土壤—根界面soil-root interface

土壤固相和植物根的带电荷表面在与液相接触中共同形成的过渡层。这一过渡层在土壤与根之间具有自身的结构形式。从电化学观点来看，类似于胶体化学的扩散双电层。它实质上包含着三层次，一是根表面与粘液界面；二是土壤颗粒表面与粘液的界面；三是受此两界面电场影响的重叠作用区。然而，由于植物根是一个生命活体，所以它与土壤接触中存在着许多生物学的生理代谢特征、微生物的作用以及众多的有机和无机物质的生物化学和物理化学过程。为此，土壤—根界面的概念与一般物理化学上“界面”的内涵相比较要复杂得多。有时则与根际的概念相混用。
土壤与活性根之间的液相主要是植物根分泌和脱落组织降解产生的粘液层。其厚度可达几微米到几十微米，分子量约为15×10⁶。由半乳糖、岩藻糖和糠醛酸为主，形成不同单位的聚合物(表1)。此外，还含有占总量4%左右的蛋白质和多肽。粘液中也含有部分可溶性或可扩散物质，如氨基酸、有机酸、酶、色素和核甙酸等。这些组成成分使粘液具有亲水胶体的特性。同时，根据光密度的测定表明，粘液在近根的一边粘滞度较大，与表皮细胞的初生壁相混。随着离根距离增加，粘滞度降低，逐渐变稀薄，并渗透到外沿的土壤颗粒中，表明粘液具有流动性。然而，在电子显微镜下粘液呈粒状，用苏丹Ⅲ染色时可以看到类脂肪滴和微纤丝的网状组织。用钙红的呈色反应表明，其中含有果胶类物质。据此，可以认为，土壤—根之间的粘液是具有一定结构的大分子量亲水胶粘物质。

表1 玉米根粘液的组成成分(%)

阿拉伯糖	木糖	核糖	甘露糖	葡萄糖	岩藻糖	半乳糖	糠醛酸
3.6	4.2	5.3	5.9	8.4	23.3	26.2	23.1

根表面—粘液界面 根表面具有复杂的多层结构。细胞壁的外层为初生壁，含有交织网状微纤丝结构；内层为平行排列的微纤丝组成的次生壁。在这些微纤丝中包含有多种有机和无机成分，如果胶质、多聚糖、蛋白质和矿质元素等。这些有机物质的羧基，尤其是果胶分子中D-半乳糖醛酸残余的羧基在正常状态下是游离的，所以使细胞壁带有负电荷。依照道南平衡原理，这些固定的负电荷平行排列吸引着一列正电荷，形成双电层，以及向外受电势差的影响存在扩散层。在平衡状态下电势差(△E)表示如下式：

式中 R为气体常数；T为绝对温度；a为离子A的化学活性。
扩散层中的阳离子看来主要存在于粘液层内，可以在接触界面上与根表面进行阳离子交换。这一界面上的电势差一般有利于阳离子向根的扩散，而倾向于排斥阴离子。
由于植物根的生物活性，表现在吸收、溢泌、运输等生理代谢过程，促使土壤与根的过渡层，以及离根一定距离的根际土壤中形成顺差或逆向的离子浓度梯度。由此产生的化学势能对阳、阴离子向根的移动是极重要的动力。依据扩散系数的差异，不同离子在界面间移动的速率不相同，如NH⁺₄>K⁺>H₂PO^-₄。此外，由于粘液层联系着土壤与植物根的牢固接触，以及粘液亲水胶体的性质，形成了从土壤到根的水分连续相，有些离子还可以不受根表面电荷性质的影响，直接由植物蒸腾流控制，作为溶质随水分流向根，即质流过程。
土壤颗粒表面与粘液的界面反应则符合一般土壤中固液相的表面化学过程。
土壤—根界面上养分的释放 缺磷土壤中植物吸收的磷主要的并不是来自平衡溶液，而是固相释放的磷。这些磷源可以是通过根表面的半乳糖醛酸聚合物解吸土壤颗粒表面的磷。据观察，粘液层与土壤颗粒联结极为紧密，以致在粘液中的羧基与带正电荷的土壤粘粒上代换性阳离子发生化学结合。因此，当植物根溢出氢离子时，粘液通过与土壤颗粒表面的离子交换作用而促使阳离子向根扩散。这样作用的阴离子移动速率比在纯溶液中要大得多。研究表明，界面间固相养分向根的转移与根向过渡层中分泌某些特定的有机物质有关。如禾谷类作物缺铁时根系分泌麦根酸类物质，它们可与根际土壤和根自由空间中的Fe³⁺络合溶解，对Zn²⁺也有类似的结果。这些分泌物作用的范围可能只在土壤—根界面内外。
不同的植物根和土壤类型影响着土壤—根界面间的电荷种类、数量，粘液的组分和物理、化学、生物特征，从而形成千差万别的界面效应。由此影响着离子的运输方向、速率和数量以及土壤有效养分的实际供应和吸收利用。在某些土壤上，如酸性土或重金属污染的土壤，根和土壤间粘液层还可以吸附有害离子，控制植株过量吸收以防止毒害作用。在酸性土壤—根的粘液层中，每克干重的铝含量约8倍于根组织内。当人为去除粘液后组织内的含量则明显增加。
此外，土壤—根界面间存在着有益与有害的细菌、真菌、放线菌等。受到重视的非共生固氮菌主要聚集在根表皮层的粘液中，依赖其中的营养物质作为能源固定空气中的N₂。植物土传病中由于微生物在土壤—根界面的相互关系，利用其间的颉颃作用可以达到生物控制的目的等等，都是界面效应的生物反应。