第六章 二、土壤阳离子交换作用
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同价的离子，其交换能力的大小是依据其离子半 径及离子的水化程度的不同而不同的。
（3）离子浓度和数量因子。
离子半径与吸附力
一价离子
Li+ Na+ K+ NH4+ Rb+
离子的真实半径(nm) 0.078 0.098 0.133 0.143 0.149
离子的水合半径(nm) 1.008 0.790 0.537 0.532 0.509
二、土壤阳离子交换作用
5、影响CEC的因素 (1) 胶体的类型
不同类型土壤胶体的CEC
土壤胶体
腐殖质 蛭石
蒙脱石 伊利石 高岭石
CEC cmol(+)/kg
200 100-150 70-95 10-40
3-15
二、土壤阳离子交换作用
5、影响CEC的因素 (1) 胶体的类型 (2) 胶体数量
二、土壤阳离子交换作用
ESR—exchangeable sodium ratio 指溶液中交 换性钠与交换性Ca2+、Mg2+离子浓度之 和的比值。
SAR—sodium adsorption ratio 指溶液中Na+ 浓度与Ca2+、Mg2+浓度之和的平方根的
比值。
四、 土壤胶体对阴离子的吸附
带正电的土壤胶体，主要是铁和铝的氢 氧化物和氧化物，可以吸附阴离子。
产生专性吸附的阴离子有F-离子以及磷 酸根、硫酸根、钼酸根、砷酸根等含氧酸根 离子。
影响阴离子吸附的因素：
溶液浓度 阴离子种类 pH
离子交换对土壤肥力的影响
1. 土壤离子交换对土壤养分状况的影响 2. 影响土壤的酸碱性 3. 影响土壤的缓冲性 4. 影响土壤的物理性质
盐基饱和度：交换性盐基离子占阳离子交换量的 百分数。
盐基饱和度＝ _交__换__性__盐__基__[c_m__o_l(_+_)_/k_g_]__ ×100℅
CEC [cmol(+)/kg]
例：CEC=50 cmol(+)/kg 交换性Ca2+, Mg2+, K+, Na+的含量分别为10，5, 10，5，cmol （+）/kg，则
第三节 土壤吸收性能和离子交换
一、土壤吸附性能类型 二、土壤阳离子交换作用
1、定义 土壤阳离子交换作用： 土壤胶体表面吸附阳离子与土壤溶液中的阳离子
可相互交换的作用。
二、土壤阳离子交换作用
1、定义 2、阳离子交换作用的特点
1）阳离子交换作用是可逆反应。 2）交换是等当量进行的。 3）阳离子交换受质量作用定律的支配。
NH4+
Ca2+ Mg2+ K+ Na+
NH4+
Na+ 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
中等
＜10cmol(+)/kg
弱
5、影响CEC的因素 (1) 胶体的类型 (2) 胶体数量 (3) 土壤质地
土壤质地对阳离子交换量的影响
质地越粘重，含粘粒越多的土壤，其阳 离子交换量也越大。cmol(+)/kg
质地 CEC
砂土 1~5
砂壤土 壤土
粘土
7~8 15~18 25~30
二、土壤阳离子交换作用
5、影响CEC的因素 (1) 胶体的类型 (2) 胶体数量 (3) 土壤质地 (4) 土壤PH
盐基饱和度＝___1_0_+_5_+__1_0_+_5_[_c_m__o_l_(_+_)_/_k_g_] 50 [cmol(+)/kg]
×100℅
＝ 60％
当土壤胶体上吸附的阳离子全部是盐基离子 时,土壤成盐基饱和状态,,称之为盐基饱和 的土壤。
当土壤胶体吸附的阳离子仅部分为盐基离子， 而其余部分则为致酸离子时，该土壤呈盐基 不饱和状态，称之为盐基不饱和土壤。
二、土壤阳离子交换作用
1、定义 2、阳离子交换作用的特点 3、阳离子交换能力大小顺序
Fe3+ > Al3+ > H+ > Ca2+ > Mg2+பைடு நூலகம்> NH4+ > K + > Na +
影响阳离子交换能力的因素
（1）电荷的影响；
根据库仑定律，阳离子的价数越高，交换能力也 越大。
（2）离子的半径及水化程度
组成
重(g)
(mg)
A
40%Ca+60%H
B 40%Ca+60%Mg
C 40%Ca+60%Na
2.80 2.79 2.34
11.15 7.83 4.36
在土壤胶体上各种交换性盐 基离子之间的 相互影响的作用—互补离子效应（陪伴离子 效应）
三、土壤的盐基饱和度
致酸离子：H+ 、Al3+ 盐基离子：K+、Na + 、Ca 2+ 、Mg2+、NH4+等
蒙脱石 ＞ 伊利石 ＞ 高岭石
带负电荷愈多的土壤胶体，对阴离子
这种情况也可归因于胶体负电荷数量不同
的的缘排故斥。作用愈强，负吸附作用愈明显。
（三）阴离子专性吸附
阴离子专性吸附是指阴离子进入粘土矿
物或氧化物表面的金属原子的配位壳中，与 配位壳中的羟基或水合基重新配位，并直接 通过共价键或配位键结合在固体的表面。这 种吸附发生在胶体双电层的内层，也称为配 位体交换吸附。
（二）阴离子的非专性吸附
带正电荷的胶粒因静电引力吸附 阴离子于双电层外层（扩散层）作 为平衡离子，称为阴离子的非专性 吸附。为交换吸附，被吸附的阴离 子居于双电层的外层，以中和内层 的正电荷。
（三）阴离子的负吸附
所谓阴离子的负吸附，是指距带负电荷的 胶体表面越近，阴离子数量越少的现象。
负吸附现象也受土壤特性影响，其它条件 相同，则负吸附现象随着土壤胶体的数量和阳 离子代换量的增加而增加。但随陪伴阳离子价 数的增加而减少，不同的粘粒矿物对负吸附的 影响也不同，他们递减的次序为：
盐基饱和的土壤具有中性或碱性反应，而盐 基不饱和的土壤则呈酸性反应。
盐基饱和度－土壤肥力水平的重要指标之一
盐基饱和度 ≥ 80％ 土壤肥沃 盐基饱和度 50％～ 80％ 中等肥力水平 盐基饱和度 ＜ 50 土壤肥力较低
ESP—exchangeable sodium percentage 指交换 性钠离子占交换性阳离子总量的百分数。
不同pH值下粘粒矿物的交换量
粘土矿物 蒙脱石 高岭石
不同pH值
2.5-6
7
95
100
4
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
（1）交换阳离子的饱和度 （2）陪补离子效应
互补离子与交换性钙的有效性
土壤 交换性阳离子 小麦幼苗干 小麦幼苗吸钙量
土壤胶体带正电荷的方式：
1．通过土壤胶体表面的（Al、Fe）－OH基，附着 一个质子（H+），从而产生正电荷（可变电荷）。 2．腐殖质胶体的－NH2基，在酸性条件下也能带正 电荷。
R-NH2 + H+ + Cl- = R-NH3+ + Cl- = RNH3Cl
（一）土壤吸附的阴离子
土壤中的阴离子依其吸附能力的大小可分为三类： 1．易被吸附的阴离子 最重要是：
强
弱
二、土壤阳离子交换作用
4、土壤阳离子交换量：
CEC(cation exchange capacity) 指土壤所能吸附和交换的阳离子的容量，用每
千克土壤的一价离子的厘摩尔数表示即cmol(+)/kg， CEC与土壤胶体的比表面（S）和表面电荷密度（δ） 有关
CEC = Sδ
土壤交换性阳离子及CEC的测定方法
H2PO4- HPO42- PO43-
HsiO3- SiO32-
C2O42-
2．吸附作用很弱或进行负吸附的阴离子
Cl- NO3- NO23．中间类型的离子：
SO42- CO32各种阴离子被土壤吸收的次序如下：
F- > 草酸根 > 柠檬酸根 > H2PO4- > HCO3- > HBO3- > SO42- > Cl - > NO3-
（3）离子浓度和数量因子。
离子半径与吸附力
一价离子
Li+ Na+ K+ NH4+ Rb+
离子的真实半径(nm) 0.078 0.098 0.133 0.143 0.149
离子的水合半径(nm) 1.008 0.790 0.537 0.532 0.509
二、土壤阳离子交换作用
5、影响CEC的因素 (1) 胶体的类型
不同类型土壤胶体的CEC
土壤胶体
腐殖质 蛭石
蒙脱石 伊利石 高岭石
CEC cmol(+)/kg
200 100-150 70-95 10-40
3-15
二、土壤阳离子交换作用
5、影响CEC的因素 (1) 胶体的类型 (2) 胶体数量
二、土壤阳离子交换作用
ESR—exchangeable sodium ratio 指溶液中交 换性钠与交换性Ca2+、Mg2+离子浓度之 和的比值。
SAR—sodium adsorption ratio 指溶液中Na+ 浓度与Ca2+、Mg2+浓度之和的平方根的
比值。
四、 土壤胶体对阴离子的吸附
带正电的土壤胶体，主要是铁和铝的氢 氧化物和氧化物，可以吸附阴离子。
产生专性吸附的阴离子有F-离子以及磷 酸根、硫酸根、钼酸根、砷酸根等含氧酸根 离子。
影响阴离子吸附的因素：
溶液浓度 阴离子种类 pH
离子交换对土壤肥力的影响
1. 土壤离子交换对土壤养分状况的影响 2. 影响土壤的酸碱性 3. 影响土壤的缓冲性 4. 影响土壤的物理性质
盐基饱和度：交换性盐基离子占阳离子交换量的 百分数。
盐基饱和度＝ _交__换__性__盐__基__[c_m__o_l(_+_)_/k_g_]__ ×100℅
CEC [cmol(+)/kg]
例：CEC=50 cmol(+)/kg 交换性Ca2+, Mg2+, K+, Na+的含量分别为10，5, 10，5，cmol （+）/kg，则
第三节 土壤吸收性能和离子交换
一、土壤吸附性能类型 二、土壤阳离子交换作用
1、定义 土壤阳离子交换作用： 土壤胶体表面吸附阳离子与土壤溶液中的阳离子
可相互交换的作用。
二、土壤阳离子交换作用
1、定义 2、阳离子交换作用的特点
1）阳离子交换作用是可逆反应。 2）交换是等当量进行的。 3）阳离子交换受质量作用定律的支配。
NH4+
Ca2+ Mg2+ K+ Na+
NH4+
Na+ 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
中等
＜10cmol(+)/kg
弱
5、影响CEC的因素 (1) 胶体的类型 (2) 胶体数量 (3) 土壤质地
土壤质地对阳离子交换量的影响
质地越粘重，含粘粒越多的土壤，其阳 离子交换量也越大。cmol(+)/kg
质地 CEC
砂土 1~5
砂壤土 壤土
粘土
7~8 15~18 25~30
二、土壤阳离子交换作用
5、影响CEC的因素 (1) 胶体的类型 (2) 胶体数量 (3) 土壤质地 (4) 土壤PH
盐基饱和度＝___1_0_+_5_+__1_0_+_5_[_c_m__o_l_(_+_)_/_k_g_] 50 [cmol(+)/kg]
×100℅
＝ 60％
当土壤胶体上吸附的阳离子全部是盐基离子 时,土壤成盐基饱和状态,,称之为盐基饱和 的土壤。
当土壤胶体吸附的阳离子仅部分为盐基离子， 而其余部分则为致酸离子时，该土壤呈盐基 不饱和状态，称之为盐基不饱和土壤。
二、土壤阳离子交换作用
1、定义 2、阳离子交换作用的特点 3、阳离子交换能力大小顺序
Fe3+ > Al3+ > H+ > Ca2+ > Mg2+பைடு நூலகம்> NH4+ > K + > Na +
影响阳离子交换能力的因素
（1）电荷的影响；
根据库仑定律，阳离子的价数越高，交换能力也 越大。
（2）离子的半径及水化程度
组成
重(g)
(mg)
A
40%Ca+60%H
B 40%Ca+60%Mg
C 40%Ca+60%Na
2.80 2.79 2.34
11.15 7.83 4.36
在土壤胶体上各种交换性盐 基离子之间的 相互影响的作用—互补离子效应（陪伴离子 效应）
三、土壤的盐基饱和度
致酸离子：H+ 、Al3+ 盐基离子：K+、Na + 、Ca 2+ 、Mg2+、NH4+等
蒙脱石 ＞ 伊利石 ＞ 高岭石
带负电荷愈多的土壤胶体，对阴离子
这种情况也可归因于胶体负电荷数量不同
的的缘排故斥。作用愈强，负吸附作用愈明显。
（三）阴离子专性吸附
阴离子专性吸附是指阴离子进入粘土矿
物或氧化物表面的金属原子的配位壳中，与 配位壳中的羟基或水合基重新配位，并直接 通过共价键或配位键结合在固体的表面。这 种吸附发生在胶体双电层的内层，也称为配 位体交换吸附。
（二）阴离子的非专性吸附
带正电荷的胶粒因静电引力吸附 阴离子于双电层外层（扩散层）作 为平衡离子，称为阴离子的非专性 吸附。为交换吸附，被吸附的阴离 子居于双电层的外层，以中和内层 的正电荷。
（三）阴离子的负吸附
所谓阴离子的负吸附，是指距带负电荷的 胶体表面越近，阴离子数量越少的现象。
负吸附现象也受土壤特性影响，其它条件 相同，则负吸附现象随着土壤胶体的数量和阳 离子代换量的增加而增加。但随陪伴阳离子价 数的增加而减少，不同的粘粒矿物对负吸附的 影响也不同，他们递减的次序为：
盐基饱和的土壤具有中性或碱性反应，而盐 基不饱和的土壤则呈酸性反应。
盐基饱和度－土壤肥力水平的重要指标之一
盐基饱和度 ≥ 80％ 土壤肥沃 盐基饱和度 50％～ 80％ 中等肥力水平 盐基饱和度 ＜ 50 土壤肥力较低
ESP—exchangeable sodium percentage 指交换 性钠离子占交换性阳离子总量的百分数。
不同pH值下粘粒矿物的交换量
粘土矿物 蒙脱石 高岭石
不同pH值
2.5-6
7
95
100
4
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
（1）交换阳离子的饱和度 （2）陪补离子效应
互补离子与交换性钙的有效性
土壤 交换性阳离子 小麦幼苗干 小麦幼苗吸钙量
土壤胶体带正电荷的方式：
1．通过土壤胶体表面的（Al、Fe）－OH基，附着 一个质子（H+），从而产生正电荷（可变电荷）。 2．腐殖质胶体的－NH2基，在酸性条件下也能带正 电荷。
R-NH2 + H+ + Cl- = R-NH3+ + Cl- = RNH3Cl
（一）土壤吸附的阴离子
土壤中的阴离子依其吸附能力的大小可分为三类： 1．易被吸附的阴离子 最重要是：
强
弱
二、土壤阳离子交换作用
4、土壤阳离子交换量：
CEC(cation exchange capacity) 指土壤所能吸附和交换的阳离子的容量，用每
千克土壤的一价离子的厘摩尔数表示即cmol(+)/kg， CEC与土壤胶体的比表面（S）和表面电荷密度（δ） 有关
CEC = Sδ
土壤交换性阳离子及CEC的测定方法
H2PO4- HPO42- PO43-
HsiO3- SiO32-
C2O42-
2．吸附作用很弱或进行负吸附的阴离子
Cl- NO3- NO23．中间类型的离子：
SO42- CO32各种阴离子被土壤吸收的次序如下：
F- > 草酸根 > 柠檬酸根 > H2PO4- > HCO3- > HBO3- > SO42- > Cl - > NO3-