土壤离子传感器阳离子交换与土壤养分关系

植物生长所必需的“土壤阳离子”包括铵、钙、镁和钾。还有另外三种“土壤阳离子”，它们不是必需的植物元素，但会影响土壤的 pH 值。额外的“土壤阳离子”包括钠、铝和氢。
 
对植物生长至关重要的土壤阳离子
铵
钙
镁
钾
影响土壤 pH 值的土壤阳离子
钠
铝
氢
阳离子的主要区别特征是它们的正电荷。就像磁铁一样，正电荷会被负电荷强烈吸引。当土壤颗粒带负电荷时，颗粒会吸引并保留阳离子。据说这些土壤具有阳离子交换能力。尽管大多数土壤带负电荷并吸引阳离子，但我们将看到一些夏威夷土壤是例外。 “土壤阳离子”进一步分为两类。铵、钙、镁、钾和钠被称为“碱性阳离子”，而铝和氢被称为“酸性阳离子”。
 
基础阳离子
铵
钙
镁
钾
钠*
* 与其他碱阳离子不同，钠不是所有植物的必需元素。含有高浓度钠的土壤会出现盐度和碱度问题。
 
酸性阳离子
铝
氢
“碱”和“酸”是指特定阳离子对土壤 pH 值的影响。正如您可能怀疑的那样，土壤颗粒中含有大量酸性阳离子的土壤的 pH 值会很低。相比之下，高碱性土壤主要由碱性阳离子组成。
 
土壤中的阳离子相互竞争，在阳离子交换能力上占有一席之地。然而，一些阳离子比其他阳离子被更强烈地吸引和保持。在降低保持强度时，土壤颗粒保持阳离子的顺序如下：铝、氢、钙、钾和硝酸盐，以及钠。
 
阴离子交换
在热带地区，许多高度风化的土壤具有阴离子交换能力。这意味着土壤将吸引和保留阴离子，而不是阳离子。与阳离子相反，阴离子带负电。被土壤颗粒保持和保留的阴离子包括磷酸盐、硫酸盐、硝酸盐和氯（按强度递减的顺序）。与具有阳离子交换能力的土壤相比，具有阴离子交换能力的土壤具有净正电荷。具有阴离子交换能力的土壤通常含有风化的高岭土矿物、铁和铝的氧化物以及无定形材料。阴离子交换能力取决于土壤的 pH 值，并随着土壤 pH 值的降低而增加。
 
基础饱和度
碱饱和度是指示土壤中碱阳离子相对量的测量值。根据定义，它是构成总阳离子交换容量的钙、镁、钾和钠阳离子的百分比。例如，25% 的碱饱和度意味着 25% 的阳离子交换容量被碱阳离子占据。如果土壤不表现出阴离子交换能力，剩余的 75% 的 CEC 将被酸性阳离子占据，例如氢和铝。一般来说，由基性火成岩形成的中度风化土壤的基础饱和度相对较高，例如夏威夷的玄武岩。土壤的 pH 值随着碱饱和度的增加而增加。
 
相比之下，高度风化和/或酸性土壤的碱饱和度往往较低。
 
养分从土壤到根的运动
养分与根表面接触以供植物吸收的三种基本方法。它们是根截取、质量流和扩散。
 
根截留：当养分与根表面物理接触时发生根截留。作为一般规则，根截获的发生随着根表面积和质量的增加而增加，从而使植物能够探索更多的土壤。菌根真菌可以增强根截获，菌根真菌定植根并增加根对土壤的探索。根截获负责大量的钙吸收，以及一些镁、锌和锰。
质量流：当养分通过土壤中水的运动（即渗透、蒸腾或蒸发）被输送到根部表面时，就会发生质量流。水流的速度控制着输送到根表面的养分量。因此，质量流量的减少是土壤水分的减少。大多数氮、钙、镁、硫、铜、硼、锰和钼通过质量流移动到根部。
扩散：扩散是特定营养物质沿浓度梯度的运动。当土壤溶液中特定养分的浓度存在差异时，养分将从浓度较高的区域移动到浓度较低的区域。您可能已经观察到向水中加入糖时的扩散现象。随着糖的溶解，它会在糖浓度较低的部分水中移动，直到它均匀分布或均匀浓缩。扩散会向根表面输送大量的磷、钾、锌和铁。与水向根部移动的营养物质的质量流相比，扩散是一个相对缓慢的过程。
营养吸收到根部和植物细胞中
在水和养分被吸收到植物中之前，两者都必须首先被植物根部吸收。