金属在土壤中形成腐蚀电池主要是由于金属本身的成分、组织、应力或表面状态以及土壤理化性质的不均匀性所造成的，土壤腐蚀过程可分解为阳极反应和阴极反应：

(一)阳极反应

腐蚀电池的阳极反应是指金属作为阳极发生电化学溶解的过程。钢管埋在土壤中，阳极区发生铁的溶解反应：

Fe+nH₂O→Fe²⁺·nH₂O+2e           (11-13)

阳极反应进行的速度首先受控于金属离子的水化过程，因此土壤的湿度对阳极反应影响较大。实际上，金属的阳极溶解过程至少包含三个步骤，一是金属原子离开晶格转变为表面吸附原子：

M(晶格)→M(吸附)             (11-14)

二是表面吸附原子越过双电层进行放电转变为离子：

M(吸附)→(Mⁿ⁺)*＋ne          (11-15)

三是金属离子(或金属水化离子)从双层溶液向本体溶液迁移：

(Mⁿ⁺)*→Mⁿ⁺             (11-16)

纯度高的晶体从阳极溶解总是开始于晶格的顶端或边缘；而含有杂质的金属体，在每个单独的晶粒中都会引起晶格畸变，这样就增大了晶格中的原子过渡到表面吸附层中去的几率。此外，具有缺陷的晶体，则可加速溶解，溶液中的组分也容易吸附到这些晶体缺陷位置上，起到加速或抑制阳极溶解的作用。在中性或碱性土壤中生成的Fe(OH)₃溶解度很小，可淀积于铜铁表面上，对阳极溶解有一定的阻滞作用；土壤中若含有碳酸盐，也可能在阳极表面生成沉淀而起到保护膜的作用。然而，在酸性很强的土壤中，OH^-离子很少，不能生成Fe(OH)₂，更不能形成Fe(OH)₃，造成Fe²⁺离子浓度在阳极区附近增大，使阳极电位升高，发生浓差极化，加速腐蚀过程。此外，土壤中的氯离子和碳酸根离子能与Fe²⁺生成可溶盐，从而可加速阳极溶解。

(二)阴极反应

1．反应过程

腐蚀电池的阴极反应是指电解质溶液中的氧化剂与金属阳极溶解后释放出来的多余电子相结合的反应过程。如果溶液中没有这些氧化剂存在，即使金属表面存在众多的微电池也不可能发生电化学腐蚀，因此，当阴极过程和阳极过程同时发生时才能构成电化学腐蚀，在电化学腐蚀中有两个最重要的阴极反应，一是氢离子的还原反应：

H^-＋eH            (11-17)

H+HH₂↑            (11-18)

金属Fe, Zn和Al等的电极电位低于氢的电极电位。因此这些金属在酸性中的腐蚀伴随有氢气的析出。金属腐蚀速度受阴极过程控制，与析氢过程电位高低有关。另一重要的阴极反应是溶解氧的还原反应，在中性或碱性溶液中可发生O₂还原成OH^-的反应：

1/2O₂＋H₂O+2e2OH^-           (11-19)

在酸性溶液中发生O₂还原生成水的反应：

1/2O₂+2H⁺+2eH₂O           (11-20)

该过程在金属腐蚀中颇为普遍，大多数金属在土壤中的腐蚀都离不开氧的还原反应，其腐蚀速度受氧去极化过程控制。由于土壤溶液中溶解氧是有限的，对土壤腐蚀起主要作用的是缝隙毛细管中的氧，它们透过土壤固态的微孔电解质到达阴极表面，传递过程比较复杂，在潮湿的黏性土壤中，由于渗水能力和透水性差，氧化传递困难，阴极过程阻力较大，因而腐蚀进行速度较慢。而在颗粒疏松、湿度小、透气性好的土壤中，氧传递至阴极表面较为容易，金属的腐蚀就较为严重。

此外，可能的阴极反应尚有：

总之，阴极过程在各种金属的腐蚀过程中不是单一的反应，它既与金属特性、还与介质特性有关。因此，对某个特定的腐蚀过程应作具体的分析。

2.不同土壤中的腐蚀过程举例

金属在不同土壤中的腐蚀过程是不同的，利用Q235钢在室内进行了模拟加速腐蚀试验和电化学实验(金名惠等2002)，供试土壤为大庆苏打盐土、大港滨海盐渍土、新疆沙漠戈壁土和华南酸性土，并对腐蚀试验后的腐蚀产物进行了微观分析和微生物分析。结果表明，碳钢在上述四种土壤中的腐蚀过程虽然可以归并为：阳极过程为铁的溶解→非晶态羟基氧化铁的生成→经老化最终成为褐铁矿，但中间产物和过程在不同的土壤中并非完全一致；阴极过程为氧去极化为主的扩散控制过程，但华南酸性土pH较低，同时伴随着氢去极化腐蚀的阴极过程：

H⁺＋H⁺＋2e=H₂          (11-27)

大港滨海盐渍上中检测出少量的FeS，这是由于硫酸盐还原菌参与氢去极化过程的结果；硫酸盐还原菌(SRB)的作用为：

在大庆苏打盐土和新疆沙漠戈壁土中含有较高量的HCO₃^-，在有O₂和H₂O时，部分金属铁的腐蚀过程为：

4Fe(CO₃)₂^2-+O₂+6H₂O→4FeOOH+8HCO₃^-            (11-35)

碳钢在上述四种土壤中的腐蚀过程为电化学腐蚀过程，其阳极过程为铁的溶解，经一系列变化最终形成老化的褐铁矿；阴极过程为氧去极化为主的扩散过程，腐蚀过程受阴极极化控制，扩散控制程度随温度的升高和含水量的增大而增大。