阳离子交换容量 (CEC) 是一种基本的土壤离子特性

阳离子交换容量 (CEC) 是一种基本的土壤特性，用于预测土壤中植物养分的有效性和保留量。它是可用养分供应的潜力，而不是对可用养分的直接测量。土壤 CEC 通常随着粘土含量和有机质的增加而增加，因为阳离子交换发生在粘土矿物、有机质和根的表面。土壤可以涵盖广泛的 CEC 范围，但通常介于 5 至 25 meq/100 g 土壤之间（表 1）。超过 25 meq/100 g 土壤的值适用于重粘土、有机土壤或泥土。

表 1 土壤质地与 CEC 的关系
土壤质地	典型 CEC （meq/100 g 土壤）
金沙	3-5
壤土	10-15
淤泥壤土	15-25
粘土和粘土	20-50
有机土壤	50-100

阳离子交换容量定义为土壤表面负电荷的总量。它通常在商业土壤测试实验室中通过对阳离子（被土壤中的负表面电荷吸引的带正电荷的离子）求和来测量。可交换阳离子包括碱阳离子、钙 (Ca 2+ )、镁 (Mg 2+ )、钾 (K + ) 和钠 (Na + )，以及酸阳离子，例如氢 (H + )、铝 (Al 3+ ) 和铵 (NH 4 + )。
CEC = 碱阳离子 +酸阳离子
(Ca 2+ + Mg 2+ + K + + Na + ) + (H + + Al 3+ + NH 4 + )
图 1 显示了具有少量负电荷和相关阳离子（左）的低 CEC 土壤和具有大量负电荷的高 CEC 土壤，被更多的总阳离子占据（右）。
基础饱和度
碱饱和度计算为碱阳离子占据的 CEC 的百分比。图 2 显示了两种具有相同 CEC 的土壤，但右侧的土壤具有更多的碱阳离子（蓝色）。因此，它具有更高的基础饱和度。碱饱和度与pH值密切相关；随着碱饱和度的增加，pH 值增加。
碱饱和度 (%) = (碱阳离子/CEC )×  100X 100
同样，我们可以计算每个单独的碱阳离子的碱饱和度。钙碱饱和度计算为钙阳离子占据的 CEC 的百分比。在图 2 中，右侧土壤的钙阳离子 (Ca 2+ ) 是其两倍，因此钙饱和度更高。
钙饱和度 (%) = (钙阳离子/CEC )×  100
从土壤测试计算 CEC
CEC 报告为每 100 克土壤的毫当量 (meq/100g)，或每重量土壤的电荷。使用毫当量而不是重量，因为在谈论离子交换时电荷更有用。
那么，我们如何将土壤测试中的养分浓度（ppm）转换为电荷（meq/100g 土壤）？土壤测试实验室通常已经在土壤测试报告中提供这些值，或者会根据要求提供这些值。但是，为了更好地理解这些关系，下面概述了执行这些计算的步骤。
步骤 1： 确定每个碱阳离子的克当量。每个基础阳离子在元素周期表中都有一个原子量和价数（电荷）。图 3 显示了碱阳离子。对于钙，原子量约为每摩尔 40 克，电荷为 2。我们将每个原子量 (40) 除以电荷 (2) 以计算克当量 (20)。每个碱基阳离子的值在表 2 中列出。
步骤 2. 将克当量转化为每重量土壤的电荷（meq/100g 土壤）。
等价×1000 毫当量1 当量×1100 克土壤=10 毫克当量 克土相等的×1000 毫当量1 相等的×1100 克土=10 梅克 克土
步骤 3. 将克当量乘以 10 以转换为 meq/100g 土壤。同样，对于钙，20 克的克当量乘以 10 得到 200 meq/100 g 土壤。该 meq/100g 土壤值用作土壤测试中收到的养分浓度值 (ppm) 的转换因子。表2最后一列的粗体值可以作为每次的换算系数，不会改变。

表 2. 碱性阳离子 Ca、Mg、K 和 Na 的 meq/100g 土壤常数。
基阳离子	原子重量	电荷（价）	克当量 (g)	毫当量/ 100 克土壤
钙（Ca）	40	2	20	200
镁 (Mg)	24	2	12	120
钾 (K)	39	1	39	390
钠 (Na)	23	1	23	230

步骤 4. 将土壤测试养分浓度转换为电荷。表 3 提供了典型土壤测试水平的示例（以 ppm 为单位）。我们可以通过采用表 2（最后一列）中计算的值并将它们除以土壤测试水平来计算每个阳离子在交换点上占据的集体电荷。对于钙，2000 ppm 的土壤测试水平除以 200 等于 10.0 meq/100 g 土壤。这是对每个阳离子单独进行的。
步骤 5. 计算碱性阳离子的集体电荷。接下来，我们将每个碱基阳离子的电荷相加。在这个例子中，基础阳离子的总和等于 12.4 meq/100g 土壤（表 3）。  
步骤 6. 计算可交换酸度，使用缓冲液 pH 值和经验得出的转换方程（表 3）。如果土壤的 pH 值大于 7.0，则基本上没有可交换的酸度，CEC 只是碱阳离子的总和。缓冲液 pH 值为 6.6 的土壤表明酸性阳离子每 100 克土壤占据 4.8 meq。

表 3. 土壤测试值 (ppm) 与碱和酸阳离子的 meq/100 g 土壤的换算，以确定 CEC。
基阳离子	土壤测试水平 (ppm)	毫当量/100 克土壤	meq/100 克土壤
钙（Ca 2+）	2000年	200	10.0
镁 (Mg 2+ )	240	120	2.0
钾 (K + )	100	390	0.26
钠 (Na + )	20	230	0.09
小计			12.4

 

酸阳离子	缓冲液pH值	转换方程	meq/ 100 克土壤
可交换酸度 (H + , Al 3 + , NH 4 + )	6.6	12 x (7.0 – 6.6)	4.8
*如果土壤测试值以磅/英亩为单位，则首先将土壤测试值除以 2，将磅/英亩转换为 ppm。
* *如果缓冲液 pH 值为 7 或更高，则您没有可交换的酸度（CEC = 碱阳离子总和）。

步骤 7. 通过添加碱阳离子和酸阳离子来计算 CEC：
阳离子交换容量 (CEC) =碱阳离子+ 酸阳离子 
= 12.4 + 4.8=12.4 + 4.8
= 17.2毫克当量/100 克 
使用 CEC，我们可以计算以下内容（乘以 100 得到一个百分比）：
碱饱和度 (%) = (碱阳离子/CEC )  ×  100X 100
= ( 12.4 /17.2) ×  100X 100
= 72 %
钙饱和度 (%) = (钙阳离子/CEC )×  100X 100
= ( 10 /17.2)×  100X 100
= 58 %
镁饱和度 (%) = (镁阳离子/CEC )×  100X 100
= ( 2.0 / 17.2)×  100X 100
= 12 %