土壤ph

土壤pH是對土壤的酸度或鹼性（鹼度）的度量。土壤pH是一個關鍵特徵，可用於對土壤特徵進行定性和定量分析。 pH被定義為氫離子活性的負對數（基鹼10）（H+
或更確切地說，H
3o+
aq）在解決方案中。在土壤中，它以與水混合的土壤（或鹽溶液，例如0.01 m CaCl）進行測量
2），通常落在3到10之間，其中7個中性。酸性土壤的pH低於7，鹼性土壤的pH值高於7。超酸性土壤（pH <3.5），鹼性土壤非常強烈（pH> 9）很少見。

土壤pH被認為是土壤中的主變量，因為它影響了許多化學過程。它通過控制不同養分的化學形式並影響其發生的化學反應，特別影響植物的養分利用率。大多數植物的最佳pH範圍在5.5和7.5之間；但是，許多植物已適應以外的pH值繁殖。

土壤pH範圍的分類

美國農業自然資源保護局對土壤pH範圍進行了分類：如下：

0至6 =酸性，7 =中性和8及以上鹼度

確定pH

確定pH的方法包括：

• 土壤剖面的觀察：某些特徵特徵可以是酸，鹽水或蘇迪克條件的指標。示例是：
  • 有機表面層與潛在的礦物質層不良 - 這可能表明土壤強烈酸性土壤；
  • 經典的Podzol地平線序列，因為Podzol是強烈的酸性：在這些土壤中，淡淡的Eluvial（E）地平線位於有機表面層下方，並覆蓋了黑暗的B層。
  • 卡利希層的存在表明存在碳酸鈣，這些碳酸鹽存在於鹼性條件下；
  • 柱狀結構可以是Sodic條件的指標。
• 觀察主要的菌群。鈣化植物（喜歡酸性土壤的植物）包括Erica ， Rhododendron和幾乎所有其他Ericaceae物種，許多樺木（ Betula ），Foxglove（ digitalis ）， Gorse （ Ulex spp。）和Scots Pine （ Pinus sylvestris ）。 Calcicole （愛情石灰）植物包括灰樹（ Fraxinus spp。），金銀花（ Lonicera ）， Buddleja ，Dogwoods（ Cornus spp。），淡紫色（ Syringa ）和Clematis物種。
• 使用廉價的pH測試套件，其中在一小部分土壤中與指示溶液混合在一起，該溶液會根據酸度改變顏色。
• 使用石碑紙。一小部分土壤與蒸餾水混合，插入一條石榴石紙。如果土壤是酸性的，則紙張變成紅色（如果基本，則為藍色）。
• 某些其他水果和蔬菜色素也會隨著pH的變化而改變顏色。如果添加酸，藍莓汁會變成更多的紅色，如果用足夠的鹼滴定以產生高pH值，則會變成靛藍。紅白菜也受到類似的影響。
• 使用市售的電子pH表，其中將玻璃或固態電極插入潮濕的土壤或土壤和水的混合物（懸浮液）中； pH通常在數字顯示屏幕上讀取。
• 在2010年代，開發了分光光度法來測量涉及在土壤提取物中添加指標染料的土壤pH。這些與玻璃電極的測量相比，但具有很大的優勢，例如缺乏漂移，液體連接和懸浮效應。

科學研究和監測需要進行精確的，可重複的土壤pH值。這通常需要使用標準協議進行實驗室分析；這樣的協議的一個例子是，在美國農業部土壤調查領域和實驗室方法手冊中。在本文檔中，用於土壤pH測量的三頁協議包括以下各節：應用；方法摘要；干擾；安全;裝置;試劑；和程序。

方法摘要

pH在土壤 - 水（1：1）和土壤鹽（1：2）溶液中測量。為了方便起見，pH最初是在水中測量的，然後在水中測量。在為水上pH準備的土壤懸浮液中添加等量0.02 m，最終的土壤溶液比為1：2 0.01 m。
將20剋土壤樣品與20 mL的反滲透（RO）水（1：1 W：V）混合，偶爾攪拌。允許樣品偶爾攪拌1小時。將樣品攪拌30 s，並測量1：1的水pH。將0.02 m（20 mL）添加到土壤懸浮液中，攪拌樣品，並測量1：2 0.01 m pH（4C1A2A2）。

- USDA NRCS測定土壤pH測定方法的摘要

影響土壤pH的因素

天然土壤的pH值取決於土壤母體物質的礦物質成分，以及該母體材料的風化反應。在溫暖，潮濕的環境中，由於水通過土壤橫向或向下移動的水浸出，土壤酸化會隨著時間的流逝而發生。但是，在乾燥的氣候下，土壤風化和浸出量較小，土壤pH值通常是中性或鹼性的。

酸度來源

許多過程有助於土壤酸化。這些包括：

• 降雨：平均降雨的pH值為5.6，由於溶解的大氣二氧化碳（CO），酸性中等酸性（CO
  2）與水結合形成碳酸（H
  2co
  3）。當這種水流過土壤時，它會導致基本陽離子作為碳酸氫鹽浸出。這增加了AL3+的百分比
  和H+
  相對於其他陽離子。
• 微生物釋放有機物的根呼吸和分解
  2增加碳酸（H
  2co
  ₃ ）濃度和隨後的浸出。
• 植物生長：植物以離子形式吸收營養（例如NO-
  3，NH+
  4，Ca2+
  ， H
  2po-
  4），而且它們通常比陰離子更多的陽離子。但是，植物必須在其根部保持中性電荷。為了補償額外的陽性電荷，他們將發布H+
  離子從根。一些植物還將有機酸散射到土壤中，以酸酸根周圍的區域，以幫助溶解在中性pH值（例如鐵（FE））中不溶於中性的金屬養分。
• 肥料使用：銨（NH+
  4）肥料通過硝化過程形成硝酸鹽的過程在土壤中反應（NO-
  3），在此過程中釋放H+
  離子。
• 酸雨：化石燃料的燃燒將硫和氮的氧化物釋放到大氣中。這些與大氣中的水反應，在雨中形成硫酸和硝酸。
• 氧化風化：某些原發性礦物質，尤其是硫化物和含有Fe2+的氧化
  ，產生酸度。人類活動通常會加速這個過程：
  • 我的寵壞：由於黃鐵礦的氧化，可能在某些地雷斑點附近的土壤中形成嚴重的酸性條件。
  • 在排水或挖掘時，在水口沿海和河口環境中天然形成的酸性硫酸鹽土壤可能會變得高度酸性。

鹼度的來源

總土壤鹼度隨之增加：

• 矽酸鹽，鋁矽酸鹽和含有Na+的碳酸鹽礦物質的風化
  ，Ca2+
  ，mg2+
  和K+
  ;
• 在土壤中添加矽酸鹽，鋁矽酸鹽和碳酸鹽礦物質；這可能是通過風或水在其他地方侵蝕的材料，或將土壤與風化較少的材料（例如在酸性土壤中添加石灰石）的沉積發生的；
• 添加含有溶解碳酸氫鹽的水（用高碳酸氫鹽水灌溉時會發生）。

當水中流過土壤以浸出可溶性鹽時，就會發生鹼度在土壤中的積累（Na，k，ca和mg的碳酸鹽和碳酸氫鹽）的積累。這可能是由於乾旱的條件或內部土壤排水不良。在這些情況下，大多數進入土壤的水都是經過的（被植物吸收）或蒸發而不是流過土壤。

當總鹼度增加時，土壤pH值通常會增加，但是添加陽離子的平衡也對土壤pH有明顯影響。例如，增加鹼性土壤中鈉的量傾向於誘導碳酸鈣溶解，從而增加pH值。鈣質土的pH值可能從7.0到9.5不等，具體取決於Ca2+的程度
或Na+
主導可溶性陽離子。

土壤pH對植物生長的影響

酸性土壤

高水平的鋁發生在採礦地點附近。少量的鋁釋放到燃煤電廠或焚化爐的環境中。空氣中的鋁被雨水沖洗掉或通常沉降，但鋁顆粒在空氣中長期存在。

酸性降水是動員鋁的主要自然因素，也是鋁環境影響的主要原因。但是，鹽和淡水中鋁存在的主要因素是工業過程，也將鋁釋放到空氣中。在酸性土壤中生長的植物會經歷各種應力，包括鋁（Al），氫（H）和/或錳（MN）毒性，以及鈣（CA）和鎂（MG）的營養缺乏。

鋁毒性是酸性土壤中最普遍的問題。鋁在所有土壤中都存在於不同程度上，但溶解的Al ³⁺對植物有毒。 Al ³⁺在低pH值下是最溶的；在pH 5.0以上，在大多數土壤中幾乎沒有可溶性形式。鋁不是一種植物營養素，因此，植物不會積極吸收植物，而是通過滲透性被動地進入植物根。鋁可以以許多不同的形式存在，並且是限制世界各地增長的負責人。已經在不同的植物物種中進行了鋁耐受性研究，以查看暴露時暴露的閾值和濃度以及暴露後的功能。鋁抑制根生長；側根和根尖變稠，根缺乏細分的分支。根尖可能變成棕色。在根部，Al ³⁺的初始作用是抑制根莖細胞的膨脹，導致其破裂。此後，眾所周知，它會干擾許多生理過程，包括鈣和其他必需營養素的攝取和運輸，細胞分裂，細胞壁形成和酶活性。

質子（H ⁺離子）應力也可以限制植物的生長。根細胞的漿膜的質子泵H ⁺ -ATPase可維持其細胞質的近乎中性pH。外部生長培養基中的高質子活性（大多數植物物種的pH值3.0–4.0範圍內）克服了細胞維持細胞質pH和生長的能力。

在含有錳的礦物質含量較高的土壤中，MN的毒性可能成為pH 5.6及以下的問題。像鋁一樣，隨著pH值的下降，錳越來越可溶，並且在低於5.6的pH值下可以看到MN毒性症狀。錳是一種必不可少的植物營養素，因此植物將MN運輸到葉子中。 MN毒性的經典症狀是裂縫或脫落葉子。

與土壤pH相關的養分可用性

土壤pH會影響某些植物養分的可用性：

如上所述，鋁毒性對植物生長有直接影響。但是，通過限制根部生長，它也降低了植物營養的可用性。由於根部受損，因此養分攝入量會降低，並且在非常酸性至超酸性土壤中經常遇到大量營養素（氮，磷，磷，鉀，鈣和鎂）的缺乏（pH <5.0）。當鋁水平在土壤中增加時，它會降低pH值。這不允許樹木吸收水，這意味著它們無法光合作用，導致它們死亡。樹木還可以在其葉子和靜脈上形成淡黃色。

在較高的pH值下，鉬的可用性增加；這是因為在較低的pH下，粘土顆粒更強烈地吸附了鉬離子。

鋅，鐵，銅和錳顯示出較高的pH值的供應率降低（在較高的pH值下增加吸附）。

pH對磷供應性的影響差異很大，具體取決於土壤條件和所討論的作物。 1940年代和1950年代的流行視圖是，P的可用性在中立近（土壤pH 6.5-7.5）附近最大化，並且在較高和較低的pH值下降。然而，磷與pH的相互作用中等至略微酸性範圍（pH 5.5-6.5）比這種觀點所建議的要復雜得多。實驗室測試，溫室試驗和現場試驗表明，在此範圍內的pH值增加可能會增加，減少或對植物的P可用性沒有影響。

與土壤pH相關的水利用率

強烈的鹼性土壤是sodic的，具有分散性，浸潤緩慢，水力電導率低和可用的水能差。植物生長受到嚴重限制，因為當土壤潮濕時曝氣很差。在乾燥條件下，植物可用的水迅速消耗掉，土壤變得堅硬而堅硬（高土壤強度）。土壤中的pH值越高，可用的水分配給依賴於其的植物和生物的水就越少。隨著pH值的減少，這不允許植物像平常那樣吸收水。這使他們無法光合作用。

另一方面，許多強酸性的土壤具有強大的聚集，良好的內部排水和良好的水分特徵。但是，對於許多植物物種而言，鋁毒性嚴重限制了根生長，即使土壤相對濕潤，也會發生水分脅迫。

植物pH偏好

總的來說，不同的植物物種適應不同pH範圍的土壤。對於許多物種，合適的土壤pH範圍是眾所周知的。可以使用植物特徵的在線數據庫，例如USDA植物和未來的植物，可用於查找各種植物的合適的土壤pH範圍。艾倫伯格（Ellenberg）諸如英國植物的指標價值之類的文件也可以諮詢。

但是，由於特定的機制，某些土壤中某些pH的植物可能不耐受，並且該機制可能不適用於其他土壤。例如，低鉬的土壤可能不適用於pH 5.5的大豆植物，但是具有足夠的鉬的土壤可以在該pH值下生長最佳。同樣，如果提供了足夠的磷，一些鈣化（高ph土壤不耐植物的植物不耐受）可以忍受鈣質土壤。另一個混雜因素是，同一物種的不同品種通常具有不同的合適土壤pH範圍。植物育種者可以使用它來繁殖可以忍受該物種不適合的疾病的品種- 例如，繁殖耐氧化鋁和耐錳的穀物含量和含有錳的穀物含量的項目，以在強酸性土壤中用於食品生產。

下表為USDA植物數據庫中發現的一些廣泛種植的植物提供了合適的土壤pH範圍。一些物種（例如Pinus radiata和opuntia ficus-Indica ）僅忍受土壤pH值狹窄的範圍，而另一些物種（例如Zizanioides ）耐受pH範圍。

在天然或近天然植物群落中，植物種類（或生態型）的各種pH偏好至少部分決定了植被的組成和生物多樣性。儘管非常低和非常高的pH值對植物的生長有害，但植物生物多樣性的趨勢從極度酸性（pH 3.5）到強鹼性（pH 9）土壤的範圍越來越多，即比鈣化物種更多的鈣化。 ，至少在地面環境中。儘管經過實驗結果得到了廣泛的報導和支持，但觀察到的植物物種豐富度與pH值的增加仍然需要清晰的解釋。具有重疊pH範圍的植物物種之間的競爭排斥很可能導致觀察到的植被沿pH梯度的變化。

pH對土壤生物群的影響

土壤生物群（土壤微生物，土壤動物）對土壤pH值敏感，無論是在接觸時還是在土壤攝入或間接地通過pH貢獻的各種土壤特性（例如養分狀態，金屬毒性，腐殖質形式）。根據土壤生物群體的各種生理和行為適應，土壤微生物和動物群落的物種組成隨土壤pH值而變化。沿著高度梯度，土壤動物和微生物群落物種分佈的變化至少部分歸因於土壤pH的變化。從pH5周圍的鋁的毒性變為無毒形式的轉變標誌著從酸耐受到酸耐耐受性的傳遞，即使在鈣質土壤中，土壤群落的物種組成的物種組成也很少。當允許沿一系列pH值施加選擇時，土壤動物會表現出不同的pH偏好，這解釋說，包括運動微生物的各種田間分佈可能至少部分是由於沿pH梯度沿pH梯度的主動運動而產生的。與植物一樣，懷疑耐酸和酸性土壤居住生物之間的競爭在沿pH範圍觀察到的物種組成的轉移中起作用。

通常在一個屬內或家庭內的屬水平的物種水平上觀察到酸性和酸 - 耐耐受性之間的對立，但它也發生在更高的分類學等級，例如土壤真菌和細菌之間，在這裡也有很強的參與。競爭。已經提出，土壤生物對土壤酸度的耐受性更大，因此主要生活在pH小於5的土壤中，比不耐受土壤酸度的土壤更原始。對Collembolan屬Willemia的cladistic分析表明，對土壤酸度的耐受性與其他應力因素的耐受性相關，而應激耐受性是該屬的祖先特徵。但是，這些發現的普遍性仍有待確定。

在低pH值下，由鋁（Al ³⁺ ）誘導的氧化應激會影響土壤動物，其身體不受厚齒狀外骨骼的保護，例如在節肢動物中，因此與土壤溶液，例如生物，線蟲植物更直接接觸，旋轉膜（微囊），葉翅目（ Mesofauna ）和earth （ macrofauna ）。

pH對土壤生物群的影響可以通過土壤食品韋伯的各種功能相互作用來介導。在實驗上已經表明，只要沒有捕食者，就可以在更多的酸性土壤中培養Collembolan雜瘤NITIDUS ，通常生活在pH高於5的土壤中。它的吸引力是由氨發射介導的earth execreta （粘液，尿液，糞便），在earth蟲洞穴內提供食物和庇護所，以與較少的酸性土壤相關的mull腐殖質形式。

土壤生物群對土壤pH的影響

土壤生物群直接通過排泄直接影響土壤pH，並通過在物理環境上起作用。許多土壤真菌雖然並非全部，但通過排泄草酸（其呼吸代謝的產物）來酸化土壤。草酸會沉澱鈣，形成草酸鈣鈣的不溶性晶體，從而從該必要元素中剝奪了土壤溶液。在另一側，earth通過其粘液排泄對土壤pH的效果產生緩衝作用，並具有兩性特性。

通過將有機物與礦物質（尤其是粘土顆粒）混合在一起，並通過將粘液作為膠水作為某些膠水，挖洞的土壤動物，例如窩狀囓齒動物，摩爾鼠， earth ，白蟻，一些千足蟲和蠅幼蟲，有助於降低自然原始有機物的酸度，如穆爾腐殖質形式所觀察到的。

變化的土壤pH

酸性土壤的pH值增加

磨碎的農業石灰通常用於酸性土壤以增加土壤pH（ liming ）。更換pH的石灰石或粉筆的量取決於石灰的網格尺寸（地面的細小程度）和土壤的緩衝能力。高網格尺寸（60粒= 0.25 mm； 100粒= 0.149 mm）表示將磨砂石灰與土壤酸度迅速反應。土壤的緩衝能力取決於土壤的粘土含量，粘土的類型和存在的有機物量，並且可能與土壤陽離子換交換能力有關。粘土含量高的土壤比粘土很少的土壤具有更高的緩衝能力，而有機物高的土壤比有機物低的土壤具有更高的緩衝能力。緩衝能力較高的土壤需要大量的石灰才能實現pH值的等效變化。土壤pH的緩衝通常與土壤溶液中鋁的數量直接相關，並作為陽離子交換能力的一部分接收交換位點。可以在土壤測試中測量該鋁，其中用鹽溶液從土壤中提取，然後通過實驗室分析進行定量。然後，使用初始土壤pH和鋁含量，可以計算將pH提高到所需水平所需的石灰量。

可用於增加土壤pH的農業石灰以外的修訂包括木灰，氧化鈣工業鈣（燃燒石灰），氧化鎂，鹼性礦渣（矽酸鹽）和牡蠣殼。這些產品通過各種酸鹼反應增加了土壤的pH值。矽酸鈣通過與H ⁺離子反應形成單矽酸（H ₄ SiO ₄ ），中和矽酸鹽中和土壤中的活性酸度。

減少鹼性土壤的pH值

可以通過添加酸化劑或酸性有機材料來減少鹼性土壤的pH。元素硫（90–99％）已以300-500 kg/ha（270–450 lb/rea）的施用速率使用 - 它在土壤中緩慢氧化以形成硫酸。酸化肥料，例如硫酸銨，硝酸銨和尿素，可以幫助減少土壤的pH，因為銨氧化以形成硝酸。酸化有機材料包括泥炭或泥炭泥苔蘚。

但是，在碳酸鈣含量高的高ph土壤中（超過2％），嘗試用酸減少pH值可能非常昂貴和/或無效。在這種情況下，添加磷，鐵，錳，銅和/或鋅通常更有效，因為這些營養素的缺乏是鈣質土壤中植物差的最常見原因。

也可以看看

• 酸地雷排水
• 酸性硫酸鹽土壤
• 陽離子交換能力
• 肥料
• 石灰（土壤）
• 有機園藝
• 氧化還原梯度