土壤水溶解土壤中各种可溶性物质，便成为土壤溶液。土壤溶液的组成主要有：自然降水中所带的可溶物，如CO2、O2、HNO3、HNO2及微量的NH3等和土壤中存在的其他可溶性物质，如钾盐、钠盐、硝酸盐、氯化物、硫化物以及腐殖质中的胡敏酸、富里酸等。由于环境污染的影响，土壤溶液中也进入了一些污染物质。

土壤溶液的成分和浓度经常在变化之中。土壤溶液的成分和浓度取决于土壤水分、土壤固体物质和土壤微生物三者之间的相互作用，依其作用性质而使溶液的成分、浓度不断地改变。

在潮湿多雨地区，由于水分多，土壤溶液浓度较稀薄，土壤溶液中有机化合物所占比例大，养分多呈离子状态，易于被植物和微生物利用，从而促使溶液浓度的降低。在干旱和半干旱区，由于干旱少水，矿物质风化淋溶作用弱，矿物质含量多，土壤溶液浓度大，溶液中的物质多呈分子态，甚至是胶体状态。严重干旱缺水时，甚至有某些物质从溶液中析出而沉淀。首先沉淀的是碳酸钙，其次是石膏，最后是易溶性盐类，如硫酸盐和氯化物等。

一般土壤溶液的浓度是很稀薄的，多数情况下以毫克每千克来计算，只在盐碱土中，土壤溶液的浓度可高达克每千克，甚至几十克每千克。一般土壤溶液渗透压在2×104—1×105Pa之间时，不妨碍植物根系吸收水分，因为植物根细胞的渗透压高达1×106—2×106Pa，所以水分可从渗透压小处向渗透大处（根细胞）渗透，但在盐碱土中或施化肥过多时，土壤溶液的浓度增高，即渗透压增大，当土壤的渗透压接近或超过植物根细胞渗透压时，植物会因吸水困难，使生长受到抑制，以至死亡。

此外，土温的变化、土壤微生物的活动以及土壤酸碱度，也会影响土壤溶液的成分和浓度的变化。例如，土壤温度升高使许多无机盐类的溶解度增加，使土壤溶液浓度加大；不同酸碱度条件下各种物质的溶解度不同。同时，酸度也影响着微生物的活动，从而影响着土壤溶液的变化。土壤微生物活动，直接影响着土壤溶液的成分和浓度，微生物分解有机质，使土壤CO2的含量增加，土壤溶液中碳酸的浓度也随之增大。

由于土壤水分有毛管水、膜状水、重力水等状态，各种物质溶解在这些不同状态的土壤水中，形成了不同浓度和不同溶解状态的物质，因而土壤溶液是一种多相分散系的混合液。土壤溶液是不饱和溶液，其渗透压往往低于101325Pa，并且具有酸碱反应，氧化还原作用和缓冲性能。

（一）土壤的酸碱反应

土壤的酸碱反应（soil acidity and alkalinity reaction）是土壤普遍存在的一种反应。土壤溶液中氢离子的浓度直接影响到土壤的酸碱度。土壤有机质分解产生二氧化碳、氨和各种有机酸。二氧化碳溶于水生成碳酸，氨在硝化细菌作用下变成硝酸，此外土壤中含硫矿物氧化而成硫酸，含氯矿物可产生盐酸，植物的根和微生物呼吸也可产生碳酸。这些酸类物质的存在，是土壤溶液氢离子重要来源。

土壤中氢离子以两种形式存在，一种是存在于土壤溶液中，另一种是吸附在土壤胶体表面。据此，土壤酸度分为两个基本类型：

1．活性酸度 存在于土壤溶液中氢离子引起的酸度，称为活性酸度（activity acidity），或有效酸度，通常用pH表示。所谓pH值是土壤溶液中氢离子的负对数，即：

根据pH值的大小，可将土壤划分为酸性土，中性土和碱性土三种土壤。我国长江以南的富铝土多为酸性土和强酸性土，长江以北除了灰化土和淋溶土外，大都为中性土和碱性土（表1-21）。

2．潜在酸度 吸附在土壤胶体表面的H+和Al3+所引起的酸度，称为潜在酸（potential acidity）。在一般情况下，它并不显示其酸度，只有在被其他阳离子交换而转入土壤溶液后才显示其酸度。潜在酸度一般用厘摩尔每千克土表示，有时亦有用pH（KCl）表示。潜在酸度分为下列两种：

1）代换性酸度：潜在酸度中有一部分要用中性盐类，如氯化钾（KCl）溶液，才能把土壤吸附的氢离子交换出来，形成土壤的代换性酸度（exchange acidity）。其反应过程如下：

2）水解性酸度：潜在酸度中另一部分与土壤结合较牢固的氢离子，只有用基性盐，如弱酸强碱的醋酸钠（NaAc）盐溶液，以水解的方法把土壤吸附的氢离子取代出来，形成土壤的水解性酸度（hydrolytic acidity）。其反应过程如下：

由于土壤中存在着离子的交换，当土壤溶液中氢离子浓度减少时，土壤胶体所吸附的氢离子就会解离出来，补充到溶液中去，彼此的离子相互转化，因此，活性酸度和潜在酸度是经常处于动态平衡状态的。其平衡状态表示如下式：

如果土壤溶液中含有碳酸钠，碳酸氢钠等盐类，或土壤胶体上吸附有较多的钠离子，都会使土壤溶液氢离子浓度减少，而氢氧离子显著增高，从而使土壤溶液呈碱性。

土壤溶液的酸碱度影响植物的生长，而且还影响土壤养分的有效性，以及土壤矿物质的转化（图1-27）。酸性溶液对土壤矿物质的分解作用强，例如，原生矿物铝硅酸盐类在酸性溶液作用下，分解迅速而彻底，相反，在碱性溶液作用下，分解比较缓慢。原生矿物白云母在不同pH值下形成不同的次生矿物：pH值7.0—8.5时生成蒙脱石，7.5—8.5时生成拜来石，7.9—9.5时生成伊利石。

（二）土壤的氧化还原作用

土壤氧化还原作用（oxidation-reduction）是很普遍的现象。氧化还原反应的实质是原子的电子得与失的过程。失去电子的过程，称为氧化作用，易失掉电子的物质，称为还原剂；得到电子的过程，称还原作用，而易得到电子的物质，称为氧化剂。其式为：

氧化剂m++n电子还原剂m-n

氧化还原能力常用氧化还原电位（Eh）表示，其计算方法常用聂恩斯特（Nernst）公式：

式中Eh表示氧化还原电位，其量纲单位为伏（V）或毫伏（mV）；Eo为标准电位；Ox和Red分别为氧化剂和还原剂的活度（以每升的摩尔计）；R为气体常数（8.313焦耳/度·摩）；T为绝对温度；F为法拉第常数（96500库仑）；n为反应中转移的电子数。

将各常数值代入上式，在25℃时，并采用常用对数，则上式变为：

可以看出，Eh值是由氧化剂和还原剂活度比所决定，Eh值愈大，则表示氧化剂所占比例愈大，也就是氧化强度愈大。

土壤中矿物质和有机质转化，许多都属于氧化还原过程，常见的有铁、锰、碳、硫等氧化还原过程。这些元素以不同价态存在于不同的土壤环境中。在通气良好条件下，它们以高价态，即以氧化态出现；土壤渍水时，则变为低价，即以还原态存在（表1－22）。它们的价态变化，影响着土壤中一系列过程的进行，也影响着土壤性态的变化。

在一般情况下，参与氧化还原体系比较活跃的是铁和锰。在通气不良情况下，土壤中的铁、锰易还原为低价铁、锰，低价铁、锰常形成易溶解的化合物，随水渗透到下层。当季节干燥时，它可再氧化为高价铁、锰。在湿润热带，由于氧化还原作用，引起铁、锰在土壤剖面中移动，但在于湿季明显的地区，常移动不远，并氧化脱水而淀积。低价铁、锰在土壤剖面中移动时，低价铁先氧化而淀积，而低价锰移至更深层后才氧化脱水，形成黑色MnO2沉淀。铁、锰的氧化还原过程导致土壤潜育、潴育和白浆化过程的发生。

土壤氧化还原状况变化的结果，引起土壤溶液特性的改变，影响植物营养条件，特别是铁、锰和硝酸盐营养的供给。例如，氧化还原电位（Eh）高于700毫伏时，土壤接近完全好气性，即氧化状态，有机质迅速分解，营养物质易于流失；如果低于200毫伏，土壤处于嫌气性，则Fe2+、Mn2+和有机质大量累积和出现反硝化作用，对植物生长不利。因此，调节土壤氧化还原状况，搞好排灌和施肥是重要的农业措施。

（三）土壤的缓冲性

土壤的缓冲性（Buffering power of soil）是指：当加酸或碱于土壤时，土壤具有缓和酸碱度改变的能力。土壤缓冲性主要来自土壤胶体及其吸附的阳离子，其次是土壤所含的弱酸及其盐类。

土壤胶体数量大，吸附的盐基离子多，其缓冲酸的能力就强，如加入盐酸，通过胶体上的离子代换，将土壤中的活性酸度转化为潜在酸度，从而起着稳定土壤pH值的作用，其反应式如下：

如果土壤胶体吸附的主要是氢离子，则缓冲碱的能力强，例如，加氢氧化钠于土壤，使土壤的潜在酸转化为活性酸，而与溶液中的氢氧离子中和，使土壤的pH值不因加入碱性物质而变化过剧，其反应式如下：

土壤胶体]·4H++NaOH土壤胶体]·4Na++4H2O

土壤溶液中所含各种弱酸如碳酸、重碳酸、磷酸、硅酸和各种有机酸及其弱酸盐，都具有缓冲能力。以碳酸及其钠盐为例，当加入盐酸时，碳酸钠与其发生作用，生成中性盐和碳酸，大大缓和了土壤酸性的提高：

Na2CO3+2HCl=H2CO3+2NaCl

当遇到碱时，碳酸和它反应，生成溶解度低的碳酸钙，使土壤不会显著地提高碱性：

H2CO3+Ca（OH）2=CaCO3+2H2O

有机酸的缓冲作用，可以氨基酸来说明。氨基酸是一种两性化合物，它的氨基可以中和酸，羧基可以中和碱，因此对酸、碱都有缓冲能力：

此外，根据索费尔德（R．K．Schofield）的看法，酸性土壤中的铝离子也有缓冲作用，这是由于同铝离子结合的水分子能解离出氢离子，而中和了加入溶液中的氢氧离子，使碱性不能剧烈增加所致，其作用可以下式说明：

2Al（H2O）63++2OH-→[Al2（OH）2（H2O）8]4++4H2O

土壤的缓冲性可使土壤避免因施肥、微生物和根系的呼吸、有机质的分解等引起土壤酸碱度的剧烈变化，这对植物的正常生长和微生物的生命活动都有重要的意义。
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