高阳离子交换容量粘土矿物

㈠ 土壤阳离子交换量的土壤肥料学意义

土壤阳离子交换量的影响因素有 胶体的类型；土壤质地；土壤pH值等。不同的粘土矿物中含腐殖质和2：1性粘土矿物较多，阳离子交换量较大。而含高岭石和氧化物的土壤盐离子交换量较小。这就是北方土壤保肥性能好的原因之一。交换量大也就是土壤能吸附和交换的阳离子容量大，对肥料的影响就不同了。我也总结不好。你还是找本土壤学、植物营养肥料学看看好了。
一般阳离子交换量直接反映了土壤的保肥、供肥性能和缓冲能力。交换量在>20cmol（+）/kg保肥力强的土壤；20~10cmol（+）/kg为保肥力中等的土壤；<10cmol（+）/kg为保肥力弱的土壤。

㈡ 如何评价土壤阳离子交换量的数据

土壤阳离子交换量的影响因素有
胶体的类型；土壤质地；土壤ph值等。不同的粘专土矿物中含腐殖质属和2：1性粘土矿物较多，阳离子交换量较大。而含高岭石和氧化物的土壤盐离子交换量较小。这就是北方土壤保肥性能好的原因之一。交换量大也就是土壤能吸附和交换的阳离子容量大，对肥料的影响就不同了。我也总结不好。你还是找本土壤学、植物营养肥料学看看好了。
一般阳离子交换量直接反映了土壤的保肥、供肥性能和缓冲能力。交换量在>20cmol（+）/kg保肥力强的土壤；20~10cmol（+）/kg为保肥力中等的土壤；<10cmol（+）/kg为保肥力弱的土壤。

㈢ 粘土矿物中哪一种阳离子代换量最高

粘土矿物中蒙脱石阳离子代换量最高。高岭石的阳离子交换容量最低，5到15毫克当量每100克，蒙脱石和蛭石的阳离子交换容量最高，100到150毫克当量每100克。

㈣ 阳离子交换量与重金属污染之间的关系

关系：不同的粘土矿物中含腐殖质和2：1性粘土矿物较多，阳离子交换量较大。而含高岭石和氧化物的土壤盐离子交换量较小。这就是北方土壤保肥性能好的原因之一。

土壤胶体的负电特性，其电荷分为可变电荷和固定电荷，当pH较低时，整个性质就会发生变化。阳离子交换，负电荷的土壤胶体表面吸附有一些可交换态的阳离子，当污染物特别是重金属类物质与土壤接触时，由于其于土壤胶体表面基团具有更强的结合能力，从而取代部分正电性基团。

测定方法

土壤阳离子的测定受多种因素影响，如交换剂的性质、盐溶液的浓度和pH、淋洗方法等。联合国粮农组织规定用于土壤分类的土壤分析中使用经典的中性乙酸铵法或乙酸钠法。

NaOAc法是广泛应用于石灰性土壤和盐碱土壤交换量测定的常规方法。中性乙酸铵法是我国土壤和农化实验室所采用的常规分析方法，适于酸性和中性土壤。

以上内容参考：网络-土壤阳离子交换量

㈤ 粘土矿物的性质

晶体结构与晶体化学特点决定了它们的如下一些性质。①离子交换性。具有吸着某些阳离子和阴离子并保持于交换状态的特性。一般交换性阳离子是Ca2+、Mg2+、H+、K+、(NH4)+、Na+,常见的交换性阴离子是(SO4)2-、Cl-、(PO4)3-、(NO3)-。高岭石的阳离子交换容量最低,5～15毫克当量/100克；蒙脱石、蛭石的阳离子交换容量最高，100～150毫克当量/100克。产生阳离子交换性的原因是破键和晶格内类质同象置换引起的不饱和电荷需要通过吸附阳离子而取得平衡。阴离子交换则是晶格外露羟基离子的交代作用。②粘土－水系统特点。粘土矿物中的水以吸附水、层间水和结构水的形式存在。结构水只有在高温下结构破坏时才失去，但是吸附水、层间水以及海泡石结构孔洞中的沸石水都是低温水，经低温(100～150℃)加热后就可脱出，同时象蒙皂石族矿物失水后还可以复水，这是一个重要的特点。粘土矿物与水的作用所产生的膨胀性、分散和凝聚性、粘性、触变性和可塑性等特点在工业上得到广泛应用。③粘土矿物与有机质的反应特点。有些粘土矿物与有机质反应形成有机复合体，改善了它的性能，扩大了应用范围，还可作为分析鉴定矿物的依据。如蒙脱石中可交换的钙或钠被有机离子取代后形成有机复合体，使层间距离增大，从原有亲水疏油转变为亲油疏水，利用这种复合体可以制备润滑脂、油漆防沉剂和石油化工产品的添加剂。其他如蛭石、高岭石、埃洛石等也能与有机质形成复合体。此外，粘土矿物晶格内离子置换和层间水变化常影响光学性质的变化。蒙皂石族矿物中的铁、镁离子置换八面体中的铝，或者层间水分子的失去，都使折光率与双折射率增大。

㈥ 交换作用的土壤中阳离子的交换作用

土壤袭的阳离子交换性能是由土壤胶体表面性质所决定，由有机质的交换基与无机质的交换基所构成，前者主要是腐殖质酸，后者主要是粘土矿物。它们在土壤中互相结合着，形成了复杂的有机无机胶质复合体，所能吸收的阳离子总量包括交换性盐基(K+、Na+、Ca++、Mg++)和水解性酸，两者的总和即为阳离子交换量。其交换过程是土壤固相阳离子与溶液中阳离子起等量交换作用。

1、土壤阳离子交换量是随着土壤在风化过程中形成，一些矿物和有机质被分解成极细小的颗粒。化学变化使得这些颗粒进一步缩小，肉眼便看不见。

2、这些最细小的颗粒叫做“胶体”。每一胶体带净负电荷。电荷是在其形成过程中产生的。它能够吸引保持带正电的颗粒
，就像磁铁不同的两极相互吸引一样。阳离子是带正电荷的养分离子，如钙（Ca)、镁（Mg)、钾（K)、钠（Na)、氢（H)和铵(NH4)。粘粒是土壤带负电荷的组份。

3、这些带负电的颗粒（粘粒）吸引、保持并释放带正电的养分颗粒（阳离子）
。有机质颗粒也带有负电荷，吸引带正电荷的阳离子。砂粒不起作用。

4、阳离子交换量（CEC)是指土壤保持和交换阳离子的能力，也有人将它称之为土壤的保肥能力。

㈦ nm粘土矿物

粘土矿物中绿泥石、蛭石、蒙脱石以及由绿泥石晶层与蒙脱石或蛭石的2∶1型含水晶层构成的间层矿物都可具有1.4nm的X射线衍射峰，常统称其为1.4nm粘土矿物。1.4nm粘土矿物广泛存在于地表土壤、风化壳和河流、湖泊及海洋沉积物中，其中1.4nm间层矿物是热带、亚热带酸性土壤和温带、寒温带灰化土中常见的粘土矿物。1.4nm间层矿物是指由绿泥石晶层与2∶1型含水膨胀层交互连生所构成的不规则间层粘土矿物，其中2∶1型含水晶层可以是蒙脱石层，也可以是蛭石层（杨雅秀等，1994）。因此，1.4nm间层矿物可以由绿泥石与蒙脱石或蛭石形成，而蒙脱石和蛭石层间间距和电荷的差异，使与蒙脱石晶层或蛭石晶层形成的1.4nm间层矿物也有很大差异，尤其对土壤矿物形成演化、土壤发生发育和土壤性质产生不同的影响（徐凤琳等，1990）。近年来，有关学者对其进行了较深入的讨论，并将其称为1.4nm过渡矿物（贺纪正等，1993）。我国南方碳酸盐岩红色风化壳发育的土壤大多属酸性土壤，并有较突出的酸雨侵蚀和土质退化等问题，而不同的1.4nm粘土矿物对土壤性质和酸沉降等所带来的土壤环境影响是不同的，因此其已成为土壤矿物学领域的研究热点。然而，对环境问题较为突出的我国南方碳酸盐岩红色风化壳及其土壤中1.4nm粘土矿物的研究目前尚无较详细的工作。

1.1.4nm粘土矿物特征

在贵州碳酸盐岩红色风化壳72个样品的X射线衍射图谱中，有64个样品的图谱存在1.4nm衍射峰，说明1.4nm粘土矿物广泛存在于碳酸盐岩红色风化壳中，但它们究竟代表何种1.4nm粘土矿物仅从未经特殊处理的样品X射线图谱〔图3-1（A）、图3-2（A）〕难以区别。根据1.4nm粘土矿物的晶体结构特征和近年来的研究成果，对样品进行了进一步处理后再做X射线衍射分析，发现经甘油饱和处理后的所有样品的1.4nm衍射峰均未变化〔图3-1（B）、图3-2（B）〕，证明样品中不存在蒙脱石及其间层矿物。经钾饱和并加温至300℃和550℃处理，样品1.4nm衍射峰发生变化〔图3-1（B），图3-2（B）〕，并具有明显的分布规律。风化强度较弱的遵义石灰岩红色风化壳剖面样品经钾饱和处理后，1.4nm衍射峰消失。1.0nm衍射峰增强，并呈向低角度拖尾的不对称反射峰，0.7nm峰不变〔图3-2（B）〕，部分样品中还存在0.15nm的衍射峰（图3-2、样品ZC-03、ZC-01），这是较典型的蛭石X射线衍射特征，属二八面体型蛭石。风化强度较大的安顺白云岩红色风化壳剖面样品经钾饱和处理后，其1.4nm衍射峰不变，但加热至300℃和550℃，大部分样品中的1.4nm衍射峰消失，构成宽缓不对称的1.0nm衍射峰（图3-1，样品PS-7、PS-10），部分样品仅有微弱的不对称1.4nm衍射峰存在（图3-1，样品PS-1、PS-2），证明安顺白云岩红色风化壳剖面中的1.4nm粘土矿物主要是绿泥石/蛭石间层矿物及少量绿泥石。遵义石灰岩红色风化壳剖面中的蛭石红外光谱特征明显（图3-3，样品ZC-1、ZC-3、ZC-5、ZC-9），主要表现在高频区和中低频区。在高频区蛭石的红外吸收谱带表现出较缓的宽谱带，Mg-OH的伸缩振动和水分子的伸缩振动造成了3700～3200cm^-1之间的宽缓吸收带，中低频区（1000cm^-1附近）的强吸收带（图3-3，样品ZC-3、ZC-5、ZC-9）由结构中Si-Si键的伸缩振动造成。绿泥石/蛭石间层矿物的红外光谱特征（图3-3，样品PS-2、PS-7、PS-10）基本上继承了绿泥石和蛭石具有的吸收最大值特征，但由于红色风化壳中绿泥石/蛭石间层矿物和绿泥石常与高岭石、三水铝石等粘土矿物共生，其红外光谱特征常受这些矿物干扰，而被掩盖难以区分。

2.1.4nm间层矿物的环境意义

对红色风化壳粘土矿物系统的研究表明，1.4nm粘土矿物（绿泥石、蛭石和绿泥石/蛭石间层矿物）是贵州碳酸盐岩红色风化壳中粘土矿物的重要组成部分，其分布随成土环境和风化强度在剖面中呈明显的规律性变化，并对红色风化壳的物理化学性质产生明显影响，特别是1.4nm间层矿物对成土环境的敏感性和在粘土矿物演化中的重要地位，使贵州碳酸盐岩红色风化壳中1.4nm间层矿物的确认和共生粘土矿物的研究，具有十分重要的环境指示意义。

1）阳离子交换量（CEC）是红色风化壳土体的重要理化性质，对红粘土的工程地质性质影响很大，也是表层土壤保肥供肥性能的重要指标。贵州碳酸盐岩红色风化壳及其发育土壤中广泛存在的1.4nm粘土矿物，直接影响了红色风化壳及其表层土壤的理化性质（表3-1）。但究竟是哪一种矿物，如绿泥石、蛭石、蒙脱石，还是1.4nm间层矿物起着决定性作用呢?过去由于研究方法和思路上的局限，一直笼统的称为绿泥石或蒙脱石，从而影响到碳酸盐岩红色风化壳土体和土壤资源的评价与合理施肥以及土壤矿物形成演化等研究。我们的研究证实，这种土壤中的1.4nm矿物为蛭石和绿泥石/蛭石间层矿物及少量绿泥石。以蛭石为主要粘土矿物的红色风化壳土体及土壤具有较高的阳离子交换量，pH值大于6；绿泥石/蛭石间层矿物为主要粘土矿物的红色风化壳土体及其土壤阳离子交换量较低，pH值大多小于6，表层土壤属微酸或酸性土壤。

表3-1 碳酸盐岩红色风化壳剖面部分样品基本特征

2）碳酸盐岩红色风化壳的形成和演化经历了3个主要的风化成土地球化学阶段，即富硅铝脱钙镁阶段、富铁锰阶段和富铝脱硅阶段。这也是碳酸盐岩红色风化壳风化程度增强的过程。在不同的风化成土阶段，相应形成不同的1.4nm粘土矿物。由于1.4nm间层矿物具有对成土环境的敏感性特征，1.4nm间层矿物的大量出现，反映出碳酸盐岩红色风化壳已进入富铝脱硅的成土地球化学阶段并达到较高的风化程度。1.4nm间层矿物是湿热气候条件下，酸性富铝化成土地球化学环境的标志性矿物之一。

3）贵州是我国主要酸沉降地区，酸沉降所带来的土壤及环境酸化问题较为突出。土壤酸化是指土壤中氢离子和铝离子数量的增加，具体过程大致是：酸雨中的氢离子与土壤胶体表面吸附的盐基性离子进行交换反应而被吸附在土粒表面，被交换的盐基性离子随渗漏水淋失；土粒表面的氢离子又自发地与矿物晶格表面的铝反应，迅速转化成交换性铝。而不同粘土矿物组成的土壤对酸雨会表现出不同的缓冲能力，即对酸雨具有不同的敏感性特征。这种特征除受pH值、阳离子交换量和盐基饱和度影响外，主要受粘土矿物组合特征及其风化过程的影响。在某种程度上，土壤对酸雨的缓冲作用实际上是通过土壤矿物（特别是粘土矿物）的形成转化（风化）过程来体现的。贵州碳酸盐岩红色风化壳中1.4nm粘土矿物的形成和转化较好地体现了土壤矿物的形成转化（风化）在土壤缓冲酸雨过程中的重要作用。对于处于富铁锰成土阶段，风化程度较低，粘土矿物以蛭石和埃洛石为主的土壤对酸雨具有较强的缓冲能力，pH值保持在6以上，对酸雨不敏感。而处于富铝脱硅成土阶段，风化程度较高，粘土矿物以1.4nm间层矿物和高岭石为主的土壤对酸雨缓冲能力较弱，pH值多在5.5以下，对酸雨较敏感。因此，1.4nm间层矿物也是土壤对酸雨敏感性特征的重要指标之一。

㈧ 粘土矿物的种类及特点

土壤中最重要的粘土矿物，可以归纳为四个主要的类别：蒙脱石、高岭石、伊利石和蛭石。这些普通的黏粒类型的显著特征见表7—1。

蒙脱石是一种有膨胀晶格的粘土矿物，它具有内吸附面和外吸附面。它是三层黏粒，由一层Al氢氧化合物夹在两层Si氧化物之间而形成的。一个给定的黏土晶体由若干片这种三层分子所组成。片或层可以在它们之间被其他物质（例如水）所穿透，因此造成膨胀和收缩。正如其他2/1粘土矿物一样，内表面和外表面的负电荷来自四面体层中Al代Si和八面体层中二价阳离子（例如Mg）代Al的同晶置换。这些负电荷由交换性阳离子来满足。表7-1所显示的粘土矿物阳离子交换量的差异，部分地是由晶格中离子置换的程度不同造成的。

表7—1 四种普通粘土矿物的阳离子交换量和比表面积

（据Stevenson，1982）

黏粒上的其他电荷，是由于断键而在结晶边缘发展的，负和正的都有。负电荷来自暴露的OH基，它们随pH的变化而解离，称为“pH—决定”电荷，与由同晶置换而造成的固定电荷相对应。

伊利石黏粒也是三层型的，它们每个单位晶格的负电荷高于蒙脱石，K⁺离子处于相邻四面体层之间，被它们紧紧夹持，使之不收缩膨胀，或有机分子进入层间空隙，故称为“非膨胀2：1”粘土矿物。这些粘土矿物比膨胀类型的具有较低的阳离子交换量和比表面积。

高岭石是一种两层型粘土矿物，它是由Si氧化物和Al氢氧化合物互层而组成的。与蒙脱石和其他三层粘土矿物相反，其阳离子和阴离子交换性质主要来自颗粒边缘的不饱和键。高岭石的一个表层是由Al八面体位置中的OH组成的，它提供了吸附某些有机分子的特殊机会。

高岭石和其他粘土矿物断裂边缘上负电荷的来源，据认为是暴露的OH基质子（H⁺）的解离。这点是可能的，因为边缘的氧原子是与一个而不是两个Si或 Al原子相接触。推测四面体OH（与Si缔合的）中的H比八面体OH更易解离。可以想到，其解离程度强烈地取决于pH。

在黏粒边缘也可以有不连续的正电荷位置，特别是在低pH条件下，通过OH基的质子化（

OH₂+）产生的。

在自然状态下，粘土矿物是水化的。这种表面水较正常水排列不紧密（较有序），称为“类冰”结构。被吸附的离子在其表面上与水分子呈某种程度地缔合，它们本身成为水合的。水合和配位水分子在吸附反应中起着重要作用。