为什么土壤酸化会影响植物的生长

关于土壤酸化问题，已经是行业内讨论最多的话题。但是，土壤到底是如何酸化的，酸化明显的土壤又是如何影响作物生长的，土壤酸化对整个农业生产和我们的生活还有哪些影响，相关的论述与分析并不多。

上周《氮循环和土壤酸化》一文中，从土壤中的氮素循环角度提到了铵态氮是导致土壤酸化最大的根源。其中包括尿素（尤其是硫包膜尿素）、氯化铵、磷酸二铵（磷酸一铵）以及以这些铵态氮为原料的复合肥。

过度施用这些氮肥，不但增加了耕种成本，降低了生产效益，还同时带来植物徒长、氨气肥害和土壤酸化等等一连串的恶果。

都说土壤酸化了不好，那么，土壤酸化到底对植物生长有哪些影响呢？

首先，我们来看看什么是土壤酸化，这个倒是容易理解，就是土壤溶液的PH值偏低，显酸性。

PH值又是咋回事呢，PH是potential of hydrogen的缩写，是指溶液中氢离子的总数和总物质的量的比。

在化学上，有很多物质是以两种或几种“离子”凭借离子键结合在一起的，但离子键把两种或几种离子“捆绑”在一起的力度并不是牢不可破的，有时候会有一部分“逃离”出来，成为游离状态的自由者。这种现象叫做电离，是一种动态的平衡现象。具有电离现象的物质叫做电解质。

水是一种很弱的电解质物质，电离出来的氢离子或氢氧根离子浓度很低，25℃时1L纯水中只有1×10⁻⁷mol的水分子发生电离。由水分子电离出的H⁺和OH⁻数目在任何情况下总相等。25℃时，纯水中[H⁺]=[OH⁻]=1×10⁻⁷mol/L。

水溶液中不仅仅含有水分子，水分子的电解往往会受其它物质的影响，但电离出来的氢离子或氢氧根离子还是很少，计算起来很麻烦，1909年丹麦化学家[url=]Søren Peder Lauritz Sørensen[/url]，提出了PH这个概念。

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

其中[H+]指的是溶液中氢离子的活度（有时也被写为[H3O+]，水合氢离子活度），单位为[url=]摩尔[/url]／[url=]升[/url]，在稀溶液中，氢离子活度约等于氢离子的[url=]浓度[/url]，可以用氢离子浓度来进行近似计算。

在[url=]标准温度和压力[/url]下，pH=7的水溶液（如：纯[url=]水[/url]）为中性，这是因为水在标准温度和压力下自然电离出的氢离子和[url=]氢氧根[/url]离子浓度的乘积（水的[url=]离子积[/url]常数）始终是1×10−14，且两种离子的浓度都是1×10−7mol/L。pH值小于7说明H+的浓度大于OH−的浓度，故溶液酸性强，而pH值大于7则说明H+的浓度小于OH−的浓度，故溶液碱性强。所以pH值愈小，溶液的酸性愈强；pH愈大，溶液的碱性也就愈强。

[url=]Søren Peder Lauritz Sørensen[/url]把PH分为14个级别，7为中性，大于7显碱性，小于7显酸性。

pH值基于氢和羟基离子浓度的对数值。这意味着pH 5的溶液具有pH6的溶液的氢离子浓度的10倍。pH4的溶液的氢离子比pH 5高10倍，或为PH6溶液中氢离子浓度的100倍。

那么，酸碱性会不会直接影响植物的生长呢？美国人D.I.Arnon博士做了一个试验。

他们在水溶液中种植植物，pH从非常酸到非常碱。 该解决方案在所有pH值下都提供了所有重要植物营养素的充分供应。植物生长良好，除非是非常酸或极碱性的pH值。在土壤中常见的pH值范围内，即4-9，植物生长并不受溶液pH的很大影响。

都说酸碱性影响植物生长，这个试验到底是咋回事呢。

这些问题的答案在于pH值对土壤中生长的植物的影响是间接的，而Arnon博士的溶液培养实验设计用于测量pH的直接影响。生长溶液中所含的植物必需的营养素既不缺乏也不过剩。

土壤是一个很复杂的生态大世界，由固态的土壤颗粒液态的水溶液和气态的土壤空气组成，其中还包括各种微生物、原生动物、昆虫及植物根系等生物体系，土壤颗粒上吸附了各种矿物质，土壤溶液中也有各种离子态或分子态的物质。

一般的，植物根系是从土壤溶液中吸附并吸收矿质营养的。所以，溶解于水中的离子态物质往往是能够被植物直接吸收的营养物质。

但溶解于水中的这些离子态物质又是从哪里来的呢？一个是来自于土壤之外的肥料，一个是来自于土壤颗粒上所吸附的离子。

土壤颗粒是带有电荷的胶体颗粒，其表面往往吸附着大量的带正电荷的阳离子，比如钠离子、铝离子、钾离子、铵根离子等等，这些离子又随时会解离到土壤水溶液中，进而被根系吸收，这种解离往往又是以离子交换的形式进行的，比如铵根离子和氢离子之间的交换，越容易被交换到土壤水溶液中的阳离子也就意味着更容易被根系吸收，或者说，阳离子交换能力越好的土壤颗粒，能够供应植物吸收营养的能力往往越好。

被土壤颗粒吸附的太牢靠，或直接和其它物质紧密结合成不能被水溶解的物质，也就不能或很难被根系吸收。

土壤PH直接影响到这些离子在土壤颗粒和土壤溶液中的状态，是处于频繁交换的离子状态还是身不由己被牢牢的固定。

在植物最需要的时候，如果能够适度的进行离子交换，及时地被根系吸收，对于土壤管理和植物栽培来说是最好的。不及时或过多，都不是好事。

在植物需要的时候不能有足量的水溶态离子出现在根系附近，就会造成植物营养缺乏，影响植物的生长和发育，甚至有缺素症显现；

过多的水溶态的营养元素，游荡在根系附近首先会抑制甚至毒害根系，然后或随水渗漏到地下水中造成水源污染，或逸失到大气中造成气害或空气污染。

施肥不及时或不足量，会造成植物营养缺乏，施肥过于频繁或过量，超过了土壤胶体对阳离子吸附能力的极限，还会造成土壤酸化和盐渍化，恶化土壤的供水供肥能力，也会造成植物缺素。

常见的成酸阳离子（带正电荷的溶解离子）是氢（H +）、铝（Al3 +）、硅和铁（Fe2 +或Fe3+），而常见的成碱阳离子包括钙（Ca2 +）、镁（Mg2 +）、钾）和钠（Na +）。

土壤酸化的原因，还和土壤成土母质及气候有关。寒温带以碳酸盐为主的粘土土壤，由于相对较低的降水量，碱性阳离子的淋失很少，导致相对较高的碱饱和度和pH值大于7.相反，含二氧化硅（比如花岗岩）较多的沙质土，具有低缓冲能力（抵抗pH变化的能力），在大量降水的区域，降水导致碱性阳离子的淋失增加，土壤pH降低。

具有高离子交换能力的土壤能够将更多的阳离子如Ca2 +或K +结合到粘土和有机物质颗粒表面的交换位置（离子结合位置），有更大的缓冲能力，增加土壤抵抗pH变化的能力。 具有大量粘土和/或有机物质的土壤通常具有比更多壤质或沙质土壤更高的离子交换和缓冲能力。

由于H +是阳离子，它将与其他阳离子竞争交换位点。 当土壤pH高（即更碱性，低浓度的H+）时，更多的碱性阳离子将在颗粒交换位置上，因此不易淋失。然而，当土壤pH值较低（即较低碱度，较高浓度的H +）时，更多的H +离子可用于“交换”碱性阳离子，从而将其从交换位置除去并将其释放到土壤溶液（土壤水）中。因此，交换的营养物质被植物吸收或通过淋失或侵蚀而损失。

在我国，南方多雨地区或高山区域的土壤往往先酸性，北方干旱和半干旱区域的土壤往往显中性偏碱。

频繁、超量使用肥料的农田，尤其是种植指数特别大的经济作物区，土壤中往往积累了大量的铵态氮肥料，酸化也就成为必然。

也就是说，土壤酸化对农业生产的直接影响是体现在土壤性状上，打乱土壤中各种营养元素的平衡状态，就会降低肥料的吸收利用率，然后再转嫁到作物的生长上。

植物养分利用率受土壤pH的影响很大。 除了在6至7的pH范围内最为可用的P外，大量营养素（N，K，Ca，Mg和S）在6.5至8的pH范围内更可获得，而大多数微量营养素（ B，Cu，Fe，Mn，Ni和Zn）在5至7的pH范围内更可获得。在这些最佳范围之外，植物获得的营养物会较少。

研究证明，如果土壤低于pH 5，则硼，钼和硫的可利用性降低，营养摄取和叶面积生产降低三分之一以上，而不管施用多少氮。

- 如果土壤的pH值接近4，那么铝对根系会产生毒害；
- 如果pH为4.5，则施用的肥料约75％可能对植物无效；
- 如果pH为5，则约所施用肥料的54％可能对植物无效；
- 如果pH为5.5，所施肥料的33％可能对植物无效；
- 如果pH为6.0，所施肥料的约20％可能对植物无效。

如果土壤pH值大于7，则铁，锰，锌，铜和钴的可利用性降低，导致养分和叶面肥的摄取减少。

所以，地表生长的青苔、红苔，不是土壤酸化的直接恶果，土壤性状恶化造成的植物缺素症和盐渍化，才是其真正的显现。

缺啥补啥的原则也不是最科学的解决之道，合理耕种，还土壤回归于自然生态，给植物一个健康的生长环境，才是遏制土壤酸化、提高肥料利用率、达到可持续高效益农业生产的唯一选择。

至于如何更合理的解决土壤酸化及其引起的植物生长障碍问题，接下来会有文章详述，请持续关注。（赵占周 原创）