根系离子交换吸附现象

A. 植物对矿质元素的主动吸收过程

植物对矿物元素的主动吸收过程是利用代谢能量逆着浓度梯度吸收实现的。

主动吸收需要转运蛋白的参与。转运蛋白有通道蛋白和载体蛋白之分。载体蛋白又分为单向运输载体、同向运输载体和反向运输载离子也可以离子泵(质子泵和钙泵)跨膜运输。

3、直接功能性 这种元素对植物生长发育的影响必须是该元素直接作用的效果，而不是由于该元素通过改变土壤或培养基等条件所产生的间接效果。

B. 交换吸附的特点

这种交换吸附不需要代谢能量，吸附速率很快，当吸附表面形成单分子层就达到极限，吸附速率与温度无关。因此，它是属于非代谢性的。
离子交换后，盐类离子吸附在根细胞的表面，为根系进一步吸收离子做了准备。而根系附近土壤溶液中的阳离子和阴离子，又会从较远处得到进一步的补充。交换吸附不需要消耗代谢能量，与温度无关，发生的速度也很快。是属于非代谢性的。农业生产上及时中耕，防止土壤板结，其作用之一就是促进根系的呼吸，以大量产生可供交换的氢离子和碳酸氢根离子。

C. 离体根对铵离子的交换吸收实验原理

实验原理：植物根系以阳离子交换的方式吸收离子。根部细胞质的蛋白质大分子和原生质膜都带负电荷，与阳离子（如H 等）结合。当根系浸在盐类或其他电解质溶液中，阳离子就进行交换吸附，把介质中的阳离子吸附到原生质膜表面上，而将原来结合的H 或K 等阳离子释放出来，此种交换吸附不需要代谢能量。
植物根部从土壤胶体中吸收盐类，有间接交换和直接交换两种方式从根中交换出来，其中K 的量为最多。这种交换过程不仅在根的细胞表面进行，也可能深入到细胞原生质内部。外界介质的pH值也影响着植物根系对离子的交换吸收。
材料选择和处理：选择生长正常，根系活力旺盛的水培小麦苗300株，剪下根系，在清水中漂洗一下，吸去表面水分，生成二组，每组称取鲜重2g，分别放入两只50ml三角烧瓶中。三角烧瓶加入30ml硫酸铵溶液。另取一只三角烧瓶，加入30ml硫酸铵溶液，但不放根系，以作较正。上述各组处理贴上标签。

D. 离子交替吸附作用

离子交替吸附作用主要发生在具有固定电荷的固体矿物表面，无论是阳离子还是阴离子，均可发生交替吸附作用，但目前研究得较多的是阳离子交替吸附作用。离子交替吸附作用的一个重要特点就是，伴随着一定量的一种离子的吸附，必然有等当量的另一种同号离子的解吸（图2-5-4）。离子交替吸附作用之所以具有这样的特点，主要是由于吸附剂通常都具有一定的离子交换容量，因此这里首先对离子交换容量予以讨论。

图2-5-3 有机质表面的负电荷

图2-5-4 阳离子交替吸附作用图解

2.5.2.1 离子交换容量

离子交换容量包括阳离子交换容量（CEC—Cation Exchange Capacity）和阴离子交换容量（AEC—Anion Exchange Capacity），我们主要讨论阳离子交换容量，它被定义为每100 g干吸附剂可吸附阳离子的毫克当量数。例如，在蒙脱石的结晶格架中，铝八面体中的三价铝可被二价镁所置换，根据测定，每摩尔蒙脱石中镁的含量为0.67 mol，即蒙脱石的分子式为：Si₈Al_3.33Mg_0.67O₂₀（OH）₄。已知蒙脱石的分子量是734 g，因此这种蒙脱石的阳离子交换容量为：

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在实际中，通常都是通过实验来测定吸附剂的阳离子交换容量。尤其是对于野外所采取的土样或岩样，由于其中含有多种吸附剂，实验测定往往是唯一可行的方法。阳离子交换容量的实验测定在多数情况下都是用pH为7的醋酸铵溶液与一定量固体样品混合，使其全部吸附格位被所饱和，然后用其他溶液（例如NaCl溶液）把被吸附的全部交换出来，达到交换平衡后，测定溶液中Na⁺的减少量，据此便可计算样品的阳离子交换容量。表252列出了一些粘土矿物及土壤的阳离子交换容量，由表可见，与土壤相比，矿物的阳离子交换容量有更大的变化范围。

松散沉积物的阳离子交换容量受到了多种因素的影响，主要有：

（1）沉积物中吸附剂的种类与数量。例如，我国北方土壤中的粘土矿物以蒙脱石和伊利石为主，因此其CEC值较大，一般在20 meq/100 g以上，高者达50 meq/100 g以上；而南方的红壤，由于其有机胶体含量少，同时所含的粘土矿物多为高岭石及铁、铝的氢氧化物，故CEC较小，一般小于20 meq/100 g。

表2-5-2 一些粘土矿物及土壤的阳离子交换容量

（2）沉积物颗粒的大小。一般来说，沉积物的颗粒越小，其比表面积越大，CEC值越高。例如，根据一河流沉积物的粒径及其CEC的实测结果，随着沉积物的粒径为从4.4μm增至1000μm，其CEC从14～65 meq/100 g变到4～20 meq/100 g，最终减小到0.3～13 meq/100 g。

（3）水溶液的pH值。一般来说，随着水溶液pH值的增加，土壤表面的可变负电荷量增多，其CEC相应增加；相反，随着水溶液pH值的减小，土壤表面的可变负电荷量不断减少，其CEC也随之减小。

2.5.2.2 阳离子交换反应及平衡

阳离子交换反应的一般形式可写为：

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式中：A^m+、Bⁿ⁺表示水溶液中的A、B离子；AX、BX表示吸附在固体表面的A、B离子。上述反应的平衡常数可写为：

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式中：a标记溶液中组分的活度；{}表示表示吸附在固体表面上的离子的活度。对于水溶液中的离子，其活度可使用表2-1-1中的公式进行计算；但对于吸附在固体表面上的离子，其活度的计算至今还没有满意的方法。目前主要采用两种替代的方法来处理这一问题，一种是Vanselow惯例，另一种是Gaines-Thomas惯例。Vanselow惯例是由Vanselow于1932年提出的，他建议使用摩尔分数来代替式（2-5-7）中的{AX}和{BX}。若固体表面仅吸附了A离子和B离子，在一定重量（100 g）的吸附剂表面A、B的含量（mmol）依次为q_A和q_B，则吸附剂表面A、B的摩尔分数分别为：

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显然，x_A+x_B=1。这样式（2-5-7）可改写为：

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Gaines-Thomas惯例是由Gaines和Thomas于1953年提出的，他们建议采用当量百分数来代替式（2-5-7）中的{AX}和{BX}。若用y_A和y_B分别表示吸附剂表面A、B的当量百分数，则有：

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同样，y_A+y_B=1，这样式（2-5-7）变为：

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目前，这两种惯例都还在被有关的研究者所使用，各有优点，互为补充。事实上，离子交换反应的平衡常数并不是一个常数，它往往随着水溶液的成分、pH值及固体表面成分的变化而变化，因此许多研究者认为将其称为交换系数（Exchange Coefficient）或选择系数（Selectivity Coefficient）更合适一些（Appelo，1994；Deutsch，1997；Benefield，1982；Kehew，2001）。

若已知两种不同离子与同一种离子在某种吸附剂中发生交换反应的交换系数，则可计算出这两种离子发生交换反应的交换系数。例如，若在某种吸附剂中下述反应：

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交换系数分别为K_Ca-Na和K_K-Na，则在该吸附剂中反应：

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的交换系数为：

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这是因为（以Vanselow惯例为例）：

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故有：

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表2-5-3列出了不同离子与Na⁺发生交换反应的交换系数（Vanselow惯例），据此便可按照上述的方法求得这些离子之间发生交换反应时的交换系数。

需要说明的是，在表2-5-3中，I离子与Na⁺之间交换反应的反应式为：

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表2-5-3 不同离子与Na⁺发生交换反应时的交换系数

其交换系数的定义式如下：

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【例】在某地下水系统中，有一段含有大量粘土矿物、因此具有明显阳离子交换能力的地段，假定：

（1）该地段含水层的阳离子交换容量为100 meq/100 g，含水层中的交换性阳离子只有Ca²⁺和Mg²⁺，初始状态下含水层颗粒中Ca²⁺、Mg²⁺的含量相等；

（2）在进入该地段之前，地下水中的Ca²⁺、Mg²⁺浓度相等，均为10^-3 mol/L；

（3）含水层的孔隙度为n=0.33，固体颗粒的密度为ρ=2.65 g/cm³；

（4）含水层中发生的阳离子交换反应为：

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不考虑活度系数的影响，其平衡常数（Vanselow惯例）为：

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试使用阳离子交换平衡关系计算，当地下水通过该地段并达到新的交换平衡后，水溶液中及含水层颗粒表面Ca²⁺、Mg²⁺浓度的变化。

【解】：设达到新的交换平衡后，含水层颗粒中Ca²⁺的摩尔分数为y、水溶液中Ca²⁺的浓度为x（mmol/L），则这时含水层颗粒中Mg²⁺的摩尔分数为1-y、水溶液中Mg²⁺的浓度为2-x（mmol/L），故有：

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整理得：

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已知含水层的CEC=100 meq/100g，因此对于二价阳离子来说，含水层颗粒可吸附的阳离子总量为50 mmol/100 g=0.5 mmol/g。若用z表示达到交换平衡后1 g含水层颗粒中Ca²⁺的含量，则有：

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以式（2-5-25）带入式（2-5-24）得：

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为了计算上述变化，需要对1 L水所对应的含水层中Ca²⁺的质量守恒关系进行研究。已知含水层的孔隙度为0.33，显然在这样的含水层中，1 L水所对应的含水层颗粒的体积为0.67/0.33（L），相应的含水层颗粒的质量为：

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故吸附作用前后1 L水所对应的含水层中Ca²⁺的质量守恒关系为：

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式中的0.25为吸附作用前1 g含水层颗粒中Ca²⁺的含量（mmol），由式（2-5-27）可得：

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以式（2-5-26）带入式（2-5-28）并整理得：

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这是一个关于z的一元二次方程，求解该方程可得：z=0.2500627 mmol/g。代z入式（2-5-25）和式（2-5-26）可得达到新的交换平衡后含水层颗粒中Ca²⁺的摩尔分数为0.5001254，水溶液中Ca²⁺的浓度为0.75 mmol/L，故这时含水层颗粒中Mg²⁺的摩尔分数为0.4998746、水溶液中Mg²⁺的浓度为1.25 mmol/L。由此可见，地下水通过该粘性土地段后，尽管Ca²⁺、Mg²⁺在含水层颗粒中的含量变化很小，但它们在地下水中的含量变化却较大，Mg²⁺从原来的1 mmol/L增加到了1.25 mmol/L，Ca²⁺则从原来的1 mmol/L减少到了0.75 mmol/L。

2.5.2.3 分配系数及离子的吸附亲和力

除了交换系数，还有一个重要的参数需要介绍，这就是分配系数（Separation Factor）（Benefield，1982）。对于反应（2-5-6），它被定义为：

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式中c_A和c_B分别为水溶液中A、B离子的摩尔浓度。显然，若不考虑活度系数的影响，对于同价离子间的交换反应，Q_A-B=K_A-B。式（2-5-29）可改写为：

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由式（2-5-30）可见，Q_A-B反映了溶液中B与A的含量之比与吸附剂表面B与A的含量之比之间的相对关系。当Q_A-B=1时，说明达到交换平衡时B与A在水溶液中的比例等于其在吸附剂表面的比例，因此对于该吸附剂，A和B具有相同的吸附亲和力；当Q_A-B＞1时，说明达到交换平衡时B与A在水溶液中的比例大于其在吸附剂表面的比例，因此A与B相比具有更大的吸附亲和力；当Q_A-B＜1时，说明达到交换平衡时B与A在水溶液中的比例小于其在吸附剂表面的比例，因此B与A相比具有更大的吸附亲和力。

事实上，即使对于同一阳离子交换反应，其分配系数也会随着水溶液性质的变化而变化（Stumm and Morgan，1996）。图2-5-5给出了Na—Ca交换反应的分配系数随Na⁺浓度的变化。沿着图中的虚线，Q_Na-Ca=1，这时Na⁺和Ca²⁺具有相同的吸附亲和力。但在稀溶液中，例如［Na⁺］=10^-3 mol/L和10^-2 mol/L，Ca²⁺在吸附剂中的比例要远大于其在水溶液中的比例，因此在这种情况下Ca²⁺具有更强的吸附亲和力。随着Na⁺浓度的增大，Ca²⁺的吸附亲和力逐渐减弱，Na⁺的吸附亲和力则逐渐增强，当［Na⁺］=2 mol/L时，Na⁺已经变得比Ca²⁺具有更强的吸附亲和力。Na—Ca交换反应分配系数的这种变化对于解释一些实际现象具有重要的意义，根据这种变化，我们可以推断淡水含水层中通常含有大量的可交换的Ca²⁺，而海水含水层中通常含有大量的可交换的Na⁺。这种变化关系也解释了为什么硬水软化剂能够选择性地去除Ca²⁺，同时通过使用高Na⁺浓度的卤水溶液进行冲刷而再生。

图2-5-5 溶液中Ca²⁺的含量对吸附作用的影响

根据离子交换反应的分配系数，可以定量地评价离子的吸附亲和力。一般来说，离子在土壤中的吸附亲和力具有下述的规律：

（1）高价离子比低价离子具有更高的吸附亲和力。例如，Al³⁺＞Mg²⁺＞Na⁺；＞。这是因为离子交换反应从本质上说是一个静电吸引过程，离子价越高，所受到的静电吸引力就越大，它就越容易被吸附剂所吸附。

（2）同价离子的吸附亲和力随着离子水化半径的减小而增大。例如，Ca²⁺＞Mg²⁺＞Be²⁺；＞K⁺＞Na⁺＞Li⁺。这是因为离子的水化半径越小，它越容易接近固体表面，从而也就越易于被固体所吸附。

Deutsch（1997）根据Appelo和Postma（1994）的资料，对二价阳离子的吸附亲和力进行了研究，他所得到了吸附亲和力顺序如下：

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在常见的天然地下水系统中，Ca²⁺和Mg²⁺通常为地下水中的主要阳离子，它们在水溶液中相对较高的含量将使其成为含水层颗粒表面的主要吸附离子，尽管一些微量元素可能更紧密地被吸附在含水层颗粒表面上。但在污染地下水系统中，若吸附亲和力更强的Pb²⁺和Ba²⁺的含量与Ca²⁺、Mg²⁺的含量在同一水平上，则含水层颗粒表面的主要吸附离子将变为Pb²⁺和Ba²⁺，这将大大地影响Pb²⁺和Ba²⁺在地下水中的迁移能力。

综合来讲，阳离子和阴离子的吸附亲和力顺序分别为（何燧源等，2000）：

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可见，阳离子中Li⁺和Na⁺最不易被吸附，阴离子中Cl^-和最不易被吸附。

离子交换对地下水质产生重要影响的一种常见情况就是海水入侵到淡水含水层中。当在沿海地带大量抽取含水层中的淡水时，海水将对含水层进行补给。初始状态下含水层颗粒表面吸附的主要是Ca²⁺和Mg²⁺，海水中的主要阳离子为Na⁺，阴离子为Cl^-。这样入侵的海水将导致含水层中发生下述的阳离子交换反应：

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由于Cl^-通常不易被吸附，也不参与其他的水岩作用过程。所以相对于Cl^-来说，该过程将使得Na⁺的迁移能力降低。

地下水系统中另一种常见的情况与上述过程相反，这就是Ca²⁺置换被吸附的Na⁺，反应式如下：

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人们在大西洋沿岸的砂岩含水层（Zack and Roberts，1988；Knobel and Phillips，1988）以及北美西部的沉积盆地中（Thorstenson等，1979；Henderson，1985）均发现了这种天然的软化过程。该反应发生的前提条件是：含水层中含有碳酸盐矿物，CO₂的分压较高，含水层颗粒中含有大量的可交换的Na⁺。

E. 什么是土壤离子吸附与交换作用

植物在生活状态下，根细胞呼吸作用释放大量二氧化碳，这些二氧化碳溶于土壤溶液生成的碳酸，可以离解成氢离子和碳酸氢根离子，并吸附在根细胞的表面。在土壤溶液中也含有一些阳离子和阴离子。根部细胞表面吸附的阳离子、阴离子与土壤溶液中阳离子、阴离子发生交换的过程就叫交换吸附。离子交换后，盐类离子吸附在根细胞的表面，为根系进一步吸收离子做了准备。而根系附近土壤溶液中的阳离子和阴离子，又会从较远处得到进一步的补充。交换吸附不需要消耗代谢能量，与温度无关，发生的速度也很快。是属于非代谢性的。农业生产上及时中耕，防止土壤板结，其作用之一就是促进根系的呼吸，以大量产生可供交换的氢离子和碳酸氢根离子。
离子交换
借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换，以达到提取或去除溶液中某些离子的目的，是一种属于传质分离过程的单元操作。离子交换是可逆的等当量交换反应。

F. 求解，关于农学的两个问题

采用无土栽培（雾培、水培、基质培）后，就不存在有机与无机之说，因为不管是土壤的有机栽培还是无土营养液栽培，植物根系只能吸收无机的离子化矿质元素，就是有机肥施入土壤，也是在微生物作用下分解为矿质离子，才能被植物根系吸收利用，有机与无机是一种肥料的形态，植物真正利用吸收的还是离子化的矿质元素，只有带电的离子或者一些小分子植物根系才能吸收，有机肥的大分子没有分解植物是无法吸收利用的。植物根系的吸收分为主动吸收与被动吸收，以下就两种吸收机制作详细说明。
根系主要吸收无机营养元素，按吸收方式和耗能情况，可以分为被动吸收和主动吸收。
(一)被动吸收
被动吸收包括扩散、质流和截获。
质流又称集流或液流。质流吸收主要是由作物的蒸腾液流所引起的，溶液中营养元素随着水溶液而进入根细胞。
截获是根系与营养离子接触，进行直接吸收的方式。截获吸收量与根系生长量关系很密切，在土壤系统中，作物根系占耕作层土壤总体积不到2％～3％，故截获吸收总量是很有限的，但在无土栽培中，截获吸收总量提高3倍以上。
被动吸收还包括离子交换吸附，它是由根细胞进行呼吸所产生的H+和HCO3-( HCO3-还可进一步电离出H+)，吸附在根系表皮细胞的原生质膜表面上，可能与土壤溶液中的离子或黏土颗粒表面吸附的离子，进行离子交换而被根系吸收，离子交换吸附被认为是扩散、质流和截获吸收的一种特殊形式。
(二)主动吸收
植物体内离子态的浓度一般比土壤溶液(或营养液环境)中或土壤胶体表面所吸附的离子浓度高的多，但仍能逆浓度梯度吸收，这是需要生物代谢能量的过程。目前关于主动吸收的具体机理及代谢能量被利用方式较为完整的假说有两种。
1、载体假说该假说认为，生物膜上存在着一些能携带离子通过膜的大分子，这些大分子就叫载体。有人认为，载体可能是蛋白质分子，类似变构酶。载体对一定的离子有专一的结合部位，能选择性地携带某种离子通过膜。载体的形成需要ATP，ATP的来源主要是由呼吸作用中糖分解产生的，ADP和无机磷在光合磷酸化、氧化磷酸化的作用下重新获得能量，又形成ATP。
离子泵假说较好的解释了ATP酶活性与阳离子吸收的关系，在离子膜运输过程方面(反向运输)又与现代的化学渗透学说相符合。另外，离子泵假说在能量利用方面与载体理论基本一致，认为ATP酶本身就是一种载体。
另外，植物根系在吸收无机养分的同时，还可以吸收分子量不大的有机养分，如各种氨基酸、酰胺、磷酸己糖、磷酸甘油酸、核酸和核苷酸以及腐殖酸等。这些有机化合物固然可以被作物吸取，但不是作物吸收利用的主要成分，吸收的数量比起无机成分微不足道。对于有机养分的吸收机制，多数认为是属于主动吸收，需要载体也需要能量，并具有选择性。wheeler和Hancheg(1971)等认为，植物细胞也有类似动物的“胞饮作用”，先是原生质膜内凹呈嘴形，把有机分子引入，然后封口，成为细胞的内含物。但一般认为胞饮作用不常见，可能只是在特殊的情况下，如大分子物质，植物细胞才发生胞饮作用，所以不是有机养料吸收的主要途径。现在已经在生物膜上发现了许多能吸收和转运有机物质的载体。
通过市场调研，万庄新肥信息部发现，在中国的多数经济作物产区，广大果农、菜农普遍存在增产不增收的现象。以富士苹果为例，不同的果径、不同的着色度、不同的口感，在收购价上差别巨大，然而果农往往只关注产量，却忽略了农产品的品质和商品性能。基于这种情况，万庄新肥推出了全新拳头产品——“云离子”复合肥。
这款改变植物根系营养吸收方式的高科技产品——“云离子”复合肥料，将植物根系从“被动吸收”转为“主动吸收”（逆渗透的养分输送方式），为植物“高品质”、“高产出”提供保障。此产品依据植物营养学界“离子泵”理论，采用ION’S PUMP国际科技前沿领先技术，极大改善植物根系营养吸收能力，显著提高肥料利用率。“云离子”对生产环境要求十分苛刻，环境湿度不能高于一定的标准，南方地区湿度过大，无法进行生产，只有最先进的水冷高塔设备才能够生产。目前全国只有万庄新肥有生产“云离子”复合肥的条件和能力，可谓独此一家，其他厂家没有同类产品。
“‘云离子’区别于传统硝基、硫基复合肥，与进口挪威肥相比肥效毫不逊色，而价格却低很多。”万庄新肥总经理韩成林说。施用“云离子”后可助力经济作物平均增产10%以上，提高肥料利用率至60%，帮助农民种植高端瓜果蔬菜，目前该产品已在山东、河南、河北、广西、海南等高端果蔬种植区全面开售。
在全面推广“云离子”之前，万庄新肥农化人员在各地的大量试验证明，这是一款性价比超高的好肥料。万庄新肥董事长孙海林表示，通过对比试验，同等条件下，施用44%含量的万庄“云离子”复合肥与普通硝硫基51%含量的复合肥相比，农产品不仅产量高，还表现出了上市早、色泽佳、品质好的特点。

G. 怎样证明植物的根具有吸水的作用这是为什么

根的主要作用是固定植物体，并从土壤里吸收水分和无机盐。
根吸收水分和无机盐的部分主要是根毛。根毛的细胞壁很薄，细胞质紧贴着细胞壁形成一薄层，细胞的中央是一个很大的液泡，里面充满着细胞液。这样的构造是适于吸收水分的。根毛在土壤里的生长状况，也适于吸收水分。根毛在土壤里跟土粘贴在一起，土粒之间含有水分，水里溶解着无机盐，形成了土壤溶液。细胞液和土壤溶液有不同的浓度，在一般情况下，根毛的细胞液总比土壤溶液要浓，在渗透压的作用下，土壤溶液中的水分能够透过细胞壁、细胞膜和细胞质进入到根毛的液泡里。土壤里的水分就这样被根毛吸收进去。土壤里的水分被根毛吸收后，并不停留在根毛和表皮里，而是经过表皮以内的层层细胞，逐步向里面渗入，最后进入导管，再由导管输送到植物的其他器官。
根是植物长期适应陆地生活而在进化过程中逐渐形成的器官，构成植物体的地下部分。它主要的功能是吸收作用。通过根，植物可以吸收到土壤里的水分、无机盐类及某些小分子化合物。根还能固着和支持植物，以免倒伏。根是由主根、侧根和不定根组成的，并且按根系的形态，可将植物分为直根系和须根系两大类。
茎是种子植物地上部分的骨干，是联系根、叶的轴状结构。其主要功能是输导和支持作用。根部从土壤中吸收的水分和溶于水的无机盐通过茎运送到地上各部。同时叶光合作用所制造的有机营养物质经过茎又运输到体内各部被利用或储藏。因此，茎的运输作用把植物体各部分的活动联成了一个统一体。
植物的新陈代谢_水分代谢和矿质代谢
植物的根是植物主要的吸水器官，主要是靠渗透吸水的原理来吸收水分的。水分是从低浓度的一边流向高浓度的一边。也就是说，如果植物细胞液浓度低于外界土壤溶液的浓度，植物就通过渗透作用吸水，如果土壤浓度高于细胞液浓度，植物就通过渗透作用失水，这就是盐碱地不能种植植物的原因。
植物的根吸收矿质离子的过程叫做矿质代谢。植物所需要的元素主要有两大类，大量元素：C、H、O、N、P、K、S、Ca、Mg等；微量元素：Zn、Fe、Cu、Mo、Cl等。除C、H、O外，其他元素叫矿质元素。根主要是通过交换吸附的原理吸收矿质元素的。空气中的二氧化碳溶解于水中形成碳酸，碳酸不稳定，电离成氢离子和碳酸氢根离子，离子在土壤中与矿质离子发生离子交换，被根吸收，就是交换吸附，交换吸附不需消耗能量，是植物吸收矿质离子的主要方式。

H. 根是怎样吸收养分的

根吸收养分的过程：

1. 土壤矿质养分（离子）向根表的迁移；

2. 离子吸附在根部细回胞膜表面；答

3. 离子跨膜运输进入根细胞质（根细胞内部）。
   

根系吸收养分的部位：

若要了解根系对养分的吸收，首先需要知道根尖的结构。如图2所示，根尖从顶端依次分为根冠，分生区，伸长区，成熟区。对于根系来说，无论主根还是侧根都具有根尖，根尖是根系生命活动最为活跃的部分，扮演着吸收养分的重要角色。通常，根尖成熟区根毛的寿命只有1-2周，根毛死亡之后，伸长区就会产生新的根毛来补充，所以根毛区一直在向前推移，也改变了根系在土壤中吸收养分的位置。根毛的形成大大增加了根系吸收养分的面积，但是根毛易受土壤湿度影响，在干旱的土壤里几乎不能发育。

I. 根系离子交换吸附现象的观察实验水溶液为什么浅蓝色

呵呵!离子交换就是吸附技术,概念上就是一个原理…。一杰华粼