第六章二、土壤阳离子交换作用
土壤_阳离子交换量的测定_三氯化六氨合钴浸提-分光光度法
土壤阳离子交换量的测定三氯化六氨合钴浸提-分光光度法1. 引言1.1 概述土壤作为地球表面的重要组成部分，对于维持生态平衡和人类农业生产具有至关重要的作用。
土壤中存在着多种离子，其中阳离子（包括铵离子、镁离子、钾离子等）在土壤肥力和植物生长过程中起着关键作用。
了解土壤中阳离子的含量及其交换情况对于科学合理地管理土地资源和实现可持续农业发展具有重要意义。
本文将讨论一种常用的测定土壤阳离子交换量的方法——三氯化六氨合钴浸提-分光光度法，并探讨其实验原理、步骤以及该方法在阳离子交换量测定中的应用与优势。
1.2 文章结构本文将依次介绍土壤阳离子交换量的重要性、三氯化六氨合钴浸提法原理及步骤、分光光度法在该方法中的应用与优势，并进行结论总结。
通过这些内容的详细阐述，旨在向读者清晰传达该测定方法以及其在土壤研究领域的重要性。
1.3 目的本文的目的是通过分析和探讨三氯化六氨合钴浸提-分光光度法用于测定土壤阳离子交换量的原理和应用，进一步认识阳离子交换量对土壤肥力及农业生产的影响，并评估该方法在实际应用中的可行性和局限性。
同时，为进一步研究和改进土壤相关领域提供方向与建议。
2. 土壤阳离子交换量的重要性2.1 土壤中阳离子的作用土壤中的阳离子是指带正电荷的离子，包括钙离子（Ca2+）、镁离子（Mg2+）、钾离子（K+）等。
这些阳离子在土壤中起着至关重要的作用。
首先，它们参与了植物养分的吸收和利用过程。
阳离子作为植物体内的必需养分之一，能够调节并影响植物体内的生理代谢过程，如细胞分裂和叶绿素合成等。
其次，阳离子还对土壤团聚体结构和土壤孔隙度有重要影响。
通过与负电荷表面上带有阴离子吸附位点的交换，阳离子能够稳定土壤团聚体，并维持适宜的土壤结构，从而调节土壤水分保持能力和通气性。
此外，阳离子还与有机质结合形成颗粒及对酸性条件下提供缓冲作用等。
2.2 阳离子交换量对土壤肥力的影响阳离子交换量是指土壤中负电荷表面吸附能力大小的量化指标，通常以阳离子表面吸附的阴离子量来衡量。
农学：土壤学考试答案
农学：土壤学考试答案1、名称（江南博哥）阳离子交换作用解析：土壤胶体上吸附的阳离子与周围溶液中的阳离子进行得等当量交换过程叫阳离子交换作用。
2、填空矿物按成因可分为（）、（）二大类。
解析：原生矿物；次生矿物3、判断反硝化过程是土壤N素的无效化过程之一。
答案：对4、问答试述不同质地的土壤的肥力特征？解析：（1）砂质土类①水粒间孔隙大，毛管作用弱，透水性强而保水性弱，水气易扩散，易干不易涝；②气大孔隙多，通气性好，一般不会累积还原物质；③热水少气多，温度容易上升，称为热性土，有利于早春作物播种；④肥养分含量少，保肥力弱，肥效快，肥劲猛，但不持久；⑤耕性松散易耕。
（2）粘质土类①水粒间孔隙小，毛管细而曲折，透水性差，易产生地表径流，保水抗旱力强，易涝不易旱；②气小孔隙多，通气性差，容易累积还原性物质；③热水多气少，热容量大，温度不易上升，称冷性土，对早春作物播种不利；④肥养分含量较丰富且保肥力强，肥效缓慢，稳而持久，有利于禾谷类作物生长，籽实饱满。
早春低温时，由于肥效缓慢易造成作物苗期缺素；⑤耕性耕性差，粘着难耕。
（3）壤质土类土壤性质兼具粘质土和砂质土的优点，而克服了它们的缺点。
耕性好，宜种广，对水分有回润能力，是较理想的质地类型。
5、名称 BS解析：盐基饱和度是指交换性盐基离子占阳离子交换量的百分率。
6、名称土壤容重解析：指单位体积自然土体（包含孔隙）的干重7、填空由土壤溶液中游离的氢离子所引起的酸度叫（），由土壤胶体所吸收的氢离子或铝离子所引起的酸度叫（）。
解析：土壤活性酸度；土壤潜在酸度8、填空 10.在中国温带东部湿润区，由北而南热量递增，土壤分布依次为：（）、（）、（）、（）、（）和（）。
——从“棕壤褐土、暗棕壤、黄壤、黄棕壤砖红壤，红壤”中选择。
解析：暗棕壤;棕壤褐土;黄棕壤;黄壤;红壤;砖红壤9、问答今有一容重为1.2g/cm3的紫色土，田间持水量为30%。
若初始含水量为10%，某日降雨30mm，若全部进入土壤（不考虑地表径流和蒸发），可使多深土层含水量达田间持水量？解析：单位厚度土层达田间持水量需水量=（0.3-0.1）×1.2=0.24（g/cm3）土层厚度h=30/0.24=125（mm）。
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+。
【学习】第六章土壤胶体与土壤保肥供肥性一节-新
举 例：
-1
-1
-1
-1
Al+3
Si
Si
Al
-1
-1
-1 -1
-1
-1 -1
-1
-1
图 6-4
整同理pp晶t 代换过程
代换条件
中心离子 大小相近
电性相同(电价不同） 改变了化学组成， 代换结果 不破坏晶形构造。 产生的电荷：永久电荷
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（3）矿物晶格断键
矿物在风化破碎的过程中，化学价 健断裂，其晶格边缘的离子，有一部分 未被中和，这就产生了剩余价键，它以 负电荷居多。
在土壤中，直径小于2微米（或1微米）的固 体土粒为土壤胶体。
土壤胶体是土壤中最细小、最活跃、高度分 散的部分，它的组成和性质对土壤结构，酸碱性、 吸附性等理化性状及保肥供肥性均有很大影响。
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（二）土壤 胶体种类
土壤胶体按其成分和来源可分为无机胶体、有机 胶体和有机无机复合体。
1、无机胶体（矿质胶体）
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（1）晶层是由一层硅氧片和一层铝氧片重叠而 成，故称为1：1型矿物。
（2）晶架内部没有或极少同晶代换，故吸附阳 离子 能力小，保肥性较弱，一般阳离子代换量 只有3-15cmol.Kg-1。
（3）当晶架重叠时，晶层一面全是OH，另一 面全是O， 晶层间通过氢键联接，使晶层间距离固 定而不易膨胀，因而水分子和养分离子很难进入晶 层之间。
二层硅氧片与一 层铝氧片重叠 而成。即1：1 型铝氧片上再 倒置一层硅氧 片与之重叠， 又称三片型。
（3）胀缩性大，吸湿能力强。因为它的晶层上 下两面都是氧原子，通过氧键联接力很弱，水分子 和养分离子易于进入晶层之间，使晶体膨胀。 （4）矿物外形呈片状，有巨大的内外表面积，比 表面积为700-800m2/g。这就使含蒙脱石类矿物 多的土壤，其粘结性、粘着性、可塑性都很强，对 耕作不利。蒙脱石类在东北的黑钙土和华北的栗钙 土中含量较多，华北地区的褐土和西北地区的灰褐 土中也含有蒙脱石。
第六章-土壤的保肥性与供肥土壤的基本化学性质及过程
（三）土壤胶体存在可改变的状态―凝聚与分散
土壤胶体由两种存在状态，一种是胶体微粒相当充分的分散 在介质中形成的一种外观颇似溶液的胶体溶液，称为溶胶。 另一种是在外因作用下，胶体微粒聚合在一起形成的 处于凝 聚状态的胶体，称为凝胶。 胶体的两种存在状态，在一定条件才可以进行某种程度的转 化即溶胶可以转变为凝胶，凝胶也可以转变为溶胶，这一过 程称为分散。
度提高土壤保肥能力。 3、土壤PH值 影响可变电荷的多少，一般PH值升高，H+解离
，可变负电荷逐渐增多，CEC也随之增加。
（五）盐基饱和度
盐基饱和度 ——指土壤中交换性盐基离子（K+、 Na+、NH4+、Ca2+ 、Mg2+等）总量占阳离子交换量 的百分数
交换性盐基离子总量（cmol/kg±）
盐基饱和度（%）=
一、土壤胶体的概念及种类
土壤胶体：大小在1-100nm（在长、宽和高三个方向上，至少 有一个方向在此范围内）的土壤固体颗粒。分三种类型： （一）土壤无机胶体
1、层状硅酸盐粘土矿物 有 1：1型如高岭石，2：1型如 蒙脱石；
2、氧化物及其水合物 Al Fe Si Ca Mn Ti的氧化物及水 合氧化物，常呈胶膜被覆于土粒表面。 （二）土壤有机胶体 主要是腐殖质及其各种组分，此外还有少量的蛋
生物吸收具有三个特点：
（1）选择性（2）表聚性（3）创造性
五、土壤阳离子交换作用
（一）概念：
土壤阳离子交换——是指土壤胶体表面所吸附的阳离子， 与土壤溶液中的其他阳离子相互交换的过程。
土壤阳离子交换是土壤中普遍存在的一种胶体现象，是土 壤能保存养分并且向植物提供养分的主要原因。
土壤胶体一般带负电，能吸附土壤溶液中的阳离子于胶体的 周围，叫做离子吸附；这些被吸附的阳离子在一定条件下可以 和土壤溶液中的阳离子互相交换，从胶体表面进入溶液，叫做 解吸，这种通过吸附和解吸，引起离子位置相互交换的作用叫 阳离子交换作用。被吸附的阳离子称为交换性阳离子.
土壤阳离子交换作用名词解释
土壤阳离子交换作用名词解释
土壤中带负电荷的胶体所吸附的阳离子，在静电引力、离子本身的热运动或浓度梯度的作用下，可以和土壤溶液或其它胶体表面的阳离子进行交换。
离子交换膜是一种高聚物电解质材料，在膜体结构上的活性基团带有可解离的离子，所以具有负载电流并有离子选择透过性的独特性能。
阳离子交换膜带有阳离子交换基团，如带有磺酸基团的届于强酸性阳离子交换膜，带有羧酸、磷(膦)酸等基团的属于弱酸性阳离子交换膜。
阳离子交换膜主要对溶液中的阳离子具有选择透过的特性，主要用于电渗析、反参透等膜分离技术、水处理、分离提纯以及隔摸电解技术等方面。
阳离子交换膜是对阳离子有选择作用的膜，通常是磺酸型的，带有固定基团和可解离的离子，如钠型磺酸型固定基团是磺酸根，解离离子是钠离子。
阳离子交换膜可以看作是一种高分子电解质，由于阳膜带负电荷，虽然原来的解离正离子受水分子作用解离到水中，但在膜外通电通过电场作用，带有正电荷的阳离子就可以通过阳膜，而阴离子因为同性排斥而不能通过，所以具有选择透过性。
六 土壤胶体表面化学
教学目标 与要求
主要研究内容：土壤胶体的表面结构、表面性 质和表面上发生的化学及物理化学反应；是一种 微观研究领域。
土壤粘粒的巨大表面使土壤具有高的表面活性，
其表面所带的电荷则是土壤具有一系列化学性质
的根本原因，也是土壤与纯砂粒主要不同之处。
土壤化学的核心内容是土壤胶体的表面化学。
第一节 土壤胶体的表面类型与构造
六、交换性阳离子的有效度
交换性阳离子对植物都是有效性的，但有效程度却不一样， 主要受下列因素的影响。 （一）离子饱和度 (degree of ion saturation)
土壤吸咐某种交换性阳离子的数量，占土壤交换性阳离子
总量的百分数。离子饱和度愈高，其有效性愈高。 土壤阳离子交换与离子饱和度 土壤 A CEC[cmol(+)/kg] 8 交换性钙[cmol(+)/kg] 6 饱和度(%) 75
或部分置换，或在酸性条件下解吸。
（二）影响阳离子专性吸附的因素
1、pH：金属离子水解和专性吸附反应均释放H+，pH升
合(化)，产生可离解的水合基(—OH2)或羟基(—OH)，它们与溶
液中过渡金属离子(M2+、MOH+)作用而生成稳定性高的表面络合 物，这种吸附称为专性吸附(Specific adsorption)。 不同于胶体对碱金属和碱土金属离子的静电吸附。
过渡金属（ⅠB 、ⅡB 族等），水合热较大，在水
溶液中呈水合离子形态，并较易水解成羟基阳离子： M2+＋H2O→M（H2O）2+→MOH+＋H+ 水解阳离子电荷减少，致使其向吸附胶体表面靠近 的能障降低，有利于与表面的相互作用。 若过渡金属呈M2+离子态被专性吸附，形成单配
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。
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阴离子被子土壤胶体吸附的顺序：
F-＞C2O42（-草酸根）＞H2PO4-＞ HCO3-＞H2BO3-＞AC-＞SO42-＞Cl＞NO3-
影响阴离子吸附的因素：
溶液浓度 阴离子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
二、土壤阳离子交换作用
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
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
三、土壤的盐基饱和度
盐基饱和度：交换性盐基离子占阳离子交换量 的百分数。
交换性盐基[cmol(+)/kg]
盐基饱和度＝_________________________ ×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
Fe3+ > Al3+ > H+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ > K + > Na +
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
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。
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
ESP—exchangeable sodium percentage 指交换 性钠离子占交换性阳离子总量的百分数。
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。
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
CEC=Sδ
土壤交换性阳离子及CEC的测定方法
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 20~10mol(+)/kg 中等 ＜10mol(+)/kg 弱
盐基饱和度＝___1_0_+_5_+__1_0_+_5_[_c_m__o_l_(_+_)_/_k_g_] 50 [cmol(+)/kg]
×100℅
＝ 60％
致酸离子：H+ 、Al3+ 盐基离子：K+、Na + 、Ca 2+ 、Mg2+、NH4+
等
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。
盐基饱和的土壤具有中性或碱性反应，而盐
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