pH简介

CANNA Research

为了更好地了解 pH 值对作物产量的影响，我们首先需要定义 pH 值。pH值标度是酸度的标准测量值，由嘉士伯实验室化学部负责人于1909年开发。它基本上意味着"氢的力量"，因为这一范围提供了一种简单而通用的测量溶液中氢离子量的方法。这些离子会影响其酸度以及溶液发生化学反应的方式。 pH定义为氢离子浓度的负对数。这是由于存在阴离子（带负电荷的营养物质）和阳离子（带正电荷的营养物质）的结果。pH 值范围从 0（酸性）到 14（碱性），pH 7 为中性点。

图 1：这是菌根的彩色扫描电子显微照片 (SEM)； 土壤真菌和维管植物根部之间的共生关系。真菌能够获取植物无法获得的营养形式，加工它们并将它们传递到根部。 菌根喜欢微酸性环境以获得最佳生长。

植物可以影响其根际的土壤生命

根际是土壤的狭窄区域，直接受根系分泌物和相关土壤微生物的影响。植物通过改变其根部形态、寻求微生物的帮助和改变根际的化学环境来应对营养缺乏。根系分泌物中的成分通过酸化或改变根际内的氧化还原条件或直接与养分螯合来帮助植物获取养分。渗出物可以通过溶解不溶性矿物相或从粘土矿物或有机物质中解吸来释放养分，从而将它们以溶液的形式释放到土壤中，然后被植物吸收。在制备营养液时，种植者会确保水的 pH 值在一定范围内。这个范围最好是植物可利用的大多数养分的范围，即 5.2-6.2。如有必要，肥料溶液的 pH 值可以简单地通过添加酸来降低 pH 值或添加碱来增加它。但是在根际，即活根的周围，情况变得非常不同。根部会分泌许多改变基质中 pH 值的物质。

图 2：每个土壤颗粒都含有净负电荷，因此能够吸引和保持带正电荷的元素，如钾和钙。 这些元素像磁铁一样被吸引并固定在土壤颗粒的表面。粘土和有机物具有更高的净负电荷，因此具有更大的容纳带正电的离子或阳离子的能力。 通常会排斥带负电荷的离子，例如硝酸盐和磷酸盐。

根际的 pH 值可能与在营养液中测量的 pH 值有很大不同。造成这种情况的主要原因是植物必须保持"中性"。当它们溶解在水中时，所有的营养物质都以离子的形式存在。这些离子总是带有正电荷或负电荷。带正电的离子，如 K+，称为阳离子。带负电荷的离子，如 NO3 -，称为阴离子。一些营养素可以多种形式存在。例如磷酸盐，它可以以 PO4 3- 、HPO4 2- 和 H2PO4 - 的形式出现。然而，只有最后一种形式可以被根采用。根的表面带负电荷。 在这种状态下，H2PO4 等带负电的离子会像两个同极磁铁一样从根部表面被排斥。植物已经开发出几种促进阴离子吸收的方法。对于植物吸收的每个阴离子，它都会排出一种阴离子，例如氢氧化物 (OH-) 或碳酸氢根离子 (HCO3 -)。同样，对于它吸收的每一种阳离子，植物都会以 H+ 的形式排出一种阳离子。 通过这种方式，植物的电荷保持平衡。然而，这样做的副作用是排泄的离子会影响基质中根际的 pH 值。通过排泄阳离子，根部附近的 pH 值降低（它变得更酸）。阴离子的排泄会提高根部附近的 pH 值（它变得更碱性）。

众所周知，氮肥对根部附近的 pH 值有影响。这种观点很重要，因为植物吸收了很多的氮之后效果非常可观。这种效应在每一种营养素或肥料上都是可以发生的。作为种植者，您可以添加不同形式的氮。铵 (NH4 +) 在土壤中具有酸性作用， 硝酸盐 (NO3 -) 具有碱性作用。人们可能很容易认为，就此，可以用硝酸铵 (NH4NO3) 施肥。但这并不是那么简单。 与硝酸盐相比，植物吸收铵的速度要快得多，最终导致土壤酸化。所有这些反应都需要考虑在内，因为每种养分在土壤中都有其与植物有效性相关的最佳 pH 值范围。对于某些元素，这是一个狭窄的 pH 值范围，简单地测量营养液中的 pH 值并不能告诉你根际到底发生了什么。

渗出物

图 3：这张图片向您展示了植物吸收的每一个阳离子（蓝色），
它都会以 H+ 的形式排出一个阳离子。
对于植物吸收的每个阴离子（红色），
它都会释放一个氢氧根（例如 OH-）离子。
这样，植物的净电荷始终保持平衡。
这样做的副作用是排泄的离子会影响基质中根际的 pH 值。
当植物分泌阳离子时，根部附近的 pH 值会降低。
阴离子的排泄会提高根部附近的pH值。

在过去，很明显，根部会分泌许多物质，以直接影响根部表面周围的土壤生活。这些物质被称为"渗出物"。 主要分泌物是糖和有机酸。 柠檬酸、草酸和苹果酸等酸大量存在于根部的细胞水分中。这些元素也会对土壤中的 pH 值产生影响，但这种影响的强度会因每种植物而异。如果酸从根部排出，它们会以阴离子的形式溶解，并使根部附近的土壤像其他阴离子一样碱性。通常，与 H+ 离子排泄的强烈影响相比，这些渗出物对 pH 的影响较小。然而，值得注意的是，并非根系统的每个部分都以相同的方式起作用。在根尖，更多的 H+ 离子被排出，而在根部更远一点，更多的阴离子被排出。这可能与肥料吸收的差异有关。

pH 值会影响营养物质的可用性和植物的生长

pH 值影响养分的有效性，因此会间接影响植物的生长。pH 值也会影响植物根系对养分的吸收，但是并非每种养分都受到同等影响，但大多数养分都可用于 pH 值范围为 5.2 – 6.2 的植物（见图 4）。养分在被植物吸收之前，必须溶解在土壤溶液中。大多数矿物质和养分在微酸性土壤中比在中性的微碱性土壤中更易溶解，因此更容易获得。在中性至微碱性土壤中，某些元素会变得"失活"，将不能被植物吸收。这些元素包括铁、锰、铜、锌和硼。 另一方面，在非常酸性的土壤中，磷的溶解度、钙的溶解度和镁的溶解度降低。磷在土壤中不易溶解，但在 pH 值范围约为 6.5 的土壤中最容易获得。该值因不同基材而异。酸性土壤（pH 4.0-5.0）可能含有高浓度的可溶性铝、锰和铁，它们可能对某些植物的生长有毒。促进植物健康生长的营养素分为不同的类别：常量营养素（需要大量的元素），其中又细分为初级和次级营养素和微量营养素或微量元素（需要极少量的元素）。通过将培养基保持在最佳 pH 范围内，可以轻松治愈大多数次要营养素和微量营养素缺乏症。 低 pH 值 (3-5) 与高温 (26°C 以上) 相结合也会影响一些真菌病害的生长。 在高酸性土壤中，分解土壤有机质的细菌的活性可能会受到阻碍。 这可以防止有机物质分解，导致有机物质积累和营养物质不释放到土壤中，特别是氮，导致它被锁在有机物质中，这样植物的生长可能受到负面影响。 在有机土壤基质中，有一种叫做菌根的有益真菌。 这些微生物更喜欢微酸性环境。水的碱度也是一个相关因素。 如果水的碱度超过 200-250ppm的碳酸钙，则应添加酸以尽量减少对生长介质 pH 值的影响。

图 4：植物的大多数营养物质都在 5.2 和 6.2 的 pH 值范围内可用。

水培生长基中 pH 值如何以及为何经常变化

植物对阴离子（带负电荷的营养物质）和阳离子（带正电荷的营养物质）的吸收会导致生长系统中 pH 值的显着变化。如果相对于阴离子吸收更多的阳离子，则pH会降低。如果吸收的阴离子多于阳离子，则会导致 pH 值升高。由于氮（植物健康生长所需的大量元素）可以以阳离子（铵 - NH4 +）或阴离子（硝酸盐 - NO3 -）的形式提供，因此这两种形式的氮在营养液中的比例 可以对 pH 随时间变化的速率和方向产生重大影响。pH 值的变化以一种会出人意料的速度迅速发生。 大多数蔬菜品种在 pH 值介于 5.2 和 6.2 之间、温度介于 20°C 和 22°C 之间的营养液中生长最好。

当光线不足时（阴天或室内生长环境），植物会从营养液中吸收更多的钾和磷，从而增加酸度（pH 值会下降）。在低光照水平下，蒸腾速率也较低，这反过来会降低钙的吸收。结合底物的低 pH 值，可能会出现缺钙症状。当有充足的强光时（在晴朗的晴天），植物会从营养液中吸收更多的氮。 结果，酸度降低（pH 升高）。

图 5：此图表将帮助您识别营养缺乏症。

如果 pH 值过高或过低会发生什么以及如何识别症状

营养缺乏的最初症状会出现在叶子上。 例如，缺铁 (Fe) 会很快出现症状。在 7 或更高的 pH 值时，植物可利用的铁少于 50%。在 pH 值为 8.0 时，由于氢氧化铁沉淀（Fe(OH)3 - 最终转化为铁锈），溶液中仅残留少量 铁。 图 5 可用作识别植物营养缺乏的工具。失绿是由于叶绿素的损失导致绿色植物组织变黄或变白。 坏死是植物组织的死亡，表现为深棕色变色，例如在叶子的一部分上的深棕变色。

植物上出现症状的位置（老叶与幼叶）将取决于植物中元素的移动。流动性非常低的元素是硼、钙、铜、铁、锰、钼和锌。这些元素的缺陷将首先表现在嫩叶中，这些元素随着液流转移到幼叶上，它们不会在植物内四处流动。 流动性更强的元素是氮、钾和镁。这些元素的缺乏症状出现在植物的老叶中，因为这些元素从老叶转移到嫩叶上，生长过程需要更多的养分。