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。

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。

刘春生版《土壤肥料学》1.试述土壤胶体的种类和构造。

土壤胶体的种类有无机胶体、有机胶体和有机无机复合体三类胶体。

土壤胶体在分散溶液中构成胶体分散体系，它包括胶核和微粒间溶液2大部分，胶体微粒在构造上可分为胶核、决定电位离子层和补尝离子层三部分。

2.试述土壤胶体的特性及其对土壤理化性质的影响。

土壤胶体的性质有：具有土壤胶体的表面性质、带电性、分散性与凝聚性。

土壤胶体对土壤理化性质的影响有：（1）土壤胶体含量影响土壤的保水保肥能力和耕性。

胶体含量低的砂性土易于耕作，但不利于保水保肥；胶体含量高的粘性土保水保肥能力强，但透气性差，耕作困难；只有胶体含量适中的壤质土，才既有良好的耕性又有较好的保水保肥能力，且适耕期长，宜种作物多。

（2）以带负电荷为主的土壤胶体有从土壤溶液中吸附各种阳离子的能力，其吸附量（交换量）的大小取决于胶体物质的类别。

这是土壤能保蓄养分和具有缓冲性能的基础。

（3）土壤胶体所吸附的阳离子的组成影响土壤的酸碱性。

在一般情况下，吸附的阳离子以钙离子为主。

（4）土壤胶体，尤其是有机无机复合胶体影响土壤团聚体的形成及其稳定性。

在土壤中，溶胶在变为凝胶的过程中，常与粉砂、粗砂等土壤颗粒粘结，从而形成各种大小不一的团聚体。

团聚体的稳定性与胶体性质有关。

3.为什么南方土壤的阳离子交换量通常小于北方土壤?土壤阳离子交换量是指土壤所能吸附和交换的阳离子的容量，以pH值为7时每千克干土所吸附的全部交换性阳离子的厘摩尔数表示，单位为cmol(+) /kg。

土壤阳离子交换量主要决定于土壤所带负电荷的数量，影响阳离子交换量的因素主要有：胶体类型、质地和土壤酸碱性等。

我国南方土壤的阳离子交换量通常小于北方土壤的主要原因是：(1)气候因素。

南方高温高湿，矿物风化强烈，物质淋溶也强烈，大量盐基离子被淋失，盐基饱和度小。

而北方相对低温低湿，盐基离子淋失较少，有时还相对富集，盐基饱和度大。

(2(粘土矿物类型。

南方主要为1:1型及铁铝氧化物及其水化物，而北方主要是2:1型胀缩型矿物。

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。

《土壤肥料学》教学大纲一、课程性质和基本内容土壤肥料学时研究土壤、肥料和植物营养及其相互关系的一门学科。

通过了解土壤的组成和性质，土壤的形成、分类和分布，土壤管理，植物营养的基本原理，无机肥料的成分、性质和施用，以及有机肥料的成分、性质和积制。

二、教学目标及任务以提高土壤肥力为中心，研究土壤肥力发生发展的规律，了解各种养分对植物的作用，和植物对各种养分的需求，明确土壤、植株和肥料的关系。

掌握主要化肥和有机肥的性质、作用及其在土壤中的转化的关系和施用原则。

结合农业生产实际，学会经济用肥和科学施肥的原理和方法。

本课程教学应力求做到深度适当，结合我国生产实际，突出应用理论、应用技术的传授。

三、基本教学要求要求学生全面、系统掌握土壤肥料学基本理论和基本方法，并能应用于分析和解决生产中的有关问题。

并使学生在科学的态度、严谨的研究方法方面得到训练。

教学中要求学生对肥料使用的方法、技术等进行实际操作训练。

四、教材及主要参考书目教材：《土壤肥料学》（全国高等农林专科统编教材），王荫槐主编，中国农业大学出版社。

五、教学进度安排方案1、教学进度安排汇总表2、各章节教学目的要求及内容要点绪论教学内容：一、土壤肥料学的研究任务二、土壤与肥料科学的发展简史三、土壤肥料在农业可持续发展中的地位与作用教学要求：了解土壤肥料的发展历史，了解土壤肥料在农业生产中得作用第一章土壤水分、空气、热量和养分状况教学内容：第一节土壤水分一、土壤水分的类型和性质二、土壤水分含量及其有效性三、土壤水分的能量状态四、土壤水分状况与植物生长的关系第二节土壤空气一、土壤空气的组成和特点二、土壤通气机制，土壤通气性的原理及有关指标三、土壤通气性与作物生产的关系第三节土壤热量状况一、土壤热量的三个来源二、土壤的热特性：热容量、导热性、保湿性三、土壤温度的变化规律及影响因素四、土壤温度与植物生长的关系第四节土壤养分状况一、土壤养分的形态及有效性二、土壤养分的供应性能三、土壤养分的移动教学要求：重点掌握土壤水分、空气、热量、养分与植物生长的关系。

土壤学第六章总结第六章第一节土壤保肥性与供肥性的含义土壤保肥性：土壤吸持、保存植物养分的能力。

土壤供肥性：土壤向植物提供有效养分的能力第二节土壤胶体soil colloid及其基本特性一、土壤胶体的概念**土壤胶体：直径小于0.001mm的土壤固体颗粒二、类型1、土壤无机胶体：层状硅酸盐粘土矿物（1：1型如高岭石、2：1型如蒙脱石）、氧化物及其水合物土壤有机胶体：主要是腐殖质及其各种组分土壤有机矿质复合体2、高岭石：单位晶层由一层硅氧片和一层铝氧片构成。

故称1：1型矿物晶层之间以氢键连接，联结力强,分散度低，多出现于酸性土壤。

塑性、粘结性、粘着性、膨胀性很弱对水和阳离子的吸附力弱主要存在于风化程度较高的土壤中蒙脱石：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。

晶层之间通过氧相连，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北方土壤中。

3、粒径越小，比面积越大如高岭石比面积《蒙脱石4、由于表面的存在而产生的能量，叫做表面能。

物质的比面积越大，吸附能力也越强，由于土壤胶体具有巨大的表面积，因而具有巨大的表面能。

三、胶体带有电荷1、土壤胶体电荷的种类（1）永久电荷（2）可变电荷2、胶体带电的原因土壤胶体表面带有电荷是其最重要的胶体化学特性。

造成胶体带电的原因主要有以下三种：（1）同晶代换（2）断键（3）表面分子的解离3、永久电荷由于同晶代换的作用产生的电荷，叫永久负电荷。

4、可变电荷指胶体随土壤溶液pH值的变化而发生电荷数量、符号变化的那部分电荷。

原因有二：主要是由胶体表面分子的电离引起的，其次来自矿质胶体晶格的断键。

高岭石>蒙脱石四、土壤胶体凝聚与分散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。

影响阳离子交换作用的因素阳离子交换作用是指在土壤或其他离子交换体系中，阳离子与土壤颗粒表面的负电荷之间发生的吸附和解吸过程。

以下是影响阳离子交换作用的几个重要因素：
1. pH值：pH值是指土壤或溶液的酸碱性程度。

土壤的pH值对阳离子交换作用有重要影响。

通常，在较低的pH值下（酸性条件），土壤颗粒表面的负电荷较多，可以吸附更多的阳离子。

而在较高的pH 值下（碱性条件），土壤颗粒表面的负电荷减少，阳离子交换作用相对较弱。

2. 离子浓度：离子浓度是指土壤或溶液中阳离子的浓度。

较高的阳离子浓度会增加阳离子与土壤颗粒表面负电荷之间的竞争，减少阳离子的吸附量。

相反，较低的阳离子浓度有利于阳离子的吸附。

3. 阳离子的离子半径和电荷：阳离子的离子半径和电荷大小也会影响其与土壤颗粒表面的吸附能力。

通常，离子半径较小、电荷较大的阳离子更容易与土壤颗粒表面的负电荷发生吸附。

4. 土壤类型和性质：不同类型和性质的土壤对阳离子交换作用的影响也不同。

例如，粘性土壤和有机质含量高的土壤具有更多的负电荷，因此对阳离子的吸附能力较强。

5. 温度：温度对阳离子交换作用的影响较小，但在极端温度条件下可能会有一定的影响。

较高的温度可以增加土壤颗粒表面的电荷密度，从而影响阳离子的吸附和解吸过程。

这些因素相互作用，共同影响着阳离子交换作用的强度和效果。

了解和掌握这些因素对于理解土壤肥力、植物营养和土壤污染等方面具有重要意义。