植物营养学第11章植物钙镁硫素营养与钙镁硫肥

第十一章 植物钙、镁、硫营养 与钙、镁、硫肥,Ca,Mg,S,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。 （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。,第一节 土壤中的钙镁硫,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 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。,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。,Ca,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。,Mg,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。,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%。,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；,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。 形态：主要是有机态，尤其是湿润地区。,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。,土壤硫的形态,2.土壤中硫的含量,(1)3050mg/kg 全硫有效硫均高，供硫潜力大 (2)1630 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,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/S300-400,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。,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。,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;,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。 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。,硫素来源的变化,中国中量营养元素缺乏面积,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0.15.0%，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。,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。,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）； 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。,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。,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。,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。,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。,(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。,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。 (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2.5µmol/L,而番茄是100µmol/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。 一般认为，在土壤交换性钙的含量10 µmol/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,芹菜缺钙症状,芹菜,西瓜（水培）,番茄,番 茄,甘 蓝,韭 菜,黄瓜,菜 花,白菜缘腐病,白菜心腐病,甘蓝心腐病,钙镁比在63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,钙镁比对菠菜生长的影响,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 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 -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(%),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。,3.石灰石粉 由石灰岩或白云石粉碎而成。中和值只有9098之间。,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。,各种石灰物质的中和值,生石灰,熟石灰,石灰粉,1.中和土壤酸度，消除活性Al、Fe、Mn的毒害 2H+Ca（OH）2Ca2+2H2O Al（OH）2+H+Ca（OH）2Al（OH）3+H2O+Ca2+,三、石灰肥料的作用,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。,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 74/1000Ca（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。,四、石灰肥料的施用,中科院南土所在红壤地区长期试验结果如下：, 土壤反应 粘土 壤土 砂土 强酸性(pH为4.5-5.0) 150 100 50-70 酸性(pH为5.0-6.0) 75-125 50-75 25-50 微酸性(pH为6.0) 50 25-50 25 ,酸性红壤第一年的石灰施用量(kg/667m2),石灰改良酸性土的效果,（1）作物种类 耐