第6章-土壤的保肥性与供肥性.doc

第六章 土壤的保肥性与供肥性 土壤的保肥性与供肥性是土壤的重要性质之一。它直接影响植物生长发育、产量和品质。了解土壤的保肥性和供肥性能，对于指导合理施肥夺取作物高产优质是非常重要的。 第一节 土壤保肥性和供肥性与植物生长 一、土壤的保肥性与供肥性 1.土壤的保肥性-指土壤吸持和保存植物养分的能力。其中离子交换作用是影响土壤保肥性能中最重要的因素之一。2.土壤的供肥性-指土壤向植物提供有效养分的能力。它与土壤养分的强度因素和容量因素关系密切。土壤养分的容量因素是指土壤液相中能桩植物利用吸收的有效养分的总量；土壤养分的强度因素是指土壤溶液中的养分浓度。两者的比值可用来表征土壤养分的缓冲容量(B)，B值大，表明保持土壤溶液中养分浓度稳定的能力强，即该土壤能平稳而持久地向植物提供营养物质。根据植物对各种营养元素吸收利用的难易程度，一般可把土壤养分分成两大类：一类是速效养分，又称有效养分；另一类是缓效养分。把缓效养分转化为速效养分是土壤供肥性能的表现，相反，把速效养分转化为贮藏形态的养分就是土壤保肥性能的表现。因此土壤的保肥性和供肥性是相互矛盾的。但同时，土壤的保肥性与供肥性又是相互统一的。 二、土壤保肥性、供肥性对植物生长的影响 土壤的保肥性和供肥性对植物生长有重要的影响。土壤的保肥性差，施到砂土中的肥料就容易被淋失，造成植物生长后期脱肥，。对于这种土壤，施肥时应少量多次，防止后期脱肥。土壤的供肥性好是指土壤的供肥速度适中。因此，一般要求土壤既有较强的保肥能力，又有较强的供肥能力。 第二节 土壤胶体及其基本特性 胶体颗粒的上限为0.001mm, 下限为1nm. 0.001mm = 1m微米, (1mm=1000m=1000,1000nm).1nm属于溶液。因此粘粒又称为胶粒。土壤中最重要的是小于2 m的土粒和土壤溶液组成的土壤胶体分散系。土壤胶体是土壤中最活跃的部分，很多重要的土壤性质都发生在土壤胶体和土壤溶液的界面上。 一、土壤胶体的种类 (一)土壤胶体的概念 土壤胶体通常是指直径小于1m的固体颗粒。也有文献称直径为l2m的土粒为土壤胶体。 (二)土壤胶体的种类 土壤中的胶体物质主要有： 1矿质胶体 土壤矿质胶体包括层状硅酸盐类的粘土矿物和铁、铝、硅等的氧化物及其水合物类的粘土矿物。 (1)层状硅酸盐矿物。它是土壤粘粒的主要矿物，其晶体颗粒呈极细的薄片状，由两个基本结构单元所组成，即硅氧四面体和铝氧八面体。硅氧四面体是由一个硅原子和四个氧原子构成的(图61)。由于电性未中和，通过与其相邻的另一个硅氧四面体共用一个氧原子(图6 2)，如此连续相联，在水平方向上构成一层叫硅氧片，成为晶层的基本单元。 铝氧八面体是由一个铝原子和六个氧原子或氢氧原子团构成的。构成一个八面体(图63)。 由许多相邻的铝八面体通过共用氧原子相联结，形成铝氧八面体层，称水铝片或铝氧片，也是晶层的基本单元(图64)。 图6 4 铝氧八面体在平面上相互连接成水铝片示意图 层状硅酸盐矿物的晶层即是由硅氧片和水铝片叠合而成的。由于叠合方式不同，形成不同的层状硅酸盐矿物:一类是由一层硅氧片和一层水铝片叠合成的，称l ：1型矿物，主要为高岭石类矿物；另类是由两层硅氧片中间夹一层水铝片叠合而成的，称为2 ：1型矿物，主要有有蒙脱石类、蛭石类和水云母类。 (2)含水铁、铝氧化物 含水的铁、铝氧化物，是硅酸盐矿物彻底风化的产物。 2，有机胶体 土壤有机胶体主要是腐殖质，由于它的分子质量大，所含的功能团多，因而解离后所带电量也大。 3有机矿质复合体 土壤有机胶体有50一90是与矿质胶体结合，形成有机矿质复合体。 二、土壤胶体的基本构造 土壤胶体在分散溶液中构成胶体分散体系，它包括胶体微粒和溶液两大部分。胶体微粒由以下几个部分构成(图65)。 (一)胶核 胶核是胶粒的基本部分，由粘粒矿物、腐殖质、蛋白质等成分所组成。 (二)双电层 1决定电位离子层 胶核表面有一层带电的离子层(带电原因将在后面讲述)，这层带电的离子决定着胶粒的电荷符号和电位大小，因而称为决定电位离子层，或称双电层内层。它决定着土壤交换吸附性能。土壤胶体决定电位离子层一般带负电。在某些情况下，决定电位离子层中的离子也能为粒间溶液中的离子所替代，而产生专性吸附，使其电荷性质发生改变。 2补偿离子层 胶核表面决定电位离子层产生的静电引力吸附溶液中带相反电荷的离子，形成补偿离子层，又称双电层外层。其中，距离近的受静电引力大，离子活动性小，只能随胶核移动，称非活性补偿离子层，与胶核及决定电位高子层共同构成胶粒。距离远的受静电引力较小，离子活动性大，疏散分布，称扩散层。非活性补偿离子层由于受到强大的静电引力，一般难于和溶液中的离子交换，扩散层离子则具有交换能力，很容易与溶液中的离子进行交换，即通常所说的离子交换。 在双电层中，决定电位离子层和补偿离子层的电荷符号相反，电量相等，因此整个胶体微粒的电性是中和的。 三、土壤胶体的性质 (一) 巨大的比表面 比表面=总面积/质量。同一质量固体，越破碎，则比表面越大。 (二)带电性 所有土壤胶体都带有电荷。土壤胶体般带负电荷。土壤胶体电荷产生的原因有如下几种： 1同晶置换 是指硅酸盐矿物中的硅氧片或水铝片中的中心离子，被大小相近而电性符号相同的离子所取代，但其晶层结构未变。例如，硅氧片中的Si4+被Al3+所取代，水铝片中的AL3+为Mg2+所取代，使晶层产生剩余负电荷。 一般同晶置换发生于矿物的结晶过程，一旦晶体形成，它所具有的电荷就不受外界环境(如pH值、电解质浓度等)的影响，故称为永久电荷、恒电荷或结构电荷。 2表面分子解离 它是指土壤胶体上的一些基团，由于解离出H+，使胶核表面带负电荷。例如，腐殖质胶体上的羧基、酚羟基、醇羟基等基团解离出H；硅酸盐粘土矿物的晶层表面暴露的OH原子团解离出H+等，而使腐殖质胶体与粘土矿物带负电，是大多数土壤胶体产生电荷的原因。 3断键 硅酸盐粘土矿物在破碎时，引起晶层断裂，使硅氧片和水铝片的断裂边上出现电性未中和键，如S-O、Al-O。一般认为断键是引起高岭石带电的主要原因。腐殖质胶体也常发生碳键断裂，从而也产生剩余负电荷。 4胶体表面从介质中吸附离子 也会使土壤胶体带电。 2、3、4项等原因引起的胶体带电荷，因受介质pH影响，故称为可变电荷。 土壤中离子的吸附和交换、土壤酸碱性、缓冲性无不与土壤胶体特性密切相关。 (三)分散性与凝聚性 胶体分散在溶液中，由于胶粒有定的电动电位有定厚度的扩散层相隔，而使之能均匀分散呈溶胶态，这就是胶体的分散性。当加入电解质时，胶粒的电动电位降低趋近零，扩散层减薄进而消失，使胶粒相聚成团，此时由溶胶转变为凝胶，这就是胶体的凝聚性。 胶体的分散和凝聚主要与加入的电解质种类和浓度有关。一般：一价离子二价离子三价离子。由于钙盐的凝聚能力较强，又是重要的植物营养元素，且价格低廉易取得，在农业中常用它作凝聚剂。例如，在我国南方一些烂泥田，土粒分散呈溶胶态，施用石膏或石灰后会使稀泥下沉，促使秧苗扎根返青。另外，电解质浓度增大，也可降低电动电位，使扩散层减薄，有利于转化为凝胶。例如，烂泥田排水也有助于土壤胶体凝聚。 一般讲，一价阳离子如K+、Na+、NH+4；等引起的凝聚是可逆的，当这些电解质浓度降低后，又由凝胶转变为溶胶。因此，由这类物质形成的团聚体是不稳定的。由Ca 2+、Fe3+等二三价离子引起的凝聚作用，一般是不可逆的，可形成稳定性强的团聚体。土壤的吸附保肥作用。第三节 土壤的吸附保肥作用 土壤吸附性能是土壤的重要特性，它使土壤起到“库”的作用，避免土壤养分的琳失，达到保蓄养分的目的。它起着极为重要的作用。 一、土壤吸附性能的一般概念 (一)土壤吸附的概念 吸附作用是指分子、离子或原子在固相表面富集过程。土壤固相界面离子的浓度大于整体溶液中该离子浓度的现象，称正吸附。在一定条件下也会出现与正吸附相反的现象，则称为负吸附。 (二)土壤吸附性能的类型 土壤的吸附性能，过去又称为土壤的吸收性能。按照吸附机理可以把土壤吸附性能分为交换性吸附、专性吸附和负吸附等三种： 1交换性吸附 交换性吸附(物理化学吸附)，是借静电引力从溶液中吸附带异号电荷的离子或极性分子。 2专性吸附 专性吸附是非静电因素引起的土壤对离子的吸附，它是指离子通过表面交换与晶体上的阳离子共享1个(或2个)氧原子，形成共价键而被土壤吸附的现象。 3负吸附 负吸附是指土粒表面的离子浓度低于整体溶液中该离子的浓度现象。 从严格意义上来说，化学沉淀不是界面化学行为，因此不是土壤吸附。但化学沉淀常作为一种吸附机理，以补充土壤对磷酸根等阴离子吸附的解释，所以有时与土壤吸附难以区分，故可作为土壤吸附性能的次要类型。二、土壤阳离子吸附与交换作用 (一)阳离子的静电吸附 带负电荷的土壤胶体通常吸附着多种带正电荷的阳离子。被吸附的阳离子处于胶体表面双电层扩散层的扩散中，成为扩散层中的离子组成部分。土壤胶体表面所带的负电荷愈多，吸附的阳离子数量愈多；土壤胶体表面的电荷密度愈大，阳离子所带的电荷愈多，则离子吸附得愈牢。 (二)阳离子的交换作用 1.阳离子交换 指土壤胶体表面所吸附的阳离子，与土壤溶液中的其他阳离子相互交换的过程。一般可用下式表示： 这种发生在土壤胶体表面的交换反应称为阳离子交换作用。土壤阳离子交换是一个可逆的反应，可以迅速达到平衡，而且是等价离子交换(例如，l mol Ca2+可交换2 mol K+)，服从质量作用定律。 2阳离于的交换能力 指一种阳离子将胶体上另一种阳高子交换出来的能力。各种阳离子交换能力的强弱不同，依下列因子而异： (1)电荷价的影响。在离子浓度相同时，溶液中离子的电荷价越高，受胶体吸附力愈大，因而具有比低价离子更强的交换能力。 土壤中常见阳离子交换力强弱的顺序为： (2)离子的半径及水化程度。同价离子的交换能力，依其离子的半径及离子的水化程度而定。离子半径愈大，单位面积上所负的电量愈少，因此对水分子的吸引力小，即水化程度弱(离子水化半径小)，较接近胶粒，胶体对它的吸力便越大而具有较强的交换能力。 H+离子由于很少水化，且半径很小，在离子吸附作用中具有特殊的地位。所以在高温多雨及排水良好的土壤中，土壤往往吸附H+离子较多，而把Ca2+离子交换出来使之淋失，使土壤向酸性发展。 K+和NH4+；由于离子水化半径极为接近，其交换能力实际上是差不多的。 (3)离子浓度 由于阳离子交换作用受质量作用定律支配，因此交换能力较弱的离子如果浓度较大，也可以把交换能力强，但浓度较小的离子从胶体上交换出来。根据这一原理，可以通过施用石灰增加Ca2+的浓度，从而达到改良土壤酸性的目的。 3土壤阳离子交换量(CEC) 指pH值为7时每千克干土所吸附的全部交换性阳离子的厘摩尔数，以cmol(+)kg表示。一般认为阳离子交换量在20 cmol(+)kg以上为保肥力强，10 20 cmol(+)kg为保肥力中等，小于10 cmol(+)kg为保肥力弱。 各种土壤的阳离子交换量是不同的。主要决定于土壤中胶体的数量和负电荷数。具体影响因素如下： (1)质地，土壤质地愈粘重，土壤粘粒的质量分数愈高，矿质胶体数量越多，交换量便越大砂土交换量一般为l5 cmol(+)kg；砂壤土为78 cmol (+)kg；壤土为718 cmol(+)kg；粘土可达25 30 cmol(+)kg。 (2)胶体类型。不同类型的土壤胶体，由于所带的负电荷数量差异很大，因此，阳离子交换量也明显不同。腐殖质和2 ：1型粘土矿物较多的土壤，阳离子交换量较大，而高龄的阳离子交换量则较小。 (3)土壤酸碱性。一般情况下，随着土壤pH值的升高，土壤胶体可变负电荷量增加，阳离子交换量增大。 4盐基饱和度 土壤胶体上吸附的阳离子分为两类：一类是致酸离子，包括H+和Al3+ (Al3+通过水解可产生H+)；另一类是盐基离子，包括Ca2+、Mg2+、 K+、Na+、NH4+；等。盐基饱和度就是指土壤胶体各种交换性盐基离子的总量占阳离子交换量的百分数，表示如下： 盐基饱和度常常被作为判断土壤肥力水平的重要指标之一。盐基饱和度大于80的土壤，一般被认为是肥沃的土壤，盐基饱和度5080的为肥力中等，而盐基饱和度低于50的为土壤肥力较低。 (三)阳离子的专性吸附 产生阳离子专性吸附的土壤胶体物质主要是铁、铝、锰等的氧化物。过渡金属离子可以与其表面上的羟基相作用，生成表面络合物。 被专性吸附的阳离子主要是过渡金属离子。过渡金属离子具有较多的水合热，较易水解成羟基阳离子，致使离子在向吸附剂表面靠近时所需克服的障碍降低，从而有利于与表面的相互作用。被土壤中专性吸附的金属离子均为非交换态，不能与一般的阳离子产生交换反应。由于专性吸附对微量金属离子具有富集作用的特性，对控制土壤溶液中金属离子浓度具有重要作用，因此对研究土壤重金属污染与转换、植物营养化学、指导合理施肥等有着重要意义。 三、土壤对阴离子的吸附与交换作用 如土壤胶体对阴离子也有静电吸附和专性吸附作用，但由于土壤胶体多数是带负电荷的，因此在很多情况下，阴离子常出现负吸附。 (一)土壤对阴离于的静电吸附 土壤对阴离子的静电吸附，是当土壤胶体带正电荷时所引起的。阴离子的静电吸附有以下几个特点： (1)产生静电吸附的阴离子主要是Cl-、NO3-离子等，SO42-、 H2PO4-、亦可吸附，但易转变为专性吸附，静电吸附是发生在双电层外层(扩散层)，因此吸持松，易于解吸，是可交换性的。 (2)阴离子浓度、离子价、互补离子等对阴离子交换作用的影响和阳离子的吸附与交换作用相似。 (3)阴离子吸附数量与土壤pH值有关。土壤PH 7 时，土壤阴离子的静电吸附量很低。土壤pH值降低，正电荷增加，静电吸附的阴离子增加。 (二)阴离子的负吸附 阴离子的负吸附是指电解质溶液加入土壤后阴离子浓度相对增大的现象。 (三)土壤对阴离子的专性吸附 土壤对阴离子的专性吸附是发生于胶体双电层内层，直接与胶体表面的配位离子(配位基)替换，故又称配位基交换。因此，阴离子的专性吸附也可以发生于电中性或带负电荷的胶体。 阴离子的专性吸附主要发生在铁、铝氧化物的表面，这些氧化物多分布在热带土壤，如红壤和砖红壤。在这些土壤中，阴离子的专性吸附现象相当普遍，对磷酸根等养分离子的固定能力很强。 第四节 土壤的供肥性 土壤的供肥性能是指土壤供应作物所必需的各种速效养分的能力也就是将缓效养分迅速转化为速效养分的能力。 一、土壤的供肥能力 土壤供肥性能的强弱可用土壤供肥能力的大小来衡量。土壤供肥能力表现的主要内容有：土壤供应各种速效养分的数量，各种缓效养分转化为速效养分的速率，各种速效养分持续供应的时间。因此。土壤的供肥能力是土壤中各种养分的供应强度、供应速度及供应时间长短的综合表现。 (一)土壤中各种速效养分的数量 土壤速效养分是指土壤溶液中溶解态养分，包括胶体表面容易吸收利用的养分，又称有效养分。 土壤供肥性的强弱，还应当考虑各种速效养分之间的比例。中国科学院南京土壤研究所的试验表明，土壤中速效钾和水解性氮质量分数的比值小于19时，水稻倒伏严重，比值在26时，不倒伏或轻微倒伏。因此，判断土壤的供肥能力必须联系作物，注意速效养分之间的比例。 在了解速效养分数量和比例的基础上，还应当了解该种养分的全量，通常称作供肥容量或供应容量。它是持续地供应该种养分的基础，反映出土壤供应该种养分潜在能力的大小。速效养分占全量养分的百分数，称作供应强度， 如果土壤的供应容量大，供应强度也大，表明养分的供应都较为充足而不至脱肥；如果两者都小，表明土壤的供肥能力都很弱，必须考虑及时追肥；如（粘土）供应容量大而供应强度小，说明养分的储量多但转化差，则要通过措施促进养分的转化；如（砂土）供应容量小而供应强度大，则在以后一个阶段可能脱肥，要准备补充肥料，以免脱肥。 (二)缓效养分转化为速效养分的速率 土壤中缓效养分是指土壤中的固态养分(矿质态和有机态)，须经过各种化学和生物化学作用逐步转化为溶解态或交换态后才能被植物吸收利用。缓效养分转化为速效养分的速率，是土壤供肥能力强弱的另一个重要标志。土壤养分转化速率高，说明速效养分供应及时。 (三)速效养分持续供应的时间 土壤中速效养分持续供应时间的长短，是土壤肥劲大小的表现。养分持续供应的时间长，说明土壤养分质量分数丰富，肥劲长而不易脱肥；养分持续供应的时间短，说明在作物生育的各个时期，特别是中期和后期，养分供应的数量不足，容易脱肥。 二、土壤养分的有效化过程 土壤胶体上吸附的养分离子对植物的有效性不完全决定于该种吸附离子的绝对数量，而在很大程度上取决于解离和被交换的难易。通常应考虑以下几种因素： l，离子的饱和度 离子饱和度是指土壤中某种交换性阳离子的数量占阳离子交换量的百分数。该离子的饱和度越大，被解吸和交换的机会越多，有效性也越大。生产上采用集中施肥的方法，如把肥料条施或穴施于作物根旁，有利于提高肥料的有效性。 2互补离子的影响 与某种交换性阳离子共存的其他交换性阳离子称为互补离子，如胶体同时吸附K+、Ca2+、Mg2+等离子，对K+来说，Na+、Ca2+、 Mg2+都是K+的互补离子。一般如果互补离子与胶粒的吸附力强则与之共存的阳离子更易于解吸，有效性便较高；反之，与之共存的阳离子有效性便较低， 3粘土矿物的种类 不同类型的粘土矿物具有不同的品格构造特点，因而吸附阳离子的牢固程度也不同。在一定的盐基饱和度范围，蒙脱石类矿物吸附阳离子一般位于晶层之中，吸附比较牢固，有效性较低。而高岭石类矿物吸附阳离子通常位于晶格的外表面，吸附力较弱，有效性较高。 三、土壤供肥性的调节 措施有： (一)合理施肥，提高供肥性能 合理施肥是调节和改善土壤养分供应状况，保证农作物丰收的基本措施。施用有机肥料可以保证土壤养分全面持续地供应，但由于有机肥供肥慢等弱点，因而需用无机化肥来加以补充。 施用无机肥，能迅速增加土壤养分的质量分数，弥补有机肥料的缺陷。但长期单施化肥，会破坏土壤结构，导致土壤板结，应逐步建立以有机肥为基础，有机、无机肥结合。 (二)合理耕作和灌溉 1精耕细作，疏松耕层，以耕促肥 加速土壤矿物质养分的风化释放，提高土壤有效养分质量分数，减少频繁的耕作，对于积累有机质和持续地供应养分也有一定的好处。 2合理灌排，以水促肥 保持适宜的土壤水分，可以加强矿质养分的溶解、水解和氧化作用，促进有机质的分解，提高土壤的供肥能力。一般要求控制土壤含水量在田间持水量6080，较为有利。 (三)用养结合进行合理的轮、间、套作 不同作物具有不同的根系，对于土壤的营养物质有着不同的需要和摄取能力，长期连种同一种作物，必然会引起上壤中某些养分的不足。如连种禾本科作物之后，土壤中的氮素显著减少长期种植烟草之后，土壤中的钾素质量分数下降。轮换种植不同作物，实行深根和浅根作物的换茬，豆科和粮食、经济等作物的轮作，则能平衡地、充分地利用土壤中的营养物质升提高土壤肥力。 (四)消除有毒物质 1消除酸害和碱害 土壤酸性或碱性过强微生物的活性受抑制养分的有效性受影响。土壤酸性过大，土壤中铝、铁、锰还会对植物造成毒害。土壤碱性过大，会降低植物根系活力，影响对可溶性磷酸盐的吸收。 2. 消除盐害 土壤中盐分质量分数达到土壤重量的0.3%以上时就会抑制根的生命活动，至1时则一般植物都不能生。 3消除还原物质毒害 在低洼或长期积水的稻田以及水分过多的土壤会产生各种还原性物质如H2S等的毒害，影响根系对养分的吸收。 4. 消除污染的危害 工业三废(废水、废气、废渣)以灌溉、施肥方式侵入土壤，从而影响到农作物的生长和人、畜健康。第五节 影响土壤供肥性的化学条件一、土壤溶液组成和浓度 土壤溶液是指土壤的液相部分，含有各种无机、有机可溶物质和悬浮胶粒。土壤溶液是土壤中最活跃的组成部分，它直接参与土壤的形成过程，对土壤的理化性质、物质交换及植物营养等方面起着重要作用。 (一)土壤溶液的组成 土壤溶液中的物质形态多种多样，土壤溶液中的无机物主要有钙、镁、钾、钠、铵等各种盐类。有机物主要是可溶性蛋白质、可溶性糖类、氨基酸、腐殖酸和它们的盐类。 (二)土壤溶液的浓度 土壤溶液是非常稀薄的不饱和溶液，其浓度随土壤类型、土体深度、水、气、热状况及外界施肥耕作等管理措施的不同而不断变化。般正常土壤中总浓度为200 1000 mgkg-1，即很少超过0.1 %，但在盐碱土中或在施肥量过大的地方，使土壤溶液渗透压加大作物吸收水分和养分造成困难。 (三)土壤溶液组成、浓度与养分的有效性 土壤溶液的组成和浓度与土壤养分的有效性密切相关。在一定低浓度范围内，土壤养分离子的有效性，随溶液浓度的增高而加大；在浓度较高时，随浓度增高有而减少。土壤溶液的组成不同，也会影响有关离子的有效性。如铁铝等物质质量分数过高时，会使磷受到固定，降低其有效性。 二、土壤酸碱反应 (一)土壤酸性反应 土壤酸性是根据氢离子存在的方式，按其为溶液态或胶体吸附态而分为两大类型：即活性酸和潜性酸。 1活性酸 土壤的活性酸是由土壤溶液中游离的氢离子H+所表现出来的酸度。通常以pH值来表示，pH值是H+浓度的负对数，即pH-lgH+。土壤酸碱度一般可分为9级(表63)。我国土壤的酸碱度，绝大多数在pH45 85之间。般来说，在北纬33以北，大部分土壤呈中性至碱性的反应；在33以南，土壤多为酸性至强酸性。 2潜性酸 土壤的潜性酸是由土壤胶体上吸附的氢离子和铝离子所引起的酸度。这些离子呈吸附态时不显示酸性，只有当它们从胶体上解离或被其他阳离子所交换而转移到溶液中以后才表现出来。吸附性铝离子转移到溶液中之后通过水解作用产生氢离子而致酸。 土壤潜性酸要比活性酸多得多，一般相差34个数量级，通常用每1 000g烘干上中氢离子的厘摩尔数来表示cmol(+)kg。土壤潜性酸的大小常用交换性酸度或水解性酸度来表示，因两者在测定时所采用的浸提剂不同，所测得的潜性酸量也不同。 (1)交换性酸。用过量的中性盐溶液（如 1 mol/L KCl）与土壤作用，将胶体上的大部分H+或A13+交换出来，再以标准碱液滴定溶液中的H+，这样测得的酸度称为交换性酸。 由于此反应是个可逆的阳离子交换平衡反应，所测得的酸量只是土壤潜性酸量的大部分而不是它的全部。交换性酸是在进行调节土壤酸度估算石灰用量时有重要参考价值。 (2)水解性酸。用弱酸强碱盐溶液(如pH82的1 mol.L-1醋酸钠)处理士壤，钠离子与胶体上吸附的氧离子发生交换反应。首先是醋酸钠水解生成解离度很小的醋酸和完全解离的氢氧化钠： 然后，由氧氧化钠解离的钠离子与吸附性氢或铝交换。交换出来的氢离子与氧离子结合成水，铝离子与氢氧离子生成氢氧化铝：上述反应的产物一个是H2O，不易解离；个是Al(OH)3。在中性到碱性的介质中沉淀。所以反应向右进行，直至土壤胶体上所吸附的H+或Al3+完全交换。用标准碱溶液滴定溶液中的醋酸测得的酸度，即相当于胶体上吸附性的氢离子、铝离子的数量，称为水解性酸度。一般情况下，土壤水解性酸度大于交换性酸度。土壤水解性酸度也可作为酸性土壤改良时计算石灰需要量的参考数据。 (二)土壤碱性反应 1土壤碱性的来源 碱性土壤中氧氧离子的来源主要是弱酸强碱盐水解的结果。土壤中常见的弱酸强碱盐有碳酸根及重碳酸根的钾、钠、钙、镁盐。以碳酸钠水解为例： 生成物中的碳酸是弱酸，氧氧化钠是强碱，解离度较碳酸大，所以碳酸钠水解的结果是溶液中氢氧离子占优势而使溶液呈碱性。 此外，当土壤胶体上吸附性钠离子和钙离子的饱和度增加到一定程度会引起交换水解作用而使溶液呈碱性反应，如： 由于土壤中不断有大量CO2产生，所以交换反应所形成的NaOH实际上都是以Na2CO3或NaHCO3形态存在。 2碱性的表示方法 土壤的碱性可用pH值表示，土壤的pH值愈大，碱性愈强。此外，总碱度和碱化度也是用来反映碱性强弱的指标。 (1)总碱度。总碱度是指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的总量。即 引起土壤碱性反应的弱酸强碱盐中最主要的是碳酸根和重碳酸根的碱金属 (Na、K)及碱土金属(Ca、Mg)的盐类存在。其中CaCO3及MgCO3的溶解度很小，在正常CO2分压下，它们在土壤溶液中的浓度很低，所以含CaCO3和 MgCO3的土壤，其pH值不可能很高，最高的pH值在85左右，这种因石灰性物质所引起的弱碱性反应(pH值7585)称为石灰性反应，该土壤称之为石灰性土壤。 (2)碱化度(钠碱化度：ESP)。碱化度是指交换性钠离子占阳离子交换量的百分数。 当土壤碱化度达到一定程度，可溶盐质量分数较低时，土壤就呈极强的碱性反应，pH值大于8.5甚至超过10.0。这种土壤士粒高度分散，湿时泥拧，干时硬结，耕性极差。土壤理化性质上发生的这些恶劣变化，称为土壤的“碱化作用”。 土壤碱化度常被用来作为碱土分类及碱化土壤改良利用的指标和依据。 (三)影响土壤酸碱性的因素 土壤酸碱反应除在大范围内有不同表现外，还存在着小区或微区域的变异。影响土壤酸碱性的因素如下： l，气候 高温多雨的地区，风化淋溶较强盐基易淋失容易形成酸性的自然土壤；半干旱或干旱地区的自然士壤，盐基淋溶少，土壤水分蒸发量大，下层的盐基物质容易随着毛管水的上升而聚集在土壤的上层，使土壤具有石灰性反应。因此，我国的土壤酸碱度有东南酸而西北碱的分布趋势。 2地形 在同气候的小区域内，处于高坡地形部位的土壤，淋溶作用较强，其pH值常较低地形部分的低。但也有相反的情况，如四川的紫色土，由于土层较薄，水分流动快，高坡地在雨水的冲刷下，容易露出母质，如果母质是由含碳酸盐的紫色砂页岩发育而成，便会使高坡的土壤具有较高的pH值，而下坡的土壤却因水分作用的机会多，盐基淋失而呈微酸性反应。干旱及半干旱地区的洼地土壤，由于承纳高处流入的盐碱成分较多，或因地下水矿化度高而又接近地表，使土壤常呈碱性， 3母质 在其他成土因素相同的条件下，酸性的母岩(如流纹岩、花岗岩)常较碱性母岩(如石灰岩、大理岩)所形成的土壤有较低的pH值。 4、植被 不同植被因组分的差异而对土壤酸碱性产生不同的影响，例如，针叶树的灰分组成中盐基成分常较阔叶树少，因此发育在针叶林下的土壤酸性较强。在南方沿诲地区的滨海沉积物上，生长着一种叫红树林的常绿灌木林，由于其含有硫化物，分解后氧化生成硫酸，因此，在此类沉积物上发育的水稻土常呈强酸性反应。 5人类活动 耕作土壤的酸碱度受人类耕作活动，特别是施肥影响很大。施用石灰、草木灰等碱性肥料可以中和土壤酸度，但有些水稻土由于施用石灰过多而变成石灰性水稻土。而长期用硫酸铵等生理酸性肥料，却因遗留酸根而导致土壤变酸。近年来，酸雨(pH5.6)对土壤酸度影响已越来越明显。 6盐基饱和度 盐基饱和度与土壤酸度关系密切。在一定范围内土壤pH值随盐基饱和度的增加而增高。这种关系大致如下：土壤pH值 5 55.5 5.56 67盐基饱和度()30 3060 6080 80100 7氧化还原条件 水稻土浸水后pH值变化明显，酸性上pH值升高，碱性土pH值下降。在酸性土壤中，这是由于淹水后氧化还原电位降低，Fe、Mn等氧化物逐渐由氧化态转变为还原性的碳酸铁、锰呈碱性。而在碱性土中，则可能是由于有机酸和碳酸的综合影响所致。 (四)土壤酸碱性对土壤养分和作物生长的影响 1土壤酸碱性与土壤养分 土壤中有机态养分要经过土壤微生物参与活动，才能转化为速效态养分供植物吸收，而参与有机质分解的微生物大多数在弱酸性至弱碱性的环境下生长发育，因此土壤养分的有效性一般以pH 6一8的范围内有效性最高(图 6 - 6)。土壤中钙、镁、磷以及檄量元素，如铁、锰、铜、锌、硼、钼等离子的形态和有效性与土壤酸碱度之间的密切关系在第二篇内详细叙述。2土壤酸碱性与植物生长 不同的栽培植物适宜生长在不同的pH值范围(表64)。对大多数作物来说，喜欢近中性的土壤，以pH6075为宜。有些作物却适应性很广，如马铃薯在pH48范围内都可以生长，而以pH5左右生长得最好。有些植物对土壤酸碱条件要求非常严格，它们只能在某一特定的酸碱范围内生长可以为土壤酸碱度起指示作用而被称为指示植物。如铁芒箕、映山红、石松、茶等都只在酸性的土壤上生长，称为酸性上指示植物；苍耳。甘草、柏木是石灰性土的指示植物；芨芨草、碱灰菜、碱蓬是碱土的指示植物。认识这些植物，对于野外鉴别土壤酸碱性是很有帮助的。 (五)土壤酸碱性的调节 土壤反应过酸或过碱，都要取适当的措施加以调节，以适应作物生长的要求。酸性土通常用石灰来改良。草木灰既是良好的钾肥，同时又能中和酸性。沿海的咸酸田在采用淡水洗盐的同时，也能把一些酸性物质除掉。 施用石灰中和土壤酸性的作用如下： 在确定石灰施用量时除土壤pH值外尚需考虑上壤质地和有机质质量分数水平。因为它们影响土壤的阳离子吸收量和缓冲能力。质地愈粘，有机质质量分数越多，石灰的需要量越多。通常是根据土壤交换性酸量来估算，具体方法可参考土壤农化分析。一般认为，土壤pH6左右就可不必施用石灰，因此没有必要把土壤pH值调至中性， 对碱性土，可用石膏、硫磺或明矾(硫酸铝钾)来改良。石膏改良碱性土的作用如下： 硫磺(S)经土壤中硫细菌的作用氧化生成硫酸；明矾在上壤中水解亦产生硫酸，都能起到中和碱性的效果。(一)土壤的缓冲性及其重要性 土壤的缓冲性或缓冲作用，是指酸性或碱性物质加入土壤，土壤具有缓和其酸碱反应变化的性能。它可以稳定土壤溶液的反应，使酸碱的变化保持在一定他围内。 土壤缓冲能力的大小舣用缓冲量来表示，即：使土壤溶液改变一个单位pH值时所需要量的酸或碱的厘摩尔数。缓冲量的大小主要与土壤的粘粒、有机质质量分数等有关。 (二)土壤缓冲作用的机制 l土壤胶体的阳离子交换作用是土壤产生缓冲性的主要原因 当土壤溶液中H+增加时，胶体表面的交换性盐基离子与溶液中的H+交换，生成了中性盐，使土壤溶液的H+的浓度基本上无变化或变化很小。又如土壤溶液中加入MOH，解离产生M+和OH-，由于M+和胶体上H+交换H+转入溶液中，立即同OH-生成极难解离的H2O，溶液的pH值基本不变。 此外，在极强酸性(pH4)土壤中，铝离子对碱也可以起缓冲作用。 一般胶体数量多，阳离子代换量大的土壤，其缓冲性强，所以粘质土及有机质质量分数高的土壤，比砂质土及有机质质量分数低的土壤缓冲性强；如两种土壤的阳离子交换量相同，则盐基饱和度愈大的，对酸的缓冲能力愈强；而盐基饱和度愈小，潜在酸度愈大的土壤，则对碱的缓冲能力愈强。 2土壤溶液中的弱酸及其盐类的存在 土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其他有机酸及其盐类，构成一个良好的缓冲体系，故对酸、碱均有缓冲作用。3土壤中两性物质的存在 上壤有许多两性物质，如蛋白质、氨基酸、胡敏酸、无机磷酸等对酸碱都有缓冲能力。例如，氨基酸，它的氨基可以中和酸，羧基可以中和碱。 四、土壤的氧化还原反应 土壤中存在着各种氧化态和还原态的物质，并不断进行各种复杂的氧化还原反应。它对土壤的供肥性能和植物生长有重要的影响，氧化还原反应是土壤溶液中的一个重要化学性质。 (一)土壤氧化还原体系 氧化还原反应中氧化剂(电子给予体)和还原剂(电子接受体)构成了氧化还原体系。土壤中产生氧化还原反应的物质很多，存在多种氧化还原体系。 土壤中主要的氧化剂是进入土壤中的氧。土壤的生物化学过程的方向与强度，在很大程度决定于土壤空气和溶液中氧的质量分数。当土壤中的O2，被消耗掉，其他氧化态物质，如NO、Mn4+、Fe3+、SO2-4依次作为电子受体被还原。土壤中的还原剂主要是有机质，尤其是新鲜的未分解的有机质，它们在适宜的温度、水分和pH值条件下还原能力很强。 (二)土壤氧化还原电位 土壤是一个氧化物质与还原物质并存的体系，土壤溶液中氧化物质和还原物质的相对比例，决定着土壤的氧化还原状况，这种由土壤中的氧化态物质和还原态物质在氧化还原电极(常为铂电极)达到平衡时的电极电位，称土壤氧化还原电位，用Eh来表示，单位为伏(V)和毫伏(rev)。氧化还