阳离子交换
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。
各种土壤类型、介质和矿物质的 CEC 值。具有大量有机质和中等风化粘土的土壤往往具有较高的 CEC。随着土壤变得高度风化，土壤的 CEC 降低。沙质土壤通常也具有较低的 CEC 值。这是因为与粘土矿物相比，沙粒的表面较小，这降低了沙粒保持和保留养分的能力。
资料来源：布雷迪和威尔。2002. 土壤性质和特性的要素。新泽西州普伦蒂斯霍尔。
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。根截获负责吸收大量的钙，以及一定量的镁、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。
根吸收水分和养分
根毛以及根表面的其余部分是水分和养分吸收的主要场所。
水通过渗透作用和毛细管作用进入根部。
土壤水含有溶解的颗粒，如植物养分。土壤水中的这些溶解颗粒被称为溶质。渗透是土壤水从低溶质浓度区域向高溶质浓度区域的运动。渗透本质上是土壤水的扩散。
毛细管作用由水的粘性（对固体表面的吸引力）和内聚力（对其他水分子的吸引力）产生。毛细作用使水能够克服重力向上移动，从周围土壤中进入植物水中。
营养离子通过扩散和阳离子交换进入植物根部。
扩散是离子沿高浓度梯度到低浓度梯度的运动。
当营养阳离子被吸引到根内细胞（称为皮层细胞）的带电表面时，就会发生阳离子交换。当发生阳离子交换时，植物根部会释放出氢离子。因此，根中的阳离子交换导致紧邻土壤的 pH 值降低。
一旦水和营养离子进入植物根部，它们就会穿过相邻细胞之间根部组织内存在的空间。
然后水和养分被输送到木质部，木质部将水和养分输送到植物的所有部分。
一旦水和养分进入木质部，两者都可以运输到植物中需要水和养分的其他部分。植物细胞如何吸收营养离子的基本概述如下。
植物细胞吸收养分
植物细胞含有屏障（质膜和液泡膜），可以选择性地调节水和养分进出细胞的运动。这些细胞屏障是：
可渗透氧气、二氧化碳以及某些化合物。
半透水。
选择性渗透无机离子和有机化合物，如氨基酸和糖。
营养离子可以主动或被动地穿过这些屏障
被动传输是离子沿浓度梯度的扩散。当细胞内部的特定营养物质浓度低于细胞外部时，营养物质可以扩散到细胞中。这种运输方式不需要能源。
主动转运是营养离子逆浓度梯度进入细胞的运动。与被动运输不同，这种类型的运动需要能量。
营养流动
厂内
一些营养素的一个重要特征是能够在植物组织内移动。一般而言，当植物组织中缺乏某些营养素时，该营养素能够从较老的叶子转移到生长需要该营养素的较年轻的叶子。具有这种能力的营养素被称为可移动营养素，包括氮、磷、钾、镁和钼。相比之下，固定的养分没有能力从旧的生长转移到新的生长。固定营养素包括钙、硫、硼、铜、铁、锰和锌。
在诊断缺乏症状时，营养物质的流动性或不动性为我们提供了特殊的线索。如果缺乏症状首先出现在旧的生长中，我们就知道缺乏的养分是流动的。另一方面，如果症状出现在新的生长中，则缺乏的营养素是不动的。
土壤内
土壤中养分的流动性与土壤的化学性质（如 CEC 和 AEC）以及土壤条件（如水分）密切相关。当土壤中有足够的水分发生浸出时，渗滤水会携带溶解的养分，这些养分随后会从土壤剖面中流失。容易浸出的养分通常是那些被土壤颗粒吸附的养分较弱的养分。例如，在具有高 CEC 和低 AEC 的土壤中，硝酸盐（阴离子）比钙（阳离子）更容易浸出。此外，在这样的土壤中，钾（一价阳离子）比钙（二价阳离子）更容易浸出，因为钙比钾更牢固地附着在土壤颗粒上。
在风化过程中，矿物中的二氧化硅也会从土壤剖面中溶解和浸出。正是这种溶解和浸出将主要矿物质转化为风化程度更高的次生矿物质，构成毛伊岛质地细腻的土壤。
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