2．3 土壤的化学性质

    存在于土壤孔隙中的水通常是土壤溶液，它是土壤中化学反应的介质。当NaCl溶解在土壤溶液中时，它分离为带正电的钠离子Na+和带负电的氯离子Cl-。在土壤中，一些离子只携带一个电荷，而另一些离子则

    于土壤溶液中的离子构成了植物养分的来源。土壤溶液中的胶体颗粒担当着离子吸收和保存的作用；土壤溶液的酸碱度决定着离子的交换和养分的有效性；土壤溶液的氧化还原反应则影响着有机质分解和养分有效性的程度。因此，土壤化学性质主要表现在土壤胶体性质、土壤酸碱度和氧化还原反应三个方面，下面分别予以介绍。

    （1）土壤胶体性质

    如前所述，次生粘土矿物和腐殖质是土壤中最为活跃的成分，它们呈胶体状态，具有吸收和保存外来的各种养分的性能，是土壤肥力形成的主要物质基础。

    胶体一般是指物质颗粒直径在1～100nm之间的物质分散系。土壤胶体（soil colloids）颗粒的直径通常小于1μm，它是一种液-固体系，即分散相为固体，分散介质为液体。根据组成胶粒物质的不同，土壤胶体可分为有机胶体（如腐殖质）、无机胶体（粘土矿物）和有机-无机复合胶体三类。由于土壤中腐殖质很少呈自由状态，常与各种次生矿物紧密结合在一起形成复合体，所以，有机-无机复合胶体是上壤胶体存在的主要形式。

    由于胶体颗粒的体积很小，所以胶体物质的比面（单位体积物质的表面积）非常大。土壤中胶体物质含量越多，其所包含的面积也就越大。据估算，在104m2的土地面积上，如果20cm深的土层内含直径为1μm的粘粒10％，则粘粒的总面积将超过7×108m2。根据物理学的原理，一定体积的物质比面越大，其表面能也越大。因此，胶体含量越高的土壤，其表面能也越大，从而养分的物理吸收性能便越强。

    胶体的供肥和保肥功能除了通过离子的吸附与交换来实现之外，还依赖于胶体的存在状态。当土壤胶体处于凝胶状态时，胶粒相互凝聚在一起，有利于土壤结构的形成和保肥能力的增强，但也降低了养分的有效性；当胶体处于溶胶状态时，每个胶粒都被介质所包围，是彼此分散存在的，虽可使养分的有效性增加，但易引起养分的淋失和土壤结构的破坏。土壤中的胶体主要处于凝胶状态，只有在潮湿的土壤中才有少量的溶胶。

    （2）上壤酸碱度

    土壤酸碱度又称土壤反应，它是土壤盐基状况的一种综合反映。土壤酸度是由H+引起的，而土壤碱度则与OH-的数量有关。H+大大超过OH-的土壤溶液呈酸性；而OH-大大超过H+的土壤溶液呈碱性；如果两种离子的浓度相等，土壤溶液则呈中性。

    土壤的活性酸度是由土壤溶液中游离的H+造成的，通常用pH值表示。化学上把溶液中氢离子浓度的负对数定义为pH值，对于土壤而言，pH值就是土壤溶液中氢离子浓度的负对数。根据pH值的高低，可将土壤分为若干的酸碱度等级，图9-5是美国的一种划分结果。

    另一种酸度称为潜在酸度，是土壤胶体所吸附的H+和Al3+被交换出来进入土壤溶液中所显示的酸度。因为这些离子在被交换出来之前并不显示酸度，因此得名。

    活性酸度和潜在酸度在本质上并没有截然的区别，二者保持着动态平衡的关系，可用反应式表示：

    假如加入石灰物质来中和土壤溶液的氢离子使酸度降低，上述反应将向右进行，结果是更多地吸附性氢和铝移动出来进入土壤溶液，变为活性酸度，使土壤酸度不会降低过快；而当较多的氢离子加入到土壤溶液之中时，溶液酸度升高，上述反应将向左进行，更多的氢离子被胶核所吸附，变为潜在酸度，使土壤酸度不会升高过快。土壤这种对酸化和碱化的自动协调能力称为土壤的缓冲作用，它使得土壤pH值具有稳定性，从而给高等植物和微生物提供了一个比较稳定的化学环境。

    （3）氧化还原反应

    在土壤溶液中经常地进行着氧化还原反应，它主要是指土壤中某些无机物质的电子得失过程。根据化学的知识，一个原子或离子失去电子称为被氧化，它本身是还原剂；而一个原子或离子得到电子称为被还原，它本身是氧化剂。土壤中存在着多种多样的氧化还原物质，在不同的条件下，它们参与氧化还原过程的情况是不同的。

    Mn4+、Fe3+等引起，它们是土壤溶液中的氧化剂，其中最重要的氧化剂是氧气。在土壤空气能与大气进行自由交换的非渍水土壤中，氧是决定氧化强度的主要体系，它在氧化有机质时，本身被还原为水：O2+4H+＋4e→2H2O。在土壤淹水的条件下，大气氧向土壤的扩散受阻，土壤含氧量由于生物和化学消耗而降低。如果土壤中缺氧，则其他氧化态较高的离子或分子成为氧化剂。

    土壤中的还原作用是由有机质的分解、嫌气微生物的活动，以及低价铁和其它低价化合物所引起的，其中最重要的还原剂是有机质，在适宜的温度、水分和PH值等条件下，新鲜而未分解的有机质还原能力很强，对氧气的需要量非常大。

    一般来说，氧化态物质有利于植物的吸收利用，而还原态物质不但有效性降低，甚至会对植物产生毒害。