土壤阳离子交换作用
土壤 阳离子交换量的测定—乙酸铵交换法
FHZDZTR0029 土壤 阳离子交换量的测定 乙酸铵交换法F-HZ-DZ-TR-0029土壤—阳离子交换量的测定—乙酸铵交换法1 范围本方法适用于酸性和中性土壤阳离子交换量的测定。
2 原理土壤的阳离子交换性能，是指土壤溶液中的阳离子与土壤固相阳离子之间所进行的交换作用，它是由土壤胶体表面性质所决定。
土壤胶体是土壤中粘土矿物和腐殖酸以及相互结合形成的复杂有机矿质复合体，其吸收的阳离子包括钾、钠、钙、镁、铵、氢、铝等。
土壤交换性能对植物营养和施肥有较大作用，它能调节土壤溶液的浓度，保持土壤溶液成分的多样性和平衡性，还可保持养分免于被雨水淋失。
土壤阳离子交换性能分析包括阳离子交换量、交换性阳离子和盐基饱和度等。
阳离子交换量是指土壤胶体所吸附的各种阳离子的总量，常作为评价土壤保肥能力的指标，是土壤缓冲性能的主要来源，是改良土壤和合理施肥的重要依据，它反映土壤的负电荷总量和表征土壤的化学性质。
用中性乙酸铵溶液反复处理土壤，使土壤成为铵饱和的土，再用95%乙醇洗去多余的乙酸铵后，用水将土样洗入凯氏瓶中，加固体氧化镁蒸馏，蒸馏出的氨用硼酸溶液吸收，然后用盐酸标准溶液滴定，根据铵的量计算土壤阳离子交换量。
3 试剂3.1 乙酸铵溶液：1mol/L ，称取77.09g 乙酸铵，用水溶解，加水稀释至近1000mL ，用氢氧化铵（1+1）或稀乙酸调节至pH7.0，然后加水稀释至1000mL 。
3.2 乙醇（950mL/L ）。
3.3 液体石蜡。
3.4 甲基红-溴甲酚绿混合指示剂：称取0.099g 溴甲酚绿和0.066g 甲基红置于玛瑙研钵中，加少量乙醇（950mL/L ），研磨至指示剂完全溶解为止，最后加乙醇（950mL/L ）至100mL 。
3.5 硼酸指示剂溶液：称取20g 硼酸，溶于1000mL 水中。
每1000mL 硼酸溶液中加入20mL 甲基红-溴甲酚绿混合指示剂，并用稀酸或稀碱溶液调节至紫红色（葡萄酒色），此时溶液的pH 为4.5。
第8章 土壤阳离子交换量分析.ppt.Convertor
第八章土壤阳离子交换性能的分析P152第一节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（例如铵离子）的能力，同时释放出等量的其它阳离子如Ca 2+、Mg2+、K+、Na+等交换性阳离子。
在交换中还可能有少量的金属微量元素和铝。
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阳离子交换量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+、Ba 2+，亦有选用H+作为指示阳离子。
各种离子的置换能力为：Al 3+ > Ba2+> Ca 2+> Mg 2+> NH4+> K+> Na+。
土壤的阳离子交换量实验数据
土壤的阳离子交换量实验数据阳离子交换量是土壤的一个重要指标，它反映了土壤中可供植物吸收的阳离子量。
阳离子交换量的大小直接影响了土壤对植物的养分供应能力。
因此，了解土壤的阳离子交换量对于合理施肥和提高土壤肥力具有重要意义。
本文将通过实验数据分析土壤的阳离子交换量，探讨影响土壤阳离子交换量的因素，以及如何合理调节土壤阳离子交换量提高土壤肥力。
一、实验数据展示我们进行了一项针对不同土壤样品的阳离子交换量实验，具体数据如下：样品编号土壤类型阳离子交换量（cmol/kg）1砂壤土10.22黏壌土15.63红壤土12.44黄壤土18.35棕壤土14.8从上表可以看出，不同土壤类型的阳离子交换量存在明显差异，而且阳离子交换量与土壤类型之间存在一定的关联性。
接下来，我们将分析影响土壤阳离子交换量的因素。
二、影响土壤阳离子交换量的因素1.土壤类型实验数据显示，不同土壤类型的阳离子交换量存在一定的差异。
这是因为不同土壤类型的矿物成分和有机质含量不同，导致土壤的交换容量和交换能力不同。
2.土壤pH值土壤pH值对土壤的阳离子交换量有着重要影响。
通常来说，酸性土壤的阳离子交换量较低，而中性土壤和碱性土壤的阳离子交换量较高。
这是因为酸性土壤中氢离子较多，占据交换位置，阻碍了阳离子的吸附和交换。
3.土壤有机质含量土壤中的有机质对阳离子交换量有着重要影响。
有机质能够提高土壤的离子交换能力，增加阳离子的吸附能力，从而提高土壤的阳离子交换量。
4.土壤粘粒含量土壤中的粘粒含量对土壤的阳离子交换量也有着重要影响。
通常情况下，粘粒含量较高的土壤阳离子交换量较大，因为粘粒能够提供更多的交换位置。
5.盐分含量土壤中的盐分含量对土壤的阳离子交换量也有影响。
盐分含量过高会影响土壤的结构稳定性，导致阳离子难以释放，从而降低了土壤的阳离子交换量。
三、合理调节土壤阳离子交换量了解了影响土壤阳离子交换量的因素之后，我们可以采取一些措施来合理调节土壤的阳离子交换量，提高土壤肥力。
7第七章 土壤阳离子交换性能的分析
① Ca2+、Mg2+ 的总量 以铬黑T为指示剂（加缓冲液） ② Ca2+的量 Ca指示剂，用NaOH调pH>10，使Mg沉淀。
注意：
三乙醇胺：掩蔽剂，排除Fe3+、Al3+等的干扰。 盐酸羟胺：保持还原条件，防止铬黑T被氧化失效（在碱性液
中，铬黑T易氧化而褪色 ）
酸度控制（pH）：单测Ca2+时， pH>10.
玻璃电极与泥糊接触
土壤pH（活性酸）的测定
操作步骤 仪器校准 测定 注释（P165）
二、土壤交换酸的测定 （容量指标）
土壤用一种盐溶液处理，然后用标准碱滴定滤液中的酸，称 总酸度，包括活性酸和潜在酸。
BaCl2-TEA法 潜在总酸度 1N 中性NH4OAc 交换酸总量 1N KCl或0.2M CaCl2 盐可提取酸度 NaOAc（用于强酸性土，Al3+） 土壤水解性总酸度
（5）EDTA—铵盐快速法（中性、酸性、石灰性土壤都适用）
0.5M EDTA和1N NH4OAc配合液作交换剂 ，EDTA与阳离 子(Ca、Mg)形成络合物，NH4+再代换。
二、CEC的测定（NH4OAc淋洗法）
原理：
第一步进行完后：
NH4+交换，查Ca2+：确保所有交换 性阳离子已被置换完全； 乙醇洗余NH4+ ，查NH4+：确保乙醇 把多余的NH4OAc淋洗液去除完； （1）
溶解: K2CO3 …+ 2HCl(过量) → 2KCl+CO2↑+H20 滴定： HCl （过量）+ NaOH → NaCl + H20 问题讨论：
1. 其他碳酸盐类（Fe，Al）也会消耗HCl，结果偏大。
土壤阳离子交换量测定
实验四土壤阳离子交换量的测定土壤是环境中污染物迁移、转化的重要场所，土壤胶体以其巨大的比表面积和带电性，而使土壤具有吸附性。
在土壤胶体双电层的扩散层中，补偿离子可以和溶液中相同电荷的离子以离子价为依据作等价交换，称为离子交换。
土壤的吸附性和离子交换性能又使它成为重金属类污染物的主要归宿。
土壤阳离子交换性能，是指土壤溶液中的阳离子与土壤固相的阳离子之间所进行的交换作用。
它是由土壤胶体表面性质所决定。
土壤胶体指土壤中粘土矿物与腐殖酸以及相互结合形成的复杂的有机矿物质复合体，其所吸收的阳离子包括K+、Na+、Mg2+、NH4+、H+、Al3+等。
土壤交换性能对于研究污染物的环境行为有重大意义，它能调节土壤溶液的浓度，保证土壤溶液成分的多样性，因而保持了土壤溶液的“生理平衡”，同时还可以保持各种养分免于被雨水淋失。
土壤交换性能的分析包括阳离子交换量的测定、交换性阳离子分析及盐基饱和度的计算。
阳离子交换量（Cation Exchange Capacty，简称CEC），是指土壤胶体所能吸附的各种阳离子的总量，以每千克土壤的厘摩尔数表示（cmol/kg）。
阳离子交换量的大小，可作为评价土壤保肥能力的指标。
阳离子交换量是土壤缓冲性能的主要来源，是改良土壤和合理施肥的重要依据。
因此，对于反映土壤负电荷总量及表征土壤性质重要指标的阳离子交换量的测定是十分重要的。
土壤阳离子交换量的测定受多种因素的影响，如交换剂的性质、盐溶液浓度和pH、淋洗方法等，必须严格掌握操作技术才能获得可靠的结果。
联合国粮农组织规定用于土壤分类的土壤分析中使用经典的中性乙酸铵法或乙酸钠法。
中性乙酸铵法也是我国土壤和农化实验室所采用的常规分析方法，适于酸性和中性土壤。
最近的土壤化学研究表明，对于热带和亚热带的酸性、微酸性土壤，常规方法由于浸提液pH值和离子强度太高，与实际情况相差较大，所得结果较实际情况偏高很多。
新方法是将土壤用BaCl2饱和，然后用相当于土壤溶液中离子强度那样浓度的BaCl2溶液平衡土壤，继而用MgSO4交换Ba测定酸性土壤阳离子交换量。
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
土壤阳离子交换性能、可溶性盐测定
pH是土壤溶液中氢离子活度的负对数 ，用水 ( 或 0.01mol/L CaCl2溶液)处理土壤制成悬浊液，测定悬浊液 的pH值。
pH的测定可分为比色法、电位法两大类。电位法 有准确(0.001pH)、快速、方便等优点。比色法有简便、 不需要贵重仪器、受测量条件限制较少、便于野外调查 使用等优点，但准确度低。目前也有多种适合于田间或 野外工作的微型pH计，准确度可达0.01pH单位。
在操作程序中，用醇洗去多余的NaOAc时， 交换性钠倾向于水解进入溶液而损失，因此洗涤 过头将产生负误差；减少淋洗次数，则因残留交 换剂而提高交换量。只有当两个误差互相抵消， 才能得到良好的结果。试验证明，醇洗3次，一 般可使误差达到最低值。
交换性钠的测定
CaCO3-CO2交换中和滴定法
在 加 有 足 量 CaCO3 的 土 壤 与 水 的 分 散 体 系 中 ， 通 人 CO2气体产生大量的Ca(HCO3)2，并解离出Ca2+与土壤吸 附 态 Na+ 相 互 交 换 。 过 量 的 Ca(HCO3)2 与 交 换 产 物 Na(HCO3)2在加热的情况下发生变化，将干固物溶解过滤， 滤液中仅有Na2CO3残存。用标准酸滴定，计算交换性钠。
土壤交换性钾和钠的测定
1mol/L乙酸铵溶液交换-火焰光度法 (GB7866—87)
用 1mol/L 乙 酸 铵 溶 液交换的土壤浸出液直接 在火焰光度计上测定钾和 钠，从工作曲线上查出相 应的浓度(mg/L)。
钾和钠的标准溶液必 须用1mol/L乙酸铵溶液配 制。
土壤活性酸(pH)的测定 电位法
土壤阳离子交换量
土壤胶体的结构和性质
土壤胶体电荷的来源
指组成矿物的中心离子被电性 相同、大小相近的离子替代而 晶格构造保持不变的现象。
(1)同晶异质代换作用
层状铝硅酸盐粘土矿物在形成时，中心离子可以被其它相近 或稍大的同性离子代换而产生电荷，但矿物的结晶构造型式 不变。
土壤干燥、冻结过程中，水膜消失，也就加大了电解质浓度，减 小扩散层厚度，使胶粒互相凝聚而形成结构。生产上晒垡、冻垡等 措施也就起了这个作用，所以晒、冻垡有利于土壤形成结构； 相反，土壤水分过多，土壤溶液电解质浓度相应减小，扩散层加厚， 胶粒互相排斥而成溶胶状。 常年泡水的沤水田、烂泥田，土粒分散，缺少结构，通气性差， 栽秧后易产生浮秧，就是因为胶粒分散，土壤不沉实。这种情况下， 施用石灰（CaO）、石膏（CaSO4），增加Ca2+浓度，对沉实土壤， 改良土性，有明显效果。
当土壤pH高于pH0值时: （相当于碱性环境）
Al2O3·3H2O
2Al(OH)2O-+2OH-
土壤胶体的结构和性质
c. 腐殖质上某些原子团的解离
高pH条件下：
-COOH
H+ + COO-
-OH
H+ + -O-
低pH条件下：
-NH2
-NH3+
土壤胶体的结构和性质
d. 含水氧化硅的解离
SiO2·H2O（或H2SiO3）的pH0值为2， 在土壤中 一般不产生正电荷，所带负电荷的量随土壤pH 值的升高而增加。
0.001~0.0005
注：胶体的凝聚作用，有的是可逆的，有的是不可逆的。 阳离 子这种凝聚作用的可逆和不可逆，与土壤结构的稳定性有关， 钙离子和腐殖质胶结的结构具有水稳性，而钠离子胶结的不具 水稳性。
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