什么是土壤阳离子交换容量?

在土壤中育苗
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土壤阳离子交换容量(CEC)是土壤通过电吸引结合和储存一组特定营养物质的能力,这些营养物质形成带正电荷的阳离子,如钙(Ca2 +)、镁(Mg2 +),钾(K+)和铵态氮(NH4+).

土壤是由沙、粉、粘土和有机物混合而成的。的粒子粘土而且有机物质在土壤中带电荷,它们有一个净负电荷(-)。这使他们能够吸引和保持带正电荷的粒子(+),因为“异性相吸”,就像磁铁的两极相互吸引一样。它们也排斥其他带负电荷的粒子(-),因为“同类排斥同类”,就像磁铁的相似极点相互排斥一样。

低CEC的土壤不能将大量的营养分子结合到其颗粒上,而高CEC的土壤能够将大量的营养分子结合到土壤颗粒表面。

什么是阴离子和正离子?

化学元素(如钙、镁、铁)通常不带电荷,但当它们失去或获得电子时,它们就会获得一个电荷,并被称为钙、镁、铁离子

  • 带正电荷的离子(+)阳离子
  • 带负电荷的离子(-)被称为阴离子

记住哪个是哪个的一个好方法,就是把字母'替换掉t'带a '+'符号ca +离子

一些常见土壤阳离子它们的化学符号和电荷)包括钙(Ca2 +)、镁(Mg2 +),钾(K+),铵(NH4+),氢(H+)和钠(Na+)

一些常见的土壤阴离子它们的化学符号和电荷)包括氯(Cl-)、硝酸盐(NO3.-),硫酸盐(S0 .42 -)和磷酸(PO43 -

注意:从上面的列表中,我们可以看到一些阳离子具有多个(+)正电荷,而一些阴离子可以具有多个(-)负电荷,也可以与氧结合。

土壤阳离子交换能力如何起作用

与土壤中的粘土和有机物颗粒结合的阳离子可以被其他类型的阳离子所取代,它们是可交换的.例如,钾(K+)的阳离子可以被钙(Ca)的阳离子取代(交换)2 +),反之亦然。

土壤阳离子交换容量(或CEC)是土壤所能容纳的阳离子总数,也就是它的总负电荷。

CEC越高,负电荷越多,钙(Ca)等阳离子(带正电荷的土壤养分)越多2 +)、镁(Mg2 +),钾(K+),铵(NH4+)可以举行。

CEC的计量单位是什么?

土壤CEC以每100克土壤含毫克毫克当量/ 100克),这是衡量浓度单位体积内某物的含量。

一个微地震是一种测量需要的离子总数达到大约6 x 10的量的方法吗20.带正电荷。

构成1 meq所需的营养离子量(6 × 1020.正电荷)随着电荷量的增加而减少。

  • 需要6 × 1020.钾(K +)离子(相同的数字)来组成一个meq,因为每个离子只携带一个正电荷
  • 需要3 × 1020.钙(Ca2 +)离子(一半)来组成一个meq,因为每个离子都携带两个正电荷
  • 哪一种不是植物营养物质,而是存在于土壤中)只需要2 × 1020.铝(艾尔3 +)离子(三分之一)来组成一个meq,因为每个离子都携带三个正电荷

下面列出了常见的土壤养分阳离子,其数量(每英亩重量)相当于1 meq/100g的浓度:

  • 钙(ca++): 180公斤/英亩(400磅/英亩)
  • 镁(Mg++): 110公斤/英亩(240磅/英亩)
  • 钾(K+): 350公斤/英亩(780磅/英亩)
  • 铵(NH4+): 160公斤/英亩(360磅/英亩)

土壤类型和CEC

土壤的CEC与土壤成分直接相关。含沙量高的土壤CEC值较低。随着土壤中粘土、粉土和有机质含量的增加,土壤的CDC值也随之升高。

  • 沙子颗粒是土壤中最大的颗粒,因此它们的表面积相对体积最小,并且只能在相对较小的表面积上提供有限数量的分子可以结合的位点。
  • 粘土颗粒更细,所以对于相同的体积,会有更多的颗粒,这可以提供更大的表面积和更多的分子结合位点,增加土壤反应性,创造更高的CEC。
  • 有机物质颗粒更细,提供了大大增加的表面积,更多的分子结合位点,甚至更高的CEC。

由于土壤的CEC来自其粘土和有机质含量,因此可以通过观察土壤质地和颜色来估算。

常见颜色/质地土壤组CEC值的正常范围

  • 常见CEC(兆/100g)
  • 浅色的金沙 ...................................... 3 - 5
  • 黑颜色的砂 ................................... 10 - 20
  • 浅色的这种和这种淤泥 ................. 10 - 20
  • 黑颜色的这种和这种淤泥 .................. 15 - 25
  • 深色粉质粘土壤土和粉质粘土......30-40
  • 有机土壤 ............................................. 50 - 100

土壤pH稳定性与缓冲能力

在化学中,缓冲液(缓冲剂)是水溶液(溶于水)中pH值高度稳定的弱酸或弱碱(碱),因此如果在缓冲液中加入酸或碱,其pH值不会发生明显变化。

同样,土壤也会抵抗pH值的变化,以保持稳定的条件。土壤的缓冲能力被定义为土壤在加入酸化剂或碱性剂时保持恒定pH值的能力。

土壤的缓冲能力(保持土壤pH值稳定的能力)与其阳离子交换能力(CEC)有关。下面将解释这是如何工作的。

土壤CEC与土壤缓冲能力

如前所述,稳定土壤pH值并保护其不受极端变化影响的缓冲(缓冲剂)是弱酸或弱碱(碱)。

阳离子可分为酸性(形成酸性)和碱性(形成碱性)两类。

  • 常见的酸性阳离子是氢和铝
  • 常见的基本的阳离子是钙、镁、钾和钠吗

土壤颗粒表面有结合阳离子的交换位点。如果土壤水中的阳离子(自由的,不结合的)被植物根系吸收,或通过淋滤而丢失,那么结合在土壤交换位点上的阳离子就可以作为一个来源,将它们重新补充到土壤水中。

土壤CEC越高,能提供的酸碱性阳离子越多,发挥缓冲作用,这就是土壤的缓冲能力。

土壤CEC对除草剂的影响

许多除草剂如草甘膦、2,4- d、麦草畏等都是弱酸,它们的分子结构中含有氢(H+)离子。其他除草剂在一定条件下也能将氢离子(H+)结合到分子结构中。以阿特拉津为例,当土壤pH值高于7时,它是中性电荷,但当土壤pH值低于7时,它可以从土壤溶液中吸收氢(H+)离子,并带正电荷。

由于这些带正电荷的分子也是阳离子,它们也可以结合到带负电荷的有机物质和粘土的土壤颗粒上,就像土壤养分一样。

随着土壤CEC的增加,更多的除草剂与土壤颗粒结合在一起,使植物可以吸收的土壤溶液中有效的除草剂减少。

因此,许多除草剂的施用量也依赖于CEC,因土壤类型而异。这就是为什么标签建议在粗质地(沙质)土壤上使用较低的施用量,而在细质地(粘土和粉质)土壤上使用较高的施用量。

有些除草剂不用于有机质含量高的土壤,因为有机土壤的高CEC将除草剂紧紧地结合在一起,使其变得不可用且无效。

除草剂与土壤颗粒结合的另一个问题是除草剂结转.滞留在土壤中的除草剂不会被植物吸收,并通过淋滤土壤水分和挥发到大气中减少损失。

这意味着更多的除草剂被储存在土壤中,根据除草剂的半衰期,可能会在稍后的时间点释放出来,在未来伤害种植在土壤中的易感/敏感作物。

一般来说,含有3%以上有机物的中等和细质地(粉质和粘土)土壤(换句话说,肥沃的土壤可以保存最多的营养物质,并能最好地支持植物生长)最有可能结合或保存可能损害未来除草剂敏感作物的除草剂。这让选择使用有毒除草剂的农民陷入了相当两难的境地,因为为了方便而使用除草剂的昂贵持续费用也意味着为人为补充营养能力低的贫瘠土壤而使用化肥的更大费用,而如果没有健康的土壤生态系统(需要有机物质发挥作用),植物更容易发生病虫害,需要在农药和杀菌剂方面的进一步支出。

通过了解土壤科学,我们可以看到如何更容易建立健康的土壤,并工作土壤化学和生态有利于植物健康生长。这就是自然界在4.6亿年以来一直在做的事情,这是基于证据的园艺,所以我们知道它是有效的。

参考文献

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