交换性钙是吸附在土壤胶体表面,通过静电作用和负电荷位点结合的钙离子(Ca2+)。可交换钙能被其他阳离子(如K+,NH4+)通过交换作用释放到土壤溶液中,供给植物根系吸收。可交换钙占土壤总钙含量的20%-30%,在酸性或碱性土壤中,交换钙的饱和度直接影响钙素影响状况,甚至土壤结构稳定性。土壤可交换钙来源于矿物风化(含钙的矿物在CO2和生物作用下缓慢分解,释放出Ca2+,进入到土壤胶体吸附位点),人为施肥(土壤中添加石灰类物质,通过离子交换提升交换钙的含量),有机质分解(动植物残体中的有机钙化合物,经过微生物分解,释放出可交换的钙离子)。
钙离子进入到植物细胞,可用于合成果胶酸钙,增强细胞壁的强度,防止组织软化,提高植物对干旱、盐碱等逆境的耐受能力。另外,参与植物根尖分生组织细胞分裂,如果缺钙则导致根系生长受阻。钙离子作为阳离子,能桥接带负电的粘粒和有机质,增强土壤团聚体,改善土壤保水和通气性。交换性钙是土壤阳离子交换量(CEC)中重要的碱性盐基离子,参与土壤缓冲体系,中和H+,减缓酸化过程。维持pH的稳定,有利于微生物活性和有效养分。
用中性乙酸铵溶液和土壤反应,把吸附在土壤颗粒上的钙离子交换到溶液中,用原子吸收光谱或ICP-OES或ICP-MS测定钙的含量。如果没有原子吸收或ICP-MS可用EDTA标准溶液滴定,根据消耗的EDTA体积算出钙含量。将土样风干,过2mm筛,称取5.00g土样,加入50ml的1mol/L的乙酸铵(pH=7.0),振荡30min,以4000r/min离心5min,重复提取2-3次,直到浸出液没有钙离子反应。
取另一份浸出液,调pH≈12.5,加指示剂(K-B指示剂),用EDTA滴定至纯蓝,记录体积V。土壤交换性钙含量 (cmol(+)/kg) = [(V - V₀) × C × 1000 × D] / (m × 10)。V是滴定钙消耗的EDTA体积(mL),V₀是空白实验消耗EDTA体积(mL),C是EDTA标准溶液浓度(mol/L),D是稀释倍数,m是风干试样的质量(g)。