粘土顆粒和有機物的表面帶負電，因此能夠儲存和供應(yīng)帶正電的植物養(yǎng)分（即陽離子）。土壤礦物顆粒和/或有機物質(zhì)從土壤溶液中吸收和去除陽離子的過程稱為陽離子交換。
土壤的陽離子交換容量 (CEC) 定義為其在特定 pH 值下可吸附的可交換陽離子的總和?？赡婊瘜W(xué)反應(yīng)中可交換陽離子的陽離子交換在土壤肥力和營養(yǎng)研究方面是重要的品質(zhì)。
土壤中最重要的可交換陽離子是
鈣（Ca 2+），
鎂（Mg 2+），
鈉 (Na + ),
鉀 (K + ),
氫氣 (H + )，和
鋁（Al 3+）。
潮濕地區(qū)土壤中四種的可交換陽離子是：氫、鈣、鎂和鉀。其中，除氫外，均被植物大量吸收。位于較不潮濕地區(qū)（即干旱和半干旱地區(qū)）的土壤通常含有很少或不含可交換氫，并且通常含有大量可交換鈉。在澳大利亞東南部的灌溉棉花種植區(qū)發(fā)現(xiàn)的許多土壤剖面就是這種情況。
土壤的有效 CEC 由土壤中存在的五種的陽離子之和計算。這包括鈣、鎂、鉀、鈉和鋁的陽離子。在堿性條件下，這些可交換陽離子的總和大約等于 CEC。
CEC 以每百克土壤吸附的陽離子毫當量 (me/100g) 或每千克電荷的厘摩爾數(shù) (cmol(+)/kg) 表示。前一個單位用于較舊的出版物。但是，應(yīng)該記住，以 me/100 g 或 cmol(+)/kg 表示的值是等效的。
就土壤粒徑分數(shù)而言，沙子幾乎沒有 CEC，而淤泥具有較小的 CEC。考慮到在該粒度級分中發(fā)現(xiàn)的多種礦物（即次生硅酸鹽礦物和其他次生礦物），粘土粒度的顆粒具有寬范圍的 CEC 值。因此，對于各種土壤質(zhì)地類別，只能建議一般的 CEC 水平。
| 土壤 | 質(zhì)地 | 金沙 | 細砂壤土 | 壤土和淤泥壤土 | 粘土 | 粘土 |
| cmol(+)/kg | 中電 | 1-5 | 5-10 | 5-15 | 15-30 | >30 |
土壤保持鈣、鎂、鉀和鈉（以及酸性土壤中的氫、鋁，有時還有錳）主要陽離子的能力被廣泛用于農(nóng)業(yè)評估。這是因為它是衡量土壤總體肥力的指標。
如果土壤具有很大的陽離子交換能力，而這可以通過鈣、鎂、鉀和鈉等陽離子來滿足，則需要大量的氫來顯著改變 pH 值，從而改變化學(xué)和物理性質(zhì)。在這種情況下，土壤被認為是高度緩沖的。同樣，主要以氫為主的土壤膠體需要大量的鈣、鎂和其他堿陽離子來改變其特性。
土壤風(fēng)化的相對程度也可以從 CEC 推斷出來。這是因為土壤溶液中可交換陽離子的主要來源是礦物風(fēng)化（即原生礦物）。低 CEC 值表明原生礦物在風(fēng)化過程中消失，而低 CEC 的次生粘土礦物積累。高嶺石、三水鋁石和鐵的游離氧化物（例如赤鐵礦）是高度風(fēng)化土壤剖面中的主要粘土礦物。
相反，較高的 CEC 值與風(fēng)化程度較低的土壤有關(guān)，主要礦物風(fēng)化會在幾年內(nèi)緩慢釋放養(yǎng)分。在這種情況下，它們充當植物營養(yǎng)儲備。伊利石和等粘土礦物是風(fēng)化緩慢的干旱和半干旱地區(qū)土壤的特征。
因此，可以從 CEC 中推斷出土壤中存在的粘土礦物。通常已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，粘土礦物表現(xiàn)出通過醋酸銨法測量的一系列 CEC 值（cmol(+)/kg）。
| 黏土 | 礦物 | 三水
鋁礦針鐵礦 | 高嶺石 | 伊利石和綠泥石 | | 蛭石 |
| cmol(+)/kg | 中電 | 0-4 | 3-15 | 10-40 | 80-150 | 100-150 |
土壤中可交換的鈣、鎂、鉀和鈉的總和，也提供了土壤收縮膨脹潛力（恢復(fù)力）的粗略指標。彈性土壤是在破壞力（例如重型機械車輪下的土壤壓實）被去除后，能夠通過自然過程形成理想結(jié)構(gòu)的土壤。
能夠通過干燥時收縮和潮濕時膨脹的過程自然促進收縮裂縫發(fā)展的土壤將有助于在土壤中形成穩(wěn)定的垂直裂縫，這將促進根系生長以及有機物質(zhì)和水向底土的吸收。此外，螞蟻和蚯蚓等土壤動物群的活動將得到維持。
隨著 CEC 的增加，土壤通常會變得更具結(jié)構(gòu)彈性。因此，可以從 CEC 中辨別與 CEC 值和適當管理相關(guān)的土壤恢復(fù)力的關(guān)鍵限值。低 CEC 值表明收縮膨脹潛力差，而高 CEC 值表明潛力良好。
一般而言，CEC 值小于 20 cmol(+)/kg 表明土壤的收縮膨脹潛力較差。但是，如果特定土壤剖面的底土比表土更具彈性，則可以考慮使用犁板犁反轉(zhuǎn)剖面。
CEC 值在 20 到 40 cmol(+)/kg 之間表明土壤具有中等收縮膨脹潛力。然而，一般而言，自然收縮膨脹循環(huán)會使壓實的土壤松散，為了加速這一過程，需要某種形式的耕作。還應(yīng)考慮使用可增強生物孔形成的輪作作物（即須根）。
大于 40 cmol(+)/kg 的 CEC 值具有良好的收縮膨脹潛力，自然收縮膨脹循環(huán)能夠松動壓實的土壤層。該范圍內(nèi)的 CEC 值表明存在天然溶脹粘土，例如。
| 中電 | 收縮膨脹潛力 | 很窮 | 貧窮的 | 緩和 | 好的 |
| cmol(+)/kg | 結(jié)構(gòu)彈性 | <10 | 10-20 | 20-30 | 30-40 | >40 |
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