Усваиваемые растениями питательные вещества в виде неорганических солей азота, фосфора, калия и других элементов диссоциируют в почвенном растворе на ионы. Однако в почвенном растворе содержится только часть усваиваемых растениями питательных веществ. Основная же масса ионов аммония, калия, кальция, магния и других катионов находится в адсорбированном состоянии в почвенном поглощающем комплексе. Полностью в почвенном растворе присутствует нитратный азот — ионы NO3-. Поглощающий комплекс постоянно взаимодействует с почвенным раствором, и катионы, адсорбированные им, вступают в обменные реакции с катионами почвенного раствора, в том числе и ионами водорода, всегда присутствующими вследствие диссоциации воды.
Если растения поглощают из почвенного раствора ионы какого-либо элемента, например калия, то запасы его вновь пополняются в результате десорбции калия из поглощающего комплекса.
Почвенный минеральный фосфор в основном представлен в форме апатита и других менее устойчивых кальциевых фосфатов, а также в виде фосфатов алюминия и железа (в кислых почвах). Растворимость всех природных почвенных фосфатов очень низка, но между отдельными их формами существуют значительные различия, что имеет большое значение для фосфорного питания растений. Обычно в почвенном растворе концентрация фосфатов выражается долями миллиграмма на 100 мл, но при использовании фосфорных удобрений она становится более высокой.
Процесс поступления ионов питательных веществ в растения складывается из трех этапов: высвобождения ионов из твердой фазы почвы в почвенный раствор и передвижения их к наружной поверхности корней; проникновения ионов в корни; передвижения их из корней в надземные органы растения.
В связи с тем, что концентрация ионов питательных веществ в почвенном растворе обычно очень низкая, то и абсолютное количество их в усвояемом состоянии в почве незначительное. Так, в почвенном растворе пахотного слоя на площади 1 га содержится от 3 до 15—20 кг калия, а фосфора — в 1,5—2 раза меньше. Для создания нормального урожая растениям требуется значительно больше этих элементов питания.
Аналогичное положение наблюдается и с другими ионами. Некоторое исключение составляют только не поглощаемые почвой нитратные ионы, сравнительно высокая концентрация которых в почвенном растворе может быть при их образовании в результате минерализации органического вещества почвы и внесения соответствующих форм азотных удобрений.
Содержание ионов в почвенном растворе по мере их использования возмещается за счет высвобождения ионов из твердой фазы почвы и перехода в почвенный раствор. При этом интенсивность обновления почвенного раствора должна быть достаточно высокой. Так, при обычно наблюдаемой концентрации фосфатных ионов почвенный раствор должен обновляться несколько раз в день. Медленнее возмещаются необходимые растениям катионы из-за более высокой их концентрации в почвенном растворе. Скорость перехода фосфатных ионов из твердой фазы в почвенный раствор в 250 раз выше, чем скорость поглощения растениями этих ионов из почвенного раствора.
Скорость обмена катионов между жидкой и твердой фазами почвы также высокая. Такой обмен совершается многократно в течение нескольких минут, т. е. скорость высвобождения ионов из твердой фазы для выравнивания их концентрации в почвенном растворе не служит лимитирующим фактором. При этом большое значение имеет величина концентрации почвенного раствора, находящегося в равновесии с твердой фазой почвы. Именно она и определяет интенсивность снабжения корней растений питательными веществами.
Концентрация того или иного питательного вещества в почвенном растворе зависит от общего содержания и формы его соединений в твердой фазе почвы, характера взаимодействия с другими почвенными ингредиентами, величины рН, биологической активности почвы и т. д. Концентрация ионов аммония, калия, магния, кальция и других катионов в почвенном растворе в значительной мере определяется количеством их в обменной форме в составе почвенного поглощающего комплекса.