无土栽培中根区pH值对微量营养素溶解度的影响：化学平衡的模拟

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Micronutrient Solubility in Response To Root Zone pH for Soilless Plant Culture: Simulation of Chemical Equilibria

pH值、肥料形态及溶解有机质对水培和有机无土基质中微量营养素溶解度的影响机制研究。通过GEOCHEM-EZ和Visual MINTEQ模拟发现，硫酸盐类在pH>6.0时快速沉淀，而Fe-EDDHA等螯合剂可稳定至pH10.0；有机质通过金属-有机络合物提高Fe、Cu、Zn有效性，硼随pH升高略降，钼则增加。实践强调选择稳定螯合剂并精准调控pH的重要性。

　　

摘要

根区pH值是无土栽培中决定微量元素溶解度的关键因素，直接影响养分吸收和作物健康。本研究探讨了pH值、肥料形式以及溶解有机质如何相互作用，从而影响水培和有机无土栽培基质系统中微量元素的溶解度。研究目的是通过建立平衡模型来量化这些影响，为pH值和微量元素的管理提供机制基础。研究重点关注了在有无有机无土基质的情况下，pH值与养分有效性之间的复杂相互作用，特别是金属微量元素的形式（硫酸盐与螯合物）、溶解有机质（DOM）以及无土基质中的阳离子交换作用，还有pH值调节方法（水培中的酸碱调节与无土基质中的石灰施用）对微量元素溶解度的影响。使用化学平衡模型（GEOCHEM-EZ）在典型水培系统的条件下模拟并分析了微量元素的溶解度，同时排除了有机质的影响，并保持钙（Ca）浓度恒定。后续模拟则使用Visual MINTEQ软件，在类似无土基质系统的条件下进行，考虑了有机质的存在以及不同来源的Ca（如Ca(OH)₂）对微量元素溶解度的影响。结果表明，基于硫酸盐的微量元素与螯合态微量元素的溶解度存在显著差异：在水培模拟中（GEOCHEM-EZ），基于硫酸盐的微量元素在较高pH值（>6.0）时迅速变得不溶，而螯合物（尤其是Fe-EDDHA，即乙二胺-N, N-双(2-羟基苯乙酸)）即使在碱性条件下（pH高达10.0）仍能保持溶解度。Visual MINTEQ模拟进一步凸显了溶解有机质在稳定无土基质中微量元素有效性方面的作用，尤其是对于Fe、Cu和Zn等金属微量元素。随着基质pH值的升高，硼的可用性略有下降，而钼的溶解度在碱性条件下略有增加。这些结果共同表明，螯合态微量元素与有机质的相互作用显著提高了水培和有机无土栽培基质中的养分有效性，尤其是在较高pH值时，基于硫酸盐的微量元素会迅速失去溶解性。实际应用中，这强调了精心选择合适的微量元素肥料（特别是在较高pH值下稳定的螯合物如Fe-EDDHA）以及精确控制根区pH值以优化植物养分吸收的重要性。