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酶活性受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。