能力：（指一种阳离子将胶体上另一种阳离子交换下来的能力。
）主要决定于阳离子被胶粒吸附的力量（或称阳离子与胶体的结合强度），它实质上是阳离子与胶体之间的静电能。
a.离子电荷价：M3+> M2+> M+（M表示阳离子）b.离子的半径及水化程度：同价离子，离子半径大水化半径小，交换能力越强。
土壤的阳离子交换量实验报告
土壤的阳离子交换量实验报告
土壤阳离子交换实验属于土壤物理化学实验的一部分，是研究土壤离子的活动度的一
种重要手段。
土壤的阳离子交换量是衡量土壤水热量、有机质、离子活性及土壤结构状况
的量化指标，对提高土壤可持续利用能力具有重要意义。
本实验旨在研究一个典型山地土
壤在不同pH值条件下的阳离子交换量。
实验中，采用的土壤样品来自一个位于山地的森林园地，由该森林园的工作人员采集，整块地将分成三份，每份重200克，由于较大的粒径分布，采集后将各份土壤分别趋近筛选，按粒径由小到大分成7个等级，分别为2、2.5、2.8、3.2、4.0、5.0和6.0毫米。
筛选后取其中一份样品，经晒干后病酸溶法清洗，采用汞堆称法测定阳离子交换量。
实验结果表明，土壤细粒径（＜2.0mm）粘壤含量比较高，交换性痕量元素含量较高。
在较低的pH（4.0）条件下，样品的阳离子交换量最高；随着pH值的上升，阳离子交换量逐渐降低，而在较高的pH（8.0）条件下，样品的阳离子交换量最低。
此外，实验结果显示，细粒径土壤的阳离子交换量明显小于粗粒径土壤。
本次实验的结果对深入的研究土壤的阳离子交换量以及土壤的结构状况等具有重要的
指导意义，为采用有效的施肥和入渗性方案提供了参考。
通过这项实验，我们可以正确评
估土壤的营养状况，从而为土壤综合管理提供有力支撑。
土壤的阳离子交换作用
土壤阳离子交换作用指的是土壤中的离子与土壤中的阳离子交换的过程。
土壤中的阳离子包括钠、钾、镁和铝等。
这些阳离子主要与土壤中的阴离子，如氯离子、硫酸根离子和氢离子等进行交换。
土壤阳离子交换作用对土壤和植物生长有重要影响，因为它影响着土壤中的离子平衡和土壤的酸碱度。
高阳离子交换能力的土壤可以有效地吸附和结合有害的阴离子，这有助于提高土壤的质量和保护植物免受有害阴离子的影响。
土壤阳离子交换作用还可以通过添加碳酸钠或其他阳离子来调节土壤酸碱度，提高土壤适宜植物生长的条件。
同时，土壤阳离子交换作用还可以用来减少土壤中的盐分，这有助于提高土壤的适宜性并促进植物的生长。
7第七章 土壤阳离子交换性能的分析
②Fe3+、Fe2+ 不是（易水解生成难溶性的氢氧化物或氧化物沉淀）
Fe3+ + 3H2O →Fe(OH)3 ↓ + H+
2）阳离子交换量（CEC: Cation Exchange Capacity
2.查Ca2+：铬黑T，兰色无Ca2+，红色有Ca2+ 3.查NH4+：钠氏试剂，黄色有NH4+ ，无色无NH4+。 4.去除剩余交换剂（NH4+）的程度
产生误差的主要来源
①淋洗不完全：未将交换剂全部洗掉会产生正误差； ②淋洗过头：易水解的被洗去产生负误差， ③洗涤剂：如乙醇能溶解土壤OM，不能用太多来洗，否则产生 负误差。也可用异丙醇代替。
第七章 土壤阳离子交换 性能的分析
第一节 土壤阳离子交换量和交换性盐基测定 第二节 土壤酸度的测定及石灰需用量的计算
第一节 一、概述
土壤阳离子交换量和交换性盐基测定
-K + -Na+ -Ca2+ + H+ -H+ -H+ -H+ -H+ + K+、Na+、Ca2+
1.几个概念+
1）交换性阳离子
当土壤用一种盐溶液淋洗时，土壤具有吸附溶液中阳离子 的能力，同时释放出等量电荷的其它阳离子，这些释放出的阳 离子称作交换性阳离子。包括： H+ 、K+、Na+、Ca2+、Mg2+（碱金属、碱土金属是交换性阳离子）
粘土矿物类型
c土壤阳离子交换性能的分析
汞电极侧孔上塞子拔去，浸在上清液中， 待读数稳定后，读取pH值。
（4）土壤活性酸的测定——电位法
注意事项：
电极的保护
玻璃电极敏感膜必需形成水化凝胶层后才能正常 反应，用前需用蒸馏水或稀盐酸浸泡12-24h。但 是，玻璃电极长期浸泡会因玻璃溶解而功能减退， 长期不用时，应洗净后干保存。
交换性Na+(cmol/kg) 碱化度% = —————————— 100 （ESP） 阳离子交换量(cmol/kg)
第二节 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。
影响pH测定的因素
提取与平衡时间 （1）若平衡时间不足，则土壤胶体扩散层与
自由溶液之间氢离子分布不平衡，引起实 验误差；
（2）若平衡时间过长，可能因微生物活动而 影响实验结果；
（3）不同土壤提取平衡时间不同，我国大 多土壤1h足够。
（4）土壤活性酸的测定——电位法
方法原理：
用pH计测定土壤悬浊液pH时，由于玻璃电极内 外溶液H+活度不同从而产生电位差，用电位计测定 该电位差。通过公式计算出pH值：
3、交换剂的选择
（2） 石灰性土壤： 常用交换剂： 1 mol/L NaOAc（pH 8.2）：该交换剂对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。 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。
土壤学 土壤阳离子交换作用
层状硅酸盐矿物在某些情况下对重金 属离子也可以产生专性吸附作用
反应的结果使体系的pH值下降 ！
阳离子专性吸附
1、产生阳离子专性吸附的阳离子： 2、产生阳离子专性吸附的土壤胶体物质： 铁铝锰等的氧化物及其水化物 3、影响阳离子专性吸附的主要因素 （1）pH （2）土壤胶体类型 4、阳离子专性吸附的实际意义
H+
Ca2+
高岭石
蒙脱石 伊利石
0.34
0.21 0.10
0.38
0.25 0.15
0.25
0.28 0.21
0.008
0.058 0.036
0.080
0.022 0.040
三、土壤的盐基饱和度(BSP)
Base Saturation Percentage 致酸离子：H+ 、Al3+ 盐基离子：K+、Na
NH4+
NH4+
Na+
Ca2+ Mg2+ K+ Na+ NH4+
CEC是土壤的一个很重要的化 学性质，直接反应了土壤的保肥 供肥性能和缓冲能力。一般认为 CEC ＞20cmol(+)/kg 保肥力强
20~10cmol(+)/kg
＜10cmol(+)/kg
中等
弱
二、土壤阳离子交换作用
5、影响CEC的因素 (1) 胶体的类型
不同pH值下粘粒矿物的交换量
不同pH值
粘土矿物 2.5-6 蒙脱石 高岭石 95 4 7 100 10 阳离子交换量* cmol(+)/kg 5 6
* pH等于7时的增加值
二、土壤阳离子交换作用
6、影响交换性阳离子有效度的因素