探针式土壤离子传感器阳离子交换容量

阳离子交换容量
阳离子交换能力 (CEC) 是衡量土壤肥力的有用指标，因为它显示了土壤供应三种重要植物养分的能力：钙​​、镁和钾。
阳离子
CEC 实际测量的是土壤通过电吸引保持阳离子的能力。阳离子是带正电荷的元素，正电荷由元素符号后的+号表示。+ 号的数量表示元素拥有的电荷量。
土壤中含量最多的五种可交换阳离子是钙 (Ca ++ )、镁 (Mg ++ )、钾 (K + )、钠 (Na + ) 和铝 (Al +++ )。
阳离子被称为胶体的带负电的粘土和腐殖质颗粒所保持。胶体由薄的平板组成，并且由于它们的尺寸具有相对较大的表面积。因此，它们能够容纳大量的阳离子。它们充当植物根部养分的仓库。
随着植物根部吸收阳离子，土壤水中的其他阳离子在胶体上取代它们。如果土壤水中有一种特定阳离子的浓度，这些阳离子会迫使其他阳离子离开胶体并取而代之。
胶体的负电荷越强，其保持和交换阳离子的能力就越大，因此称为阳离子交换容量 (CEC)。
CEC测量
阳离子的浓度以每千克土壤中正电荷的厘摩尔数表示 (cmol(+)/kg)。该测量值相当于之前使用的单位 me/100 g。
将每种阳离子的浓度相加，即可估算出 CEC 值。高于 10 cmol(+)/kg 的数字是植物生产的首选。膨胀粘土和有机物含量高的土壤的 CEC 可以达到 30 cmol(+)/kg 或更高。 胶体的平板状结构的示意图。它的负电荷沿着板的边缘。阳离子通过正电荷和负电荷之间的电吸引力附着在胶体上。
五种可交换阳离子也在土壤测试结果中显示为 CEC 的百分比。它们的理想范围是：CEC 的钙 65-80%、镁 10-15%、钾 1-5%、钠 0-1% 和铝 0%。
pH 值和 CEC
土壤 pH 值对 CEC 很重要，因为随着 pH 值的增加（酸度降低），胶体上的负电荷数量增加，从而增加 CEC。
CEC等级
腐殖质
CEC 因土壤类型而异。腐殖质是分解有机物的最终产物，其CEC值最高，因为有机物胶体带有大量负电荷。腐殖质的 CEC 比蒙脱石粘土高 2 到 5 倍，比高岭石粘土高 30 倍，因此对于提高土壤肥力非常重要。
黏土
由于其化学结构，粘土具有很强的吸引和保持阳离子的能力。但是，CEC 因粘土类型而异。它在蒙脱石粘土中含量最高，存在于巧克力土壤和黑色帕吉冲积物中。它在严重风化的高岭石粘土中最低，在黑土土壤中发现，在风化程度较低的伊利石粘土中略高。可以通过添加有机物来改善低 CEC 值。
沙
沙子没有交换阳离子的能力，因为它没有电荷。这意味着沙质土壤（如灰化表土）的 CEC 非常低，但这可以通过添加有机物质来改善。
铝和钠
铝 (Al +++ ) 和钠 (Na ++ ) 阳离子不是植物营养素，因此植物不需要。当土壤 pH (CaCl2)超过 5时，铝不以阳离子形式存在，因为它会从土壤溶液中沉淀出来。只有在 pH (CaCl2)水平低于 5 时，它才可能以阳离子形式存在，而低于 4.5 时，它可能会以毒性水平存在，从而取代粘土或腐殖质胶体中的其他阳离子。这就是为什么将 pH 值保持在 5.0 或更高很重要的原因之一。
当可交换钠的含量大于 CEC 的 5% 时，会使粘土颗粒在雨水中不稳定。这表现为水中的分散或混浊。分散性土壤的进水和排水能力差，干燥时会变硬。
北海岸土壤的平均 CEC

土壤	CEC (cmol(+)/kg)
克拉斯诺泽姆
高pH值和高有机质	10–20
低 pH 值和低有机物	2–6
巧克力
高pH值和高有机质	30-40
低 pH 值和低有机物	3-7
化肥	3–10
冲积的
轻和沙质	10-20
重粘土	20-30
沙丘	0-5

浸出
如果土壤的 CEC 低而钠含量高，则土壤中多达一半的阳离子可能存在于土壤颗粒周围的水中，而实际上并未被颗粒保持。这些阳离子非常容易在土壤水中浸出或排出。
具有高 CEC 的土壤在土壤水中的阳离子百分比要低得多，因此更不容易因浸出而导致养分流失。
改进 CEC
您可以通过添加石灰和提高 pH 值来改善风化土壤中的 CEC。否则，添加有机物质是改善土壤 CEC 的最有效方法。这可以通过永久性牧场、定期砍伐、绿肥作物、让作物茬腐烂、轮作作物或牧场以及添加覆盖物和肥料来完成。