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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+。
土壤阳离子交换性能、可溶性盐测定
阴离子的测定
氯离子的测定----硝酸银滴定法
用AgNO3标准溶液滴定Cl-是以K2CrO4为指 示剂，AgCl和Ag2CrO4虽然都是沉淀，但在室温 下，AgCl的溶解度比Ag2CrO4的溶解度小，所以 当溶液中加入AgNO3时， Cl-首先与Ag+作用形 成白色AgCl沉淀，当溶液中Cl-全被Ag+沉淀后， 则 Ag+ 就 与 K2CrO4 指 示 剂 作 用 ， 形 成 棕 红 色 的 Ag2CrO4沉淀，此时即达终点。
阳离子的测定
钙和镁的测定-EDTA滴定法
EDTA能与许多金属离子Mn、Cu、Zn、Ni、 Co、Ba、Sr、Ca、Mg、Fe、Al等起配合反应， 形成微离解的无色稳定性配合物。但在土壤水溶 液中除Ca2+和Mg2+外，能与EDTA配合的其它金 属离子的数量极少，可不考虑。因而可用EDTA 在pH10时直接测定Ca2+和Mg2+的数量。
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
(完整版)土壤阳离子交换量
土壤阳离子互换量（Bacl 2实验原理本实验采纳的是迅速法来测定阳离子互换量。
土壤中存在的各样阳离子可被某些中性盐（B aCl2 ）水溶液中的阳离子（ Ba2+）等价互换。
因为在反响中存在互换均衡，互换反响实际上不可以进行完整。
当增大溶液中互换剂的浓度、增添互换次数时，可使互换反响趋于完整。
互换离子的天性，土壤的物理状态等对互换反响的进行程度也有影响。
再用强电解质（硫酸溶液）把互换到土壤中的 Ba2+ 互换下来，这因为生成了硫酸钡积淀，并且氢离子的互换吸附能力很强，使互换反响基本趋于完整。
这样经过测定互换反响前后硫酸含量的变化，能够计算出耗费硫酸的量，从而计算出阳离子互换量。
用不一样方法测得的阳离子互换量的数值差别较大，在报告及结果应用时应注明方法。
1.仪器（1）离心计：北京产 CD5 –A 型离心计（2）离心管： 100 mL（3）锥形瓶： 100 mL（4）量筒： 50 mL（5）移液管： 10 mL 、 25 mL（6）碱式滴定管： 25 mL2.试剂（ 1）氯化钡溶液：称取60 g 氯化钡（ BaCl2 ·2H2O ）溶于水中，转移至500 mL 容量瓶中，用水定容。
（2） 0.1%酚酞指示剂（ W∕V）：称取 0.1 g 酚酞溶于 100 mL 醇中。
（3）硫酸溶液（ 0.1 mol/L ）：移取 5.36 mL 浓硫酸至 1000 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度。
（ 4）标准氢氧化钠溶液（≈ 0.1 mol/L）：称取 2 g氢氧化钠溶解于500 mL 煮沸后冷却的蒸馏水中。
其浓度需要标定。
标定方法：各称取两份0.5000g 邻苯二甲酸氢钾（早先在烘箱中105 ℃烘干）于 250 mL锥形瓶中，加100 mL 煮沸后冷却的蒸馏水溶解，再加 4 滴酚酞指示剂，用配制好的氢氧化钠标准溶液滴定至淡红色。
再用煮沸后冷却的蒸馏水做一个空白试验，并从滴定邻苯二甲酸氢钾的氢氧化钠溶液的体积中扣除空白值。
实验二 土壤的阳离子交换量
计算式：
式中W为邻苯二甲酸氢钾的重量（克），VNaOH为耗 去的氢氧化钠溶液体积（毫升）。 1N氯化钡溶液：称60克BaCl2〃2H2O溶于500毫升蒸 馏水中。 酚酞指示剂1%（W/V） 硫酸溶液0.2N 土壤：风干后磨碎过200目筛
四、实验过程
1. 取4个洗净烘干且重量相近的 50 毫升离心管，分别套 在相应的4个小烧杯上，然后在电子天平上称出重量W 克（称准到0.005 克，以下同）往其中的两个离心管 中各加入 1克左右的污灌区表层风干土壤，另外两个 离心管中分别加入 1克左右的深层风干土，四个离心 管及其相应的称量架均做好记号。 2. 从称量架上取下离心管，用量筒向各管中加入20毫升 氯化钡溶液，加完用玻璃棒搅拌管内容物 4分钟。然 后将4 支离心管放入离心机内，以每分钟3000转的转 速离心 5 分钟，直到管内上层溶液澄清，下层土壤紧 密结实为止。离心完倒尽上层溶液。然后再加入20毫 升氯化钡溶液，重复上述步骤再交换一次。离心完保 留离心管内的土层。
3 、向离心管内倒入 20 毫升蒸馏水，用玻璃棒搅拌管内容物 1 分钟。再在离心机内离心（3000转，5分钟），直到土壤 完全沉积在管底部，上层溶液澄清为止。倒尽上层清液， 将离心管连同管内土样一起，放在相应的小烧杯上，在电 子天平上称出各管的重量（G克）。 4、往离心管中移入25毫升0.2N硫酸溶液，搅拌10分钟后放置 20分钟，到时离心沉降。离心完把管内清液分别倒入 4个 洗净烘干的试管内，再从4个试管中各移出10毫升溶液到4 个干净的100毫升锥形瓶内。另外移出两份10毫升0.2N硫 酸溶液到第五、第六个锥形瓶内。在六个锥形瓶中各加入 10毫升蒸馏水和 2滴酚酞指示剂，用标准氢氧化钠溶液滴 定到红色刚好出现并于数分红内不褪为终点。10毫升0.2N 硫酸溶液耗去的氢氧化钠溶液体积（Aml）和样品消耗氢 氧化钠溶液体积（Bml），氢氧化钠溶液的准确浓度（N） ，连同以上的数据一起记入表中。
c8-10土壤阳离子交换性能的分析
（二）交换性盐基组成 1.交换性盐基组成 交换性盐基组成： 1.交换性盐基组成： 包括： 包括：H+、Al3+及Ca2+、Mg2+、K+、 等交换性阳离子。 Na+、NH4+等交换性阳离子。 石灰性土壤中以Ca 为主； 石灰性土壤中以Ca2+、Mg2+为主； 酸性土壤中H 较多； 酸性土壤中H+、Al3+较多； 盐碱土中Na 盐碱土中Na+多。 2.交换性盐基总量 交换性盐基总量： 2.交换性盐基总量： 指除交换性H 指除交换性H+、Al3+以外的其它 交换性阳离子的总量。 交换性阳离子的总量。 3.盐基饱和度 盐基饱和度： 3.盐基饱和度： 交换性盐基总量占CEC CEC的百分 交换性盐基总量占CEC的百分 数。 是土壤改良利用和土壤分类 的重要依据。 的重要依据。
三、测定方法介绍
1、酸性和中性土壤： 酸性和中性土壤： pH7.0的 OAc法是最普遍使用的常规方法 pH7.0的NH4OAc法是最普遍使用的常规方法 特点： （1）特点： • 溶液具有强缓冲性能，保证交换过程中pH恒 溶液具有强缓冲性能，保证交换过程中pH pH恒 定。 • 可以连续测定CEC、交换性离子组成、交换 可以连续测定CEC 交换性离子组成、 CEC、 性盐基总量。 性盐基总量。
3、交换剂的选择
（2） 石灰性土壤： 石灰性土壤： 常用交换剂： 常用交换剂： 1 mol/L NaOAc（pH 8.2）：该交换剂对MgCO3溶解较多，使 NaOAc（ 8.2） 该交换剂对MgCO 溶解较多， 交换性Mg测值偏高，所以含MgCO 多的土壤应考虑使用。 交换性Mg测值偏高，所以含MgCO3多的土壤应考虑使用。 Mg测值偏高 BaCl2-三乙醇胺（TEA）（pH 8.2）： 三乙醇胺（TEA）（ ）（pH 8.2） Ba2+在CaCO3颗粒表面形成BaCO3膜，从而抑制了CaCO3的继 颗粒表面形成BaCO 从而抑制了CaCO 续溶解，降低了Ca2+的浓度，使交换完全。 续溶解，降低了Ca 的浓度，使交换完全。 NaOAc-NaCl法 对石膏、石灰溶解少， NaOAc-NaCl法：对石膏、石灰溶解少，适于干旱地区石灰性 土壤，尤其是含石膏多的土壤。 土壤，尤其是含石膏多的土壤。
7第七章 土壤阳离子交换性能的分析
（2）
第二步进行完后：
Na+交换NH4+，查NH4+ ：确保NaCl把交换到soil上的NH4+都 洗下来。
蒸馏滴定法测铵
P156 （GB7863-87国标法）
用水将土洗入开氏瓶， 加固体MgO蒸馏，定氮。
×
操作步骤：P157-158 计算：P158 注释：P158
问题讨论：
1.NH4OAc只适合中/酸性土壤，注意施用石灰混合不匀的中酸性 耕地不能用此法。（用1:3HCl检验石灰反应）
（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）
洗交换剂
CH3COONH4
NaCl
4.CEC测定的方法
（1）总和法：
把K+、Na+、Ca2+、Mg2+ 、H+ 、Al3+相加，其中H+ 和Al3+测交 换性酸得到。 ※重点掌握 （2）NH4OAc法（适用于中性、酸性soil）
7第七章 土壤阳离子交换性能的分析
②Fe3+、Fe2+ 不是（易水解生成难溶性的氢氧化物或氧化物沉淀）
Fe3+ + 3H2O →Fe(OH)3 ↓ + H+
2）阳离子交换量（CEC: Cation Exchange Capacity
2.查Ca2+：铬黑T，兰色无Ca2+，红色有Ca2+ 3.查NH4+：钠氏试剂，黄色有NH4+ ，无色无NH4+。 4.去除剩余交换剂（NH4+）的程度
产生误差的主要来源
①淋洗不完全：未将交换剂全部洗掉会产生正误差； ②淋洗过头：易水解的被洗去产生负误差， ③洗涤剂：如乙醇能溶解土壤OM，不能用太多来洗，否则产生 负误差。也可用异丙醇代替。
第七章 土壤阳离子交换 性能的分析
第一节 土壤阳离子交换量和交换性盐基测定 第二节 土壤酸度的测定及石灰需用量的计算
第一节 一、概述
土壤阳离子交换量和交换性盐基测定
-K + -Na+ -Ca2+ + H+ -H+ -H+ -H+ -H+ + K+、Na+、Ca2+
1.几个概念+
1）交换性阳离子
当土壤用一种盐溶液淋洗时，土壤具有吸附溶液中阳离子 的能力，同时释放出等量电荷的其它阳离子，这些释放出的阳 离子称作交换性阳离子。包括： H+ 、K+、Na+、Ca2+、Mg2+（碱金属、碱土金属是交换性阳离子）
粘土矿物类型