土壤陽離子交換性能的測定的課件

土壤陽離子交換性能的測定本章要點(diǎn)：1、了解土壤陽離子交換性能的分析項(xiàng)目及其選擇依據(jù)。2、熟悉土壤陽離子交換性能測定時(shí)常用的交換方法及其優(yōu)缺點(diǎn)。3、掌握酸性、中性土壤陽離子交換量測定的方法原理（1mol/LNH4OAc法）。4、掌握石灰性土壤陽離子交換量測定的方法原理（NaOAc法、1mol/LNH4Cl法、(NH4)2C2O4-NH4Cl法）。土壤陽離子交換性能的測定

第一節(jié)概述

土壤陽離子交換性能在農(nóng)業(yè)上是一種很重要的土壤特性，它是土壤膠體的一種物理化學(xué)吸收性能，使土壤具有供應(yīng)和保蓄養(yǎng)分的能力和緩沖性能，污染物有一定的凈化能力。土壤交換性能與土壤類型（不同的粘土礦物）、土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量、土壤質(zhì)地等有密切關(guān)系，所以土壤交換性能是象征土壤特性的指標(biāo)，如測定CEC的大小可以評價(jià)土壤的保水、保肥能力，并可作為改土施肥的參考。第二節(jié)分析項(xiàng)目及其選擇一、分析項(xiàng)目：

1、陽離子交換量（CEC:CationExchangeCapacity）

定義：在一定pH條件下，土壤膠粒與溶液中的陽離子進(jìn)行交換的最大量，簡寫CEC（cmolkg-1）。影響CEC大小的因素：（1）土壤中無機(jī)、有機(jī)膠粒的含量膠粒含量高者CEC值大；土壤腐殖質(zhì)豐富時(shí)，CEC也高。（2）不同類型的粘土礦物，CEC不同如：2：1型（蒙脫石）1：1型（高嶺土）CEC60-100cmol/kg10-15cmol/kg

我國北方的粘質(zhì)土壤所含的膠粒以蒙脫石和伊利石為主，CEC較高。如：華北褐土CEC:12-20cmol/kg(東北旺:10-16cmol/kg)南方的紅壤以高嶺石為主，腐殖質(zhì)含量低，CEC為5-10cmol/kg。

（3）土壤pH：一般情況下，pH高時(shí)土壤的可變負(fù)電荷增加，CEC增高。（4）土壤質(zhì)地：在土壤pH值與腐殖質(zhì)含量大致相同時(shí)，CEC的大小取決于土壤質(zhì)地的狀況。如：華北地區(qū)

砂土5-8cmol/kg壤土8-15cmol/kg粘土15-30cmol/kg2、交換性陽離子組成：包括：H+、Al3+及Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+….等交換性陽離子。在石灰性土壤中以Ca2+、Mg2+為主；酸性土壤中H+、Al3+較多；鹽堿土中Na+多。

3、交換性鹽基總量:

指除交換性H+、Al3+以外的其它交換性陽離子的總量。由鹽基總量可以計(jì)算鹽基飽和度。

交換性鹽基總量(cmol/kg)鹽基飽和度%=————————————100陽離子交換量(cmol/kg)

4、交換性H+、Al3+：酸性土壤中H+、Al3+較多，根據(jù)其含量可以計(jì)算鹽基不飽和度。

交換性H+、Al3+(cmol/kg)鹽基不飽和度%=———————————100陽離子交換量(cmol/kg)5、交換性Na+：在鹽堿土上分析，由此計(jì)算土壤堿化度。

交換性Na+(cmol/kg)堿化度%=——————————100（ESP）陽離子交換量(cmol/kg)堿化度的大小可以說明土壤的堿化成程度。如：ESP55-1010-2020非堿土弱堿化土堿化土堿土我國在土壤普查中把堿土的堿化度定為40%。二、分析項(xiàng)目的選擇：應(yīng)根據(jù)分析目的、土壤類型及實(shí)際需要確定分析項(xiàng)目，選擇適當(dāng)?shù)姆治龇椒?。CEC—各類土壤都要測定，其它項(xiàng)目的選擇則可以按照不同的土壤類型而有所不同。酸性土：可測H+、Al3+或Ca2+、Mg2+，二者任測一項(xiàng)，即：CEC-（H++Al3+）=Ca2++Mg2+K+、Na+極少，一般不測。

中性土：測Ca2+、Mg2+或K+、Na+，一般只測Ca2+、Mg2+，計(jì)算K++Na+=CEC-（Ca2++Mg2+）H+、Al3+極少或無，一般不測。

石灰性土壤：是鹽基飽和土壤，Ca2+、Mg2+含量接近CEC，所以一般只測CEC。

鹽堿土：除CEC外，一般只測交換性Na+(K+極少)，以求堿化度。第三節(jié)土壤陽離子交換性能的測定土壤陽離子交換性能的測定，是用交換劑（也叫飽和劑）把土壤膠粒上吸附的離子交換下來，然后進(jìn)行測定。此交換反應(yīng)是等物質(zhì)量進(jìn)行的，其交換是否完全則決定于所選擇的交換劑及交換方法。

一、交換方法：1、多次淋洗或離心交換法：根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)規(guī)律，用交換劑多次淋洗（或離心）土壤，使交換完全。此法交換程度完全，但費(fèi)時(shí)。

2、一次平衡交換法（也可叫快速法）：土樣+交換劑，振蕩后過濾，此法交換不完全，但簡便、快速，可滿足一般分析的要求。二、交換劑的選擇：選擇交換劑的依據(jù):要求考慮分析項(xiàng)目及土壤的性質(zhì)。選擇交換劑的條件：要求所選的測定方法容易，得到的結(jié)果準(zhǔn)確，無干擾，土壤不易分散。1、交換劑的種類：一般有酸類、堿類、鹽類酸類：（0.05，0.1）mol/LHCl；0.5mol/LHAc堿類：石灰乳（Ca(OH)2）；（0.025，0.05）mol/LBa(OH)2鹽類：NH4OAc（1mol/L，1mol/L80%乙醇溶液）；(NH4)2C2O4（0.05，0.025）mol/L；NaCl（0.5，1）mol/L；NaOAc（1mol/L，pH8.2）；

MgCl2（0.5mol/L）；

CaCl2（0.1，0.5）mol/L；Ca(OAc)2（0.5mol/L）；BaCl2（0.25，0.5，0.05的68%乙醇液）；BaCl2（0.1mol/L）+三乙醇胺（pH8.2）；Ba(OAc)2（0.1，0.5mol/LpH8.2）等。上述交換劑中，酸類交換劑用的較少，濃度較低，以免破壞土壤膠體。鹽類交換劑用的較多，濃度較高，以便交換完全。2、交換劑的選擇：不同土壤、不同分析項(xiàng)目，選用的交換劑不同，測定方法也不同，所以交換劑的選擇實(shí)際上是交換（或分析）方法的選擇。如：

（1）

酸性和中性土壤：一般用pH7.0的1mol/LNH4OAc作交換劑，此為經(jīng)典方法。其優(yōu)點(diǎn)是：a、NH4+在土壤中含量很少，不干擾測定；b、NH4+易除去，在淋洗多余的NH4+時(shí)，不易引起土壤分散；c、交換到土壤上的NH4+，測定方法多（蒸餾、比色等），簡便。

注意：含蛭石多的土壤能固定NH4+，使測值偏低，所以不能用NH4OAc法，可改用其它交換劑-如Na+、Ba2+的鹽溶液。*NH4OAc交換劑不適合于石灰性土壤，因?yàn)樗鼘κ屹|(zhì)溶解性大（如對CaCO3、MgCO3）。（2）

石灰性土壤：此類土壤含CaCO3、MgCO3多，測定時(shí)的最大困難是交換劑對石灰質(zhì)（CaCO3、MgCO3）的溶解，因?yàn)镃a2+、Mg2+始終在交換液中參與交換平衡,阻礙了交換性Ca、Mg被交換完全，所以應(yīng)當(dāng)選擇能抑制石灰質(zhì)溶解的交換劑。石灰性土壤在大氣CO2分壓下的平衡pH值接近8.2，此時(shí)許多交換劑對石灰質(zhì)的溶解量很低，所以常選用pH8.2的緩沖溶液作石灰性土壤的交換劑。如：1mol/LNaOAc（pH8.2）：能較好地抑制CaCO3的溶解，Na+不被粘土礦物晶格固定。但對MgCO3溶解較多，使交換性Mg測值偏高，所以含MgCO3多的土壤應(yīng)考慮使用。BaCl2-三乙醇胺（TEA）（pH8.2）：

Ba2+在CaCO3顆粒表面形成BaCO3膜，從而抑制了CaCO3的繼續(xù)溶解，降低了Ca2+的濃度，使交換完全。NaOAc-NaCl法：對石膏、石灰溶解少，適于干旱地區(qū)石灰性土壤，尤其是含石膏多的土壤。

(NH4)2C2O4-NH4Cl快速法：屬一次平衡交換法，生成的CaC2O4包在CaCO3顆粒表面，降低了平衡液中Ca2+的濃度，促進(jìn)交換完全。近年來，常把交換劑中加入乙醇，配成60-70%的乙醇溶液，使抑制CaCO3溶解的效果更好。（3）鹽堿土：這類土壤都是鹽基飽和土壤，多數(shù)含CaCO3和易溶鹽，所以選擇交換劑時(shí)應(yīng)避免和減少CaCO3的溶解，并先除去易溶鹽。除易溶鹽時(shí)不能用極性溶劑，以保證鹽分以分子狀態(tài)存在，免去參與離子交換，一般用乙醇（60-70%）溶液洗鹽。三、測定方法：1、酸性和中性土壤：pH7.0的NH4OAc法是最普遍使用的常規(guī)方法，其特點(diǎn)是：可以連續(xù)測定CEC、交換性離子組成、交換性鹽基總量。

原理：

飽和：土+NH4OAc(過量)土+MOAc+NH4OAc(余)洗滌：用乙醇(或異丙醇)洗去多余的NH4+(NH4OAc)

置換：土+NaCl土+NH4Cl測定NH4+（可用蒸餾法），計(jì)算CEC。MNH4+

NH4+

Na+

飽和-洗滌-置換三步，在測定方法上叫三步法，或過剩鹽洗去法，又叫洗滌置換法。*第一步(飽和)的淋洗液可測交換性鹽基總量。

*此法主要誤差來源是洗滌時(shí)部分鹽水解及膠粒的損失，使測值誤差較大。

2、石灰性土壤：石灰性土壤含游離CaCO3、MgCO3，是鹽基飽和土壤（主要是Ca飽和），一般只測CEC。有時(shí)從土壤分類和土壤肥力角度考慮，可以作陽離子組成的測定。在石灰性土壤中測CEC時(shí)，由于CaCO3溶于許多交換劑中，所以在測定過程中應(yīng)盡量減少其溶解。（1）

1mol/LNaOAc法:適用于石灰性土壤及鹽堿土原理：

土+NaOAc土+Ca(OAc)2+剩余NaOAc

用乙醇或異丙醇洗去土Na+NH4OAc土NH4++NaOAc用火焰光度計(jì)測Na+CaNaNa本法交換劑的pH較高，能較好地抑制CaCO3溶解，Na+又不致被粘土礦物晶層所固定。但要注意在洗去多余NaOAc時(shí)，交換性Na易水解進(jìn)入溶液中而損失，所以要掌握好洗的次數(shù)。多次洗導(dǎo)致交換性Na損失，呈“”誤差；少洗，由于殘留NaOAc存在而使結(jié)果偏高，呈“+”誤差。一般洗三次即可。

（2）

1mol/LNH4Cl法（Turker法）：

即1mol/LNH4Cl–70%乙醇溶液交換法本法在澳大利亞應(yīng)用較多，適用于鹽堿土和非鹽堿土。若用于鹽堿土測定時(shí)，可用乙醇或乙二醇洗鹽后再進(jìn)行CEC測定。測定原理：I、用pH8.5-8.6的1mol/LNH4Cl–70%乙醇溶液飽和土壤,使土壤成土NH4+。土M+NH4+土NH4++M此淋洗液若要了解交換性鹽基組成的相對含量和鹽基總量，可用容量瓶接收，否則可棄去。II、用0.1mol/LNH4Cl–70%乙醇溶液淋洗,以降低NH4+的濃度。III、最后用1.5mol/LKNO3–0.4mol/L(1/2Ca(NO3)2)洗土NH4+，使NH4+置換下來,收集淋洗液于容量瓶中。土NH4++K++Ca2+土+NH4++Cl-（濾液中剩余NH4+的濃度）NH4+---定N法Cl----