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科莱茵肥料讲堂——第六讲

发布日期:2019-05-27 作者: 点击:

第六讲  中量元素——钙(Ca)

一、概念

        具有钙(Ca)标明量的肥料。施入土壤能供给植物钙,并有调节土壤酸度的作用。

二、钙与土壤关系

        中国华南地区土壤中含钙的基性原生矿物风化作用及淋溶作用强烈,钙大量淋失。该地区除石灰性冲积土、紫色砂页岩母质发育的土壤和长期施用石灰的土壤外,相当面积的红壤和砖红壤都明显缺钙,一般含钙量仅0.02%;华中地区土壤的含钙量稍高,在0.25%左右;而西北和华北地区的土壤则因有碳酸钙盐类的大量积聚,含钙极为丰富。在缺钙土壤施用石灰,除可使植物和土壤获得钙的补充外,还可提高土壤pH,从而减轻或消除酸性土壤中大量铁、铝、锰等离子对土壤性质和植物生理的危害。石灰还能促进有机质的分解。石灰施用量因土壤性质(主要是酸度)和作物种类而异。红壤一般亩施25~ 100千克,多者可达150千克左右;多用作基肥,常与绿肥作物同时耕翻入土。但施用过多会降低硼、锌等微量营养元素的有效性和造成土壤板结。

三、植物体内钙的含量、形态与分布

1、占植物干重的0.2~1.0%,一般为0.5%左右。

2、不同器官和细胞部位钙的形态有所差异:以植素(种子)、果胶酸钙(细胞壁)及草酸钙、碳酸钙、磷酸钙(液泡)形态存在。

3、分布因作物、器官而异。双子叶植物>单子叶植物,茎叶>花、种子。

四、钙的分类

1、氧化钙,化学分子式是CaO。通常用石灰石烧制而成,含氧化钙90%~96%。如果是用白云石烧制的,则称镁石灰,除含氧化钙55%~85%外,尚有氧化镁10%~40%,兼有镁肥的效果,贝壳类含有大量碳酸钙,也是制氧化钙的原料。其氧化钙的含量螺壳灰为85%~95%,蚌壳灰为47%左右。氧化钙中和土壤酸度的能力很强可以迅速矫正土壤酸度。此外,它还有杀虫、灭草和消毒的功效。

2、氢氧化钙,化学分子式是Ca(OH)2。中和土壤酸度的能力也很强。其含量因原料种类而异。

3、碳酸钙,化学分子式是CaCO3。由石灰石、白云石或贝壳类磨细而成。其溶解度小,中和土壤酸度的能力较缓和而持久。

4、生石膏:即普通石膏,俗称白石膏,主要成分为CaSO4·2H2O,含钙(Ca)量约23%。它由石膏矿直接粉碎而成,呈粉末状,微溶于水,粒细有利于溶解,供硫能力和改土效果也较高,通常以60目筛孔为宜。除钙外,还含硫(S)18.6%。

5、熟石膏:又称雪花石膏,其主要成分为CaSO4·1/2H2O,含钙(Ca)约25.8%。它由生石膏加热脱水而成。吸湿性强,吸水后又变为生石膏,物理性质变差,施用不便,宜贮存在干燥处。除钙外,还含硫(S)20.7%。

6、磷石膏:主要成分为CaSO4·2H2O,约占64%,其中含钙(Ca)约14.9%。磷石膏是硫酸分解磷矿石制取磷酸后的残渣,是生产磷铵的副产品。其成分因产地而异,一般含硫(S)11.9%、五氧化二磷2%左右。

除了以上这些钙肥,常用的钙肥还有硝酸钙、氯化钙可溶于水,多用作根外追肥施用,它们和硫酸钙(石膏)、磷酸氢钙等还常用作营养液的钙源。此外,多种磷肥(如过磷酸钙、磷矿粉、沉淀磷酸钙、钙镁磷肥、钢渣磷肥等)也是钙肥的重要来源。

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8、按形态化分:离子态钙和螯合态钙。

(1)离子态钙和螯合态钙优缺点:


形态

优点

缺点

离子态钙

调节土壤酸碱度,价格便宜

元素之间相互拮抗,吸收利用率较低

螯合态钙

①吸收利用率高:螯合态微量元素属有机肥料,微量元素经螯合后水溶性、吸收利用率是一般有机微肥的几十倍,无机盐类的几百倍;
   ②接除拮抗微量元素的金属离子被螯合后形成有机整体,被作物以有机分子态吸收,防止了各营养元素的拮抗作用,进入作物体内直接参与转化; 
   ③防止结块防止肥料长时间存放造成的结块现象。

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(2)市场常见螯合钙

        市场上常见螯合钙以氨基酸螯合钙和糖醇螯合钙为主,主要是使络合物不同。在效果方面各有特点,单就钙的吸收来说,糖醇螯合钙的吸收利用率要高于氨基酸螯合钙。

    糖醇复合体分子量低,直接将系列养分通过韧皮部运输到产品器官,轻易的透过叶片的角质层进入到叶片内部。由于韧皮部是矿质养分、糖分、碳水化合物等营养物质进入产品器官的主要途径,因此在植物的花、芽、果实等组织中大量分布。但很多矿质养分难于在韧皮部运输而易引起生理性缺乏问题,而糖醇是从韧皮部汁液中天然提取出来,进入叶片内部后,能够携带养分顺利进入到韧皮部中进行养分运输,复合体分解释放出养分供果实生长利用。1个糖醇分子可携带15个钙离子在韧皮部、木质部输送,这是其它形态钙肥所不具备的优势。

五、植物对钙的吸收

        钙是一个不易流动的元素,多存在于茎叶中,老叶多于幼叶,果实少于叶子,钙只能单向(向上)转移。

  矿物质元素在植物体内的运输一般是通过韧皮部和木质部,但是钙在植物体内几乎只能通过木质部运输,主要靠的是蒸腾作用,借助蒸腾拉力由下往上运输,而且钙容易在植物体内固定,钙在植物体内容易形成不溶性的钙盐而沉淀下来,是不能再利用的元素,钙一旦固定,将不再流动。这就是为什么缺钙现象首先表现在嫩叶上。

六、钙的作用和功效

    钙在植物中起着不可估量的作用。钙的生理功能与细胞壁组分有关。钙是植物结构组成元素,主要构成果胶酸钙、钙调素蛋白、肌醇六磷酸钙镁等,在液泡中有大量的有机酸钙,如草酸钙、柠檬酸钙、苹果酸钙等。钙能稳定细胞膜、细胞壁,还参与第二信使传递,调节渗透作用,具有酶促作用等。

1、稳定细胞膜

钙能稳定生物膜结构,保持细胞的完整性。其作用机理主要是依靠它把生物膜表面的磷酸盐、磷酸酯与蛋白质的羟基桥接起来。提高了膜的稳定性和疏水性,在植物的选择性吸收、生长、衰老、信息传递以及植物的抗逆性等方面均有重要作用,具体概括如下四个方面:

(1)提高生物膜的选择吸收能力。缺钙时,植物细胞原生质膜结构彻底解体,透性增加,致使低分子量的有机化合物和无机离子外渗增多。

(2)增强对环境胁迫的抗逆能力。施钙肥,增强了膜的选择性吸收能力,可减轻重金属或酸性物质对植物的毒害作用,还可增加植物对盐害、冻害、干旱、热害和病虫害等的抗性。

(3)防止植物早衰。早衰的典型症状与植物的缺钙症状极其相似。在果实成熟过程中,植物的衰老与乙烯的产生密切相关,而钙通过对细胞膜透性的调节作用可减轻乙烯的生物合成,从而延缓衰老;此外采后果实的保鲜贮藏性与呼吸强度有关。果实的含钙量影响呼吸强度,是由于钙通过调节膜透性,限制底物从液泡内向细胞质内的呼吸系统扩散,进而减少内源底物的分解代谢的缘故。因而,果实中含钙充足,则膜结构保持完整,延缓果实衰老,延长货架期。

(4)提高作物品质。在贮藏器官发育初期,如果其中钙含量较低时,细胞原生质膜的通透性增加,有利于糖分、碳水化合物等有机物质经韧皮部向贮藏器官中转运,可有效提高果蔬等产品器官的含糖量。成熟果实中的含钙量较高时,可有效防止采后贮藏过程中出现的腐烂现象,延长贮藏期,增加水果的贮藏品质。

2、稳定细胞壁

    果胶是植物细胞壁的重要组成部分,它对维持果实硬度、增强果实耐贮性具有重要的作用。植物中绝大部分的钙可与植物细胞壁中胶层中的果胶酸形成果胶酸钙,抑制果胶酸对细胞壁其他成分的破坏。所以细胞壁中有丰富的钙结合位点,在发育健全的植物细胞中,钙主要分布在中胶层和原生质膜的外侧,可增强细胞壁结构与细胞间的粘结作用,把细胞连接起来。缺钙时细胞壁解体,细胞壁和中胶层变软,细胞破裂出现苦痘病、水心病和腐心病;缺钙还会降低细胞壁的硬度,从而降低了细胞对真菌病害浸染的抵抗力,导致裂果。

3、促进细胞伸长和细胞分裂

    缺钙破坏了细胞壁的粘结联系,抑制了细胞壁的形成;而且使已有的细胞壁解体,抑制细胞伸长;此外,钙是细胞分裂所必需的,在细胞分裂后,分隔两个子细胞的细胞核就是中胶层的初期形式,它是由果胶酸钙组成的。在缺钙条件下,不能形成细胞板,子细胞也无法分隔,于是就会出现双核细胞的现象。例如洋葱根尖分生组织在缺钙时就会出现双核细胞,由于细胞不能分裂,最终导致生长点死亡。

4、参与第二信使传递

    钙能结合在钙调蛋白上,对植物体内许多种关键酶起活化作用,并对细胞代谢有调节作用。钙调蛋白是一种具有较高的分子稳定性、耐热、小分子量的酸性蛋白质,它在细胞内作为钙的受体蛋白,调节细胞内许多依赖钙的生理活动,例如细胞分裂、细胞运动、细胞中信息的传递、植物的光合作用、激素调节等。在有丝分裂中,将染色体分开的纺锤体是由微管构成的,而钙调蛋白复合体能影响微管的解聚。因此,缺钙就会妨碍纺锤体的增长,从而抑制细胞的分裂。

5、调节渗透作用和具有酶促作用

    在有液泡的叶细胞内,大部分钙存在于液泡中,它对液泡内阴阳离子的平衡有重要作用。液泡中草酸钙的形成有助于维持液泡以及叶绿体中的游离钙离子浓度处于较低水平。由于草酸钙的溶解度很低,它的形成对细胞的渗透调节十分重要。钙是一些重要酶类的活化剂。能提高α-淀粉酶和磷脂酶的活性,也能抑制蛋白激酶和丙酮酸激酶的活性。钙能中和代谢过程中产生的有机酸,形成草酸钙、柠檬酸钙、苹果酸钙等不溶性有机酸钙,调节pH值,稳定细胞内环境。钙可促进硝态氮吸收,与氮代谢有关,它有助于减少植物中的硝酸盐,中和植物中的有机酸,对代谢过程中产生的有机酸有解毒作用。如钙可与产生的草酸形成草酸钙结晶,避免草酸过多的不良影响。钙对植株挺立和茎杆硬度起作用,也影响籽粒形成,许多种子中有肌醇六磷酸钙镁。

七、植物对钙的吸收和运输

        植物靠根尖被动吸收Ca2+。靠木质部运输到地上部,运输动力是蒸腾作用。

八、植物缺钙症状

1、小麦:生长点及茎尖端死亡,植株矮小或簇生状,幼叶往往不能展开,长出的叶片常出现缺绿现象。根系短,分枝多,根尖分泌透明豁液,似球形附在根尖上。

2、玉米:植株矮,叶缘有时呈白色锯齿状不规则破裂,茎顶端呈弯钩状,新叶尖端粘连,不能正常伸展,老叶尖端也出现棕色焦枯。

3、马铃薯:幼叶边缘出现淡绿色条纹,叶片皱缩。严重时顶芽死亡,侧芽向外生长,呈簇生状。根部易坏死,块茎小,有畸形成串小块茎,块茎表面及内部维管束细胞常坏死。

4、水稻:症状先发生于根及地上幼嫩部分,植株矮,呈未老先衰。幼叶卷曲、干枯。定型的新生叶片前端及叶绿枯黄,老叶仍持绿色,结实少,批粒多。

5、大豆:叶片卷曲,老叶上会出现灰白色小斑点,叶脉变为棕色,叶柄软弱、下垂,不久即枯萎死亡。茎顶端弯钩状卷曲,新生幼叶不能伸展,易枯死。

6、花生:在老叶背面出现疤痕,随后叶片正面发生棕色枯死斑块,空荚多,籽实不充实。

7、棉花:植株矮,叶片老化,果枝少,结铃少,生长点严重被抑制,呈弯钩状,叶片提前脱落。严重缺钙时,新叶叶柄下垂,并溃烂。

8、烟草:叶色淡绿,而后顶芽向下弯曲,幼叶的尖端及边缘枯萎。植株矮化,呈异常的深绿色,极端缺乏时,顶芽死亡。下部叶片增厚,有时也出现一些枯死红棕色斑点。如果开花期缺钙,则花及芽都有凋萎的倾向。花冠的顶部枯死,以致雌蕊显著地突出,花冠上可能出现枯死的斑点。

9、番茄:上部叶片变黄,下部叶片保持绿色,生长受阻,顶芽常死亡。幼叶小,易成褐色而死亡。近顶部茎常出现枯斑。根粗短分枝多,花少脱落多,顶花特别容易脱落。果实出现脐腐病,果实膨大初期,脐部果肉出现水浸状坏死,以后病部组织崩溃、黑化、干缩、下陷。

10、黄瓜:叶缘似镶金边,叶脉间出现透明白色斑点,多数叶脉间失绿,主脉尚可保持绿色。植株矮化,节间短,顶部节变矮明显,新生叶小,后期从边缘向内干枯。严重缺钙时叶柄变脆,易脱落,植株从上部开始死亡,死组织灰褐色。花比正常小,果实小,风味差。

11、苹果:新生枝上幼叶出现褪色或坏死斑,叶尖及叶缘向下卷曲。较老叶片可能出现部分枯死。果常出现苦痘病,果实表面出现下陷斑点,果肉组织变软,有苦味。苹果水心病也是由缺钙引起,果肉呈半透明水渍状,由中心向外旱放射状扩展,最终果肉细胞间隙充满汁液而导致内部腐烂。

12、桃:顶部枝梢幼叶由叶尖及叶缘或沿中脉干枯,严重时小枝顶端干枯,大量落叶。

13、葡萄:幼叶叶脉间及叶缘褪绿,随后近叶缘处出现针头状坏死斑,茎蔓先端顶枯。

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九、植物过量施钙的危害

作物过量施钙:一般作物不会引起钙过剩,会引起磷、镁、锌、锰的失调症,出苗后15天左右受害症状,植株下部叶片呈烧焦状,根系不发达,比正常株矮10厘米左右,结荚少,荚果产量低。引起菜植株的非正常生长和代谢,对蔬菜的产量和品质均无明显影响,在马铃薯上的表现疮痂病,易引起锌、铁、锰等微量元素有效度的降低。

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