中量元素

9.1 土壤与植物中的中量元素营养及中量元素肥料9.1.1 土壤中的硫、钙、镁素营养9.1.1.1 土壤中的硫素营养土壤硫素含量土壤全硫含量因土壤形成条件、粘土矿物和有机物含量不同而有很大变化。

在温湿条件下，土壤风化及淋溶程度较强，含硫矿物分解淋失，土壤中可溶性硫酸盐很少聚集，土壤硫主要存在于有机质中。

而在干旱地区，土壤中的钙、镁、钾、钠的硫酸盐常常大量积累在土层中。

含有1:1型粘土矿物及水化氧化铁(铝)的土壤，可以吸收一定量的代换性SO42-。

世界耕地全硫含量在0~600mg/kg范围内。

富含有机质的土壤中可超过500mg/kg。

中国土壤的硫含量在100~500mg/kg之间。

在南部和东部湿润地区，有机硫占全硫的比例可达到85%~94%。

在干旱的石灰性土壤上，则以无机硫占优势，一般约占全硫的39%~62%，并以易溶性硫酸盐和与碳酸盐共沉淀的硫酸盐为主。

中国南方诸省，因高温多雨，土壤硫易分解淋失，是缺硫土壤的主要分布区。

北方土壤也有相当大比例的土壤存在缺硫或潜在缺硫现象。

土壤中的硫素形态土壤中含硫化合物可分为无机态和有机态两种。

无机硫是指未与碳结合的含硫物质，主要来自岩石的风化过程。

根据其物理和化学性质可将之划分为四种形态：(1)水溶性硫，即溶解于土壤溶液中的硫酸盐；(2)吸附态硫，即吸附于土壤胶体上的硫酸根；(3)与碳酸钙共沉淀的硫酸盐，是指在碳酸钙结晶时混入其中的硫酸盐与之共沉淀而形成的，是石灰性土壤中硫的主要存在形式；(4)硫化物，在淹水情况下，由硫酸根还原而来。

有机硫是指土壤中与碳结合的含硫物质。

其主要来源是：(1)新鲜的动植物残体；(2)微生物细胞及微生物合成过程中的副产品；(3)土壤腐殖质。

土壤有机硫可分为氢碘酸还原硫、碳链硫和惰性硫三类。

土壤中硫素的转化土壤中的含硫物质在生物和化学作用下发生着一系列的转化作用。

无机硫的转化包括无机硫的氧化与还原作用。

硫酸盐的还原作用主要通过两种途径进行：一种是生物将SO42-吸收到体内，在体内将之还原并合成细胞物质，如含硫氨基酸；另一种则是硫酸根在硫还原细菌作用下被还原为还原态硫，如硫化物、硫代硫酸盐和元素硫等。

无机硫的氧化作用，即还原态硫在硫氧化细菌参与下氧化为硫酸盐的过程。

有机硫的转化也是在微生物作用下进行的生物化学过程，在好气条件下，其最终产物是硫酸盐；在嫌气条件下，则生成硫化物。

9.1.1.2 土壤中的钙素营养土壤钙素含量地壳中平均含钙如36.4g/kg。

土壤全钙含量变化很大，主要受成土母质、风化条件、淋溶强度和耕作利用方式的影响。

例如由石灰岩发育的土壤，一般因母质中含有大量的CaCO3而使土壤含钙丰富；而在温湿条件下，高度风化和淋溶的土壤含钙量通常很低。

土壤钙素形态土壤中含钙物质的化学形态和存在状态可分为矿物态钙、交换态钙和溶液钙三种。

矿物态钙存在于土壤矿物晶格中，不溶于水，也不易为溶液中其它阳离子所代换。

矿物态钙在全钙中的比例为40%~90%。

土壤中的含钙矿物主要是斜长石和方解石等几种，含钙矿物较易风化。

交换态钙为吸附于土壤胶体表面的钙离子，是土壤中主要的代换性盐基离子之一，是作物可利用的钙。

溶液钙(或水溶态钙)是指存在于土壤溶液中的钙离子。

溶液钙与交换态钙之和称为有效态钙。

土壤钙素转化土壤中含钙硅酸盐矿物较易风化，风化后以钙离子形式进入溶液。

其中一部分为胶体所吸附成为交换态钙。

含钙碳酸盐矿物如方解石、白云石、石膏等溶解性很大。

含钙矿物风化以后，进入溶液中的钙离子可能随排水而损失，或为生物所吸收，或吸附在土壤固相周围，或再沉淀为次生钙化合物。

华北及西北地区土壤中含钙的碳酸盐和硫酸盐向土壤溶液提供的钙离子浓度已足够植物生长的需要。

而华南的酸性土壤则既不含碳酸钙，又不含硫酸钙，含钙硅酸盐矿物通过风化溶解出来的少量钙离子又被强烈淋溶，造成土壤缺钙。

交换态钙与溶液钙处于平衡之中。

土壤中交换态钙的绝对数量并不十分重要，而交换态钙对土壤阳离子交换量的比例却很重要，因为该比例对溶液中钙浓度有直接的控制及缓冲作用。

溶液钙还与土壤固相钙(尤其是CaSO3和CaSO4等)形成平衡。

9.1.1.3 土壤中镁素营养土壤镁素含量地壳平均含镁量为19.3g/kg，而土壤全镁含量平均为5g/kg。

土壤镁含量高低主要受成土母质及风化条件等的影响，我国土壤全镁含量地区性差别很大。

由于镁大多存在于较细的土粒中，粘粒和粉砂所含的镁占全镁量的95%以上，砂质土全镁含量一般很低。

水成土因水的灌、排及溶漏的影响而导致镁的损失，以及强烈的还原条件使矿物表面的氧化铁胶膜减少促进了镁的释放和淋洗，而使其全镁含量明显降低。

土壤镁素形态土壤中的镁包括矿物态、非交换态、交换态及溶液态镁几种形态。

矿物态镁指存在于原生矿物和次生粘土矿物中的镁，是土壤中镁的主要来源，约占全镁含量的70%~90%。

土壤中含镁的原生矿物主要有：橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等。

含镁矿物都是较易风化的，因而在风化程度较高的土壤中，很难找到含镁的原生矿物。

土壤矿物态镁主要存在于粘土矿物中，如蛇纹石、滑石、绿泥石、蛭石、蒙脱石、伊利石等。

此外，土壤中还含有许多非硅酸盐含镁矿物，如菱镁石、白云石、硫酸镁等，它们在土壤中部分溶于水，能为植物提供相当数量的镁。

中国南方大多数土壤的含镁矿物已遭受强烈的风化，而含量颇丰的高岭石和三水铝石等粘土矿物又不含镁，故土壤全镁含量低。

非交换态镁(又称酸溶态镁、缓效态镁)是指能被0.05mol/L HCl、1mol/L HNO3或0.1mol/L HCl等浸提的部分矿物态镁，其数量与浸提所用酸的强弱及浓度有关。

这部分镁的含量可作为植物能利用的潜在有效镁。

土壤交换态镁是指被土壤胶体吸附，并能为一般交换剂所交换下来的镁。

交换性镁含量与土壤的阳离子交换量、盐基饱和度以及矿物性质等有关。

溶液态镁是指存在于土壤溶液中的镁离子，其含量一般为每升几毫克到几十毫克，也有高达几百毫克者，是土壤溶液中含量仅次于钙的一种元素。

溶液态镁与交换态镁之和称为有效性镁。

此外，土壤中还存在少量有机态镁，并以非交换态存在。

土壤镁素的转化土壤中各种形态镁之间的关系可用下式示意：矿物态镁在生物、化学和物理风化作用下破碎分解，参与土壤中各种形态镁之间的转化与平衡。

交换态和非交换态之间存在着平衡关系，非交换态可以释放为交换态，反之也可以产生固定。

溶液镁与交换态镁之间也可以发生吸附与解吸的平衡过程，且速度较快。

9.1.2 植物体内硫、钙、镁元素的主要营养功能9.1.2.1 硫素的主要营养功能硫被植物吸收利用的主要形态为SO42-，空气中的SO2也可以被植物吸收。

进入体内的硫被同化后以硫氢基、双硫基存在于胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸和蛋氨酸等化合物中。

硫参与多种重要物质的组成，几乎所有的蛋白质都含有硫氨基酸。

因此，硫在植物细胞的结构和功能中都有重要作用。

如硫辛酸、硫胺素、乙酰辅酶A、铁氧还素等生物活性物质中都含有硫。

辅酶A中的硫氢基在植物能量转化中具有突出效应。

硫能促进豆科作物形成根瘤，参与固氮酶的形成，增强固氮活力。

此外，氨基酸转换酶、羧化酶、脂肪酶、苹果酸脱氢酶都是含硫氢基的酶，这些酶对植物的多种代谢有重要影响。

缺硫时可引起作物体内蛋白质合成受阻，出现硝酸盐、可溶性有机氮和胺的积累现象。

加强作物硫营养在许多植物上均可改善农产品品质，如提高氨基酸、蛋白质含量，及油料作物产品的油分含量。

油菜是需硫较多的作物之一，正常情况下相当于大麦等禾谷类作物需硫量的3~10倍，在供氮充足的条件下，作物需要更多的硫以进行正常的代谢和生长发育。

充足的硫素营养有利于改善小麦面粉的烘烤品质，尤其是在高氮水平下，若硫素供应不足，烤出的面包体积小、口味差。

充足的硫营养有利于作物对水分的高效利用。

一般来说，每生产1吨谷类籽粒需吸收硫1~6kg，豆科作物种子需5~13kg，油料作物种籽需5~20kg。

籽粒作物总吸硫量中约有一半左右存在于基叶中，其带走的比例介于氮、钾之间。

缺硫时，作物生长受阻，尤其是营养生长，其症状为株型矮小，分蘖分枝小，叶片失绿黄化，并向上卷曲，变硬、易碎，过早脱落。

缺硫症状常出现在植物顶部较幼嫩的部位，这是因为硫在植物体内的移动性较小，这一点与氮素明显不同。

9.1.2.2 钙素的主要营养功能植物吸收的钙主要是呈二价阳离子形态。

进入植物体内的钙对胞间层的形成和稳定性具有重要意义，它以果胶酸钙的形态粘结两相邻细胞，使细胞与细胞能够联结起来形成组织，并使植物的器官或个体具有一定的机械强度。

缺钙影响细胞壁和纺缍丝形成，并使细胞分裂不能正常进行。

钙还能参与维持生物膜的稳定性，对膜电位、膜透性、离子运转及原生质粘滞性、胶体分散度都有一定效应。

钙能中和作物体内代谢过程产生过多且有毒的有机酸，调节细胞pH。

钙是一些重要酶类的激活剂。

钙能加强有机物的运输，如加速糖分运输，增强光合效率。

Ca2+与作物钙调素结合具有多种调节细胞功能的作用。

缺钙时，会引起许多营养失调症。

如缺钙导致番茄、辣椒的脐腐病，大白菜、生菜的干烧心，马铃薯的褐斑病，苹果的苦陷病和鸭梨的黑心病等。

适当增加采收后果实中的钙水平，能明显抑制采后果实的呼吸、乙烯的释放、软化以及其它生物病害，并提高果实品质。

采前钙处理和采后喷钙均对果实保鲜和贮运有良好效果。

双子叶植物体内含钙量通常高于单子叶植物，尤其是豆科植物含钙量更高。

由于钙在植物体内极难移动与再利用，因此植物缺钙时，首先在新根、顶芽、果实等生长旺盛而幼嫩的部位表现出症状，轻则凋萎，重则坏死。

9.1.2.3 镁素的主要营养功能二价镁离子是植物吸收镁的主要形态。

因为镁是植物体内多种重要成分的组成元素。

叶绿素的形成需要镁，镁是叶绿体的中心金属离子，在叶绿体中10%左右的镁包含在叶绿素里。

缺镁时，叶绿素及B类胡萝卜素含量下降，叶片褪绿，对CO2的同化能力下降，光合能力降低。

大麦叶片内镁浓度低于0.12mg/g时，叶片净同化力等于零。

镁离子和钾离子在光合电子传递过程中共同作为H+的对应传递离子，以维持类囊体的跨膜质子梯度。

镁离子转移至叶绿体间质，则可以活化二磷酸核酮糖羧化酶和5-磷酸核酮糖激酶等。

镁参加活化糖酵解和三羧酸循环过程中的磷酸已糖激酶等许多酶。

镁是丙酮酸激酶、腺苷激酶等的组成分，在氮素同化中，谷氨酰胺合成酶的激活也需要镁，在蛋白质生物合成中，镁的作用是促进核糖体亚单位的结合，镁不足将影响核糖体的正常结构而使蛋白质合成能力降低。

镁的缺乏症状首先是出现在中下部叶片，因为镁在植物体内有较高的再利用性。

缺镁植物叶片脉间失绿，严重时叶缘死亡，叶片出现褐斑。

缺镁的叶子往往僵硬且脆，叶脉扭曲，常过早脱落。

不同作物表现的症状也有所不同。

如玉米缺镁时，下部叶片则出现典型的叶脉间条状失绿症。

水稻缺镁首先在叶尖、叶缘出现色泽退淡变黄、叶片下垂、脉间出现黄褐色斑点，随后向叶片中间和茎部扩展。