阳离子交换能力-沸石能力强

天然沸石vs.合成沸石,它是由硅铝酸盐骨架的吸附剂和阳离子交换容量的功能制成的。沸石将斜发沸石制成粉末、颗粒。

阳离子交换和阳离子交换容量

  • 什么是阳离子交换和阳离子交换容量?
  • CEC和BS的意义
  • 基础饱和度百分比
  • 国内土壤的CEC和肥力特征
  • CEC 如何随土壤 pH 值变化
  • 土壤中的典型 CEC 值
  • 从常规土壤测试计算阳离子交换容量
  • 其他资源和审稿人

什么是阳离子交换和阳离子交换容量?

土壤粘土矿物和有机物往往带负电,从而通过静电力将带正电的离子(阳离子)吸引到其表面。结果,阳离子保留在土壤根部区域内,不易通过浸出而流失。吸附的阳离子很容易与土壤溶液中的其他阳离子发生交换,因此称为“阳离子交换”。当浓度因植物根系吸收而降低时,吸附的阳离子会补充土壤溶液中的离子。

阳离子交换容量 (CEC) 是衡量土壤中吸附植物营养阳离子如钙 (Ca2+)、镁 (Mg2+) 和钾 (K+) 的总负电荷的量度。因此,CEC 是土壤的一种特性,描述了其向土壤溶液提供营养阳离子以供植物吸收的能力。图 1 显示了保留在土壤粘土矿物上的阳离子,这些阳离子可以与土壤溶液中的阳离子交换。植物根系可以从土壤溶液中去除养分,从而导致养分从粘土颗粒中移走。向土壤中添加肥料会导致土壤溶液中养分浓度的初始增加,从而导致养分向粘土颗粒移动。

植物使用最多的营养阳离子是钾 (K+)、钙 (Ca2+) 和镁 (Mg2+)。吸附在交换位点上的其他阳离子有铵 (NH4+)、钠 (Na+)、氢 (H+)、铝 (Al3+)、铁 (Fe2+ 或 Fe3+)、锰 (Mn2+)、铜 (Cu2+) 和锌 (Zn2+)。微量营养素阳离子,如锌、铜、铁和锰,通常在土壤中以非常低的浓度存在。铵的浓度通常也非常低,因为微生物在称为硝化的过程中将铵转化为硝酸盐。

CEC 如何随土壤 pH 值变化

图 1. 示意图显示了土壤表面和土壤溶液之间的阳离子交换,以及这些阳离子从土壤溶液到根(根际)吸收的运动。
土壤有机质和一些粘土矿物的 CEC 随 pH 值而变化。通常,CEC 在土壤 pH 值 3.5 到 4.0 时最低,并随着酸性土壤的石灰增加而增加,如图 2 所示。由于 CEC 可能随土壤 pH 值变化很大,因此通常的做法是测量土壤的CEC 在 7.0 的 pH 值下。另请注意,某些正电荷可能会在低 pH 值下出现在特定的土壤矿物表面上。这些正电荷保留阴离子(带负电荷的离子),例如氯化物 (Cl-) 和硫酸盐 (SO42-)。

soil CEC
图 1. 示意图显示了土壤表面和土壤溶液之间的阳离子交换,以及这些阳离子从土壤溶液到根(根际)吸收的运动。
soil CEC
图 2. pH 值对土壤及其成分表面电荷的影响。

 

从常规土壤测试计算阳离子交换容量

典型土壤测试实验室报告中包含的 CEC 值是通过使用适当的提取方法从土壤中提取的钾、镁、钙、钠和氢的浓度(表示为每 100 克土壤的毫当量电荷)相加计算得出的.国内大学土壤测试实验室使用 Mehlich I 程序,基于双酸(0.05 N HCl + 0.025 N H2SO4)提取溶液。此方法适用于常见的酸性、低 CEC 土壤。使用 Mehlich I 提取物无法令人满意地分析含有大量粘土或有机物质或碱性土壤的 CEC。其他土壤提取方法应用于这些类型的土壤。

 

 

土壤中的典型 CEC 值

在大多数土壤报告中,CEC 表示为每 100 克土壤的电荷毫当量 (meq)(电荷数)(meq/100 g 或使用国际科学单位时为 cmol/kg)。使用毫当量数而不是吸附阳离子的重量(磅、克等),因为 CEC 代表电荷总数,这是比较不同土壤的更好标准,因为每种阳离子种类具有不同的重量和土壤不同阳离子种类的比例不同。

表 1 显示了土壤粘土矿物和各种质地土壤的典型阳离子交换能力。因为土壤是不同颗粒大小(沙子、淤泥和粘土)、粘土矿物类型和不同比例有机质的混合物,主要成分和土壤 pH 值决定了土壤的 CEC。

表 1. 不同土壤类型、质地和土壤有机质在 pH 7.0 下的阳离子交换容量。
土壤和土壤成分CEC (meq/100 克)
粘土类型 
高岭石3-15
伊利石15-40
蒙脱石80-100
土壤质地 
1-5
细沙壤土5-10
壤土5-15
粘土15-30
黏土>30
有机物200-400

中国土壤的CEC与肥力特征

出于实用目的,土壤分为四大类:(1) 沿海平原,(2) 皮埃蒙特,(3) 山地和石灰石山谷,以及 (4) 来自景观、高尔夫球场、温室和花坛的土壤。这些类别可以更容易地评估生育能力。下表描述了每个土壤组的 CEC 和一般肥力特征。

土壤组CEC和土壤肥力特征
沿海平原(包括大西洋弗拉特伍德和沙丘)土壤有沙质表面,CEC 为 6 meq/100 g 或更低。处于原生状态的土壤可能是酸性和贫瘠的。土壤的粘土含量、排水特性和颜色会有所不同。土壤在生产力、易于处理和适应行作物生产方面会有所不同。典型的土壤类型是诺福克、莱克兰、林奇堡和蒂夫顿。
山前土壤土壤主要是高地、排水良好的红土,CEC 为 6 至 12 meq/100 g。原生状态的土壤呈酸性且磷含量低,但钾含量高于沿海平原土壤。主要的土壤系列是塞西尔、麦迪逊和戴维森。
山地和石灰石山谷土壤土壤可能有灰色的沙质表面,下面是重的红色沙质粘土或粘土质地的土壤。冲积阶地和河底呈灰色至浅棕色,带有黄色至深红色的沙质粘土壤土。土壤呈酸性,肥力低。这些土壤的平均 CEC 值为 9 meq/100 g。主要的土壤类型是波特斯、海斯维尔、塔拉迪加、范宁、康加里、克拉克斯维尔、富勒顿、杜威和迪凯特。
来自景观和高尔夫果岭的土壤这些土壤的维护方式通常与农作物土壤不同,通常是人工构成和维护的。许多生育率不稳定,不能轻易归入上述三个类别之一。

基础饱和度百分比

碱基饱和百分比 (BS) 是 CEC 被碱性阳离子 Ca2+、Mg2+ 和 K+ 占据的百分比。碱性阳离子与酸性阳离子 H+ 和 Al3+ 不同。在大约 5.4 或更低的土壤 pH 值下,Al3+ 的浓度非常高,阻碍了大多数植物物种的生长,土壤 pH 值越低,有毒 Al3+ 的含量就越高。因此,具有高碱饱和度的土壤通常更肥沃,因为:

它们含有很少或没有对植物生长有毒的酸性阳离子Al3+。
具有高碱饱和度的土壤具有较高的 pH 值;因此,它们更能抵御来自植物根部和使土壤酸化的土壤过程(硝化作用、酸雨等)的酸性阳离子。
它们含有更大量的植物必需的营养阳离子 K+、Ca2+ 和 Mg2+ 供植物使用。
碱基饱和百分比表示如下:

%BS = [(钙2+ + 镁2+ + ķ+)/CEC] × 100

根据土壤的 pH 值,土壤的基础饱和度可能是 CEC 的一小部分或大约等于 CEC。一般来说,如果土壤 pH 值低于 7,则碱饱和度小于 CEC。在 pH 值 7 或更高时,土壤粘土矿物和有机质表面被碱性阳离子占据,因此,碱饱和度等于 CEC。图 2 说明了在不同土壤 pH 水平下保留在土壤表面的阳离子的相对量。

CEC和BS的意义

土壤的 CEC 会影响施肥和施石灰的做法。例如,CEC 高的土壤比 CEC 低的土壤保留更多的养分。由于在 CEC 较低的沙质土壤中一次性施用大量肥料,因此更有可能通过浸出发生养分流失。相比之下,这些养分在粘土中的损失要小得多。

作物生产将酸度释放到土壤中。由于低 CEC 土壤上的作物生产,土壤 pH 值将降低更多。高 CEC 土壤通常具有良好的缓冲性,因此 pH 值因作物生产而发生的变化要小得多。因此,与粘土相比,CEC 含量低的沙质土壤需要更频繁地施石灰,但施用率较低。在高 CEC 土壤上达到最佳 pH 值需要更高的石灰率,因为在给定的 pH 值下,它们的酸性阳离子含量更高。

沸石致密且多孔性更好 分子滤网 结构体。独特的自然属性充当有效的矿物海绵, 吸收 更多的水被吸入和收集 沸石粒状,一旦混合到土壤中,它就会为作物通气创造空间。 

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