土壤酸鹼性

土壤酸鹼性

土壤酸鹼性是指土壤中存在著各種化學和生物化學反應,表現出不同的酸性或鹼性。土壤酸鹼性的強弱,常以酸鹼度來衡量。

等級劃分


土壤酸鹼性劃分為9等級。
<4.5極強酸性,4.5-5.5強酸性,5.5-6.0酸性, 6.0-6.5弱酸性, 6.5-7.0中性
7.0-7.5弱鹼性, 7.5-8.5鹼性, 8.5-9.5強鹼性, >9.5極強
土壤
土壤
鹼性。

酸鹼度


測定方法

土壤酸鹼性的強弱,常以酸鹼度來衡量。土壤酸鹼度又以PH值來表示。測定土壤的PH值,多採用電極法或石蕊試紙比色法。電極法測定土壤的PH值,既快又準確,但目前很少用。石蕊試紙比色法測定土壤的PH值,方法簡便。測定土壤、苗床及營養土的PH值時,可先取樣土一份,放入碗底,然後加入蒸餾水2.5份,用玻璃棒充分攪拌1分鐘,待其靜止澄清后,將一段試紙浸入清液中,試紙即變色,馬上用變色的試紙與PH標準比色卡進行比較,即可直接得出PH值。

土壤酸度

1. 分類
根據土壤中氫離子的存在方式,土壤酸度可分為兩大類:
(1)活性酸度:土壤溶液中氫離子濃度的直接反映,又稱為有效酸度,通常用pH表示。活性酸度的來源主要是CO2溶於水形成的碳酸和有機物質分解產生的有機酸,以及土壤中礦物質氧化產生的無機酸,還有施用的無機肥料中殘留的無機酸,如硝酸硫酸磷酸等。此外,由於大氣污染形成的大氣酸沉降,也會使土壤酸化,所以它也是土壤活性酸度的一個重要來源。
(2)潛性酸度:土壤潛性酸度是土壤膠體吸附的可代換性H和Al的反映。當這些離子處於吸附狀態時,是不顯酸性的,但當它們通過離子交換作用進入土壤溶液之後,即可增加土壤溶液的H濃度,使土壤pH值降低。只有鹽基不飽和土壤才有潛性酸度,其大小與土壤代換量和鹽基飽和度有關。
潛性酸度分為代換性酸度和水解酸度。
a.代換性酸度:用過量中性鹽(如NaCl或KCl)溶液淋洗土壤,溶液中金屬離子與土壤中H和Al發生離子交換作用,而表現出的酸度,稱為代換性酸度代換Al是礦物質土壤中潛性酸度的主要來源。例如,紅壤的潛性酸度95%以上是由代換性Al產生的。由於土壤酸度過高,造成鋁硅酸鹽晶格內鋁氫氧八面體的破裂,使晶格中的Al釋放出來,變成代換性Al。
b.水解性酸度:用弱酸強鹼鹽(如醋酸鈉)淋洗土壤,溶液中金屬離子可以將土壤膠體吸附的H、Al代換出來,同時生成某弱酸(醋酸)。此時,所測定出的該弱酸的酸度稱為水解性酸度。由於生成的醋酸分子離解度很小,而氫氧化鈉可以完全離解。氫氧化鈉離解后,所生成的鈉離子濃度很高,可以代換出絕大部分吸附的H和Al。
2.活性酸度與潛性酸度的關係
活性酸度與潛性酸度是同一個平衡體系的兩種酸度。二者可以互相轉化,在一定條件下處於暫時平衡狀態。土壤活性酸度是土壤酸度的根本起點和現實表現。土壤膠體是H和Al的貯存庫,潛性酸度則是活性酸度的貯備,土壤的潛性酸度往往比活性酸度大得多,二者的比例,在砂土中約為1000;在有機質豐富的粘土中則可高達5×10—1×10。

土壤鹼度

土壤溶液中氫氧根離子的主要來源,是鹼金屬(Na、K)及鹼土金屬(Ca、Mg)的碳酸鹽碳酸氫鹽。碳酸鹽鹼度和重碳酸鹽鹼度的總和稱為總鹼度。可用中和滴定法測定。
不同溶解度的碳酸鹽和重碳酸鹽對土壤鹼性的貢獻不同,CaCO3MgCO3的溶解度很小,在正常的CO2分壓下,它們在土壤溶液中的濃度很低,故富含CaCO3和MgCO3的石灰性土壤呈弱鹼性(pH7.5~8.5);Na2CO3NaHCO3Ca(HCO3)2等都是水溶性鹽類,可以大量出現在土壤溶液中,使土壤溶液中的總鹼度很高,從土壤pH來看,含Na2CO3的土壤,其pH值一般較高,可達10以上,而含NaHCO3及Ca(HCO3)2的土壤,其pH值常在7.5~8.5,鹼性軟弱。
當土壤膠體上吸附的Na、K、Mg(主要是Na)等離子的飽和度增加到一定程度時,會引起交換性陽離子的水解作用:
土壤膠體(x Na)+yH2O=土壤膠體((x –y)Na、yH)+yNaOH
在土壤溶液中產生NaOH,使土壤呈鹼性。此時Na離子飽和度稱為土壤鹼化度。

我國土壤


我國土壤pH大多在4.5~8.5範圍內,由南向北pH值遞增,長江(北緯33°)以南的土壤多為酸性和強酸性,如華南、西南地區廣泛分佈的紅壤、黃壤,pH值大多在4.5~5.5之間;華中華東地區的紅壤,pH值在5.5~6.5之間;長江以北的土壤多為中性或鹼性,如華北西北的土壤大多含CaCO3,PH值一般在7.5~8.5之間,少數強鹼性土壤的pH值高達10.5。

決定因素


吸附性

土壤中兩個最活躍的組分是土壤膠體和土壤微生物,它們對污染物在土壤中的遷移、轉化有重要作用。土壤膠體以其巨大的比表面積和帶電性,而使土壤具有吸附性。
1、土壤膠體的性質
1)土壤膠體具有巨大的比表面和表面能:比表面是單位重量(或體積)物質的表面積。定體積的物質被分割時,隨著顆粒數的增多,比表面也顯著地增大。物質的比表面越大,表面能也就越大。
2)土壤膠體的電性:土壤膠體微粒具有雙電層,微粒的內部稱微粒核,一般帶負電荷,形成一個負離子(即決定電位離子層)其外部由於電性吸引,而形成一個正離子(又稱反離子層,包括非活動性離子層和擴散層),即合稱為雙電層
3)土壤膠體的凝聚性和分散性:由於膠體的比表面和表面能都很大,為了減小表面能膠體具有相互吸引,凝聚的趨勢,這就是膠體的凝聚性。但是在土壤溶液中,膠體常帶負電荷,即具有負的電動電位,所以膠體微粒又因相同而相互排斥,電動電位越高,相互排斥力越強,膠體微粒呈現出的分散性也越強。
影響土壤凝聚性能的主要因素是土壤膠體的電動電位和擴散層厚度,例如土壤溶液中陽離子增多,由於土壤膠體表面負電荷被中和,從而較強土壤的凝聚。此外,土壤溶液中電解質濃度、pH值也將影響其凝聚性能。
2、土壤膠體的離子交換吸附
在土壤膠體雙電層擴散層中,補償離子可以和溶液中相同電荷的離子價為依據作等價交換,稱為離子交換(或代換)。離子交換作用包括陽離子吸附作用和陰離子交換吸附作用。
每千克干土中所含全部陽離子總量,稱為陽離子交換量。土壤的可交換性陽離子有兩類:一類是致酸離子,包括H+和Al3+;另一類是鹽基離子,包括Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等。當土壤膠體上吸附的陽離子均為鹽基離子,且已達到吸附飽和時的土壤,稱為鹽基飽和土壤,否則,這種土壤為鹽基不飽和土壤。在土壤交換性陽離子中鹽基離子所佔的百分數稱為土壤鹽基飽和度。它與土壤母質、氣候等因素有關。
影響土壤鹽鹼度的因素除了降水之外,現在我們更多考慮的是由於人類不合理的生產方式造成了乾旱、半乾旱地區的土壤次生鹽鹼化。

緩衝性能

土壤緩衝性能是指土壤具有緩和其酸鹼度發生激烈變化的能力,它可以保持土壤反應的相對穩定,為植物生長和土壤生物的活動創造比較穩定的生活環境,所以土壤的緩衝性能是土壤的重要性質之一。
1.土壤溶液的緩衝作用:
土壤溶液中含有碳酸硅酸、磷酸、腐殖酸和其他有機酸等弱酸及其鹽類,構成一個良好的緩衝體系,對酸鹼具有緩衝作用。
碳酸及其鈉鹽。
當加入鹽酸時,碳酸鈉與它作用,生成中性鹽和碳酸,大大抑制了土壤酸度的提高。
Na2CO3+2HCL=2NaCL+ H2CO3
當加大Ca(OH)2時,碳酸與它作用,生成溶解度較小的碳酸鈣,限制了土壤鹼度。
H2CO3+Ca(OH)2= CaCO3+ 2H2O
土壤中的某些有機酸(如氨基酸、胡敏酸等)是兩性物質,具有緩衝作用,如氨基酸含氨基和羧基可分別中和酸和鹼,從而對酸和鹼都具有緩衝能力。
R-CH(NH2)(COOH)+HCL= R-CH(NH3CL)(COOH)
R-CH(NH2)(COOH)+NaOH= R-CH(NH2)(COONa)+ H2O
2.土壤膠體緩衝作用:
土壤膠體吸附有各種陽離子,其中鹽基離子和氫離子能分別對酸和鹼起緩衝作用。
對酸的緩衝作用 (以M代表鹽基離子)
土壤膠體-M+ HCL=土壤膠體-H+ MCL
對鹼的緩衝作用
土壤膠體-H+ MOH=土壤膠體-M+ H2O
土壤膠體的數量和鹽基代換量越大,土壤的緩衝性能就越強。因此,砂土摻粘土及施用各種有機肥料,都是提高土壤緩衝性能的有效措施。在代換量相等的條件下,鹽基飽和度愈高,土壤對酸的緩衝能力愈大;反之,鹽基飽和度愈低,土壤對鹼的緩衝能力愈大。
鋁離子對鹼的緩衝作用:在PH<5的酸性土壤里,土壤溶液中Al3。有6個水分子圍繞著,當加大鹼類使土壤溶液中OH-離子增多時,鋁離子周圍的6個水分子中有一、二個水分子離解出H,與加人的OH中和,併發生如下反應:
2Al(H2O)6+2OH=Al2(OH)2 (H2O)8+4H2O
水分子離解出來的OH則留在鋁離子周圍,這種帶有OH離子的鋁離子很不穩定,它們要聚合成更大的離子團,在Ph>5.5,鋁離子開始形成Al(OH)3沉澱,失去緩衝能力。

影響


對植物的影響

1、大多數植物在pH>9.0或<2.5的情況下都難以生長。植物可在很寬的範圍內正常生長,但各種植物有自己適宜的pH。
喜酸植物:杜鵑屬越桔屬、茶花屬、杉木松樹橡膠樹、帚石蘭;
喜鈣植物:紫花苜蓿草木犀南天竺、柏屬、椴樹榆樹等;
2、植物病蟲害與土壤酸鹼性直接相關:
1)地下害蟲往往要求一定範圍的pH環境條件如竹蝗喜酸而金龜子喜鹼;
2)有些病害只在一定的pH值範圍內發作,如悴倒病往往在鹼性和中性土壤上發生。
3、土壤活性鋁:土壤膠體上吸附的交換性鋁和土壤溶液中的鋁離子,它是一個重要的生態因子,對自然植被的分佈、生長和演替有重大影響;
在強酸性土壤中含鋁多,生活在這類土壤上的植物往往耐鋁甚至喜鋁(帚石蘭、茶樹);但對於一些植物來說,如三葉草、紫花苜蓿,鋁是有毒性的,土壤中富鋁時生長受抑制;研究表明鋁中毒是人工林地力衰退的一個重要原因。

對養分的影響

1、在正常範圍內,植物對土壤酸鹼性敏感的原因,是由於土壤pH值影響土壤溶液中各種離子的濃度,影響各種元素對植物的有效性;
2、土壤酸鹼性對營養元素有效性的影響:
(1)氮在6~8時有效性較高,是由於在小於6時,固氮菌活動降低,而大於8時,硝化作用受到抑制;
(2)磷在6.5~7.5時有效性較高,由於在小於6.5時,易形成磷酸鐵磷酸鋁,有效性降低,在高於7.5時,則易形成磷酸二氫鈣
(3)酸性土壤的淋溶作用強烈,鉀、鈣、鎂容易流失,導致這些元素缺乏。在pH高於8.5時,土壤鈉離子增加,鈣、鎂離子被取代形成碳酸鹽沉澱,因此鈣、鎂的有效性在pH6-8時最好;
(4)鐵、錳、銅、鋅、鈷五種微量元素在酸性土壤中因可溶而有效性高;鉬酸鹽不溶於酸而溶於鹼,在酸性土壤中易缺乏;硼酸鹽在pH5-7.5時有效性較好。

對肥力的影響

由於我國南北方氣候的差異,南方濕潤多雨,土壤多呈酸性,北方乾旱少雨,土壤多呈鹼性。土壤偏(過)酸性或偏(過)鹼性,都會不同程度地降低土壤養分的有效性,難以形成良好的土壤結構,嚴重抑制土壤微生物的活動,影響各種作物生長發育。具體表現有以下5個方面:
一是使土壤養分的有效性降低。土壤中磷的有效性明顯受酸鹼性的影響,在pH值超過7.5或低於6時,磷酸和鈣或鐵、鋁形成遲效態,使有效性降低。鈣、鎂和鉀在酸性土壤中易代換也易淋失。鈣、鎂在強鹼性土壤中溶解度低,有效性降低。硼、錳、銅等微量元素在鹼性土壤中有效性大大降低,而鉬在強酸性土壤中與遊離鐵、鋁生成的沉澱,可降低有效性。
二是不利於土壤的良性發育,破壞土壤結構。強酸性土壤和強鹼性土壤中H+和Na+較多,缺少Ca2+,難以形成良好的土壤結構,不利於作物生長。
三是不利土壤微生物的活動。土壤微生物一般最適宜的pH值是6.5~7.5之間的中性範圍。過酸或過鹼都會嚴重抑制土壤微生物的活動,從而影響氮素及其他養分的轉化和供應。
四是不利於作物的生長發育。一般作物在中性或近中性土壤生長最適宜。甜菜紫苜蓿紅三葉不適宜酸性土;茶葉要求強酸性和酸性土,中性土壤不適宜生長。
五是易產生各種有毒害物質。土壤過酸容易產生遊離態的Al3+和有機酸,直接危害作物。鹼性土壤中可溶鹽分達一定數量后,會直接影響作物的發芽和正常生長。含碳酸鈉較多的鹼化土壤,對作物更有毒害作用。
適合不同農作物生長的高產土壤,一般要求呈中性、微酸性或微鹼性反應,pH值多在6~8之間。因為在酸性土壤中,可溶性磷易與鐵、鋁化合,形成磷酸鐵、磷酸鋁而降低有效性。土壤中的交換性鉀、鈣、鎂等易被氫離子置換出來,一旦遇到雨水,就會流失掉。酸性土壤也往往缺硫和鉬。
對酸性土壤應增施石灰,以中和土壤酸度,消除鋁的毒害,提高養分的有效性。同時注意增施有機肥料,通過有機肥料的緩衝作用,減輕酸性對土壤和作物的影響。化學肥料宜選用氨水碳酸氫銨鈣鎂磷肥等鹼性肥料。而在鹼性土壤中,尤其是石灰性土壤,可溶性磷易與鈣結合,生成難溶性磷鈣鹽類,會降低磷的有效性。
在石灰性土壤中,許多微量元素如硼、錳、鉬、鋅、鐵的有效性會大大降低,致作物營養元素不足,併發生各種生理性病害。
因此,要重視並有針對性地選用上述微肥做基肥或追施。基施時可將微肥同有機肥料一起堆漚一定時間,以增加有效性。作物在微肥不足發生缺素症時,應及時用相應的有機螯合肥進行葉面噴施,以減輕生理病害的危害程度。
在石灰性土壤上施用過磷酸鈣硫酸銨氯化銨等酸性和生理酸性肥料較好,可降低和減輕土壤鹼性的危害。且可以適當施用石膏磷石膏硫酸亞鐵、硫磺粉、酸性風化煤等,但不要施用鹼性肥料,如氨水、碳酸氫銨、草木灰等,特別禁忌施用強鹼性肥料石灰。
另外,在鹽鹼土上不宜施用氯化銨肥料,並注意銨態氮肥要深施覆土,防止氨的揮發損失。磷肥可集中施用或與廄肥、堆肥混合使用,以減少磷的固定,提高肥料利用率。

鑒別方法


一: 看土源:一般采自山川,溝壑的腐殖土,多呈黑褐色,比較疏鬆,肥沃,通透性良好,是比較理想的酸性腐殖土。如:松針腐殖土,草炭腐殖土等。
二: 看土色:酸性土壤一般顏色較深,多為黑褐色,而鹼性土壤顏色多呈白、黃等淺色。有些鹽鹼地區,土表經常有一層白粉狀的鹼性物質。
三: 看地表植物:在野外採掘花土時,可以觀察一下地表生長的植物,一般生長野杜鵑、松樹、杉類植物的土壤多為酸性土;而生長檉柳、穀子高梁等地段的土多為鹼性土。
四: 看質地:酸性土壤質地疏鬆,透氣透水性強;鹼性土壤質地堅硬,容易板結成塊,通氣透水性差。
五: 憑手感:酸性土壤握在手中有一種“鬆軟”的感覺,鬆手以後,土壤容易散開,不易結塊;鹼性土壤握在手中有一種“硬實”的感覺,鬆手以後容易結塊而不散開。
六: 看澆水后的情形:酸性土壤澆水以後下滲較快,不冒白泡,水面較渾;鹼性土壤澆水后,下滲較慢,水面冒白泡,起白沫,有時花盆外圍還有一層白色的鹼性物質。
七: 用pH試紙來測土壤的酸鹼性,方法為:取部分土樣浸泡於涼開水中,將試紙的一部分
浸入浸泡液,后取出,觀察其顏色的變化,然後將試紙與比色卡相比較,若pH值=7,土壤為中性;若pH值<小,則為酸性;若pH值>7,則為鹼性。

改良措施


土壤酸性過大,可每年每畝施入20至25公斤的石灰,且施足農家肥,切忌只施石灰不施農家肥,這樣,土壤反而會變黃變瘦。也可施草木灰40至50公斤,中和土壤酸性,更好地調節土壤的水、肥狀況。而對於鹼性土壤,通常每畝用石膏30至40公斤作為基肥施入改良。鹼性過高時,可加少量硫酸鋁、硫酸亞鐵、硫磺粉、腐殖酸肥等。常澆一些硫酸亞鐵或硫酸鋁的稀釋水,可使土壤增加酸性。腐殖酸肥因含有較多的腐殖酸,能調整土壤的酸鹼度。以上方法以施硫磺粉見效慢,但效果最持久;施用硫酸鋁時需補充磷肥;施硫酸亞鐵(礬肥水)見效快,但作用時間不長,需經常施用。

酸性土壤改良方法

酸性土壤的特徵是“酸”(PH值在6以下)、“瘦”(速效養分低,有機質低於1.5%,嚴重缺有效磷)、“粘”(土質粘重,耕性差)“深”(土色多為紅、黃、紫色)。在這些土壤上種植作物,不易全苗,常形成僵苗和老苗,產量低品質劣。改良培肥方法是:
1、使用石灰中和酸性,每畝每次施20~25千克石灰,直至改造為中性或微酸性土壤。
2、施綠肥,增加土中有機質,達到改善土壤酸性的效果。
3、增加灌溉次數,沖淡酸性對作物的危害。
4、增施鹼性肥料,如碳酸氫銨、氨水、石灰氮、鈣鎂磷肥、磷礦石粉、草木灰等,對提高作物產量有好處。

鹼性土壤改良方法

原則:改良培肥同時進行
1、使用酸性肥料,如硫酸鋁、硫酸亞鐵、硫磺粉、硫酸銨、硝酸銨、過磷酸鈣、磷酸二氫鉀硫酸鉀等,定向中和鹼性。
2、多施農家肥,改良土壤,培肥地力,增強土壤的親和性能,如施入腐熟的糞肥泥炭、鋸木屑、食用菌的土等。
3、進行客土,有條件的施入沙土500--1000方,和農家肥一起翻入土壤10—15cm。
4、種植比較耐鹽鹼植物,如水稻等;同時進行合理的田間管理,防止次生鹽漬化