土壤离子元素传感器阳离子交换容量CEC

    阳离子交换容量 ( CEC ) 是衡量土壤保持带正电离子的能力的指标。它是影响土壤结构稳定性、养分有效性、土壤 pH 值以及土壤对肥料和其他改良剂的反应的非常重要的土壤特性。
 
什么是可交换阳离子？
土壤的粘土矿物和有机物质成分在其表面具有带负电的部位，通过静电力吸附和保持带正电的离子（阳离子）。这种电荷对于植物养分供应至关重要，因为许多养分以阳离子形式存在（例如镁、钾和钙）。一般来说，带有大量负电荷的土壤更肥沃，因为它们保留了更多的阳离子，然而，在低CEC 的土壤上可以种植高产作物和牧场。土壤中

与CEC相关的主要离子是可交换阳离子钙 (Ca 2+ )、镁 (Mg 2+ )、钠 (Na + ) 和钾 (K+ )，通常称为碱阳离子。在大多数情况下，对分析的碱阳离子求和可提供足够的CEC量度。然而，随着土壤变得更酸，这些阳离子被 H +、Al 3+和 Mn 2+所取代，而常用方法将产生比田间发生的CEC值高得多的CEC值）。在对碱阳离子求和时需要包括这种“交换酸度”，这种测量被称为有效CEC ( ECEC )。 测量CEC
不同的实验室使用不同的方法来测量CEC，并且可以根据测量的土壤比例返回对比结果。在澳大利亚，一些实验室直接测量CEC，而另一些实验室将其计算为CEC。阳离子交换能力通常在细土部分（尺寸小于 2 毫米的土壤颗粒）上测量。在砾质土壤中，整个土壤的有效CEC被稀释，如果只分析细粒（粘土）部分，报告的CEC值将高于实际现场值。

测量CEC包括清洗土壤以去除多余的盐分，并使用“指数离子”来确定相对于原始土壤质量的总正电荷。这包括在分析前将土壤调至预定的 pH 值。Rengasamy 和 Churchman (1999) 介绍了包括预处理在内的用于测量CEC和可交换阳离子的方法，并由 Rayment 和 Higginson (1992) 详细描述。
单位
 
CEC通常以 meq/100 g (Rengasamy 和 Churchman 1999) 表示，这在数字上等于每千克交换剂的电荷厘摩尔 (cmol(+)/kg)。
管理意义

土壤类型和CEC
土壤的CEC因粘土百分比、粘土类型、土壤 pH 值和有机质含量而异。纯沙子的CEC非常低，小于 2 meq/100 g，并且大多数土壤的沙子和淤泥粒度部分 (2 µ m/2 mm)的CEC可以忽略不计。根据添加的粘土的类型和数量，用于控制防水性的粘土砂质土壤会少量增加表层的CEC。通常CEC增加不到 1 meq/100 g。西澳大利亚土壤中最常见的粘土高岭石具有CEC

约 10 毫克当量/100 克。其他粘土（例如伊利石和蒙脱石）的 CEC 范围为 25 至 100 meq/100 g。有机物质的CEC非常高，范围从 250 到 400 meq/100 g（Moore 1998）。由于较高的CEC通常表明土壤中存在更多的粘土和有机质，因此高CEC 的土壤通常比低CEC 的土壤具有更大的持水能力。

土壤 pH 值和CEC
以具有可变表面电荷的粘土为主的土壤通常是强烈风化的。这些土壤的肥力随着酸化氮肥、硝酸盐浸出以及清理和农业实践而导致的 pH 值降低而降低（McKenzie等人， 2004 年）。土壤 pH 值变化也可能由自然过程引起，例如有机物分解和阳离子浸出。土壤的CEC越低，土壤 pH 值随时间下降的速度就越快。将石灰土壤（参见土壤酸度情况说明书）提高至高于 pH 5 (CaCl 2 ) 将保持可交换的植物养分阳离子。
 
养分可用性和CEC
低CEC 的土壤更容易缺乏钾 (K + )、镁 (Mg 2 +) 和其他阳离子，而高CEC 的土壤不太容易受到这些阳离子的浸出（CUCE 2007）。有几个因素可能会限制营养物质向植物的释放。一些团体提倡管理阳离子比率的有争议的想法，声称 Ca:Mg 或 Ca:K 的理想比率。对于植物营养，更关键的因素是土壤中钙或钾的净含量是否足以满足植物生长的需要。添加有机质会增加土壤的CEC，但需要很多年才能生效。

说明了CEC如何可以随深度变化。基础阳离子的总和提供了每个土壤层的CEC估计值。由于有机物含量高，10 cm 表面的CEC为 4.6 meq/100 g。在 10 – 30 cm 深度，沙子的有机物含量非常低，因此CEC低。底土层的CEC由粘土含量控制，分别为 61%、51% 和 34%。这种土壤中的主要粘土是高岭石，因此CEC值仍然很低。