时解离产生的酸度。又称水解性酸。与活性酸相对而言,交换性酸和非交换性酸又统称为潜性酸。含有交换性酸的土壤一定含有水解性酸(如红壤),但含有水解性酸的土壤不一定含有交换性酸(如中性土壤)。酸度指标 交换性酸和非交换性酸是常用的容量指标。在施用石灰以改良土壤酸性时,交换性酸的数量常常是重要的依据。土壤酸度的强度指标,最常用的是pH(见pH),也有用pK值的。
土壤酸性强弱的程度。它影响着土壤中的一系列物理的、化学的、生物的性质,并对植物生长产生直接或间接的影响。
在自然因素中,溶于雨水的CO2形成碳酸,解离后产生的H+取代土壤中的盐基离子并随水淋失,这就是土壤发生中的淋溶过程,长期淋溶的结果使土壤变酸;植物根系的代谢,微生物对土壤有机质的分解,酸性硫酸盐土中的硫化物氧化后产生硫酸等,都能产生酸性物质使土壤变酸。在人为因素中,工业生产排放的酸性废气溶于降水中成为酸雨,进入土壤;某些酸性肥料或可以变酸的肥料等施入土壤,都能使土壤变酸。
可分为活性酸、交换性酸和非交换性酸(亦称水解性酸)3种。①活性酸是由土壤溶液中的氢离子引起的,能参与土壤中的各种化学反应。土壤的水浸提液的pH即反映土壤的活性酸。形成活性酸的主要物质有溶解的CO2、水溶性有机酸及能够水解的酸性盐等,热带滨海地区的酸性硫酸盐土,在排水落干变成氧化状态后,出现多量游离的硫酸,使土壤pH很低。这是土壤活性酸最突出的一个例子。②交换性酸是土壤永久负电荷吸附的交换性铝和交换性氢产生的酸度。当用中性盐溶液浸提土壤时,中性盐的阳离子与吸附的铝、氢离子进行交换反应。氢离子进入溶液后直接表现出酸性,铝离子进入溶液中经过水解作用后释放出氢离子,而表现出酸性。土壤溶液中的氢离子被吸附在土壤胶体表面即成为交换性氢。交换性氢并不稳定,它们能与矿质部分的结构铝反应,置换出等当量的铝并成为交换性铝离子。这种氢、铝离子间的转化速度相当快。一般以小时计。下表为用人工制备的氢质土的测试结果。
表1 土壤中交换性H/Al当量比随时间的变化
各种土壤由于其粘土矿物组成不同,游离氧化铝含量和有机质含量等的不同,氢的转化速度也不相同,在自然条件下达到平衡后,酸性土壤的酸度主要是由交换性铝离子引起的。③非交换性酸是土壤矿质胶粒表面的部分羟基中的氢离子、腐殖质的部分羧基、羟基中的氢离子,在较高pH值(如pH8.2)时解离产生的酸度。又称水解性酸。与活性酸相对而言,交换性酸和非交换性酸又统称为潜性酸。含有交换性酸的土壤一定含有水解性酸(如红壤),但含有水解性酸的土壤不一定含有交换性酸(如中性土壤)。
交换性酸和非交换性酸是常用的容量指标。在施用石灰以改良土壤酸性时,交换性酸的数量常常是重要的依据。土壤酸度的强度指标,最常用的是pH(见pH),也有用pK值的。近年来,石灰位(pH-1/2pCa)也被推荐为土壤酸度的一种强度指标。pK值是酸解离常数(K)的负对数。酸性土壤胶体可看做是一种弱酸(胶体酸或粘土酸),所以也可用pK值来表示其酸度。根据弱酸平衡原理,当弱酸用碱中和时生成盐(相当于交换性盐基),pH与中和程度的关系为:
土壤酸度
当酸被中和一半时,即pH=pK。土壤的pK值愈小,土壤酸性强度愈大。实际上,土壤胶体所带的酸基的解离度并不相同,故可看做是一种多元酸。通常测得的pK值只是一个平均值或表观值。如果各类酸基的解离常数差异很大,则可测得2个或3个pK值。
土壤胶体的pK值与土壤胶体类型有关,已知水合氧化铁、铝的pK值比层状硅酸盐的大,而有机胶体的pK值比层状硅酸盐的小。土壤胶体的永久负电荷点的pK值较可变负电荷点的pK值为小。此外,pK值还受测定条件的影响,用碱金属碱中和得到的pK值比用碱土金属碱中和所得者为高。土壤的石灰位是其氢离子活度的负对数值减钙离子活度的负对数值的一半。数学式表示为pH-0.5pCa。从数学式可看出,石灰位与pH值呈正相关,与pCa值呈反相关。因为一般土壤的pH值与pCa值又有反相关的趋势,因此,石灰位与pH一样也可作为土壤酸度的一个指标。从含盐基离子极少的强酸性土壤,到盐基饱和的中性土壤,主要是氢(铝)离子与钙离子之间的相对比例的变化。而石灰位既能反映氢离子的状况,又能反映钙离子的状况,比单独的pH或pCa值能更全面地反映土壤酸度状况。因为石灰位的变化反映pH变化和pCa变化之和,所以比pH变化更为明显,更易于区别土壤酸性的强度。例如,中国的强酸性的黄壤,pH低到4左右,其石灰位可低到1.5左右。盐基饱和的红色石灰土,pH可高至7.5左右,其石灰位可高达6.5以上,此外,还因在石灰位测定技术上,是用一支玻璃电极和一支钙离子选择电极配对测定的,避免了pH测定中使用参比电极出现的液接电位的影响。而且水土比对石灰位测定的影响也较测定pH时为小。
强酸性土壤中可溶性铝、锰离子对植物的毒害是植物生长不良的直接原因,只要溶液中含铝离子每升1毫克,就能阻碍或停止植物根的生长。土壤酸度还影响土壤的养分状况,从而间接地影响植物生长,如酸性土壤中有效磷的缺乏是限制植物生长的普遍问题,钙、镁、钾养分离子的缺乏,常常是植物生长不良的又一原因。某些微量营养元素在酸性土壤中的有效性很低,也对植物有明显影响。
消除土壤酸度对植物的不良影响的有效措施,是施加石灰等碱性物质以中和土壤酸度。施用的数量因土而异,先用一种实验方法测求出土壤pH升高到适宜植物生长的某规定值所需的碱量,然后按量施用。
表2 不同pH时的平均相对产量
下表为某些豆科植物和谷类作物施用石灰调节pH后进行轮作试验的平均相对产量。可看出,不同植物的耐酸能力有很大不同。所以,对于不同的作物,调升pH参比值也应有所不同。
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