土壤化学基础，第1部分-了解土壤pH值及其对植物养分有效性的影响

土壤pH值是多少?它如何影响土壤微生物和植物养分的有效性?对植物最适宜的土壤pH值是多少?在这篇文章中，我们将回答所有这些问题，并以一种对园丁有用的实用方式解释土壤化学。

土壤pH值是多少?

在化学中，pH值是用来衡量一种物质的酸性或碱性，在这种情况下是土壤。pH值范围为0 ~ 14，其中pH值为7为中性。pH值越低，物质越酸性，而在刻度上pH值越高，物质越碱性(碱性)。相比之下，纯水的中性pH值为7，正好位于pH值的中间。

作为对园丁的有用指南，美国农业部将土壤pH值范围分类如下:

pH < 3.5超酸性

pH值3.5 - 4.4非常酸

pH 4.5 - 5.0很强的酸性

pH值5.1 - 5.5强酸性

pH 5.6 - 6.0中度酸性

pH值6.1 - 6.5微酸性

pH 6.6 - 7.3中性

pH 7.4 - 7.8轻微的碱性

pH值7.9 - 8.4适度的碱性

pH 8.5 - 9.0强碱性

pH值> 9.0极强碱性

技术细节:如果你想知道，pH代表氢的幂，pH的技术定义是水基溶液中氢离子(H+)浓度的负对数。简单地说，pH值是测量溶液中氢离子(H+)可用性的指标。

pH值的技术定义对大多数人来说可能没有多大意义，但重要的是要注意pH值的刻度是对数，这意味着每个pH值代表的增加或减少不是一个，但是十次!

用一些例子来说明这一点:

• 如果你减少土壤的pH值1点，你的土壤变得酸性增加10倍．
• 如果你减少土壤的pH值2点，你的土壤变得酸性增加100倍．
• 如果你减少土壤的pH值3点，你的土壤变得酸性增加1000倍．
• 如果你减少土壤的pH值4分，你的土壤变得酸性增加10000倍．

• 如果你增加土壤的pH值1点，你的土壤变得碱性增加10倍．
• 如果你增加土壤的pH值2点，你的土壤变得碱性增加100倍．
• 如果你增加土壤的pH值3点，你的土壤变得碱性增加1000倍．
• 如果你增加土壤的pH值4分，你的土壤变得碱性增加10000倍．

了解土壤pH值微小变化的真实程度

正如我们所看到的，pH值的一个点的变化代表着土壤酸度或碱度的十倍巨大变化，所以当园丁抱怨他们只改变了“一个”土壤pH值时，这是非常有趣的!

如果pH值变化小于1呢?它们对应的酸度或碱度变化的程度是多少?

技术细节:计算酸碱度变化x(倍)的公式= 10^(pH值变化点)

为了节省你的数学计算，我创建了下面的图表，这真的很容易理解:

如果我们沿着图的水平(pH点变化)轴一直走到图的最右边，再往上走到图的蓝线，我们可以看到a1点pH值的降低或增加会产生x10酸度或碱度的变化。

同样，从图的中间，a0.5点pH值的降低或增加会产生x3.16酸度或碱度的变化。pH值降低0.5，土壤酸性增加3倍多，pH值增加0.5，土壤碱性增加3倍多。

土壤pH值与土壤缓冲能力

自然界中所有的生物都有自我调节的能力，以保持一种稳定的状态，这被称为体内平衡．生物体在体内保持着稳态，在更大的范围内，生态系统也在做同样的事情，以维持维持生命的恒定条件。

土壤作为一个有生命的生态系统，具有使其保持稳定状态并抵御土壤条件极端波动的机制，包括土壤pH值的变化。

在讨论酸和碱的化学时，我们需要引入另一个概念，那就是a缓冲,或缓冲剂．缓冲液是一种pH值高度稳定的水溶液(溶解在水中的物质)，所以如果你在缓冲溶液中加入酸或碱(碱)，它的pH值不会发生明显变化。

根据定义，缓冲剂是一种弱酸或弱碱，在加入另一种酸或碱后帮助维持水溶液的pH值。

同样，土壤也会抵抗pH值的变化，以保持稳定的条件。的土壤缓冲能力被定义为土壤在添加酸化剂或碱性剂时保持恒定pH值的能力。

技术细节:土壤是如何做到这一点的?土壤是由缓冲系统的混合物组成，它可以通过结合氢(H+)离子来中和酸，并通过释放氢(H+)离子来中和碱(碱)。它们的有效性取决于土壤的许多物理、化学和生物特性。

不同土壤的组成和性质

土壤是由沙、粉和粘土混合而成的。

• 沙粒最大，所以砂质土壤往往排水很快，不能很好地保持水分，但允许良好的曝气。
  
• 粘土颗粒非常小，容易堆积，所以粘土土壤往往不能很好地排水或充气。
  
• 淤泥颗粒是中等大小，所以粉砂质土壤具有介于沙子和粘土之间的特性。

我们已经讨论了沙质，粘土和粉质土壤，但什么是壤土?

一个肥沃的土壤它结合了相对等量的沙子、淤泥和粘土颗粒，所以它可以保持水分，同时排水良好，也能让足够的空气渗透到根部，使它成为大多数花园植物的理想选择。

具有壤土质地的土壤可以含有不同比例的沙子、粉砂和粘土，因此有沙壤土、粉质壤土、壤土沙和粘土壤土。

不同土壤类型的缓冲能力对园丁意味着什么

沙质土壤的缓冲能力最低，因此它们酸化更快，因为它们不能很好地抵抗pH值的变化，但出于同样的原因，它们也最容易被纠正或恢复。例如，与粘土土壤相比，增加酸性沙质土壤的pH值所需的石灰较少。

粘土和含有大量有机物的土壤具有最高的缓冲能力，并且更能抵抗pH值的变化。

技术细节:粘土或有机物含量高的土壤能够抵抗酸性，因为它们有更多的表面位点能够结合氢(H+)离子，这是酸性的原因。然而，由于它们具有很高的缓冲能力，一旦酸化，它们也能够抵抗提高pH值以降低酸性的尝试。添加石灰将中和土壤溶液中的氢(H+)离子，但缓冲良好的酸化土壤将从土壤表面释放束缚的氢(H+)离子，以保持平衡并抵抗pH值的增加。

所有具有高缓冲能力的土壤酸化会更慢，但酸化时需要更多的石灰来提高pH值。

粘土通常比壤土有更好的缓冲作用，而壤土又比沙子有更好的缓冲作用。

为了将这一信息付诸实践，下表显示了将1吨/公顷(t/ha)或0.1公斤/平方米(kg/m2)的园林石灰(纯碳酸钙)施用于初始pH值为酸性的各种土壤类型所导致的预期pH值变化。

土壤类型pH值变化

沙子0.5 - 0.7

壤土0.3 - 0.5

粘土0.2 - 0.3

对植物最适宜的土壤pH值是多少?

大多数植物喜欢pH值在6.5到7.5之间的中性土壤，在pH值5.5到8*的更宽范围内生长良好。

(*在0.01M CaCl2溶液中测量，而不是水，以获得更高的精度，并记为pHCa -参见“如何测试土壤pH值”一节了解更多信息)

当土壤pH值高于或低于这一最佳范围时，会改变土壤化学性质，影响土壤微生物，从而对植物生长过程产生不利影响，降低产量。

所有植物都受到极端ph值的影响，但它们对酸碱度的耐受性差异很大。有些植物可以在相当宽的pH值范围内生长良好，而另一些植物对土壤有非常特殊的要求，可能对酸碱度的微小变化非常敏感。

有些植物可能更喜欢酸性或碱性土壤，或耐受性很好，以下是这些植物:

偏爱pH值为4.5至6.0的酸性土壤的植物:

观赏植物

• 杜鹃花
• 山茶花
• 艾丽卡
• 栀子花
• 冬青
• 绣球花
• 木兰
• 天竺葵属植物
• 杜鹃

水果

• 蓝莓
• 小红莓

蔬菜

• 土豆

喜欢pH值为7.0至8.0的碱性土壤的植物:

观赏植物

• 香豌豆
• 仙人掌
• Choisya
• 天竺葵
• 非洲菊
• 赫柏
• 芙蓉
• 艾薇
• 一品红
• 荚莲属的植物

水果

• 瓜

蔬菜

• 甜菜根
• 山萝卜
• 韭菜
• 菠菜

注意:当你在参考资料中查找一种植物的推荐土壤pH值时，请记住，不同来源的首选pH值可能会有所不同，这取决于你阅读信息的位置。一些资料来源可能会引用一种特定植物所能忍受的pH值范围较宽或较窄，所述范围可能从较高或较低的pH值开始，但推荐的pH值范围总是大致相似，有足够的重叠，以提供有关植物最佳生长所需的有用指导。

一些来源说明土壤pH值范围，植物将容忍，这个范围比首选土壤pH值范围。从《老农年鉴》中列出的适合碱性土壤的蔬菜可以看出这一点:

只有两种被列为能够忍受pH值8，这被定义为轻微到中等碱性。

• 芦笋(6.0 - -8.0)
• 大蒜(5.5 - -8.0)

其余的被列为能够忍受pH值7.5，这被定义为只有微碱性。

• 豆子，杆子(6.0-7.5)
• 甜菜(6.0 - -7.5)
• 球芽甘蓝(6.0-7.5)
• 花椰菜(5.5 - -7.5)
• 羽衣甘蓝(6.0 - -7.5)
• 甜豌豆(6.0-7.5)
• 南瓜(5.5 - -7.5)
• 菠菜(6.0 - -7.5)
• 弯颈壁球(6.0-7.5)
• 番茄(5.5 - -7.5)

值得注意的一点是，上面列出的所有耐碱土蔬菜的pH值范围都较低，pH值为5.5 - 6.0，这被定义为强酸性到中等酸性!

大多数蔬菜植物在土壤pH值在6.5-6.8之间(即微酸性到中性)时表现最佳。

一般来说，大多数果树和浆果都喜欢中性到微酸性的土壤。

我们可以在下面列出的浆果的最佳pH值范围中看到这一点:

• 黑莓-最佳pH值6.2-6.8
• 蓝莓-最佳pH值4.2-5.2
• 醋栗，醋栗和草莓-最佳pH值5.8-6.8
• 葡萄-最佳pH值6.0-7.0
• 树莓-最佳pH值6.2-6.8
• 草莓-最佳pH值5.5-7.0

不过也有一些例外。枸杞生长在偏碱性土壤(pH值7-8)，在酸性土壤中生长不好。

可以这么说大多数园艺植物在pH值在6.0(微酸性)到7.5(微碱性)之间的土壤中生长最好。一般来说，土壤pH值在6.5 ~ 7.5之间时，土壤养分对植物最有效，这就解释了为什么许多园林植物在土壤pH值在6.5左右(微酸性)时生长最好。有机物在土壤中分解，使土壤呈微酸性，这并非巧合……

土壤pH值影响哪些土壤养分对植物有效，哪些不有效。为了更好地管理养分的有效性，我们首先需要了解各种养分的功能，以及每种养分是如何受土壤pH值影响的。

了解植物营养

为了让植物生长，它们通过光合作用获得一些食物，它们从空气中吸收二氧化碳(CO2)，从根部吸收水，并利用来自阳光的能量产生糖和碳水化合物。

植物也会从根部吸收各种矿物质来维持生长和功能。一些营养物质，如平衡的肥料我们把这些微量元素称为微量元素，这些元素的需求量很大，是宏量营养素，而其他一些元素虽然很重要，但需求量很小，所以我们把它们称为微量元素。

营养素

为了生长，植物从土壤中吸收特定的营养物质，其中一些营养物质的需要量比其他的要大。植物生长所需要的主要关键营养素被称为营养素，因为它们的需求量很大。

一些宏量营养素比其他的更重要，并被称为主要营养素，而其余所需量较少的宏量营养素被称为次要的营养素．

主要营养素

植物从植物中获得的三种主要的宏量营养素土壤是:

• 氮(N)
• 磷(P)
• 钾(K)

所有肥料标签都列出了氮磷钾的比例，如'NPK分析:3.7 - 2 - 1.8 '它表示肥料中氮、磷和钾的比例。

次要的营养素

次要宏量营养素的需要量低于主要宏量营养素，但仍然非常重要，它们是:

• 镁(毫克)
• 钙(Ca)
• 硫(年代)

这些宏量营养素有什么作用?

我们不去研究复杂的植物化学，这只对植物科学家有影响，对大多数园丁几乎没有任何意义，中解释函数更为简单一般与实际园艺有关的术语金博宝手机版官网首页．

植物对主要和次要宏量营养素的利用如下:

• 氮用于绿叶营养生长
• 磷用于根的形成，茎的生长和结果
• 钾用于开花和果实成熟，植物免疫/抗病

• 镁叶绿素是一种色素，它使植物变绿，并使植物从光中吸收能量，叶绿素是光合作用所必需的
• 钙为了细胞壁和细胞膜的结构目的，基本上是为了使细胞壁在一起，还有其他的代谢功能
• 硫氨基酸，蛋白质，油脂和叶绿素的形成

这些是植物大量需要的主要营养物质，但对植物健康和活力仍然必不可少的一些营养物质的需要量非常小。

微量元素

微量营养素是植物所需要的微量营养素，例如:

• 铁(菲)
• 硼(B)
• 锰(锰)
• 锌(锌)
• 铜(铜)
• 钼(莫)
• 镍(倪)
• 氯(Cl)

在肥料中，这些微量营养素被称为微量元素．

大多数平衡肥料至少含有一些更常见的微量元素，这些元素都列在标签上。微量元素也可以作为肥料的单独产品购买，通常是作为微量元素的混合物组合在一起，但在某些情况下，作为单独的元素，如铁螯合物形式的铁。

现在我们已经熟悉了植物需要的营养物质，现在我们可以看看当pH值变化时，它们在土壤中发生了什么。

土壤pH值如何影响植物养分有效性

土壤是自然界最复杂的生态系统之一，土壤化学成分极其复杂，因此改变土壤pH值会对植物产生许多正面和负面的流动效应也就不足为奇了。

在下面的图表中，我们可以看到植物需要量最大的主要和次要宏量营养素，以及需要量较小的微量营养素或微量元素，当土壤pH值在6.5到7.0之间时，对植物最有效．

当土壤pH值在6.5到7.5之间时，宏量营养素对植物最有效，比微量营养素的范围略宽，

在任何一种极端情况下，当土壤变成极酸性或极碱性时，许多营养物质被锁住，植物无法获得，从而导致营养缺乏，对植物生长和生产力产生负面影响。

从图表的左边，我们可以看到，在低pH值时，土壤变得更酸:

• 所有主要和次要的宏量营养素都变得难以获得。
  
• 微量元素如钼(Mo)对植物的可利用性降低。
  
• 土壤pH低于5.5时，铝(Al)的有效性显著提高，降低磷的溶解度，限制植物对磷的吸收能力，且铝含量高时对植物有害。
  
• 其他元素如铁(Fe)和锰(Mn)变得更容易获得，锰可能达到对植物有毒的高水平。

请注意，铝(Al)不是一种植物营养物质，因此没有显示在图表中，但存在于土壤中，土壤pH值很低(酸度很高)会导致植物对铝的毒性，它可能对植物根系有极大的毒性。

从图的右边看，pH值越高，土壤的碱性就越强:

• 当pH值大于7.5时，钙会与磷结合，使磷对植物的可利用性降低。
  
• 微量元素铁变得越来越少。
  
• 锌和其他微量元素(如钴)的可用性下降，导致营养缺乏，从而导致生长不良、植物发育不良和某些作物产量下降。

土壤pH值如何影响土壤微生物

土壤pH值不仅影响养分的有效性，还影响土壤微生物的活性和重金属(包括铅、汞和镉等污染物)的流动性。

记住，土壤是一个复杂的生物生态系统，土壤食物网’它能分解有机物，为植物提供营养。

土壤生物要发挥作用，需要:

• 大量的有机物质供我们生存
• 温暖(但不是极端高温)
• 水分
• 氧气
• 土壤pH值接近中性

保持土壤pH值接近中性通常是最好的策略，如果你是有机园艺，不使用合成肥料，堆肥和建立土壤有机质水平，那么土壤通常会照顾自己，而不需要摆弄它们。金博宝手机版官网首页

干旱环境下的土壤偏碱性，潮湿环境下的土壤偏酸性，石灰石土壤自然偏碱性，泥炭土壤偏酸性。

在本系列的后续文章中，我们将研究如何准确地测试土壤pH值，以及如何安全地改变土壤pH值而不引起进一步的问题。

点击这里查看本系列的下一篇文章土壤化学基础，第2部分-如何在有机园艺中改变土壤pH值金博宝手机版官网首页

引用:

• 西澳大利亚政府，第一产业和区域发展部，农业和食品部——土壤pH值和植物健康，2014年6月16日。
• 西澳大利亚政府，第一产业和区域发展部，农业和粮食-土壤pH值，2018年9月17日
• 新南威尔士州第一产业部-传单编号。2、了解土壤pH值，2000年6月。
• 爱达荷大学延伸，爱达荷州景观和花园，浆果和葡萄，2020年。
• Hajnos M.(2011)土壤缓冲能力。见:glizyski J.， Horabik J.， Lipiec J.(编)农业物理百科全书。地球科学百科全书系列。施普林格,多德雷赫特
• 宾夕法尼亚州立大学农业科学学院-了解土壤pH值，2019年4月5日
• 《土壤酸化:如何降低土壤pH值》，AGF-507, 2016年11月3日
• 爱荷华州立大学推广和推广，园艺和家庭害虫新闻，如何改变土壤的pH值，埃尔登埃弗哈特，园艺系，1994年4月6日
• 克莱姆森大学合作推广，改变土壤的pH值情况说明书，HGIC 1650，更新:2012年10月20日
• 《老农民年鉴》，植物的土壤pH值，树木、灌木、蔬菜和花卉的最佳土壤pH值，凯瑟琳·伯克曼，2019年8月13日
• 维多利亚农业，在果园中选择和使用石灰，编号:AG0091, W.汤普森，诺克斯菲尔德，1994年9月
• 普渡大学，印第安纳庭院和花园，普渡消费园艺-什么是壤土?作者:Rosie Lerner
• 马萨诸塞大学阿默斯特分校农业、食品和环境中心——解读土壤测试结果，2013年7月1日，作者:约翰·斯帕戈、特蕾西·艾伦、所罗门·卡瑞基