為什么土壤酸化會(huì)影響植物的生長

關(guān)于土壤酸化問題，已經(jīng)是行業(yè)內(nèi)討論最多的話題。但是，土壤到底是如何酸化的，酸化明顯的土壤又是如何影響作物生長的，土壤酸化對整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和我們的生活還有哪些影響，相關(guān)的論述與分析并不多。

上周《氮循環(huán)和土壤酸化》一文中，從土壤中的氮素循環(huán)角度提到了銨態(tài)氮是導(dǎo)致土壤酸化最大的根源。其中包括尿素（尤其是硫包膜尿素）、氯化銨、磷酸二銨（磷酸一銨）以及以這些銨態(tài)氮為原料的復(fù)合肥。

過度施用這些氮肥，不但增加了耕種成本，降低了生產(chǎn)效益，還同時(shí)帶來植物徒長、氨氣肥害和土壤酸化等等一連串的惡果。

都說土壤酸化了不好，那么，土壤酸化到底對植物生長有哪些影響呢？

首先，我們來看看什么是土壤酸化，這個(gè)倒是容易理解，就是土壤溶液的PH值偏低，顯酸性。

PH值又是咋回事呢，PH是potential of hydrogen的縮寫，是指溶液中氫離子的總數(shù)和總物質(zhì)的量的比。

在化學(xué)上，有很多物質(zhì)是以兩種或幾種“離子”憑借離子鍵結(jié)合在一起的，但離子鍵把兩種或幾種離子“捆綁”在一起的力度并不是牢不可破的，有時(shí)候會(huì)有一部分“逃離”出來，成為游離狀態(tài)的自由者。這種現(xiàn)象叫做電離，是一種動(dòng)態(tài)的平衡現(xiàn)象。具有電離現(xiàn)象的物質(zhì)叫做電解質(zhì)。

水是一種很弱的電解質(zhì)物質(zhì)，電離出來的氫離子或氫氧根離子濃度很低，25℃時(shí)1L純水中只有1×10⁻⁷mol的水分子發(fā)生電離。由水分子電離出的H⁺和OH⁻數(shù)目在任何情況下總相等。25℃時(shí)，純水中[H⁺]=[OH⁻]=1×10⁻⁷mol/L。

水溶液中不僅僅含有水分子，水分子的電解往往會(huì)受其它物質(zhì)的影響，但電離出來的氫離子或氫氧根離子還是很少，計(jì)算起來很麻煩，1909年丹麥化學(xué)家[url=]Søren Peder Lauritz Sørensen[/url]，提出了PH這個(gè)概念。

• {\displaystyle {\mbox{pH}}=-\log _{10}\left[{\mbox{H}}^{+}\right]=\log _{10}{\frac {1}{\left[{\mbox{H}}^{+}\right]}}}
  
• 
  
  

其中[H+]指的是溶液中氫離子的活度（有時(shí)也被寫為[H3O+]，水合氫離子活度），單位為[url=]摩爾[/url]／[url=]升[/url]，在稀溶液中，氫離子活度約等于氫離子的[url=]濃度[/url]，可以用氫離子濃度來進(jìn)行近似計(jì)算。

在[url=]標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力[/url]下，pH=7的水溶液（如：純[url=]水[/url]）為中性，這是因?yàn)樗�在�?biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下自然電離出的氫離子和[url=]氫氧根[/url]離子濃度的乘積（水的[url=]離子積[/url]常數(shù)）始終是1×10−14，且兩種離子的濃度都是1×10−7mol/L。pH值小于7說明H+的濃度大于OH−的濃度，故溶液酸性強(qiáng)，而pH值大于7則說明H+的濃度小于OH−的濃度，故溶液堿性強(qiáng)。所以pH值愈小，溶液的酸性愈強(qiáng)；pH愈大，溶液的堿性也就愈強(qiáng)。

[url=]Søren Peder Lauritz Sørensen[/url]把PH分為14個(gè)級(jí)別，7為中性，大于7顯堿性，小于7顯酸性。

pH值基于氫和羥基離子濃度的對數(shù)值。這意味著pH 5的溶液具有pH6的溶液的氫離子濃度的10倍。pH4的溶液的氫離子比pH 5高10倍，或?yàn)镻H6溶液中氫離子濃度的100倍。

那么，酸堿性會(huì)不會(huì)直接影響植物的生長呢？美國人D.I.Arnon博士做了一個(gè)試驗(yàn)。

他們在水溶液中種植植物，pH從非常酸到非常堿。 該解決方案在所有pH值下都提供了所有重要植物營養(yǎng)素的充分供應(yīng)。植物生長良好，除非是非常酸或極堿性的pH值。在土壤中常見的pH值范圍內(nèi)，即4-9，植物生長并不受溶液pH的很大影響。

都說酸堿性影響植物生長，這個(gè)試驗(yàn)到底是咋回事呢。

這些問題的答案在于pH值對土壤中生長的植物的影響是間接的，而Arnon博士的溶液培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)用于測量pH的直接影響。生長溶液中所含的植物必需的營養(yǎng)素既不缺乏也不過剩。

土壤是一個(gè)很復(fù)雜的生態(tài)大世界，由固態(tài)的土壤顆粒液態(tài)的水溶液和氣態(tài)的土壤空氣組成，其中還包括各種微生物、原生動(dòng)物、昆蟲及植物根系等生物體系，土壤顆粒上吸附了各種礦物質(zhì)，土壤溶液中也有各種離子態(tài)或分子態(tài)的物質(zhì)。

一般的，植物根系是從土壤溶液中吸附并吸收礦質(zhì)營養(yǎng)的。所以，溶解于水中的離子態(tài)物質(zhì)往往是能夠被植物直接吸收的營養(yǎng)物質(zhì)。

但溶解于水中的這些離子態(tài)物質(zhì)又是從哪里來的呢？一個(gè)是來自于土壤之外的肥料，一個(gè)是來自于土壤顆粒上所吸附的離子。

土壤顆粒是帶有電荷的膠體顆粒，其表面往往吸附著大量的帶正電荷的陽離子，比如鈉離子、鋁離子、鉀離子、銨根離子等等，這些離子又隨時(shí)會(huì)解離到土壤水溶液中，進(jìn)而被根系吸收，這種解離往往又是以離子交換的形式進(jìn)行的，比如銨根離子和氫離子之間的交換，越容易被交換到土壤水溶液中的陽離子也就意味著更容易被根系吸收，或者說，陽離子交換能力越好的土壤顆粒，能夠供應(yīng)植物吸收營養(yǎng)的能力往往越好。

被土壤顆粒吸附的太牢靠，或直接和其它物質(zhì)緊密結(jié)合成不能被水溶解的物質(zhì)，也就不能或很難被根系吸收。

土壤PH直接影響到這些離子在土壤顆粒和土壤溶液中的狀態(tài)，是處于頻繁交換的離子狀態(tài)還是身不由己被牢牢的固定。

在植物最需要的時(shí)候，如果能夠適度的進(jìn)行離子交換，及時(shí)地被根系吸收，對于土壤管理和植物栽培來說是最好的。不及時(shí)或過多，都不是好事。

在植物需要的時(shí)候不能有足量的水溶態(tài)離子出現(xiàn)在根系附近，就會(huì)造成植物營養(yǎng)缺乏，影響植物的生長和發(fā)育，甚至有缺素癥顯現(xiàn)；

過多的水溶態(tài)的營養(yǎng)元素，游蕩在根系附近首先會(huì)抑制甚至毒害根系，然后或隨水滲漏到地下水中造成水源污染，或逸失到大氣中造成氣害或空氣污染。

施肥不及時(shí)或不足量，會(huì)造成植物營養(yǎng)缺乏，施肥過于頻繁或過量，超過了土壤膠體對陽離子吸附能力的極限，還會(huì)造成土壤酸化和鹽漬化，惡化土壤的供水供肥能力，也會(huì)造成植物缺素。

常見的成酸陽離子（帶正電荷的溶解離子）是氫（H +）、鋁（Al3 +）、硅和鐵（Fe2 +或Fe3+），而常見的成堿陽離子包括鈣（Ca2 +）、鎂（Mg2 +）、鉀）和鈉（Na +）。

土壤酸化的原因，還和土壤成土母質(zhì)及氣候有關(guān)。寒溫帶以碳酸鹽為主的粘土土壤，由于相對較低的降水量，堿性陽離子的淋失很少，導(dǎo)致相對較高的堿飽和度和pH值大于7.相反，含二氧化硅（比如花崗巖）較多的沙質(zhì)土，具有低緩沖能力（抵抗pH變化的能力），在大量降水的區(qū)域，降水導(dǎo)致堿性陽離子的淋失增加，土壤pH降低。

具有高離子交換能力的土壤能夠?qū)⒏�多的陽離子如Ca2 +或K +結(jié)合到粘土和有機(jī)物質(zhì)顆粒表面的交換位置（離子結(jié)合位置），有更大的緩沖能力，增加土壤抵抗pH變化的能力。 具有大量粘土和/或有機(jī)物質(zhì)的土壤通常具有比更多壤質(zhì)或沙質(zhì)土壤更高的離子交換和緩沖能力。

由于H +是陽離子，它將與其他陽離子競爭交換位點(diǎn)。 當(dāng)土壤pH高（即更堿性，低濃度的H+）時(shí)，更多的堿性陽離子將在顆粒交換位置上，因此不易淋失。然而，當(dāng)土壤pH值較低（即較低堿度，較高濃度的H +）時(shí)，更多的H +離子可用于“交換”堿性陽離子，從而將其從交換位置除去并將其釋放到土壤溶液（土壤水）中。因此，交換的營養(yǎng)物質(zhì)被植物吸收或通過淋失或侵蝕而損失。

在我國，南方多雨地區(qū)或高山區(qū)域的土壤往往先酸性，北方干旱和半干旱區(qū)域的土壤往往顯中性偏堿。

頻繁、超量使用肥料的農(nóng)田，尤其是種植指數(shù)特別大的經(jīng)濟(jì)作物區(qū)，土壤中往往積累了大量的銨態(tài)氮肥料，酸化也就成為必然。

也就是說，土壤酸化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的直接影響是體現(xiàn)在土壤性狀上，打亂土壤中各種營養(yǎng)元素的平衡狀態(tài)，就會(huì)降低肥料的吸收利用率，然后再轉(zhuǎn)嫁到作物的生長上。

植物養(yǎng)分利用率受土壤pH的影響很大。 除了在6至7的pH范圍內(nèi)最為可用的P外，大量營養(yǎng)素（N，K，Ca，Mg和S）在6.5至8的pH范圍內(nèi)更可獲得，而大多數(shù)微量營養(yǎng)素（ B，Cu，F(xiàn)e，Mn，Ni和Zn）在5至7的pH范圍內(nèi)更可獲得。在這些最佳范圍之外，植物獲得的營養(yǎng)物會(huì)較少。

研究證明，如果土壤低于pH 5，則硼，鉬和硫的可利用性降低，營養(yǎng)攝取和葉面積生產(chǎn)降低三分之一以上，而不管施用多少氮。

- 如果土壤的pH值接近4，那么鋁對根系會(huì)產(chǎn)生毒害；
- 如果pH為4.5，則施用的肥料約75％可能對植物無效；
- 如果pH為5，則約所施用肥料的54％可能對植物無效；
- 如果pH為5.5，所施肥料的33％可能對植物無效；
- 如果pH為6.0，所施肥料的約20％可能對植物無效。

如果土壤pH值大于7，則鐵，錳，鋅，銅和鈷的可利用性降低，導(dǎo)致養(yǎng)分和葉面肥的攝取減少。

所以，地表生長的青苔、紅苔，不是土壤酸化的直接惡果，土壤性狀惡化造成的植物缺素癥和鹽漬化，才是其真正的顯現(xiàn)。

缺啥補(bǔ)啥的原則也不是最科學(xué)的解決之道，合理耕種，還土壤回歸于自然生態(tài)，給植物一個(gè)健康的生長環(huán)境，才是遏制土壤酸化、提高肥料利用率、達(dá)到可持續(xù)高效益農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的唯一選擇。

至于如何更合理的解決土壤酸化及其引起的植物生長障礙問題，接下來會(huì)有文章詳述，請持續(xù)關(guān)注。（趙占周 原創(chuàng)）