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石灰性土壤

石灰性土壤又称碱性土壤,是土壤剖面中含有碳酸钙或碳酸氢钙等石灰性物质的土壤的总称。

在我国多分布于北部和西北部半湿润、半干旱和干旱地区。其成土母质多为黄土状沉积物和石灰岩风化物。碳酸钙在剖面中的分布,根据不同的成土条件,有的与土壤均匀混合,有的沿土壤孔隙以菌丝或皮膜状的白色析出物存在,有的形成硬结核,还有的在一定深度形成碳酸盐积聚层,称为钙积层(calcic horizon)或石灰结盘层(calcareous hardpan)。石灰性土壤中盐基高度饱和,呈中性碱性反应,土壤中含碳酸钙含量多少,可以影响许多重金属元素在土壤环境中的行为。如镉在碱性土壤中易形成难溶性氢氧化物,毒性降低。铬、镉等重金属在碱性土壤中的环境容量比在酸性土壤中高。

石灰性土壤的主要障碍因子:

在CaCO3含量较高的土壤上,作物最主要的营养失调症是缺铁失绿。对铁敏感因而受害较严重的植物有苹果、柑橘、葡萄、花生、大豆、高粱和旱稻等。缺铁也是美国等一些国家高粱和大豆生产中出现的主要问题。我国北方广大地区也因生理性缺铁严重影响了一些水果的产量和品质。

土壤溶液中高浓度的重碳酸盐是石灰性土壤上造成植物缺铁的根本原因。以下是高浓度重碳酸盐影响土壤中有效铁的含量、植物对铁的吸收、运输和利用的可能机理。土壤中无机态铁的溶解度受pH值控制,pH值每升高一个单位,铁的溶解度将降低1000倍。石灰性土壤中一般含有较高浓度的重碳酸盐,因而使土壤pH值处在8以上的较高范围内。石灰性土壤中水溶性铁的浓度很低,是导致植物缺铁的直接外界因素。

植物在缺铁胁迫时,会做出主动的适应性反应。双子叶植物和非禾本科单子叶植物向根际分泌质子,以酸化根际土壤,增加铁的溶解度,而且质膜上的Fe 3+还原酶活性增加,将Fe3+还原成Fe2+,以利于根系吸收。而石灰性土壤中的高浓度重碳酸盐具有很强的缓冲能力,能将根系分泌的质子迅速中和,使质膜表面和根际微环境仍处于高pH值条件下。由于质膜上的三价铁还原活性受pH值影响很大,高pH值抑制质膜上还原酶的运转,造成植物根吸收铁量下降,而发生缺铁症。

高浓度重碳酸盐能促进植物根内有机酸的合成,其中一些有机酸因在液泡中对铁进行鳌合而具有较强的鳌合能力,使铁在根中滞留,难以向地上部运输。此外,高浓度重碳酸盐还会使木质部汁液的pH值上升,降低导管中铁的溶解度,使已进入木质部的铁不能向地上部运输。

高浓度重碳酸盐能促进Fe2十转化为Fe3+而失去活性。这一转化作用的强度取决于植物体内pH值的高低。当介质中重碳酸盐浓度高时,植物体自由空间的碱性增强,使已运输到地上部的铁以高铁形态沉淀于自由空间之中,因而降低了Fe的数量,严重时则引起植物缺铁。由此可见,植物缺铁失绿的原因不是体内铁的总量不足,而是起生理作用的活性铁含量不足。

高浓度重碳酸盐还会抑制根系生长,减少根尖数量。植物吸收铁的部位是根尖,因此,根尖数减少自然会引起铁吸收总量的下降。

石灰性土壤对磷有强烈的固定作用,因而土壤溶液中的磷浓度很低,且移动性很小。磷的移动性与土壤含水量有密切关系。而石灰性土壤处于降水较少的干旱及半干旱区,磷向根表的扩散和根系的生长都因土壤含水量偏低而削弱。因此,干旱也是植物缺磷的原因之一。缺磷是我国大面积石灰性土壤多种植物生长的限制因子。

土壤中锌的溶解度受pH值的影响,一般pH值升高一个单位,锌的溶解度下降100倍。石灰性土壤pH值高是造成植物缺锌的重要原因。其次,土壤溶液中高浓度HCO3-也会抑制根系生长,使植物摄取锌的总量下降。此外,高浓度HCO3-还影响植物体内锌向地上部的运输。我国石灰性土壤上玉米、水稻及果树等缺锌现象十分普遍。

旱地石灰性土壤上常发现某些植物如大麦缺锰。通气良好和高pH值都会促进Mn 2+被氧化,尤其是干旱条件下水分不足更限制了活性锰向根表的迁移及其在体内的运输,从而使植物缺锰。但在通常条件下,缺锰并不像缺铁和缺锌那样普遍。

石灰性土壤中钾的贮量比较多,交换钾含量也很丰富,植物缺钾的范围和程度远小于酸性土壤。但由于钾也是土壤中移动性较弱的养分元素,土壤水分含量对其移动性有重要影响(表8-13)。因此,在干旱地区或干旱季节,很多作物也会出现缺钾现象。供钾水平低的砂性土和喜钾作物缺钾现象更加普遍。近年来,我国北方大面积石灰性土壤上,随着生产水平提高和有机肥投入减少,植物缺钾问题日趋普遍和严重。施用钾肥逐渐成为多种作物提高产量和改善品质的必要技术措施。

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