金属离子与有机配体（离子或分子）相互间发生的配位键合反应。反应中形成的化合物叫做金属-有机配合物或有机-金属复合体。

含1个配位原子的配体称为单基（齿）配体，含2个以上配位原子的则称多基（齿）配体。单齿配体仅能与中心离子形成一个配位键的配合物，其结构简单，稳定性低。而多齿配体与中心离子键合成环，这一配合作用即称为螯合作用，所形成环状结构的配合物，即称螯合物，具有较高的稳定性。当一个中心离子与配位原子形成多个螯合环时，称为多环螯合物，其稳定性极高。土壤中可能存在的配体，都是含有氮、氧或硫等配位原子的各种基团，如胺基（—NH₂）、偶氮基（—N＝N—）、环状氮、羧基（—COO^-）、醚基（—O—）、羟基（—OH）、羰基（C＝O）、磺基（—SO₂OH）和巯基（—SH）等。在土壤有机物中分布最广和最重要的基团是羧基和酚羟基。它们主要为简单的脂肪酸、氨基酸、糖类、多元酚酸、木质素、蛋白质及胡敏酸和富啡酸等。参与配合作用的中心离子主要是：Fe^3＋、Al^3＋、Mn^2＋、Fe^2＋、C_u^2＋、Zn^2＋、Ca^2＋、Mg^2＋、Ni^2＋、Co^2＋、Pb^2＋、Cd^2＋等。一价金属离子一般不发生配合作用。

决定于金属离子离子势和配位阴离子的极化性。金属离子的离子势愈大，相同配体的配合物愈稳定，而配体阴离子的可极化性愈大，在一定限度内，配体也愈易成为电子给体。

土壤中的有机配体常与金属离子发生螯合作用，其螯合程度增加时，配合物的稳定性也就增加。如植物的高铁载体（PS）与铁形成配合物远比一般氨基酸与铁形成的配合物为稳定。另一方面土壤中配合物还受有机配体抗微生物降解能力的影响，抗分解能力愈强，则形成的金属-有机配合物也愈稳定。一般用稳定常数的概念来表示土壤中金属-有机配合物的稳定性。下式表示配合反应：

金属-有机配合作用

式中：M^n＋为金属离子，L^m-为有机配体阴离子，ML^（m-n）为金属-有机配合物，其稳定常数K即如下式所示：

金属-有机配合作用

在土壤化学研究中，常以logK表示之。土壤中可能存在的几种有机酸与金属离子形成的配合物稳定常数如表1。

表1 土壤中可能存在的金属-有机酸配合物的稳定常数（log K，I＝0.01）

两价离子与富啡酸相作用形成的配合物，其稳定常数（离子交换法测定）及其序列如下：

金属-有机配合作用

logK（pH5.0）为4.2 4.1 4.0 4.0 3.7 3.6 3.3 2.1胡敏酸与金属离子形成配合物的稳定常数，一般均高于金属-富啡酸配合物。

植物根系常分泌不同类型的有机物质，它们对金属离子的配合倾向也不同。表2即为一例，表明玉米根系不同的分泌物与某些金属离子形成配合物其稳定常数的差异。

土壤中的微生物也常分泌一些有机配体，能与土壤中的金属离子形成稳定性很高的配合物。表3是由植物根系或微生物分泌的有机物质与高铁形成配合物的稳定常数。表3中最后三类是微生物分泌的铁载体，与Fe（Ⅲ）形成的配合物其稳定性很高，能为高等植物所吸收，因此，它在植物铁素营养中具有重要意义。

表2 玉米根系分泌物与金属离子配合物的稳定常数（log K）

表3 几种高铁-有机配合物的稳定常数

此外，土壤溶液pH、Eh、溶液组成以及土壤胶体特性和有机配体的水合程度、形态、陪伴离子的竞争配合作用以及土壤胶体对有机配体的吸附等都影响配合物的稳定性。简言之，凡是影响土壤中金属离子及有机配体浓度和形态的因素，均影响金属-有机配合物的稳定性。

成土过程中普遍发生金属-有机配合作用，因此，金属-有机配合物也广泛地存在于各类土壤中。土壤的矿物风化、金属元素特别是某些微量金属元素的活化和迁移、结构体形成、植物营养以及某些外源重金属离子的毒害程度等，都与土壤中发生的金属-有机配合作用密切相关。此外，该作用也影响土壤的其他性能和过程。

在成土过程中的作用

微生物和低等植物分泌的有机酸（如地衣酸）有强烈的螯合作用，不仅溶解矿物里的金属离子，并可占据重金属离子的配合位，是土壤发生和形成过程中很重要的一种作用。这时形成的金属-有机配合物一般结构较简单，具有一定的化学稳定性，能存在于土壤溶液中，随后还可转化为金属-腐殖质配合物状态存在。同时，由于某些金属-有机配合物的水溶性，淋溶带动了它们在土壤剖面中的迁移，此即螯合淋溶作用（Cheluviation）。土壤溶液中铜、锌和锰以配合物形态存在的分别占该离子总量的98%～99%、大于75%和84%～99%。可见土壤中金属-有机配合物的形成，大大地增加了许多金属离子的活动性，使其在土壤物质迁移中起到重要贡献，并导致土壤剖面分化。例如灰化过程中，低分子量的有机酸、多元酚酸和腐殖酸等与表层土壤矿物中铁和铝等形成活性较大的配合物迁移至B层而淀积，从而使剖面中出现浅灰色的淋溶层和深色的淀积层；而土壤潜育化过程实质上是金属-有机配合作用叠加到还原作用之上而促进铁、锰溶解、迁移和淀积的过程。此外，土壤结构体是成土过程的重要标志之一，在它的形成中，金属-有机配合作用所形成的溶胶、不溶性聚合配合物及凝胶都具有重要作用。

配合作用与植物营养

金属-有机配合作用可改善土壤的植物营养状况，例如植物在缺铁逆境胁迫下，可分泌植物高铁载体（PS），溶解根际土壤中的难溶性铁，从而改善了土壤对植物的铁供应状况。同时，PS也可以与土壤中难溶性的铜、锰和锌发生配合溶解作用，形成铜（或锰、锌）—有机配合物，增加它们对植物的供应。植物根系分泌的有机酸等物质，与红壤中的铁、铝及石灰性土壤中的钙发生配合作用，使与其结合的磷、硅、锌等营养元素活化而成为有效态。此外，同样原理降低了土壤对磷酸的吸持作用。

减轻某些金属离子的毒害作用

因植物根系的活动（包括微生物本身的分泌及分解过程中产物），在根际土壤中积累了许多有机配体，它们可以与外源重金属离子（包括污水灌溉的）如Pb^2＋、Cd^2＋、Cu^2＋、Ni^2＋、Zn^2＋发生配合作用，并形成不同性质的配合物，其中高分子和低分子的有机-金属配合物，有助于重金属离子向根表迁移，而粘粒与重金属离子形成的配合物，则包裹在根尖表面，成为重金属离子由根外土壤经根际土壤进入植物体的“屏障”，削弱了重金属离子的毒害作用。在酸性土壤中这种配合作用能减轻铝对植物的毒害。

当配合物形成时，常引起体系中某一物理化学性质的改变，这就是以下各项测定配合物稳定常数的基本原理。

电位法

当配合物形成时，金属离子和有机配体的浓度发生变化，这必然使其体系中的电极电位发生变化，以此为基础，即可用测定电位的方法研究配合作用的平衡，测定金属离子或有机配体的活度（浓度）。电位法在所有测定方法中应用最广，且测得数据精确，适用于单核、混合和多核配合物稳定常数的测定。使用的电极主要是金属（汞齐）电极、氧化还原电极和离子选择性电极等3种。金属电极使用较广，适用于Cu^2＋、Zn^2＋、Cd^2＋、Pb^2＋等金属-有机配合物的研究。用玻璃电极测定稳定常数者，又称pH滴定法，可以测量配合物形成时溶液pH的变化，然后计算出稳定常数，该法在测定螯合物的稳定常数时最为有效。各种离子选择性电极是20世纪70年代后出现的新方法，但因品种有限，可测离子不多。

极谱法

利用金属离子可逆还原的极谱波测定配合物的稳定常数。在金属离子可逆还原条件下，能得到单核和混合配合物的稳定常数。对于某些不可逆还原的金属离子，可采用竞争法或利用扩散电流随配体浓度改变的关系来计算。该法特别适用于浓度和稳定性较低的配合物。

分光光度法

以金属-有机配合物形成时溶液的光密度（或消光度）发生变化为原理。配合物的吸收光谱与配体和金属离子的吸收光谱有所不同，当溶液在某一波长的光密度与组成的关系符合比耳定律时，稳定常数则可通过计算求得。通常由配合物的紫外或可见光谱，求出配合物之组成及稳定常数。该法适用于低浓度（10^-4～10^-5）的配合物，但因处理数据时的未知数的数目比用电位法为多，对较复杂体系的计算有一定困难。

萃取法和离子交换法

均以金属-有机配合物的异相分配为基础，测定分配比来计算其稳定常数。它的精度不如电位法，但不低于分光光度法，特别是当金属离子浓度很低时，则可采取放射性同位素进行标记。萃取法适用于稳定性较高的配合物，而离子交换法则宜用于微量的或放射性金属离子的配合物。

其他方法

均以配位过程中某一物理量的改变为原理，如核磁共振法、电导法及电泳法等。