植物营养学第11章植物钙镁硫素营养与钙镁硫肥

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其生理意义为: a、增强细胞壁结构与细胞间的粘结作用 ;
b 、对膜的透性和有关的生理生化过程起调 节作用。
Ca Ca Mg
Ca
钙、镁离子连接果胶羧基的结构图示
(3)促进细胞的伸长和根系生长
缺钙会破坏细胞壁的粘结联系,抑制细胞壁的形成; 同时不能形成细胞板,出现双核细胞现象;细胞无法正常 分裂,最终导致生长点死亡。
一 般 认 为 , 在 土 壤 交 换 性 钙 的 含 量 >10 µ mol/kg时,作物不会缺钙。
生长点坏死,幼叶卷曲变形,果实发育不良
水 稻 缺 钙
芹菜
番茄
番 茄
Байду номын сангаас
甘 蓝
韭 菜
黄瓜
菜 花
白菜缘腐病
白菜心腐病
甘蓝心腐病
钙镁比对菠菜生长的影响
钙镁比在6-3时生长正常,而当小于2时几乎停止 生长,比值越小,生长越差
在我国先后进行了26次硫肥田间试验和15个省的 土壤缺硫状况的普查,20%的土地严重缺硫; 当前世界各地土壤缺硫现象日益普遍; 世界上缺硫国家和地区明显增加,从15年前的36 个增加到目前的72个,且仍有不断增加的趋势。
硫素来源的变化

近些年来有两个因素已使含硫气体减少:A. 天然气和其它石油 产品代替煤;有关环境污染的法规。 B. 由于降雨及肥料一度 是硫的可靠来源,缺硫极少见。
Mg
由于镁比钙溶解性强,遭受的淋失多, 故通常土壤含镁比含钙少。同样,母质含镁也 比含钙少。虽然大多数土壤含镁足以供给植物 生长,但缺镁也可能发生。
60年代初期:
红壤性稻田与旱地红壤上进行了水稻、大豆镁肥肥效的 试探性试验,水稻一般表现为叶色加深,高度增加,增产幅 度5%-18%;大豆施镁促进生长更加明显,平均增产率为 23.5%。

形态:主要是有机态,尤其是湿润地区。
土壤硫的形态
难溶态硫(FeS2、ZnS、等固态矿物态)
(1)无机态硫 水溶性硫(土壤溶液中的SO42-,有时有S2-)
吸附态硫(胶体吸附SO42-,与溶液SO42-平衡) (2)有机态硫 其含量随土壤有机质增加而增加。
在湿润地区,土壤硫以有机硫为主,据我国南方10省土壤分析
Marginal deficiency
Ca
钙可通过几种途径得到供应。由于大多数缺钙 土壤为酸性,良好的施石灰方法能有效地施入钙。 方解石质和白云石质石灰石都是优良的钙肥源。 当土壤pH较高,不需施石灰时,石膏也能供 给钙。普通过磷酸钙含石膏50%,三料过磷酸钙 也含比例较低的石膏,它们都能给土壤补钙。 如果植物生理性缺钙,则应补充含钙的水溶性 肥料,如硝酸钙,氯化钙等。
中国中量营养元素缺乏面积
缺素临界 值 mg/kg S Mg Ca 低于临界 值面积 亿公顷 0.26 0.06 0.28 占耕地 %
营养元素
28.0 5.8 29.5
第二节 植物钙素营养与钙肥
一、植物钙素营养
1.植物体内钙的含量、形态与分布


占植物干重的0.1~5.0%,一般为0.5%左右。
分布因作物、器官而异。双子叶植物( CEC 大) > 单子叶植物(CEC小),茎叶>花、种子。 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,主要)及草酸钙、碳 酸钙、磷酸钙(液泡)形态存在。
CaSiO3
86
生石灰
熟石灰
石灰粉
三、石灰肥料的作用
1.中和土壤酸度,消除活性Al、Fe、Mn的毒害 2H++Ca(OH)2→Ca2++2H2O
Al(OH)2++H++Ca(OH)2→Al(OH)3↓+H2O+Ca2+
2.增加土壤有效养分 酸性土壤施石灰,能促进微生物矿化和生物固氮, 增加有效养分给源。同时,使固磷作用减弱,促进 无机磷的释放。还可提高Mo的有效性。 3.改善土壤物理性质 土壤胶体由氢胶体变为钙胶体,有利于水稳性团粒 结构的形成。 4.减少病虫害 如十字花科根肿病、番茄青枯病等在酸性土壤上容 易蔓延,而在中性和石灰性土壤上发病率会显著下 降。因大部分真菌适于酸性环境下生长。
统计资料,有机硫占全硫86%(四川)~94%(福建)。
北方干旱、半干旱地区土壤则以无机硫(CaSO4、Na2SO4)为主。
2.土壤中硫的含量
(1)30—50mg/kg 全硫有效硫均高,供硫潜力大 (2)16—30 mg/kg 有效硫较高,可维持当前产量水平需要 (3)<16 mg/kg 全硫和有效硫均低,容易产生缺硫现象
(6)具有酶促作用
Ca2+ 对细胞膜上结合的酶( Ca-ATP 酶)非 常重要。它的主要功能是参与离子和其它物质的 跨膜运输。
3.植物对钙的吸收和运输 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。
4.植物对钙的需求与缺钙症状
植物对钙的需求量因作物种类和遗传特性的 不同而有很大的差异。试验表明,在同样条件下, 黑 麦 草 最 佳 生 长 所 需 介 质 中 Ca2+ 的 浓 度 为 2.5µ mol/L,而番茄是100µ mol/l二者相差40倍。黑麦 草最佳生长时期植株含钙量为 0.7mg/g ,而番茄为 12.9mg/g,相差 18.4倍,可见各种作物对钙的需求 量悬殊很大。
进入70年代:
海南岛的橡胶出现大面积缺镁黄叶,与此同时,需镁多 的花生、油菜、马铃薯、甜菜、玉米等作物相继出现施镁肥 有肥效;
80年代以来:
在南方地区,镁肥有效的作物种类和土壤普遍扩大,缺镁 现象有日益加重的趋势,镁肥的重要性更加突出。
二、土壤中的硫
1.来源及形态

来源:
(1)母质。如含石膏、芒硝、硫化铁的母质。 (2)施肥。如无机肥中的过磷酸钙、硫酸钾、 硫酸铵、有机肥中的人粪尿含硫5%。 (3)降雨。带至地面的硫可达13.1-28.4kg/公 顷。
草 莓 叶 尖 枯 死 病
甜椒蒂腐病
蕃茄蒂腐病
苹果
柑橘缺钙症状
葡萄
含钙肥料生产情况:
目前尚没有专用作补充钙养分的商品钙肥。 一般都用含钙较多的物料,如含钙氮肥、磷肥或 石灰、石膏等,在提高土壤供肥力,调理土壤反 应、改良土壤物理性状的同时,兼用作钙肥。
几种含钙肥料和物料的成分
(2)交换态 被土壤胶体吸附的Ca2+、Mg2+。 (3)矿物态 原生矿物中的Ca、Mg。
3.土壤中钙和镁的含量

一般土壤含钙丰富,作物不缺钙。 酸性土壤钙含量低,需要施用石灰
Ca

蔬菜作物需钙量大,生长快,生理缺钙;阴雨天气 或温室湿度很高的环境,植物生理性缺钙。
Severe deficiency Deficiency
四、石灰肥料的施用
1.施用量
根据土壤酸度按下式计算: 石灰施用量(kg/公顷)=
(M/100)x(74/1000) x 2250000 x (1/2) M——中和100g土壤所需Ca(OH)2的摩尔数



74/1000——Ca(OH)2的毫摩尔量
2250000——每公顷耕层土壤的重量(kg)

½——实际施用量只需估算量的一半。
第十一章 植物钙、镁、硫营养
与钙、镁、硫肥
第一节 土壤中的钙镁硫
一、土壤中的钙和镁
1.土壤中钙和镁的来源

母质是土壤中钙和镁的主要来源
含钙、镁的矿物有:碳酸盐类(方解石、白云石等); 硫酸盐类(石膏等);硅酸盐类(角闪石、辉石、钙 长石等);磷酸盐类(磷灰石)。 施肥

2.土壤中钙和镁的形态
(1)离子态 含量很低。
c、维持细胞分隔化作用,减弱乙烯的生物合成,防止 植物早衰;
d、提高作物品质:储藏器官发育初期,Ca2+含量较低 时,细胞原生质膜的通透性增加,有利于糖等有机 物质经韧皮部向储藏器官中转运;成熟果实 Ca2+ 含 量较高,防止果实腐烂、利于储存。
(2)稳定细胞壁
植物中大多数钙以构成细胞壁果胶质的 结构成分存在于细胞壁中。由于细胞壁中有 丰富的结合位点,Ca2+的跨质膜运输受到限 制,几乎完全依赖于质外体运输。

现在一些从未出现过缺硫的地区日益常见缺硫。因为大气正变 得清洁,不含那么多SO2一类的气体;因为高成分肥料基本上 不含硫--这就是说,硫不再伴随其它肥料施入。例如: 普通过磷酸钙(0-20-0)曾是主要磷肥源,含硫11.9%, 每施20公斤的P2O5,就有l2公斤硫"伴随"着施进去。 重过磷酸钙(0-46-0)含硫l.4%,每施20公斤P2O5,仅 有0.6公斤硫进入土壤。 近年来,作物产量急剧上升,种植行距变得更密。这就增 加了土壤对硫的需求。精耕细作更易于降低有机质水平,这会 降低土壤的供硫能力。

细胞壁
质膜 细胞质 液泡 内质网
中胶层
两个相邻细胞和细胞内Ca2+( )的分布图
2.植物体内钙的营养作用 (1)稳定细胞膜
钙能稳定细胞膜结构 ,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 酸脂与蛋白质的羧基桥接起来。
膜外
ATP H+
膜内
膜外
Ca
Ca
ATP H+
膜内
Ca
植物细胞信息是通过 Ca2+ 在细胞质中的浓 度的改变来实现传递的。 CAM 对 Ca2+ 的亲合能 力正是它传递信息的基本特征。
Ca-CAM复合体的形成与酶的激活
NAD激酶、Ca2+-ATP酶(Ca2+泵)等受CaM激活。
(5)调节渗透作用
在有液泡的叶细胞内,大部分的Ca2+ 存在于 液泡中,它对液泡内阴阳离子的平衡有重要贡献。
中科院南土所在红壤地区长期试验结果如下: 酸性红壤第一年的石灰施用量(kg/667m2)
─────────────────────── 土壤反应 粘土 壤土 砂土
土壤硫的循环和转化
在土壤硫的循环中,硫酸盐(SO42-)有特别的地位。
(1)有机硫的矿化和固定
有机质的C/S<300-400,则有利于有机硫的矿化,而C/S>300-400,
则就有可能产生生物固硫。
(2) 矿质硫(SO42-)的吸附和解吸
在富含铁、铝氧化物和水化氧化物、水铝英石及1:1型粘粒矿物 为主的土壤,硫酸根(SO42-)有可能被带正电荷的土壤胶体所吸 附,但吸附的SO42-容易被其它阴离子交换。 (3)硫化物和元素硫的氧化:氧化产生H2SO4,导致土壤酸化。
(4)参与第二信使传递 钙能结合在钙调蛋白( CAM)上,对植 物体内的多种酶起活化作用,并对细胞代谢有 调节作用。
钙调蛋白是一种由 148 个氨基酸组成的低 分子量多肽(MW约为20000),对Ca2+有很强 的选择性亲合能力,并能同四个 Ca2+结合。它 能激活的酶有磷脂酶、 NAD 和 Ca2 +-ATP 酶等。
Na+ K+ H3O+ Mg2+
Na+ K+ H3O+ Mg2+
Ca Ca Ca Ca Ca


-Ca2+
+Ca2+
钙对质膜稳定性的影响
钙对生物膜的稳定作用在植物对离子的选择性吸收、 生长、衰老、信息传递以及植物的抗逆性等方面有 重要作用。概括起来有以下四个方面: a、提高生物膜的选择吸收能力;
b、增强对环境胁迫的抵抗能力(减轻重金属及酸性毒 害,对盐害、冻害、干旱、热害和病虫害的抗性增 强);
2.熟石灰
又称硝石灰,主要成分是Ca(OH)2。 是由生石灰吸湿或加水处理而成。强碱性, 中和值为136。
3.石灰石粉
由石灰岩或白云石粉碎而成。中和值只 有90~98之间。
各种石灰物质的中和值
石灰物质 CaO Ca(OH)2 CaMg(CO3)2 CaCO3 中和值(%) 179 136 109 100
二、石灰肥料的种类和性质
是常用的含钙肥料。
1.生石灰

又称烧石灰,主要成分是 CaO 。是由石灰矿煅烧而 成:
CaCO3(石灰石)→CaO+CO2
Ca.Mg(CO3)2(白云石)→CaO+MgO+CO2

强碱性,是中和土壤酸度能力最强的石灰肥料,中 和值为 179 (以 CaCO3 的分子量 100 为基准, CaO 为 56 ,即 56 克 CaO 中和酸的能力相当于 100gCaCO3 , 则100gCaO的中和能力相当于100/56*100=179)。但 施用不当会引起烧苗及磷和微量元素的缺乏症。
名 称 成 分 Ca%* 硝酸钙 Ca(NO3)2 19 石灰氮 CaCN2,CaO 38 普钙 Ca(H2PO4)2· H2O,CaSO4 18-20 钙镁磷肥 α-Ca3(PO4)2,CaSiO3 20-24 磷矿粉 Ca10F2(PO4)6 20-35 生石灰 CaO 70 熟石灰 Ca(OH)2 50 碳酸钙 CaCO3 35-38 白云石粉 CaMg(CO3)2 20 石膏 CaSO4 22 * Ca(%) ×1.4=CaO(%)
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