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土壤钙

以各种形态存在于土壤中的钙。是植物必需营养元素钙的给源,也是土壤营养环境的调节物质。来源与含量主要来自成土母质。岩浆岩和沉积岩的平均钙含量分别为3.63%和3.86%。在岩浆岩中,花岗岩、正长岩的钙含量仅约为辉长岩、玄武岩的1/10;在沉积岩中,石灰岩的钙含量高达30%以上,而页岩仅含2.21%。

以各种形态存在于土壤中的钙。是植物必需营养元素钙的给源,也是土壤营养环境的调节物质。

来源与含量

主要来自成土母质。岩浆岩和沉积岩的平均钙含量分别为3.63%和3.86%。在岩浆岩中,花岗岩、正长岩的钙含量仅约为辉长岩、玄武岩的1/10;在沉积岩中,石灰岩的钙含量高达30%以上,而页岩仅含2.21%。发育于不同母质上的土壤固然有不同的钙含量,在成土过程中发生的钙的迁移或累积也会导致土壤钙含量的差异。在酸性淋溶条件下,钙会大量淋失,致使土壤钙含量较其母质低得多。山坡地土壤钙通常也比谷地或平原的低。受水浸渍的低地土壤或泛滥地土壤则可能从各种水源中得到部分钙。中国北方干旱、半干旱地区土壤钙含量比南方土壤的高,石灰性土壤(含游离碳酸钙)钙含量更高。因此,土壤的钙含量变动范围很大(从痕迹量至4%以上)。大体上,南方土壤在1%以下,北方土壤在1%以上。

形态

可粗分为有机态和无机态两大类。

有机态钙

含量很少,随土壤有机质含量高低而变化,一般土壤中有机态钙占全钙的比值在0.01~0.001以下。植物残体的钙主要是存在于细胞壁中胶层的果胶酸钙和液泡里的草酸钙;其他许多细胞器也含有微量钙。在腐解过程中,部分以Ca2+形态释放到土壤里,部分结合在腐解产物中。钙能与许多有机物,如各种有机酸(草酸、柠檬酸、酒石酸等)、氨基酸、多糖醛酸等形成络合物。胡敏酸富啡酸对钙也有强烈的络合作用。胡敏酸钙在酸性条件下沉淀,在碱性条件下虽可部分溶解,但当溶解液中盐分浓度增高时仍会沉淀,它能和粘土矿物结合,有利于土壤结构的形成;而富啡酸钙则在酸性条件下能溶解,它有利于土壤钙的移动。

无机态钙

分为3种形态。①水溶态钙,存在于土壤溶液中,其浓度在几十至几百摩尔/升,除部分可溶性有机无机络合物外,主要是二价离子Ca2+土壤溶液中的Ca2+含量要比Mg2+、K及其它阳离子高很多倍。它既与土壤胶体上的交换态Ca2+,又与固相钙化合物(CaCO3、CaSO4等)保持平衡,因此在交换态钙含量高的土壤或含大量钙盐的石灰性土壤及盐渍化土壤中,溶液Ca2+含量就比较高。②交换态钙,吸附在土壤胶体表面,低的不到1厘摩尔/千克,高者可达50厘摩尔/千克以上,石灰性土壤高于酸性土壤。大多数土壤中交换性钙占全钙量的20%~30%,显然高于其他各种养分元素的交换态含量。在交换性盐基中,Ca2+占40%~90%,比Mg2+、NH、K、Na高很多。中国北方土壤交换性钙的饱和度比南方土壤的高。③矿物态钙,存在于矿物晶格中,不溶于水,不易被其它阳离子交换。大多数土壤中矿物态钙占全钙的60%~80%,分为硅酸盐矿物钙和非硅酸

盐矿物钙两大类。含钙的硅酸盐矿物主要有钙斜长石,钠钙斜长石、辉石、角闪石、绿帘石、磷灰石、石榴石、榍石、钙镁橄榄石等;另外还有一些硅酸盐矿物,如钠长石、钾长石、电气石的晶格中也常夹杂有钙,但次生粘土矿物中,仅伊利石和蒙脱石可能有很少量钙夹杂在晶格中。在碱性和石灰性土壤中,存在着大量的含钙非硅酸盐矿物,主要有碳酸钙、白云石、石膏等。富含钙的矿物都比较容易风化。非硅酸类钙盐自身就有一定的溶解度;含CO2的水可使碳酸钙转变为重碳酸钙而加速溶解。

供给

大多数土壤的钙含量较高,而且有效态(水溶态和交换态)钙占全钙的比例也比其它养分元素高,加之矿物态钙容易风化溶解释放,因此在一般情况下,土壤钙的供给是充足的。然而,在某些土壤,如酸性土、砂质土和钠质碱性土中,往往有效钙含量低,不能满足植物需求,有可能出现缺钙症状。各种植物对钙的需求有很大差别:禾谷类植物需钙量较少,而豆科植物则较之高4~5倍以上,例如玉米植株中钙含量<0.2%时表现缺钙,正常生长状态含钙0.4%;而大豆植株中钙含量<1%时就表现缺钙,正常生长的钙含量达到3.4%。植物中的钙含量与缺钙临界值之差,是衡量土壤钙供给是否充足的指标,但直接测定土壤的钙供给能力更为可靠,后者可用交换性钙(有效态钙)含量和钙饱和度来衡量。交换性钙通常用1摩尔/升NH4OAc或KCl等中性盐提取(淋洗法或平衡法),一般当含量达2厘摩尔/千克以上时,土壤钙供给是充足的,但这还要看钙的饱和度如何,因为饱和度低时,交换性钙不易被植物利用。饱和度可通过同时测定交换性钙和交换量后计算求出。当钙的饱和度在20%以上而陪补离子主要是Mg2+时,钙易被植物利用,可认为钙供给充足;如果陪补离子主要是K或Na,则钙饱和度需要更高一些,因为陪补离子的种类也影响交换性钙的有效性。另外,粘土矿物主要是蒙脱石的土壤,要求钙饱和度也较高。土壤中钙的有效性还受pH值的影响。交换性钙的解离度随pH值升高而增加,可见在pH值低的酸性土壤中,交换性钙的有效性是低的。但另一方面,钙盐的溶解度则随pH值升高而降低,所以石灰性土壤中大量的碳酸钙也不可能迅速溶解。矿物态钙可以缓慢释放,是植物所需钙的补充给源。因此,也可以用稀酸(如0.25mol/lHCl)提取,测定酸溶性钙来判断土壤钙的供给能力。一般全钙含量高的土壤,酸溶性钙必然多。全钙含量对土壤供钙能力的影响较其他营养元素更为重要。

补充

中国南方的砖红壤赤红壤和红黄壤普遍缺钙。耕地土壤除了淋溶流失之外,长期栽培和施用化肥也可加速土壤钙的消耗和流失。每年作物从土壤中吸走的钙,变动在每公顷一千克至几十千克之间,其数量比流失的小(每年流失量一般高达每公顷几十至近百千克)。植物根部排出的碳酸可将土壤吸附的钙交换出来,变成重碳酸钙而流失;硝酸盐,硫酸盐或氯化物等化肥中的阳离子也可把土壤吸附的Ca2+交换出来,形成可溶性的硝酸钙、硫酸钙或氯化钙而流失。因此,耕地土壤的钙有日趋亏缺的倾向,必须给予适当补充。对酸性土壤,最好施用石灰(碳酸钙或生石灰),以起到补充钙和改良土壤的作用,但石灰的施用量要根据土壤酸度计算,施多了会降低硼、锰、锌等许多种微量元素的有效性。一般情况下,应按不同作物和土壤选用适宜的含钙化肥,如石灰氮、过磷酸钙、钙镁磷肥、硅酸钙等。此外,在必要时,也可采取根外追肥的办法来补充,这对缺钙的蔬菜作物尤为适用。钙在植物体内很难再分配,根外追肥维持的效果很短,必须每周喷施一次(可采用3%的CaCl2溶液)。