Katjonbyteskapacitet och basmättnadsgrad

Senast ändrad: 20 september 2018
mineral-sampling.png

Markpartiklarna är elektriskt laddade och kan därför vid sin yta binda olika joner- som finns lösta i markvätskan. Bindningen är ospecifik, vilken laddad jon som helst med en laddning som är motsatt den som finns på ytan kan delta i bindningen. En jon är inte heller bunden till en viss laddning på partikelytan. De elektrostatiskt bundna jonerna är utbytbara och kan byta plats med andra positivt laddade joner.

Katjonbyteskapacitet

Katjoner (+) binds till negativa och anjoner (-) till positiva markladdningar. Markens förmåga att binda katjoner till partikelytor kallas katjonbyteskapacitet (CEC, efter det engelska uttrycket: Cation Exchange Capacity). För anjoner kallas motsvarande begrepp anjonbyteskapacitet (AEC, efter det engelska uttrycket: Anion Exchange Capacity).

I Sverige har de flesta jordmåner väsentligt högre CEC än AEC. En konsekvens av detta är att katjoner binds bättre i marken än anjoner. Exempel på utbytbara katjoner är kalcium(2+), magnesium(2+), kalium(1+), ammonium(1+), väte(1+), aluminium(3+). Anjoner är t.ex. sulfat(2-), nitrat(1-), klorid(1-) och fosfat(3-). Siffrorna inom parentes anger jonernas laddning.

Mängden joner som binds är beroende av jonladdningen

Enheten för utbyteskapaciteten är cmolc*kg-1 (centimol laddning per kg jord). Ofta anger man dock utbyteskapaciteten i mmolc*kg-1 (d.v.s. millimol laddning per kg jord), eller mekv*kg-1. Mol är en SI-enhet för substansmängden. En mol av en substans innehåller ett bestämt antal element (atomer, molekyler). Detta antal är lika med Avogadros konstant d.v.s. ca 6,022*1023. Mängden joner som binds per ytladdning är beroende av jonladdningen. En viss ytladdning kan således binda dubbelt så många kaliumjoner som kalciumjoner därför att kalium förekommer som envärd jon medan kalcium är tvåvärd. Av denna anledning är enheten för utbyteskapacitet angiven som millimol laddning istället för motsvarande mängd joner.

Lermineral och humus avgör markens jonbindningsförmåga

Markens kapacitet att binda joner är framför allt knuten till de små partiklarna, främst lermineral och humus. Humuspartiklar har en stor inre yta där jonutbytesprocesser kan äga rum. Lerrika och humusrika jordar har därför i regel höga värden på CEC och AEC. Jordar som är rika på utfällda järn- och aluminiumoxider har speciellt hög AEC. Organiskt material i humuslagret kan ha CEC runt 1000 mmolc kg-1. Lermineralens CEC varierar mellan 100 och 1500 mmolc kg-1.

Kartor över katjonbyteskapaciteten i svensk skogsmark 1993-2002

De kartor som presenteras nedan visar katjonbyteskapaciteten (extraktionsmedel: 1N NH4OAc-lösning, buffrad till pH 7,0) i humuslagret (O-horisonten), blekjorden (E-horisonten), rostjorden (B-horisonten), BC-horisonten (45-55 cm under markytan), samt C-horisonten (55-65 cm under humuslagret) grundat på de provtagningar och mätningar som gjordes 1993-2002. I kartorna anges halten total aciditet i mekv/kg torrsubstans, vilket är det samma som mmolc/kg torrsubstans. Hur katjonbyteskapaciteten bestämts kan du läsa närmare om under rubriken ”Bestämning av katjonbyteskapaciteteten” ovan.
 

Horisont 

Totalt

Mår

Mull

Torv

Jämförelse

O

karta

karta

karta

karta

kartor

B

karta

karta

 

 

kartor

BC

karta

karta

 

 

kartor

C

karta

karta

karta

 

kartor

 

Kartor över basmättnadsgraden (BSpH=7) i svensk skogsmark 1993-2002

De kartor som presenteras nedan visar basmättnadsgraden (BSpH=7) i humuslagret (O-horisonten), blekjorden (E-horisonten), rostjorden (B-horisonten), BC-horisonten (45-55 cm under markytan), samt C-horisonten (55-65 cm under humuslagret) grundat på de provtagningar och mätningar som gjordes 1993-2002.

Basmättnadsgraden (BSpH=7) anges i procent (%).

Hur basmättnadsgraden (BSpH=7) bestämts kan du läsa närmare om under rubriken ”Basmättnadsgrad” ovan.
 

Horisont  

Totalt

Mår

Mull

Torv

Jämförelse

O

karta

karta

karta

karta

kartor

B

karta

karta

 

 

kartor

BC

karta

karta

 

 

kartor

C

karta

karta

karta

 

kartor

Kartor över effektiv basmättnadsgrad (BSeff) i svensk skogsmark 1993-2002

De kartor som presenteras nedan visar den effektiva basmättnadsgraden (BSeff) i humuslagret (O-horisonten), blekjorden (E-horisonten), rostjorden (B-horisonten), BC-horisonten (45-55 cm under markytan), samt C-horisonten (55-65 cm under humuslagret) grundat på de provtagningar och mätningar som gjordes 1993-2002.

Den effektiva basmättnadsgraden (BSeff,) motsvarar basmättnadsgraden vid jordens pH-värde och beräknas genom följande uttryck:

, där Ca2+, Mg2+, K+ och Na+ är halten av respektive utbytbar baskatjon (extraherade med en 1N NH4OAc-lösning, buffrad till pH 7,0) och Al3+ är halten utbytbart aluminium (extraherad med 1 M KCl-lösning). Den effektiva basmättnadsgraden (BSeff) anges i procent (%).

Horisont  

Totalt

Mår

Mull

Torv

Jämförelse

O

karta

karta

karta

karta

kartor

B

karta

karta

 

 

kartor

BC

karta

karta

 

 

kartor

C

karta

karta

karta

 

kartor

 

 

Bestämning av katjonbyteskapaciteten

Summeras koncentrationerna (i mmolc kg-1) av de utbytbara baskatjonerna (Ca2+, Mg2+, K+ och Na+) och den totala aciditeten (TA) erhålls provets katjonbyteskapacitet (CEC):

CEC = ∑(Ca2+ + Mg2+ + K+ + Na+ + TA)

Katjonbyteskapaciteten storlek ökar med pH-värdet. Därför kan katjonbyteskapaciteten anges på två olika sätt. I uttrycket ovan har man bestämt halten utbytbara katjoner och totala aciditeten vid pH 7. Det värde på katjonbyteskapaciteten man då får fram kallas ibland potentiell katjonbyteskapacitet eller CECpH7. Katjonbyteskapaciteten vid jordens egentliga pH-värde kallas för effektiv katjonbyteskapacitet (CECeff). Detta CEC-värde kan bestämmas med ett obuffrat extraktionsmedel (exv. NH4Cl) och används ibland när marken har ett pH-värde klart lägre än pH 7. En viss skattning på CECeff kan man få genom att addera de utbytbara baskatjonerna (extraherade med 1N NH4OAc-lösning, buffrad till pH 7.0) med utbytbart aluminium (extraherad med 1 M KCl-lösning):

CECeff = ∑(Ca2+ + Mg2+ + K+ + Na+ + AlKCl)

Basmättnadsgrad

Den totala basmättnadsgraden (bestämd vid pH 7,0) är ett mått på hur stor andel av katjonbyteskapaciteten (CEC) som utgörs av baskatjoner och brukar anges i procent (%):

 

, där Ca2+, Mg2+, K+ och Na+ är utbytbara baskatjoner och TA = total aciditet. 

Den effektiva basmättnadsgraden (BSeff,) motsvarar basmättnadsgraden vid jordens pH-värde och beräknas genom följande uttryck:

, där Al3+ är utbytbart aluminium bestämt via extraktion med 1 M KCl-lösning.

Även den effektiva basmättnadsgraden (BSeff) brukar anges i procent (%).

Sidansvarig: cajsa.lithell@slu.se