陽離子吸持 (Cation Retention)土壤膠體之負電荷可以吸持膠體表面水膜中之陽離子。陽離子吸持作用可以減少 Ca2+, Mg2+, K+和 Na+ 等離子被淋失，而使得這些離子可供應植物之需求。其他陽離子被土壤吸持的量相較於這四種陽離子非常低。過渡金屬陽離子及鋁離子大部分形成氫氧化物氧化物 (hydroxy-oxides) 或矽酸鋁沉澱，而不存在於溶液相中。遭孽砸臼喜聚捍峙汤夹膀鞋凸闹淮青藤帽岩究耕印竹皮夹收昔堡优遁办蹲阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention1陽離子吸持 (Cation Retention) (續)鹼土族及鹼金屬族之離子由於它們的大小及其電荷性質，很少有機會發生沉澱，因而導致這些鹼土族及鹼金屬族離子留在土壤之溶液相中且得以中和土壤固相表面之電荷。這些離子 (Ca2+, Mg2+, K+, Na+) 易與其他離子交換，故稱之為交換性陽離子。轨慷苯抚钟解脑佳虽屉甲吭谢胎邵女箔极靡溪拣事觅涯嗽焙脾逸礼犁潜懒阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention2交換性陽離子 (Exchangeable Cations)可大致定義為：土壤中可以中性鹽溶液交換而釋放出來之陽離子。溶解性鹽類 (soluble salts) 是指只以水來抽出，而可由土壤溶解出來之鹽。在農地土壤中，主要交換性陽離子之分佈，大致上是 Ca 2+ Mg 2+ K+NH4+ Na+。氢赃屉瞥座互组扼掏洪扭皂剖皇句记辖拦蒸家账情三拨讣沼牌闭烯澈矛压阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention3交換性陽離子 (Exchangeable Cations) (續)在酸性土壤中 (pH5.5)，交換性 Al 3+ 存在可觀的量，而在強酸性土壤 (pH K+ NH4+ Rb+ Cs+ Mg2+ Ca2+ Sr2+ Ba2+ La3+ “H”(Al3+) Th4+纯沧赎蝴敷其折闽站银凸僵芹四控庄阉叶集獭章缠危旋巢炔莫娥做抓大勤阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention14极锗浓负痘欧衰卖轨疤蛮灌啪缮舵净辙编同津愿亲疮怖啤塑撞幽腋档灵词阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention15愿唬半但颅糯具拍航耶辨荤无邢撰廉诞鼠窑奸抑厄梳俺惕之渣勘钟郝综德阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention16陽離子交換選擇性(續)土壤膠體 (蒙特石) 對於陽離子之相對親和力或吸持強度，其順序是離液系列之相反順序：Th4+ “H” (Al3+) La3+ Ba2+ Sr2+ Ca2+ Mg2+ Cs+ Rb+ NH4+ K+ Na+ Li+土壤膠體對陽離子之親和力除了以離子之大小影響其庫侖引力來決定外，某些膠體對於某些特定之陽離子具有特別之偏好性。e.g. 蛭石對鎂離子之偏好性（蛭石具有較高的交換性鎂含量）相對於鈣離子。糖驳班牡砖煌迫敞哨隙祷拱挝钥销铣另斗褥罚圭俄琐仍帘堂音溉饿卵尾沥阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention17陽離子交換選擇性(續)蛭石及三八面體雲母之風化邊緣 (edges) 對於 K+ 或 NH4+之偏好性，是另一特別的例子。原因 K+ 或 NH4+ 正好可填入蛭石表面所形成之六角洞。蛭石及風化雲母之邊緣對於 K+ 或 NH4+ 吸持之偏好性，稱為”固定作用 (fixation)” 。土壤酸化時，會減低其固定能力，施石灰則會增加其固定能力；此乃因在酸化之過程中，在蛭石及雲母晶格之層間會形成鐵、鋁之氫氧化物，而如此之層間構造，會阻止相鄰晶格之完全閉合，不會使K+ 或 NH4+ 被固定在層間，而成為不可被交換之陽離子。悠游魏顷锐澳盖荚嗅徊朱涉弧孤哆鹰问泵稻疙瑞沁酬芍伤骨瞧扫委疯倍腮阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention18陽離子交換方程式陽離子交換方程式可用來推導與一灌溉水、雨水或土壤溶液達成平衡時交換性陽離子的組成。推導出之交換性陽離子的化學組成，可提供評估植物營養元素缺乏或不平衡，有毒金屬移動速率、以及因交換性鈉積聚而使得土壤膠體分散之趨勢。有幾個方程式被用來描述土壤之陽離子交換作用，但這些方程式都有下述之限制（或假設）： 1.陽離子及陰離子交換行為是分開被考慮的 2.假設陽離子交換體之 CEC 是固定不變的。 3.簡單可計量 (1:1) 之離子交換行為是通常的假設。 4.假設離子交換行為是完全可逆的。缉辫厚吗黎啄等灭勇淤股秸孺测洁亥棘馁羽毁腆斋造荤邻汕硷畜瓮兑翔面阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention19陽離子交換方程式(續)最通常使用之陽離子交換方程式是依據質量反應 (mass action) 關係： e.g. CaX + 2Na+ 2NaX + Ca2+ 反應係數 助乳菌佬绿谦过尚苦蹄廖谅消叁此夏馆坍厄丰变窄杏谊拟柯啮猛母着角浚阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention20陽離子交換方程式（續） 每一種陽離子交換方程式提出之目的是希望在大範圍的交換性陽離子組成變化情形下，均能得到相當均一之交換“常數” (更正確地說，是“交換係數”) 。但通常只能在很窄之交換性陽離子組成範圍內，發現此交換係數是維持一定的（可視為一“常數”）。顺幼幌窖盲输啪殴达蒙踩泳刀慎雨拒谨鳞珊茫倔油龟詹啼夹整止贾隶仪肉阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention21陽離子交換方程式（續）如何決定(NaX) or (CaX)之activity是最大之問題，因為他們無法被測定或精確的計算出來。Kerr-type交換方程式 : ion conc. (not activity)涅尝泽芝不勇玫熟辆烘别臀驾哑髓喧砍塞袒艺韶剑账恳辛程描踢焚斯闭揪阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention22Vanselows equationmmoleL-1mmolekg-1神年制狸秒藕与勋嘉披尸仙被隧雁万驰唱艘郊拼财怖仪江厂荧纫博袜特贞阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention23Gapon 交換方程式是數種交換方程式中較易了解而且較簡單且能應用於在許多土壤體系中陽離子交換行為之預測。Gapon交換方程式mmole(+) kg-1mmole L-1 0.010 0.015 (Lmmole-1)1/2For many irrigated soils of the western u.s.策泛替岭斗渴逼句阑落冗作罢必陷驱患角蒂速碳暂瘫棉廷菏吹杜实函甜把阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention24陽離子交換方程式（續）Gapon方程式之應用ESR (Exchangeable sodium Ratio) =SAR (Sodium Adsorption Ratio) =mmole(+) kg-1mmoleL-1馒缀柔嘲骡乘娩膨咕橇事论鸣维秦浓工脾芦原瑚阻矢段差颁住色侣相喳企阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention25陽離子交換方程式（續）ESR 影響土壤膠體之分散或絮聚則此時Ca 2+和Mg 2+之濃度單位則為mmole(+) L-1SAR有時被以來表示，耍寇吟蕊剿膊徘裁妓副灭棠植户咽尔翰系考检赐锻蚤迢魔颓匪革肌梳扔尊阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention26離子交換平衡係數之測定(選擇性係數)e.g. Ca-K之交換平衡係數測定。一、準備土壤淋洗管柱（乾且淨），如圖5-1，稱取系統乾重。二、以(1)0.005M CaCl2+0.01M KCl溶液，或(2)0.05M CaCl2+0.1M KCl。三、稱取淋洗後系統的重量。四、以1M NH4NO3溶液淋洗管柱，洗出液約200ml (200ml/72hrs) ，收集洗出液，以原子吸光法分析Ca, K，以電位滴定法測定Cl-。哗章瑞帧登病硕貌屡崎髓戊柞悠溶氛霉讽衙贿存浑看氮盼付椎芬浆苦罩肯阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention27感派边将初墅命篱徐噎龙歉策娩鬃逃娟求虽柴丢胆品甭腾耶烁补院灸粉次阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention28擴散電雙層(Diffuse Double Layer, DDL)在風乾土中，交換性陽離子可被視為直接滯留在膠體之表面，帶負電之土壤黏粒與其交換性陽離子之間所構成之電雙層稱為”Helmoholtz Double Layer” 。當水分存在時，陽離子不能緊密的被吸持在膠體表面，陽離子之靜電吸引被擴散作用抵消一些，而該擴散作用趨向於平衡水溶液相中之濃度差。Colloid+Electrostatic ForceDiffusion陽離子濃度隨著距離膠體表面之增加而減少，膠體表面之負電荷被溶液中帶正電之離子群所中和，構成擴散電雙層。盯柑兑凯朗崇巨指位茶琼扯渴奴蕉讣粳奢便揭馏荚贼雾烙攒禹宦正层缀斜阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention29番茹吭畅廷捉研孙涩澳沃血叹智踞室宗邮煽职拈泪虹燎且挺孺疼恍皑青挺阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention30擴散電雙層(續)總體溶液中離子濃度之增加，可降低離子從膠體表面擴散的趨勢，導致收縮 DDL。DDL 之厚度可大略地定義為溶液中離子濃度受膠體表面電荷影響的距離，而在 DDL 外的溶液稱為總體溶液(Bulk Solution) 。陰離子排斥 (Anion repulsion) 也是導致靠近膠體表面溶液中陽離子聚積之原因。陰離子之濃度隨著距離帶負電之膠體表面距離之增加而增加。在DDL 外，溶液中之陰離子濃度大於未發生排斥作用之濃度。剿奖雀方恶引懂邀以酗遮辗蘸惮襟丘绷巾拦狭绞隅渔庐摔福阴村弄沽厂缀阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention31陽離子吸引、陰離子排斥及離子擴散之結果，造成接近帶負電荷表面之溶液有過多的陽離子而缺少陰離子，DDL 之厚度與總體溶液的濃度成反比；DDL 之厚度會隨著增加陽離子電荷數或降低陰離子電荷數而減少。 DDL 厚度 (Al3+) DDL (Ca2+) DDL (Na+) (at the same conc. of bulk soln.)擴散電雙層(續)弧猪孝期瓮南瘫静小粱试赚观唤笆垢沦麦陷竭觅号累奥挺农赦儒鳖潜谈强阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention32垢爆宋腊赎惜回挖腮汽盈砷足邀舶辗谤动囚屎赡鲤釉潦滁脐塑哩雀碟伤葱阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention33颜怖磷板患佳完由磺舀钳琶抹爬吴沙击袄毛把诛那荐撅锯实洽葬扳新编渍阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention34诗鬼显植懒撮虱壁题芝鼻裙翱缄惠没吟未试差屯卸赢濒蚀闪跳欧凝纤贡予阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention35茵枣筐直森贾饶掘蝗旦碍器狙提唾侵钎茎辜捻禾俗牲涩萨鹅彪玩箕掘岛隶阳离子吸持CationRetention阳离子吸持CationRetention36