土壤酸碱性概述

土壤酸碱性是指土壤中存在着各种化学和生物化学反应,表现出不同的酸性或碱性。土壤酸碱性的强弱,常以酸碱度来衡量。土壤之所以有酸碱性,是因为在土壤中存在少量的氢离子和氢氧离子。当氢离子的浓度大于氢氧离子的浓度时,土壤呈酸性;反之呈碱性;两者相等时则为中性。

一、等级划分

土壤酸碱性划分为9等级。

<4.5极强酸性,4.5~5.5强酸性,5.5~6.0酸性,6.0~6.5弱酸性,6.5~7.0中性;7.0~7.5弱碱性,7.5~8.5碱性,8.5~9.5强碱性,>9.5极强

二、测定方法

土壤酸碱性的强弱,常以酸碱度来衡量。土壤酸碱度又以PH值来表示。测定土壤的PH值,多采用电极法或石蕊试纸比色法。电极法测定土壤的PH值,既快又准确,但目前很少用。石蕊试纸比色法测定土壤的PH值,方法简便。测定土壤、苗床及营养土的PH值时,可先取样土一份,放入碗底,然后加入蒸馏水2.5份,用玻璃棒充分搅拌1分钟,待其静止澄清后,将一段试纸浸入清液中,试纸即变色,马上用变色的试纸与PH标准比色卡进行比较,即可直接得出PH值。

三、土壤酸度

1、分类

根据土壤中氢离子的存在方式,土壤酸度可分为两大类:

(1)活性酸度:土壤溶液中氢离子浓度的直接反映,又称为有效酸度,通常用pH表示。活性酸度的来源主要是CO2溶于水形成的碳酸和有机物质分解产生的有机酸,以及土壤中矿物质氧化产生的无机酸,还有施用的无机肥料中残留的无机酸,如硝酸、硫酸和磷酸等。此外,由于大气污染形成的大气酸沉降,也会使土壤酸化,所以它也是土壤活性酸度的一个重要来源。

(2)潜性酸度:土壤潜性酸度是土壤胶体吸附的可代换性H+和Al3+的反映。当这些离子处于吸附状态时,是不显酸性的,但当它们通过离子交换作用进入土壤溶液之后,即可增加土壤溶液的H浓度,使土壤pH值降低。只有盐基不饱和土壤才有潜性酸度,其大小与土壤代换量和盐基饱和度有关。

潜性酸度分为代换性酸度和水解酸度。

a.代换性酸度:用过量中性盐(如NaCl或KCl)溶液淋洗土壤,溶液中金属离子与土壤中H+和Al3+发生离子交换作用,而表现出的酸度,称为代换性酸度。代换性Al3+是矿物质土壤中潜性酸度的主要来源。例如,红壤的潜性酸度95%以上是由代换性Al3+产生的。由于土壤酸度过高,造成铝硅酸盐晶格内铝氢氧八面体的破裂,使晶格中的Al3+释放出来,变成代换性Al3+。

b.水解性酸度:用弱酸强碱盐(如醋酸钠)淋洗土壤,溶液中金属离子可以将土壤胶体吸附的H+、Al3+代换出来,同时生成某弱酸(醋酸)。此时,所测定出的该弱酸的酸度称为水解性酸度。由于生成的醋酸分子离解度很小,而氢氧化钠可以完全离解。氢氧化钠离解后,所生成的钠离子浓度很高,可以代换出绝大部分吸附的H+和Al3+。

2、活性酸度与潜性酸度的关系

活性酸度与潜性酸度是同一个平衡体系的两种酸度。二者可以互相转化,在一定条件下处于暂时平衡状态。土壤活性酸度是土壤酸度的根本起点和现实表现。土壤胶体是H和Al3+的贮存库,潜性酸度则是活性酸度的贮备,土壤的潜性酸度往往比活性酸度大得多,二者的比例,在砂土中约为1000;在有机质丰富的粘土中则可高达5×10~1×10。

四、土壤碱度

土壤溶液中氢氧根离子的主要来源,是碱金属(Na、K)及碱土金属(Ca、Mg)的碳酸盐和碳酸氢盐。碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度的总和称为总碱度。可用中和滴定法测定。

不同溶解度的碳酸盐和重碳酸盐对土壤碱性的贡献不同,CaCO3和MgCO3的溶解度很小,在正常的CO2分压下,它们在土壤溶液中的浓度很低,故富含CaCO3和MgCO3的石灰性土壤呈弱碱性(pH7.5~8.5);Na2CO3、NaHCO3及Ca(HCO3)2等都是水溶性盐类,可以大量出现在土壤溶液中,使土壤溶液中的总碱度很高,从土壤pH来看,含Na2CO3的土壤,其pH值一般较高,可达10以上,而含NaHCO3及Ca(HCO3)2的土壤,其pH值常在7.5~8.5,碱性软弱。

当土壤胶体上吸附的Na、K、Mg(主要是Na)等离子的饱和度增加到一定程度时,会引起交换性阳离子的水解作用:

土壤胶体(xNa)+yH2O=土壤胶体((x–y)Na、yH)+yNaOH

在土壤溶液中产生NaOH,使土壤呈碱性。此时Na离子饱和度称为土壤碱化度。

五、我国土壤

我国土壤pH大多在4.5~8.5范围内,由南向北pH值递增,长江(北纬33°)以南的土壤多为酸性和强酸性,如华南、西南地区广泛分布的红壤、黄壤,pH值大多在4.5~5.5之间;华中华东地区的红壤,pH值在5.5~6.5之间;长江以北的土壤多为中性或碱性,如华北、西北的土壤大多含CaCO3,PH值一般在7.5~8.5之间,少数强碱性土壤的pH值高达10.5。

四、决定因素

一)吸附性

土壤中两个最活跃的组分是土壤胶体和土壤微生物,它们对污染物在土壤中的迁移、转化有重要作用。土壤胶体以其巨大的比表面积和带电性,而使土壤具有吸附性。

1、土壤胶体的性质

1)土壤胶体具有巨大的比表面和表面能:比表面是单位重量(或体积)物质的表面积。定体积的物质被分割时,随着颗粒数的增多,比表面也显著地增大。物质的比表面越大,表面能也就越大。

2)土壤胶体的电性:土壤胶体微粒具有双电层,微粒的内部称微粒核,一般带负电荷,形成一个负离子(即决定电位离子层)其外部由于电性吸引,而形成一个正离子(又称反离子层,包括非活动性离子层和扩散层),即合称为双电层。

3)土壤胶体的凝聚性和分散性:由于胶体的比表面和表面能都很大,为了减小表面能胶体具有相互吸引,凝聚的趋势,这就是胶体的凝聚性。但是在土壤溶液中,胶体常带负电荷,即具有负的电动电位,所以胶体微粒又因相同而相互排斥,电动电位越高,相互排斥力越强,胶体微粒呈现出的分散性也越强。

影响土壤凝聚性能的主要因素是土壤胶体的电动电位和扩散层厚度,例如土壤溶液中阳离子增多,由于土壤胶体表面负电荷被中和,从而较强土壤的凝聚。此外,土壤溶液中电解质浓度、pH值也将影响其凝聚性能。

2、土壤胶体的离子交换吸附

在土壤胶体双电层扩散层中,补偿离子可以和溶液中相同电荷的离子以离子价为依据作等价交换,称为离子交换(或代换)。离子交换作用包括阳离子吸附作用和阴离子交换吸附作用。

每千克干土中所含全部阳离子总量,称为阳离子交换量。土壤的可交换性阳离子有两类:一类是致酸离子,包括H+和Al3+;另一类是盐基离子,包括Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等。当土壤胶体上吸附的阳离子均为盐基离子,且已达到吸附饱和时的土壤,称为盐基饱和土壤,否则,这种土壤为盐基不饱和土壤。在土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数称为土壤盐基饱和度。它与土壤母质、气候等因素有关。

影响土壤盐碱度的因素除了降水之外,现在我们更多考虑的是由于人类不合理的生产方式造成了干旱、半干旱地区的土壤次生盐碱化。

二)缓冲性能

土壤缓冲性能是指土壤具有缓和其酸碱度发生激烈变化的能力,它可以保持土壤反应的相对稳定,为植物生长和土壤生物的活动创造比较稳定的生活环境,所以土壤的缓冲性能是土壤的重要性质之一。

1、土壤溶液的缓冲作用:

土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其他有机酸等弱酸及其盐类,构成一个良好的缓冲体系,对酸碱具有缓冲作用。

碳酸及其钠盐。

当加入盐酸时,碳酸钠与它作用,生成中性盐和碳酸,大大抑制了土壤酸度的提高。

Na2CO3+2HCL=2NaCL+H2CO3

当加大Ca(OH)2时,碳酸与它作用,生成溶解度较小的碳酸钙,限制了土壤碱度。

H2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2H2O

土壤中的某些有机酸(如氨基酸、胡敏酸等)是两性物质,具有缓冲作用,如氨基酸含氨基和羧基可分别中和酸和碱,从而对酸和碱都具有缓冲能力。

R-CH(NH2)(COOH)+HCL=R-CH(NH3CL)(COOH)

R-CH(NH2)(COOH)+NaOH=R-CH(NH2)(COONa)+H2O

2、土壤胶体缓冲作用:

土壤胶体吸附有各种阳离子,其中盐基离子和氢离子能分别对酸和碱起缓冲作用。

对酸的缓冲作用(以M代表盐基离子)

土壤胶体-M+HCL=土壤胶体-H+MCL

对碱的缓冲作用

土壤胶体-H+MOH=土壤胶体-M+H2O

土壤胶体的数量和盐基代换量越大,土壤的缓冲性能就越强。因此,砂土掺粘土及施用各种有机肥料,都是提高土壤缓冲性能的有效措施。在代换量相等的条件下,盐基饱和度愈高,土壤对酸的缓冲能力愈大;反之,盐基饱和度愈低,土壤对碱的缓冲能力愈大。

铝离子对碱的缓冲作用:在PH<5的酸性土壤里,土壤溶液中Al3。有6个水分子围绕着,当加大碱类使土壤溶液中OH~离子增多时,铝离子周围的6个水分子中有一、二个水分子离解出H,与加人的OH中和,并发生如下反应:

2Al(H2O)6+2OH=Al2(OH)2(H2O)8+4H2O

水分子离解出来的OH则留在铝离子周围,这种带有OH离子的铝离子很不稳定,它们要聚合成更大的离子团,在Ph>5.5,铝离子开始形成Al(OH)3沉淀,失去缓冲能力。

五、影响

一)对植物的影响

1、大多数植物在pH>9.0或<2.5的情况下都难以生长。

植物可在很宽的范围内正常生长,但各种植物有自己适宜的pH。

喜酸植物:杜鹃属、越桔属、茶花属、杉木、松树、橡胶树、帚石兰;

喜钙植物:紫花苜蓿、草木犀、南天竺、柏属、椴树、榆树等;

喜盐碱植物:柽柳、沙枣、枸杞等。

2、植物病虫害与土壤酸碱性直接相关:

1)地下害虫往往要求一定范围的pH环境条件如竹蝗喜酸而金龟子喜碱;

2)有些病害只在一定的pH值范围内发作,如悴倒病往往在碱性和中性土壤上发生。

3、土壤活性铝:土壤胶体上吸附的交换性铝和土壤溶液中的铝离子,它是一个重要的生态因子,对自然植被的分布、生长和演替有重大影响;

在强酸性土壤中含铝多,生活在这类土壤上的植物往往耐铝甚~喜铝(帚石兰、茶树);但对于一些植物来说,如三叶草、紫花苜蓿,铝是有毒性的,土壤中富铝时生长受抑制;研究表明铝中毒是人工林地力衰退的一个重要原因。

二)对养分的影响

1、在正常范围内,植物对土壤酸碱性敏感的原因,是由于土壤pH值影响土壤溶液中各种离子的浓度,影响各种元素对植物的有效性;

2、土壤酸碱性对营养元素有效性的影响:

(1)氮在6~8时有效性较高,是由于在小于6时,固氮菌活动降低,而大于8时,硝化作用受到抑制;

(2)磷在6.5~7.5时有效性较高,由于在小于6.5时,易形成磷酸铁、磷酸铝,有效性降低,在高于7.5时,则易形成磷酸二氢钙;

(3)酸性土壤的淋溶作用强烈,钾、钙、镁容易流失,导致这些元素缺乏。在pH高于8.5时,土壤钠离子增加,钙、镁离子被取代形成碳酸盐沉淀,因此钙、镁的有效性在pH6~8时最好;

(4)铁、锰、铜、锌、钴五种微量元素在酸性土壤中因可溶而有效性高;钼酸盐不溶于酸而溶于碱,在酸性土壤中易缺乏;硼酸盐在pH5~7.5时有效性较好。

三)对肥力的影响

由于我国南北方气候的差异,南方湿润多雨,土壤多呈酸性,北方干旱少雨,土壤多呈碱性。土壤偏(过)酸性或偏(过)碱性,都会不同程度地降低土壤养分的有效性,难以形成良好的土壤结构,严重抑制土壤微生物的活动,影响各种作物生长发育。具体表现有以下5个方面:

1、使土壤养分的有效性降低。

土壤中磷的有效性明显受酸碱性的影响,在pH值超过7.5或低于6时,磷酸和钙或铁、铝形成迟效态,使有效性降低。钙、镁和钾在酸性土壤中易代换也易淋失。钙、镁在强碱性土壤中溶解度低,有效性降低。硼、锰、铜等微量元素在碱性土壤中有效性大大降低,而钼在强酸性土壤中与游离铁、铝生成的沉淀,可降低有效性。

2、不利于土壤的良性发育,破坏土壤结构。

强酸性土壤和强碱性土壤中H+和Na+较多,缺少Ca2+,难以形成良好的土壤结构,不利于作物生长。

3、不利土壤微生物的活动。

土壤微生物一般最适宜的pH值是6.5~7.5之间的中性范围。过酸或过碱都会严重抑制土壤微生物的活动,从而影响氮素及其他养分的转化和供应。

4、不利于作物的生长发育。

一般作物在中性或近中性土壤生长最适宜。甜菜、紫苜蓿、红三叶不适宜酸性土;茶叶要求强酸性和酸性土,中性土壤不适宜生长。

4、易产生各种有毒害物质。

土壤过酸容易产生游离态的Al3+和有机酸,直接危害作物。碱性土壤中可溶盐分达一定数量后,会直接影响作物的发芽和正常生长。含碳酸钠较多的碱化土壤,对作物更有毒害作用。

适合不同农作物生长的高产土壤,一般要求呈中性、微酸性或微碱性反应,pH值多在6~8之间。因为在酸性土壤中,可溶性磷易与铁、铝化合,形成磷酸铁、磷酸铝而降低有效性。土壤中的交换性钾、钙、镁等易被氢离子置换出来,一旦遇到雨水,就会流失掉。酸性土壤也往往缺硫和钼。

对酸性土壤应增施石灰,以中和土壤酸度,消除铝的毒害,提高养分的有效性。同时注意增施有机肥料,通过有机肥料的缓冲作用,减轻酸性对土壤和作物的影响。化学肥料宜选用氨水、碳酸氢铵、钙镁磷肥等碱性肥料。而在碱性土壤中,尤其是石灰性土壤,可溶性磷易与钙结合,生成难溶性磷钙盐类,会降低磷的有效性。

在石灰性土壤中,许多微量元素如硼、锰、钼、锌、铁的有效性会大大降低,致作物营养元素不足,并发生各种生理性病害。

因此,要重视并有针对性地选用上述微肥做基肥或追施。基施时可将微肥同有机肥料一起堆沤一定时间,以增加有效性。作物在微肥不足发生缺素症时,应及时用相应的有机螯合肥进行叶面喷施,以减轻生理病害的危害程度。

在石灰性土壤上施用过磷酸钙、硫酸铵、氯化铵等酸性和生理酸性肥料较好,可降低和减轻土壤碱性的危害。且可以适当施用石膏、磷石膏、硫酸亚铁、硫磺粉、酸性风化煤等,但不要施用碱性肥料,如氨水、碳酸氢铵、草木灰等,特别禁忌施用强碱性肥料石灰。

另外,在盐碱土上不宜施用氯化铵肥料,并注意铵态氮肥要深施覆土,防止氨的挥发损失。磷肥可集中施用或与厩肥、堆肥混合使用,以减少磷的固定,提高肥料利用率。

六、鉴别方法

1、看土源

一般采自山川,沟壑的腐殖土,多呈黑褐色,比较疏松,肥沃,通透性良好,是比较理想的酸性腐殖土。如:松针腐殖土,草炭腐殖土等。

2、看土色

酸性土壤一般颜色较深,多为黑褐色,而碱性土壤颜色多呈白、黄等浅色。有些盐碱地区,土表经常有一层白粉状的碱性物质。

3、看地表植物

在野外采掘花土时,可以观察一下地表生长的植物,一般生长野杜鹃、松树、杉类植物的土壤多为酸性土;而生长柽柳、谷子、高梁等地段的土多为碱性土。

4、看质地

酸性土壤质地疏松,透气透水性强;碱性土壤质地坚硬,容易板结成块,通气透水性差。

5、凭手感

酸性土壤握在手中有一种“松软”的感觉,松手以后,土壤容易散开,不易结块;碱性土壤握在手中有一种“硬实”的感觉,松手以后容易结块而不散开。

6、看浇水后的情形

酸性土壤浇水以后下渗较快,不冒白泡,水面较浑;碱性土壤浇水后,下渗较慢,水面冒白泡,起白沫,有时花盆外围还有一层白色的碱性物质。

7、用pH试纸来测土壤的酸碱性

方法为:取部分土样浸泡于凉开水中,将试纸的一部分

浸入浸泡液,后取出,观察其颜色的变化,然后将试纸与比色卡相比较,若pH值=7,土壤为中性;若pH值<小,则为酸性;若pH值>7,则为碱性。

七、改良措施

土壤酸性过大,可每年每亩施入20~25kg的石灰,且施足农家肥,切忌只施石灰不施农家肥,这样,土壤反而会变黄变瘦。也可施草木灰40~50kg,中和土壤酸性,更好地调节土壤的水、肥状况。而对于碱性土壤,通常每亩用石膏30~40kg作为基肥施入改良。碱性过高时,可加少量硫酸铝、硫酸亚铁、硫磺粉、腐殖酸肥等。常浇一些硫酸亚铁或硫酸铝的稀释水,可使土壤增加酸性。腐殖酸肥因含有较多的腐殖酸,能调整土壤的酸碱度。以上方法以施硫磺粉见效慢,但效果最持久;施用硫酸铝时需补充磷肥;施硫酸亚铁(矾肥水)见效快,但作用时间不长,需经常施用。

一)酸性土壤改良方法

酸性土壤的特征是“酸”(PH值在6以下)、“瘦”(速效养分低,有机质低于1.5%,严重缺有效磷)、“粘”(土质粘重,耕性差)“深”(土色多为红、黄、紫色)。在这些土壤上种植作物,不易全苗,常形成僵苗和老苗,产量低品质劣。改良培肥方法是:

1、使用石灰中和酸性,每亩每次施20~25千克石灰,直~改造为中性或微酸性土壤。

2、施绿肥,增加土中有机质,达到改善土壤酸性的效果。

3、增加灌溉次数,冲淡酸性对作物的危害。

4、增施碱性肥料,如碳酸氢铵、氨水、石灰氮、钙镁磷肥、磷矿石粉、草木灰等,对提高作物产量有好处。

二)碱性土壤改良方法

原则:改良培肥同时进行

1、使用酸性肥料,如硫酸铝、硫酸亚铁、硫磺粉、硫酸铵、硝酸铵、过磷酸钙、磷酸二氢钾、硫酸钾等,定向中和碱性。

2、多施农家肥,改良土壤,培肥地力,增强土壤的亲和性能,如施入腐熟的粪肥、泥炭、锯木屑、食用菌的土等。

3、进行客土,有条件的施入沙土500~~1000方,和农家肥一起翻入土壤10~15cm。

4、种植比较耐盐碱植物,如水稻等;同时进行合理的田间管理,防止次生盐渍化。

来源 田缘科技

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