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。
【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 二、土壤阳离子交换作用
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
（+）/kg，则
10+5+10+5[cmol(+)/kg]
盐基饱和度＝ _________________________ ×100℅ 50 [cmol(+)/kg] ＝ 60％
致酸离子：H+ 、Al3+
盐基离子：K+、Na 等
+
、Ca
2+
、Mg2+、NH4+
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。
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
第6章-土壤的保肥性与供肥性
第六章土壤的保肥性与供肥性土壤的保肥性与供肥性是土壤的重要性质之一。
它直接影响植物生长发育、产量和品质。
了解土壤的保肥性和供肥性能，对于指导合理施肥夺取作物高产优质是非常重要的。
第一节土壤保肥性和供肥性与植物生长一、土壤的保肥性与供肥性1.土壤的保肥性-----指土壤吸持和保存植物养分的能力。
其中离子交换作用是影响土壤保肥性能中最重要的因素之一。
2.土壤的供肥性----指土壤向植物提供有效养分的能力。
它与土壤养分的强度因素和容量因素关系密切。
土壤养分的容量因素是指土壤液相中能桩植物利用吸收的有效养分的总量；土壤养分的强度因素是指土壤溶液中的养分浓度。
两者的比值可用来表征土壤养分的缓冲容量(B)，B值大，表明保持土壤溶液中养分浓度稳定的能力强，即该土壤能平稳而持久地向植物提供营养物质。
根据植物对各种营养元素吸收利用的难易程度，一般可把土壤养分分成两大类：一类是速效养分，又称有效养分；另一类是缓效养分。
把缓效养分转化为速效养分是土壤供肥性能的表现，相反，把速效养分转化为贮藏形态的养分就是土壤保肥性能的表现。
因此土壤的保肥性和供肥性是相互矛盾的。
但同时，土壤的保肥性与供肥性又是相互统一的。
二、土壤保肥性、供肥性对植物生长的影响土壤的保肥性和供肥性对植物生长有重要的影响。
土壤的保肥性差，施到砂土中的肥料就容易被淋失，造成植物生长后期脱肥，。
对于这种土壤，施肥时应少量多次，防止后期脱肥。
土壤的供肥性好是指土壤的供肥速度适中。
因此，一般要求土壤既有较强的保肥能力，又有较强的供肥能力。
第二节土壤胶体及其基本特性胶体颗粒的上限为0.001mm,下限为＜1nm.0.001mm = 1μm微米, (1mm=1000μm=1000,1000nm).＜1nm属于溶液。
因此粘粒又称为胶粒。
土壤中最重要的是小于2 μm的土粒和土壤溶液组成的土壤胶体分散系。
土壤胶体是土壤中最活跃的部分，很多重要的土壤性质都发生在土壤胶体和土壤溶液的界面上。
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。
土壤胶体和土壤交换性能
第六章土壤胶体和土壤交换性能主要学习目的：要求学生理解土壤胶体的晶格构造，掌握土壤胶体的性质。
本章是今后学习肥料学的根底。
因为土壤胶体的行为影响着土壤的发生开展、土壤的理化性质及土壤保肥供肥才能。
第一节土壤胶体一、概念土壤胶体是指颗粒直径小于01mm或0.002mm的土壤微粒。
目前土壤胶体粒径的大小范围，并不是绝对的。
这是因为胶体性质的出现，是随着粒径的减小逐渐加强的。
没有截然划分的界限。
二、土壤中的胶体主要分为三类1、土壤无机胶体：主要是矿物在化学风化过程中产生的次生矿物，包括氧化硅类、三氧化物类和层状铝硅酸盐等。
有时将无机胶体称为粘土矿物。
粘土矿物的来源有以下几个途径：〔1〕由白云母、黑云母演变而来；〔2〕在一定条件下有矿物的分解产物合成形成；〔3〕由一种粘土矿物演变成另一种粘土矿物。
2、土壤中有机胶体主要是腐殖质，它是有机质在土壤微生物等的作用下形成的。
3、有机无机复合体是土壤腐殖质和粘土矿物通过混合和吸附结合在一起，结合过程比较复杂。
三、硅酸盐粘粒的晶格构造1、粘土矿物的根本单位：有2个即硅氧片和铝氧片〔1〕硅氧片：由硅氧四面体连接而成。
硅、氧两元素能组成一个单位的原因：一是硅具有正原子价，而氧具负原子价，二者可互相吸引。
二是与原子大小有关，四个氧原子堆积成四面体时，其间所形成的空隙与硅原子的大小根本相似。
但四面体的键价并不平衡〔SiO44-〕，因此许多四面体可共用氧原子形成一层。
此时键价仍不平衡，可与铝水八面体结合形成各类粘土矿物。
〔2〕铝氧片，又称铝氧八面体。
由六个氧原子围绕一个铝原子构成。
六个氧原子所构成的八面体空隙与铝原子的大小相近似。
许多铝八面体互相连接，形成铝氧片。
铝氧片有两个层面的电价不平衡，可与氢原子连接形成水铝矿，或与硅氧片通过不同方式的连接结合成为铝硅酸盐。
粘土矿物分为二层矿物和三层矿物；四、粘土矿物负电荷的来源〔本章的重点是土壤的电化学特性〕1、同晶取代：晶格构造中的中央离子被其他阳离子取代后会产生负电荷〔被电荷比它低的取代〕。
土壤胶体
(4)离子浓度
Fe3+ ＞ Al3+ ＞H+＞Ca2+＞Mg2+＞NH4+＞K+ ＞Na+
（四）阳离子交换量（CEC) 是指在一定PH 时每1000g干土所能吸附的全部交换性阳离子 的厘摩尔数。 1、胶体含量 2、胶体类型 3、土壤PH值
（五）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
（一）土壤胶体的比表面积和表面能
比表面积也可叫做比面积，是指每单位重 量（或体积）物体的总表面积：比面积＝ 表面积/重量 主单位为m2/g、cm2/g。相同重量的物体， 颗粒分得越小，其比面积越大。
（二）胶体带有电荷 1、胶体带电的原因 （1）同晶替代 （永久电荷） （3）表面分子的解离 （可变电荷）
高岭石结构示意图
高岭石结构示意图
蒙脱石： 两层硅氧片中间夹一层铝氧片构成蒙脱 石晶层。2：1型矿物。 晶层之间通过范德华力连接相连，联结 力弱。 胀缩性、粘结性、可塑性很强。 对水和阳离子的吸附力强，CEC=60-100 Cmol(+)/kg。 主要存在于风化度低的土壤中。
蒙脱石结构示意图
土壤化学性质
第五章 土壤胶体与与土壤吸收性能 第六章 土壤的酸碱性
一、土壤胶体的概念及种类 二、层状硅酸盐粘土矿物
三、土壤胶体的构造 四、土壤胶体的性质 五、 土壤的吸收性能 六、土壤阳离子交换作用
第一节土壤胶体与与土壤吸收性能
一、土壤胶体的概念及种类
土壤胶体：大小在1-1000nm（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
土壤的离子交换
土壤胶体的表面积，可分为外表面积和内 表面积。内表面积指膨胀性粘粒矿物晶层之间 的表面积。
表 3-1土壤中常见粘土矿物的比表面积（m2·g-1）
胶体种类
内表面积 外表面积 总表面积
蒙脱石 蛭石 水云母 高岭石 埃洛石 水化埃洛石 水铝英石
ห้องสมุดไป่ตู้
700-750 400-750
0-5 0 0 400 130-400
永久电荷不受介质pH的影响，因而电荷量比 较恒定。
(二) 可变电荷 (pH-dependent charge ， variable charge ） 土壤可变电荷，是数量随介质pH值升降而改
1、胶核表面分子的解离 如腐殖质具有羧基、酚羟基和羟基，这些功
能团若存在于腐殖质胶粒的表面，可产生解离， 使胶粒上负电荷增加。
三、土壤胶体的构造
胶核 胶体微粒
双电层
胶粒
决定电位离子层（内） 非活性离子层
补偿离子层（外） 扩散层
（一）微粒核（胶粒） 由无机胶体和有机胶体等分子群组成。
（二）决定电位离子层 是固定在微粒核表面的一层离子，由微
粒核表面分子解离，或从溶液中吸附的离子 构成，使微粒核带电。
（三）补偿离子层 由于微粒核表面带电，它能从土壤溶液中
主要形式。
(一) 永久电荷 (Permanent charge)
铝硅酸盐粘土矿物的基本结构单位，是硅 氧四面体和铝氧八面体。硅氧四面体中的硅和 铝氧八面体中的铝，都可被离子半径相近而离 子价不同的其他离子所代替，从而使粘土矿物 的晶格中出现剩余电荷。
由同晶异质代替作用而产生的电荷，称为永 久电荷。
吸附在土壤胶体上的阳离子被K+、Ba++或NH4+ 交换，然后测定消耗掉的K+、Ba++或NH4+的数 量，即可求出土壤阳离子交换量。
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