 陽離子交換量（CEC）和鹽基飽和度（BS）是重要的土壤肥力測量指標，有助于確定如何管理土壤健康和對土壤進行精準施肥。標準土壤測試實驗室通常在土壤測試報告中計算和報告這兩個值，本文有助于大家對CEC和BS有一個基本的了解。 陽離子交換量（CEC）是測定土壤中吸附鈣（Ca2+）、鎂（Mg2+）、鉀（K+）等植物營養(yǎng)離子的總電荷量。因此，CEC是土壤的一種特性，描述了它向土壤溶液供應養(yǎng)分陽離子以供植物吸收的能力，常常被用來作為土壤肥力的一項重要指標。
那么，什么是陽離子交換（Cation Exchange）和陽離子交換量（Cation Exchange Capacity，CEC）？土壤中的粘土顆粒（Clay Particles）和有機質(zhì)往往帶負電，從而通過靜電力在其表面吸引帶正電的離子（陽離子），如Ca2+、Mg2+、K+、Al3+、H+、Na+ 等。其結(jié)果是，陽離子能夠留在植物根區(qū)的土壤內(nèi)，不易隨水分流動而淋失。這些被吸附的陽離子很容易與土壤溶液中的其他陽離子進行交換，因此稱之為陽離子交換（Cation Exchange）。
當植物根系（Root Hairs）吸收了一些陽離子（圖1中的紅色顆粒），土壤溶液中的離子濃度降低時，粘土顆粒（Clay Particles）吸附的陽離子就會釋放出來，補充土壤溶液中的陽離子。這就是土壤陽離子交換量（Cation Exchange Capacity，簡稱CEC值。）
圖1 土壤粘土顆粒表面和土壤溶液之間的陽離子交換，以及這些陽離子從粘土顆粒到植物根際的移動，以供根毛吸收。
圖1 說明了土壤粘土顆粒上保留的陽離子，這些陽離子可以與土壤溶液中的陽離子交換。植物根系可以去除土壤溶液中的養(yǎng)分，從而導致養(yǎng)分從粘土顆粒中流失。向土壤中添加肥料會增加土壤溶液中養(yǎng)分的濃度，一方面可以供給植物根系吸收，另一方面，也同時增加養(yǎng)分向粘土顆粒移動并儲存。土壤粘土顆粒保留陽離子的能力越高，其為植物持續(xù)提供養(yǎng)分的能力就越強。
植物所使用的營養(yǎng)離子最多的是鉀（K+）、鈣（Ca2+）、鎂（Mg2+）。其它吸附在交換位上的陽離子有銨（NH4+）、鈉（Na+）、氫（H+）、鋁（Al3+）、鐵（Fe2+或Fe3+）、錳（Mn2+）、銅（Cu2+）、鋅（Zn2+）。鋅、銅、鐵和錳等微量元素陽離子在土壤中的濃度通常很低。陽離子交換量（CEC）是預測植物養(yǎng)分在土壤中有效性和保持能力的基本土壤性質(zhì)。它是有效養(yǎng)分供應的潛力，而不是對有效養(yǎng)分的直接測量。
圖2 一個低CEC土壤，帶有少量負電荷和吸附的陽離子（左）；一個高CEC土壤，帶有大量負電荷，被更多的陽離子占據(jù)（右）。一般來說，土壤pH值為3.5-4.0時CEC最低，并隨著pH值的升高而增加（如圖3所示）。由于CEC隨土壤pH值的變化很大，通常在pH值為7.0時測量土壤CEC。還要注意的是，在低pH值時，某些正電荷可能會出現(xiàn)在特定的土壤礦物顆粒表面上。這些正電荷保留了諸如氯化物（Cl-）和硫酸鹽（SO4 2-）等陰離子（帶負電荷的離子）。
圖3 三種土壤pH值水平下土壤組分表面的電荷量：3.5（極少帶負電）、5.3（大部分帶負電）和7.0（帶負電）。
什么是鹽基飽和度（Base Saturation Percent ，簡稱BS或BSP）？鹽基飽和度（BS）是鹽基陽離子Ca2+、Na+、Mg2+和K+等所占CEC的百分比。鹽性陽離子有別于酸性陽離子氫離子（H+）和鋁離子（Al3+）。在土壤pH值約為5.4或更低的情況下，Al3+以明顯高的濃度存在，這阻礙了大多數(shù)植物物種的生長，并且土壤pH值越低，有毒Al3+的量就越大（圖4）。
一般來說，肥沃的土壤應該具有較高的鹽基飽和度，因為：- 它們很少或沒有對植物生長有毒的酸性陽離子Al3+。
- 鹽基飽和度高的土壤具有較高的pH值；因此，它們對來自植物根系和土壤酸化過程（硝化作用、酸雨等）的酸性陽離子具有更大的緩沖作用。
- 它們含有大量的植物必需營養(yǎng)陽離子K+、Ca2+和Mg2+，供植物使用。
根據(jù)土壤的pH值，土壤的鹽基飽和度可以是CEC的一部分，也可以近似等于CEC：一般來說，當土壤pH值低于7時，土壤的鹽基飽和度小于CEC；在pH 7或更高的條件下，土壤粘粒礦物和有機質(zhì)表面被堿性陽離子占據(jù)，因此，鹽基飽和度等于CEC。陽離子交換量（CEC）和鹽基飽和度（BS）是重要的土壤測量指標，有助于確定如何管理土壤健康和為土壤進行精準施肥。例如，CEC含量高的土壤比CEC含量低的土壤能保留更多的養(yǎng)分。在低CEC值的砂土上，一次施用大量肥料，養(yǎng)分容易由于淋溶而發(fā)生流失。相比之下，這些營養(yǎng)物質(zhì)在粘土中更不易流失。此外，作物在種植過程中，會向土壤釋放酸性物質(zhì)。低CEC土壤上，作物的生長會使土壤pH值降低；而高CEC土壤通常具有很好的緩沖作用，因此作物生長引起的pH變化要小得多。標準土壤測試實驗室通常在土壤測試報告中，一般會給出CEC值和BS值，以幫助種植者對土壤養(yǎng)分的肥力保持水平有更好的了解。不同土壤類型的CEC值差別很大。含砂量高的土壤對陽離子的保持能力較低，而粘土和粉土顆粒具有帶負電的位置，使它們能夠吸附和保持陽離子；因此，增加粘土的含量有助于提高其CEC值。與粘土顆粒相似，有機質(zhì)也有吸引和吸附陽離子的帶負電位點。據(jù)報道，有機質(zhì)的CEC值高達250 meq/100 g。提高土壤CEC的一種有機途徑是，提高土壤有機質(zhì)含量。這種方法速度雖然較慢，但長期的效果非常可靠。
圖5 腐殖酸和黃腐酸是高度生物降解的有機物，它們能很好地螯合（捕捉和暫時保持）土壤中的微量元素。這些有機物具有極高的CEC值，可用于提高低CEC值土壤的持水保肥能力。如果土壤酸性太強，可以使用石灰將土壤pH值提高以增加土壤CEC。隨著pH值的增加，土壤粘粒和有機質(zhì)上的氫（H+）被石灰中和，它附著的地方帶有負電荷，可以容納更多的陽離子鈣、鎂、鉀等，CEC也就會隨之增加。“ 有人說，做農(nóng)業(yè)是要有情懷的。 但是，只有情懷，也是萬萬做不好農(nóng)業(yè)的。 除了情懷，我們還需要——終身學習的能力！ 讓我們共同來開啟一個新的土壤探索之旅！ ——土巴研究院
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