陽離子交換
植物生長所必需的“土壤陽離子”包括銨、鈣、鎂和鉀。還有另外三種“土壤陽離子”，它們不是必需的植物元素，但會影響土壤的 pH 值。額外的“土壤陽離子”包括鈉、鋁和氫。
對植物生長至關重要的土壤陽離子
銨
鈣
鎂
鉀
影響土壤 pH 值的土壤陽離子
鈉
鋁
氫
陽離子的主要區別特征是它們的正電荷。就像磁鐵一樣，正電荷會被負電荷強烈吸引。當土壤顆粒帶負電荷時，顆粒會吸引并保留陽離子。據說這些土壤具有陽離子交換能力。盡管大多數土壤帶負電荷并吸引陽離子，但我們將看到一些夏威夷土壤是例外。 “土壤陽離子”進一步分為兩類。銨、鈣、鎂、鉀和鈉被稱為“堿性陽離子”，而鋁和氫被稱為“酸性陽離子”。
基礎陽離子
銨
鈣
鎂
鉀
鈉*
* 與其他堿陽離子不同，鈉不是所有植物的必需元素。含有高濃度鈉的土壤會出現鹽度和堿度問題。
酸性陽離子
鋁
氫
“堿”和“酸”是指特定陽離子對土壤 pH 值的影響。正如您可能懷疑的那樣，土壤顆粒中含有大量酸性陽離子的土壤的 pH 值會很低。相比之下，高堿性土壤主要由堿性陽離子組成。
土壤中的陽離子相互競爭，在陽離子交換能力上占有一席之地。然而，一些陽離子比其他陽離子被更強烈地吸引和保持。在降低保持強度時，土壤顆粒保持陽離子的順序如下：鋁、氫、鈣、鉀和硝酸鹽，以及鈉。

各種土壤類型、介質和礦物質的 CEC 值。具有大量有機質和中等風化粘土的土壤往往具有較高的 CEC。隨著土壤變得高度風化，土壤的 CEC 降低。沙質土壤通常也具有較低的 CEC 值。這是因為與粘土礦物相比，沙粒的表面較小，這降低了沙粒保持和保留養分的能力。
資料來源：布雷迪和威爾。2002. 土壤性質和特性的要素。新澤西州普倫蒂斯霍爾。
陰離子交換
在熱帶地區，許多高度風化的土壤具有陰離子交換能力。這意味著土壤將吸引和保留陰離子，而不是陽離子。與陽離子相反，陰離子帶負電。被土壤顆粒保持和保留的陰離子包括磷酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽和氯（按強度遞減的順序）。與具有陽離子交換能力的土壤相比，具有陰離子交換能力的土壤具有凈正電荷。具有陰離子交換能力的土壤通常含有風化的高嶺土礦物、鐵和鋁的氧化物以及無定形材料。陰離子交換能力取決于土壤的 pH 值，并隨著土壤 pH 值的降低而增加。
基礎飽和度
堿飽和度是指示土壤中堿陽離子相對量的測量值。根據定義，它是構成總陽離子交換容量的鈣、鎂、鉀和鈉陽離子的百分比。例如，25% 的堿飽和度意味著 25% 的陽離子交換容量被堿陽離子占據。如果土壤不表現出陰離子交換能力，剩余的 75% 的 CEC 將被酸性陽離子占據，例如氫和鋁。一般來說，由基性火成巖形成的中度風化土壤的基礎飽和度相對較高，例如夏威夷的玄武巖。土壤的 pH 值隨著堿飽和度的增加而增加。
相比之下，高度風化和/或酸性土壤的堿飽和度往往較低。
養分從土壤到根的運動
養分與根表面接觸以供植物吸收的三種基本方法。它們是根截取、質量流和擴散。
根截留：當養分與根表面物理接觸時發生根截留。作為一般規則，根截獲的發生隨著根表面積和質量的增加而增加，從而使植物能夠探索更多的土壤。菌根真菌可以增強根截獲，菌根真菌定植根并增加根對土壤的探索。根截獲負責吸收大量的鈣，以及一定量的鎂、鋅和錳。
質量流：當養分通過土壤中水的運動（即滲透、蒸騰或蒸發）被輸送到根部表面時，就會發生質量流。水流的速度控制著輸送到根表面的養分量。因此，質量流量的減少是土壤水分的減少。大多數氮、鈣、鎂、硫、銅、硼、錳和鉬通過質量流移動到根部。
擴散：擴散是特定營養物質沿濃度梯度的運動。當土壤溶液中特定養分的濃度存在差異時，養分將從濃度較高的區域移動到濃度較低的區域。您可能已經觀察到向水中加入糖時的擴散現象。隨著糖的溶解，它會在糖濃度較低的部分水中移動，直到它均勻分布或均勻濃縮。擴散會向根表面輸送大量的磷、鉀、鋅和鐵。與水向根部移動的營養物質的質量流相比，擴散是一個相對緩慢的過程。
營養吸收到根部和植物細胞中
在水和養分被吸收到植物中之前，兩者都必須首先被植物根部吸收。
根吸收水分和養分
根毛以及根表面的其余部分是水分和養分吸收的主要場所。
水通過滲透作用和毛細管作用進入根部。
土壤水含有溶解的顆粒，如植物養分。土壤水中的這些溶解顆粒被稱為溶質。滲透是土壤水從低溶質濃度區域向高溶質濃度區域的運動。滲透本質上是土壤水的擴散。
毛細管作用由水的粘性（對固體表面的吸引力）和內聚力（對其他水分子的吸引力）產生。毛細作用使水能夠克服重力向上移動，從周圍土壤中進入植物水中。
營養離子通過擴散和陽離子交換進入植物根部。
擴散是離子沿高濃度梯度到低濃度梯度的運動。
當營養陽離子被吸引到根內細胞（稱為皮層細胞）的帶電表面時，就會發生陽離子交換。當發生陽離子交換時，植物根部會釋放出氫離子。因此，根中的陽離子交換導致緊鄰土壤的 pH 值降低。
一旦水和營養離子進入植物根部，它們就會穿過相鄰細胞之間根部組織內存在的空間。
然后水和養分被輸送到木質部，木質部將水和養分輸送到植物的所有部分。
一旦水和養分進入木質部，兩者都可以運輸到植物中需要水和養分的其他部分。植物細胞如何吸收營養離子的基本概述如下。
植物細胞吸收養分
植物細胞含有屏障（質膜和液泡膜），可以選擇性地調節水和養分進出細胞的運動。這些細胞屏障是：
可滲透氧氣、二氧化碳以及某些化合物。
半透水。
選擇性滲透無機離子和有機化合物，如氨基酸和糖。
營養離子可以主動或被動地穿過這些屏障
被動傳輸是離子沿濃度梯度的擴散。當細胞內部的特定營養物質濃度低于細胞外部時，營養物質可以擴散到細胞中。這種運輸方式不需要能源。
主動轉運是營養離子逆濃度梯度進入細胞的運動。與被動運輸不同，這種類型的運動需要能量。
營養流動
廠內
一些營養素的一個重要特征是能夠在植物組織內移動。一般而言，當植物組織中缺乏某些營養素時，該營養素能夠從較老的葉子轉移到生長需要該營養素的較年輕的葉子。具有這種能力的營養素被稱為可移動營養素，包括氮、磷、鉀、鎂和鉬。相比之下，固定的養分沒有能力從舊的生長轉移到新的生長。固定營養素包括鈣、硫、硼、銅、鐵、錳和鋅。
在診斷缺乏癥狀時，營養物質的流動性或不動性為我們提供了特殊的線索。如果缺乏癥狀首先出現在舊的生長中，我們就知道缺乏的養分是流動的。另一方面，如果癥狀出現在新的生長中，則缺乏的營養素是不動的。
土壤內
土壤中養分的流動性與土壤的化學性質（如 CEC 和 AEC）以及土壤條件（如水分）密切相關。當土壤中有足夠的水分發生浸出時，滲濾水會攜帶溶解的養分，這些養分隨后會從土壤剖面中流失。容易浸出的養分通常是那些被土壤顆粒吸附的養分較弱的養分。例如，在具有高 CEC 和低 AEC 的土壤中，硝酸鹽（陰離子）比鈣（陽離子）更容易浸出。此外，在這樣的土壤中，鉀（一價陽離子）比鈣（二價陽離子）更容易浸出，因為鈣比鉀更牢固地附著在土壤顆粒上。
在風化過程中，礦物中的二氧化硅也會從土壤剖面中溶解和浸出。正是這種溶解和浸出將主要礦物質轉化為風化程度更高的次生礦物質，構成毛伊島質地細膩的土壤。