陽離子交換容量 (CEC) 是一種基本的土壤特性，用于預測土壤中植物養分的有效性和保留量。它是可用養分供應的潛力，而不是對可用養分的直接測量。土壤 CEC 通常隨著粘土含量和有機質的增加而增加，因為陽離子交換發生在粘土礦物、有機質和根的表面。土壤可以涵蓋廣泛的 CEC 范圍，但通常介于 5 至 25 meq/100 g 土壤之間（表 1）。超過 25 meq/100 g 土壤的值適用于重粘土、有機土壤或泥土。

表 1 土壤質地與 CEC 的關系
土壤質地	典型 CEC （meq/100 g 土壤）
金沙	3-5
壤土	10-15
淤泥壤土	15-25
粘土和粘土	20-50
有機土壤	50-100

陽離子交換容量定義為土壤表面負電荷的總量。它通常在商業土壤測試實驗室中通過對陽離子（被土壤中的負表面電荷吸引的帶正電荷的離子）求和來測量。可交換陽離子包括堿陽離子、鈣 (Ca 2+ )、鎂 (Mg 2+ )、鉀 (K + ) 和鈉 (Na + )，以及酸陽離子，例如氫 (H + )、鋁 (Al 3+ ) 和銨 (NH 4 + )。
CEC = 堿陽離子 +酸陽離子
(Ca 2+ + Mg 2+ + K + + Na + ) + (H + + Al 3+ + NH 4 + )
圖 1 顯示了具有少量負電荷和相關陽離子（左）的低 CEC 土壤和具有大量負電荷的高 CEC 土壤，被更多的總陽離子占據（右）。
基礎飽和度
堿飽和度計算為堿陽離子占據的 CEC 的百分比。圖 2 顯示了兩種具有相同 CEC 的土壤，但右側的土壤具有更多的堿陽離子（藍色）。因此，它具有更高的基礎飽和度。堿飽和度與pH值密切相關；隨著堿飽和度的增加，pH 值增加。
堿飽和度 (%) = (堿陽離子/CEC )×  100X 100
同樣，我們可以計算每個單獨的堿陽離子的堿飽和度。鈣堿飽和度計算為鈣陽離子占據的 CEC 的百分比。在圖 2 中，右側土壤的鈣陽離子 (Ca 2+ ) 是其兩倍，因此鈣飽和度更高。
鈣飽和度 (%) = (鈣陽離子/CEC )×  100
從土壤測試計算 CEC
CEC 報告為每 100 克土壤的毫當量 (meq/100g)，或每重量土壤的電荷。使用毫當量而不是重量，因為在談論離子交換時電荷更有用。
那么，我們如何將土壤測試中的養分濃度（ppm）轉換為電荷（meq/100g 土壤）？土壤測試實驗室通常已經在土壤測試報告中提供這些值，或者會根據要求提供這些值。但是，為了更好地理解這些關系，下面概述了執行這些計算的步驟。
步驟 1： 確定每個堿陽離子的克當量。每個基礎陽離子在元素周期表中都有一個原子量和價數（電荷）。圖 3 顯示了堿陽離子。對于鈣，原子量約為每摩爾 40 克，電荷為 2。我們將每個原子量 (40) 除以電荷 (2) 以計算克當量 (20)。每個堿基陽離子的值在表 2 中列出。
步驟 2. 將克當量轉化為每重量土壤的電荷（meq/100g 土壤）。
等價×1000 毫當量1 當量×1100 克土壤=10 毫克當量 克土相等的×1000 毫當量1 相等的×1100 克土=10 梅克 克土
步驟 3. 將克當量乘以 10 以轉換為 meq/100g 土壤。同樣，對于鈣，20 克的克當量乘以 10 得到 200 meq/100 g 土壤。該 meq/100g 土壤值用作土壤測試中收到的養分濃度值 (ppm) 的轉換因子。表2最后一列的粗體值可以作為每次的換算系數，不會改變。

表 2. 堿性陽離子 Ca、Mg、K 和 Na 的 meq/100g 土壤常數。
基陽離子	原子重量	電荷（價）	克當量 (g)	毫當量/ 100 克土壤
鈣（Ca）	40	2	20	200
鎂 (Mg)	24	2	12	120
鉀 (K)	39	1	39	390
鈉 (Na)	23	1	23	230

步驟 4. 將土壤測試養分濃度轉換為電荷。表 3 提供了典型土壤測試水平的示例（以 ppm 為單位）。我們可以通過采用表 2（最后一列）中計算的值并將它們除以土壤測試水平來計算每個陽離子在交換點上占據的集體電荷。對于鈣，2000 ppm 的土壤測試水平除以 200 等于 10.0 meq/100 g 土壤。這是對每個陽離子單獨進行的。
步驟 5. 計算堿性陽離子的集體電荷。接下來，我們將每個堿基陽離子的電荷相加。在這個例子中，基礎陽離子的總和等于 12.4 meq/100g 土壤（表 3）。  
步驟 6. 計算可交換酸度，使用緩沖液 pH 值和經驗得出的轉換方程（表 3）。如果土壤的 pH 值大于 7.0，則基本上沒有可交換的酸度，CEC 只是堿陽離子的總和。緩沖液 pH 值為 6.6 的土壤表明酸性陽離子每 100 克土壤占據 4.8 meq。

表 3. 土壤測試值 (ppm) 與堿和酸陽離子的 meq/100 g 土壤的換算，以確定 CEC。
基陽離子	土壤測試水平 (ppm)	毫當量/100 克土壤	meq/100 克土壤
鈣（Ca 2+）	2000年	200	10.0
鎂 (Mg 2+ )	240	120	2.0
鉀 (K + )	100	390	0.26
鈉 (Na + )	20	230	0.09
小計			12.4

 

酸陽離子	緩沖液pH值	轉換方程	meq/ 100 克土壤
可交換酸度 (H + , Al 3 + , NH 4 + )	6.6	12 x (7.0 – 6.6)	4.8
*如果土壤測試值以磅/英畝為單位，則首先將土壤測試值除以 2，將磅/英畝轉換為 ppm。
* *如果緩沖液 pH 值為 7 或更高，則您沒有可交換的酸度（CEC = 堿陽離子總和）。

步驟 7. 通過添加堿陽離子和酸陽離子來計算 CEC：
陽離子交換容量 (CEC) =堿陽離子+ 酸陽離子 
= 12.4 + 4.8=12.4 + 4.8
= 17.2毫克當量/100 克 
使用 CEC，我們可以計算以下內容（乘以 100 得到一個百分比）：
堿飽和度 (%) = (堿陽離子/CEC )  ×  100X 100
= ( 12.4 /17.2) ×  100X 100
= 72 %
鈣飽和度 (%) = (鈣陽離子/CEC )×  100X 100
= ( 10 /17.2)×  100X 100
= 58 %
鎂飽和度 (%) = (鎂陽離子/CEC )×  100X 100
= ( 2.0 / 17.2)×  100X 100
= 12 %