《土壤微生物生态工程》—土壤的化学性质（28）

存在于土壤孔隙中的水通常是土壤溶液，是土壤中化学反应的介质。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性三个方面。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性则影响着有机质分解和养分有效性的程度。

1．土壤的胶体性质

土壤胶体是土壤固体颗粒中最微细部分，是物理化学性质最活泼的部分。土壤的保肥性、供肥性、酸碱反应、缓冲性能，以及土壤的结构、土壤的物理机械性质等，都与土壤胶体有密切关系。

土壤胶体(soil colloids)是指颗粒直径小于0.001mm或0.002mm的土壤微粒。它是一种液-固体系，即分散相为固体，分散介质为液体。目前土壤胶体粒径的大小范围，并不是绝对的。因为胶体性质的出现，是随着粒径的减小逐渐加强的。土壤中的胶体主要分为三类。

①土壤无机胶体 主要是矿物在化学风化过程中产生的次生矿物，包括氧化硅类、三氧化物类和层状铝硅酸盐等。有时将无机胶体称为黏土矿物。

②土壤中有机胶体 主要是腐殖质，它是有机质在土壤微生物等的作用下形成的。

③有机无机复合体 是土壤腐殖质和黏土矿物通过混合和吸附结合在一起结合过程比较复杂。

土壤胶体具有如下的性质。

①巨大的比表面积和表面能  土壤胶体颗粒小，有巨大的比表面积。巨大的表面能能吸附大量的水分子、养分和其他分予态物质。有些微生物也被吸附在表面。

②带电性和离子吸收代换性能  一般胶体带负电，可吸附大量的阳离子。而且大部分的离子，具有代换能力。这对养分的供应与保存以及土壤的酸碱、缓冲性有很大的意义。

③分散性和凝聚性  土壤胶体，在一定条件下可以分散在介质中，呈溶胶状态。有时又可以相互凝聚，呈凝胶状态。这种凝聚作用对土壤结构的形成极为重要。当土壤胶体是溶胶状态时，土壤结构不良，耕性很差，湿时泥泞，干时结块，影响土壤的通气透水性，对植物生育和土壤耕作都是不利的。相反，呈凝胶状态时，土壤具有良好的结构和耕性，养分也易于保存。所以在生产上，常施用钙质肥料（如石灰、石膏）改善胶体性质，以及通过排水、晒田、冰冻等方法提高土壤溶液中离子浓度和通过深耕等措施促进胶体脱水，改善土壤结构。

④物理机械性质  土壤胶体具有黏结性、黏着性和可塑性等一系列的性质。

土壤中的微生物一般都吸附在有机胶体和无机胶体颗粒的表面，结合成具有活性的土团及土壤结构。西南农学院的研究结果认为，微生物也是复合胶体的一个组成部分，土壤复合胶体应是土壤微生物一有机一无机复合胶体。这种复合胶体借助于微生物体内酶和体外酶以及植物根的分泌物，植物遗体及有机肥料等带入的大量酶的活动，在一定温度范围内，通过各类物质的代谢作用，可以调节土体内部热、水、肥，维持其动态平衡，是维持土壤与植物的生理协调的物质基础。

2．土壤酸碱度

土壤的酸碱性是气候、植被以及土壤组成共同作用的结果，其中气候起着近于决定性的作用。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，通常用土壤溶液的pH值来表示。土壤酸度是由H+引起的，而土壤碱度则与OH-的数量有关。

土壤溶液中氢离子来源于土壤有机质分解产生的二氧化碳、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等。

土壤的碱性主要来自土壤中大量存在的碱金属和碱土金属，如钠、钾、钙、镁的碳酸盐和重碳酸盐，其中以碳酸钙分布最为广泛。此外，在有机质高，含硫酸盐和厌氧条件下，厌氧微生物将Na2SO4还原成Na2S, Na2S再与CaCO3作用形成Na2CO3，水解后产生大量的OH-。

根据土镶的酸度可以将其划分为9个等级（图3-3）。我国土壤的pH大多在4. 5～8.5范围内，并有由南向北pH值递增的规律性，长江（北纬33˚）以南的土壤多为酸性和强酸性，如华南、西南地区广泛分布的红壤、黄壤，pH值大多在4. 5～5.5之间，有少数低至3.6～3.8；华中华东地区的红壤，pH在5.5～6.5之间；长江以北的土壤多为中性或碱性，如华北、西北的土壤大多含CaCO3，pH值一般在7.5～8.5之间，少数强碱性土壤的pH值高达10.5。

土壤酸碱性变化对土壤中的氮、磷、钾、钙、镁等元素的有效性影响很大。同时，土壤酸碱性还影响土壤微生物的分布和生理代谢。过酸或过碱都不利于有益微生物的活动。如在酸性土壤中，有益微生物（如固氮细菌、硝化细菌等）的活动大大减弱，影响氮、硫、磷等养分的转化。此外，土壤酸碱性也影响植物对养分的吸收。土壤溶液中的碱性物质会促使细胞原生质溶解，破坏植物组织。酸性较强也会引起原生质变性和酶的钝化，影响植物对养分的吸收。酸度过大时，还会抑制植物体内单醣转化为蔗糖、淀粉及其他较复杂的有机化合物的过程。表3-6体现了土壤酸碱性对土壤肥力、微生物生长的影响。

3．土壤氧化还原性

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。土壤中有许多有机和无机的氧化性和还原性物质，因而使土壤具有氧化-还原特性。一般，土壤中主要的氧化剂有氧气、和高价金属离子，如Fe3+、Mn4+等。主要的还原剂包括有机质和低价金属离子。此外，土壤中植物的根系和土壤微生物也是土壤发生氧化还原反应的重要参与者。