pH 簡介 | CANNA Asia

CANNA Research

七月 10, 2025

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土壤與灌溉水的 pH 值是構建良好施肥計畫的核心組成部分。雖然 pH 不會直接影響植物本身，但它會直接影響植物能否有效吸收營養元素。反過來，植物也能影響其根部周圍土壤（即根際區域）的 pH 值，這一點我們稍後將進一步探討。

為了更好地了解 pH 對作物產量的影響，我們首先需要瞭解 pH 的定義。pH 是酸鹼度的標準測量指標，由嘉士伯實驗室化學部門的主管於 1909 年發明。其名稱源自「氫的勢能（power of hydrogen）」，因為它提供了一種簡單且通用的方式來測量溶液中氫離子的濃度。這些氫離子決定了溶液的酸度，並影響其化學反應性。

pH 被定義為氫離子濃度的負對數（-log[H⁺]），反映的是陰離子（帶負電的營養元素）與陽離子（帶正電的營養元素）在溶液中的總體平衡。pH 值的範圍從 0（酸性）到 14（鹼性），pH 7 為中性。

pH简介 — 圖 1：這是一張菌根真菌（mycorrhizae）的彩色掃描電子顯微圖（SEM），它展現了土壤真菌與維管植物根部之間的共生關係。菌根真菌能夠吸收植物無法直接取得的養分，將其轉化後傳遞給植物根部。菌根真菌偏好微酸性的環境以促進最佳生長效果。

植物如何影響根際土壤的生命活動？

**根際（rhizosphere）**是指緊鄰植物根部、直接受到根部分泌物與相關微生物影響的狹小土壤區域。當植物面對養分缺乏時，會透過以下方式做出反應：

改變根系形態
吸引微生物協助
改變根際化學環境

根部分泌物中的成分可透過酸化土壤、改變氧化還原條件，或直接與營養元素螯合，幫助植物吸收營養。這些分泌物能夠：

溶解不溶性礦物質
從黏土礦物或有機質中解吸營養元素
將其轉化為植物可吸收的形式

在配製營養液時，種植者會確保其 pH 處於 5.2–6.2 的範圍內，這是大多數營養元素最易吸收的區間。如有需要，可透過添加酸（降低 pH）或鹼（提高 pH）來調整溶液 pH。但在根際環境中，根部會釋放多種物質，進一步改變基質的 pH。

為什麼根際的 pH 與營養液測得的 pH 不一致？
主要原因是植物需維持電荷中性。當養分溶於水中時，它們會以離子形式存在，並帶有電荷：

陽離子（如 K⁺）
陰離子（如 NO₃⁻）

某些養分有多種離子形式，例如磷酸鹽可能以 PO₄³⁻、HPO₄²⁻ 或 H₂PO₄⁻ 存在，但只有 H₂PO₄⁻ 能被根部吸收。
根表面帶負電，因此會排斥同為負電的離子（如 H₂PO₄⁻），這就像兩個同極磁鐵互相排斥。

植物為了吸收陰離子，會排出一個陰離子（如 OH⁻ 或 HCO₃⁻）；吸收陽離子時，則會排出 H⁺。這樣一來：

吸收陽離子 → 排出 H⁺ → pH 降低（變酸）
吸收陰離子 → 排出 OH⁻ 或 HCO₃⁻ → pH 升高（變鹼）

氮肥對 pH 的影響最為人熟知。植物對氮的需求量非常大，因此其影響尤為明顯。氮可分為：

銨態氮（NH₄⁺） → 酸化作用
硝態氮（NO₃⁻） → 鹼化作用

雖然看似可以使用硝酸銨（NH₄NO₃）達成平衡，但因為植物對 NH₄⁺ 的吸收速度遠大於 NO₃⁻，最終仍導致酸化。

根部分泌物（Exudates）與 pH 的關聯

過去的研究表明，植物根系會排出許多物質來直接影響其周圍的土壤生態，這些被稱為「根分泌物（exudates）」。主要包括：

醣類（sugars)
有機酸（如檸檬酸、草酸、蘋果酸）

這些酸存在於根部細胞汁液中，當它們以陰離子形式排出時，會使根部周圍土壤變得更鹼性。

然而，這些有機酸對 pH 的影響通常小於 H⁺ 離子的直接作用。值得注意的是：根系不同部位的排出行為也不同：

根尖 → 排出較多 H⁺
根中段 → 排出較多陰離子

這可能與根系不同區段對肥料吸收的差異有關。

pH 如何影響養分可用性和植物生長？

pH 值影響養分的溶解度與可用性，因此間接影響植物的健康與生長速度。不是所有營養元素都對 pH 同樣敏感，但大多數植物養分在 pH 5.2–6.2 的範圍內最為可用（見圖 4）。
在微酸性土壤中，多數礦物質與營養元素的溶解度較高，因此更容易被吸收。相反，在中性或偏鹼性土壤中，某些元素容易「鈍化」，變得無法被利用，例如：