陽離子交換能力 (CEC) 是衡量土壤肥力的有用指標，因為它顯示了土壤供應三種重要植物養分的能力：鈣??、鎂和鉀。
 
陽離子
CEC 實際測量的是土壤通過電吸引保持陽離子的能力。陽離子是帶正電的元素，正電荷由元素符號后的+號表示。+ 號的數量表示元素擁有的電荷量。
土壤中含量最多的五種可交換陽離子是鈣 (Ca ++ )、鎂 (Mg ++ )、鉀 (K + )、鈉 (Na + ) 和鋁 (Al +++ )。
陽離子被稱為膠體的帶負電的粘土和腐殖質顆粒所保持。膠體由薄的平板組成，并且由于它們的尺寸具有相對較大的表面積。因此，它們能夠容納大量的陽離子。它們充當植物根部養分的倉庫。
隨著植物根部吸收陽離子，土壤水中的其他陽離子在膠體上取代它們。如果土壤水中有一種特定陽離子的濃度，這些陽離子會迫使其他陽離子離開膠體并取而代之。
膠體的負電荷越強，其保持和交換陽離子的能力就越大，因此稱為陽離子交換容量 (CEC)。
CEC測量
陽離子的濃度以每千克土壤中正電荷的厘摩爾數表示 (cmol(+)/kg)。該測量值相當于之前使用的單位 me/100 g。
將每種陽離子的濃度相加，即可估算出 CEC 值。高于 10 cmol(+)/kg 的數字是植物生產的首選。膨脹粘土和有機物含量高的土壤的 CEC 可能達到 30 cmol(+)/kg 或更高。
 
膠體的平板狀結構的示意圖。它的負電荷沿著板的邊緣。陽離子通過正電荷和負電荷之間的電吸引力附著在膠體上。
五種可交換陽離子也在土壤測試結果中顯示為 CEC 的百分比。它們的理想范圍是：CEC 的鈣 65-80%、鎂 10-15%、鉀 1-5%、鈉 0-1% 和鋁 0%。 pH 值和 CEC
土壤 pH 值對 CEC 很重要，因為隨著 pH 值的增加（酸度降低），膠體上的負電荷數量增加，從而增加 CEC。
CEC等級
腐殖質
CEC 因土壤類型而異。腐殖質是分解有機物的最終產物，其CEC值最高，因為有機物膠體帶有大量負電荷。腐殖質的 CEC 比蒙脫石粘土高 2 到 5 倍，比高嶺石粘土高 30 倍，因此對于提高土壤肥力非常重要。
 
黏土
由于其化學結構，粘土具有很強的吸引和保持陽離子的能力。但是，CEC 因粘土的類型而異。它在蒙脫石粘土中含量最高，在巧克力土壤和黑色帕吉沖積物中發現。它在嚴重風化的高嶺土中最低，見于克拉斯諾澤姆土壤，在風化程度較低的伊利石粘土中略高。可以通過添加有機物來改善低 CEC 值。
 
沙
沙子沒有交換陽離子的能力，因為它沒有電荷。這意味著沙質土壤（如灰化表土）的 CEC 非常低，但這可以通過添加有機物質來改善。
鋁和鈉
鋁 (Al +++ ) 和鈉 (Na ++ ) 陽離子不是植物營養素，因此植物不需要。當土壤 pH (CaCl2)超過 5時，鋁不以陽離子形式存在，因為它會從土壤溶液中沉淀出來。只有在 pH (CaCl2)水平低于 5 時，它才可能作為陽離子使用，而低于 4.5 時可能會以毒性水平使用，取代粘土或腐殖質膠體中的其他陽離子。這就是為什么將 pH 值保持在 5.0 或更高很重要的原因之一。
當可交換鈉的含量大于 CEC 的 5% 時，會使粘土顆粒在雨水中不穩定。這表現為水中的分散或混濁。分散性土壤的進水和排水能力差，干燥時會變硬。
 
浸出
如果土壤的 CEC 低而鈉含量高，則土壤中多達一半的陽離子可能存在于土壤顆粒周圍的水中，而實際上并未被顆粒吸附。這些陽離子非常容易在土壤水中浸出或排出。
具有高 CEC 的土壤在土壤水中的陽離子百分比要低得多，因此更不容易因浸出而導致養分流失。
 
提高CEC
您可以通過添加石灰和提高 pH 值來改善風化土壤中的 CEC。否則，添加有機物質是改善土壤 CEC 的最有效方法。這可以通過永久性牧場、定期砍伐、綠肥作物、讓作物殘茬腐爛、輪作作物或牧場以及添加覆蓋物和肥料來完成。