鈉吸附比計算器

重點速覽：鈉吸附比（sodium adsorption ratio, SAR）是評估灌溉水或土壤溶液「鈉危害」程度的標準指標，最早由美國農業部鹽鹼地實驗室（USDA Salinity Laboratory, Handbook 60）提出並沿用至今。它要回答的問題是：水中的鈉相對於鈣、鎂是否過多，會不會破壞土壤結構？為什麼要看比例而非只看鈉的絕對量？因為土壤膠體（黏粒與腐植質）表面帶負電，吸附著陽離子。鈣（Ca²⁺）與鎂（Mg²⁺）是二價陽離子，能像橋一樣把相鄰黏粒拉在一起，促成穩定的團粒結構，讓土壤疏鬆、透水透氣；而鈉（Na⁺）是一價陽離子、水化半徑大，吸附後會把黏粒撐開、削弱彼此吸引，造成黏粒分散（deflocculation）。當灌溉水或土壤溶液中鈉相對鈣鎂偏高，鈉會逐漸置換膠體上的鈣鎂、佔據交換位置，使團粒瓦解、黏粒分散並堵塞孔隙，結果是土壤板結、入滲率與透水性大幅下降、地表結皮、通氣不良，作物根系發育與出苗受阻，長期形成難以耕作的鹼化（sodic）土。SAR 用一條簡潔的式子量化這個相對關係：SAR = Na⁺ ÷ √((Ca²⁺ + Mg²⁺) ÷ 2)，其中三個離子濃度都以 meq/L（毫當量/升，即濃度換算成等效電荷）表示。分子是鈉濃度、分母是鈣鎂平均濃度再開平方根——取平方根是因為鈉造成的交換與分散作用，在化學上與鈉濃度、以及鈣鎂濃度的平方根呈這樣的關係（源於離子交換的熱力學）。SAR 越大，代表鈉相對越占優勢、鈉危害風險越高。常見的判讀分級為：SAR < 3 鈉危害低、3–9 中等（需注意，尤其配合中高鹽度時）、> 9 偏高（易造成結構劣化）；更嚴格的灌溉水分級會把 SAR 與電導度 EC 一起看，因為鹽度（EC）其實有雙面性——足夠的總電解質濃度能維持黏粒絮凝、緩解鈉的分散作用，所以同樣的 SAR 在低鹽水中危害反而更大（去除了絮凝作用），這也是為何評估灌溉水質常用 SAR–EC 聯合圖。SAR 偏高的改良對策主要是「補鈣、去鈉」：施用石膏（硫酸鈣）提供可溶性鈣去置換交換位上的鈉，再以足量的水把置換下來的鈉淋洗到根區以下；改善排水以利淋洗；避免長期只用高鈉低鈣的水灌溉。使用 SAR 時要注意：離子濃度必須換算成 meq/L（由 mg/L 除以各離子的當量重量：Na 23、Ca 20、Mg 12.15），單位錯會使結果失真；土壤的鈉狀況更常用可交換鈉百分率（ESP）描述，SAR 與 ESP 高度相關、常互相推估，但兩者定義不同（SAR 看溶液、ESP 看膠體交換相）；此外 SAR 只反映鈉危害的一面，完整水質評估還要看總鹽度（EC）、特定離子毒害（如氯、硼）與 pH。總之，SAR 把鈉相對鈣鎂的比例濃縮成一個數字，是判斷灌溉水與土壤鈉危害、指導石膏改良與淋洗管理的核心工具。