Значение кальция для почвы, растений, животных

11.01.2017

Кларк Ca в почвах 1,37%, а средние содержания в разных типах почв и районах колеблются в широких пределах и зависят от химического и гранулометрического состава почв и пород первичного субстрата. Самыми богатыми Ca являются почвы на карбонатных породах. Например, карбонатный серозем (стандарт почвы ССК) содержал 11,47±0,10% СаО, карбонатсодержащий чернозем (воронежский) 9,38—11,68%, светло-каштановые карбонатсодержащие почвы (Северный Кавказ) до 11,44%. Большие количества Ca поступают в почву в виде CaSO4 и CaCO3 при испарительном концентрировании из вод в аридных условиях. Содержание CaO в стандартах типичных почв следующее (%): курский чернозем (СП-1) 1,63±0,05; московская дерново-подзолистая (СП-2) 0,81±0,04, дерново-подзолистая (СДПС) 0,27±0,03, прикаспийская светло-каштановая (СП-3) 2,86±0,06, краснозем (CKP) 0,17±0,04, бурая пустынно-степная 0,28. Видно, что во всех случаях содержания Ca низкие, что неблагоприятно для сельскохозяйственной деятельности. Это особенно характерно для подзолистых почв европейской части бывшего СССР, содержание Ca в которых, по С.А. Кудрину, колеблется от 0,65 до 1,15%. Среди черноземов этого региона самое низкое содержание Ca в выщелоченном, самое высокое в южном. Важно, что, по А.П. Виноградову, содержание Ca в черноземах и сероземах увеличивается в горизонтах В и С (от 1—1,8 до 9—11%) по сравнению с А (от 0,9 до 5—8%).
Большие количества Ca (от 7 до 515 кг/га) теряются при эрозии почв, что значительно снижает урожайность. Широко применяется в агрохимии искусственное известкование кислых почв и рекультивация почв. Значительное количество Ca вносится в почвы с некоторыми фосфоритовыми удобрениями, сапропелями, золами углей и горючих сланцев. Характерно взаимодействие Ca со многими минеральными компонентами почв — Zn, Cu, Sr, Ba, TR, F и др.
Кальций является главным элементом биосферы, в том числе живого вещества (кларк биосферы 1,6%, биоса 0,5% Ca, он имеет высокую биофильность (Бф-0,2) и биогенность (Бг-0,53). Биогенность Ca меняется для растений в зависимости от природных зон, например, в нашей стране: тундровая зона 0,31, лесная 0,65, (деревья 0,82, травянистая растительность 0,49), степная 0,37, пустынная 0,67.
В течение истории Земли миграция Ca в биосфере заметно менялась, приобретая все более биогенный характер. На рубеже V и ∈1 возникли разнообразные скелетные животные, представляющие новые типы и классы (трилобиты, брахиоподы, моллюски, губки, эхинодерматы, археоциаты). Они широко расселились в раннекембрийских морях. Снижение парциального давления CO2 в атмосфере, по-видимому, уменьшило растворимость Ca и Mg в океанической воде, что привело к насыщению этими элементами и создало возможность построения известковых скелетов у беспозвоночных, которые ранее их не имели.
Кальциевый скелет характерен и для позвоночных, причем в конце PZ—MZ возникли их самые крупные представители — рептилии, достигшие расцвета и максимальной величины особей в MZ и вымершие (динозавры) в конце MZ.
Оценки средних содержаний Ca в организмах, по В. Шоу и И. Бове, составляют (% с.): растения наземные 0,18, морские 0,10, для различных классов животных пределы содержаний следующие (%): наземные 0,02—8,5, морские 0,15—2,0; бактерии 0,51. Содержания Ca для океанского планктона составляют (%): среднее 1,9, фито-0,45, зоо-2,0, тотальный 1,9 (для сравнения — взвесь 4,0, пеллеты 15,0). Многие организмы строят свой скелет и раковины целиком из CaCO3 (известковые водоросли, кораллы, моллюски, иглокожие и др.) или CaPO1. (известковые фосфатные трубки и др.); при их отмирании образуются органогенные известняки и фосфориты.
В растениях Ca проявляет синергизм с Cu, Mn, Zn и антагонизм с Al, В, Ba, Be, Co, Cd, Cr, Cs, Cu, F, Fe, Li (табл. 72).
Кларк Ca в золе растений 3%. В стандартных пробах растений содержание его составляет (%): картофель 0,08±0,003, зерно пшеницы 0,053±0,001, злаковая травосмесь 0,88±0,02.
Имеются данные по содержаниям Ca в пищевых продуктах для нашей страны (мг/кг): пшеница 500, овес 1170, соя 3500, гречиха 2000, молочные продукты 1200—1500, сухое молоко 10000, хлеб 200, мясо и мясопродукты 80—120, рыбопродукты 500—1200, мак 17000, минеральные воды 400—450 (Нарзан, Арзни), 50 (Миргородская).
Значение кальция для почвы, растений, животных

Значение солей Ca в жизнедеятельности животных не ограничивается участием в построении скелета (дефицит Ca у молодняка вызывает рахит), OH(Ca2+) влияет на течение многих физиологических и биохимических процессов (нервная система, мышечная деятельность, ферменты и др.), является главным элементом функционирования клеточных мембран благодаря высокому мембранному градиенту Ca2+ (относительно высокое его содержание в клетках — белках плазмы и др., низкое — в клеточной цитоплазме). Ca2+ реагирует на различные раздражители (информационные сигналы) и подается мембранными насосами в клетку с изменением отношения Na/Ca. При снятии внешнего раздражительного импульса моментально происходит обратный процесс. Мишенями для Ca в клетке являются как «растворимые», так и интегральные мембранные белки Взаимодействие Ca2+ с первыми обычно обеспечивает регуляцию различных метаболических процессов в клетке, мембранные кальцийселективные каналы и Са-насосы регулируют его внутриклеточную концентрацию.
Концентрация Ca в крови человека меняется не более чем на 3% и поддерживается в основном с помощью паратгормона, витамина D и тирокальцитонита, которые обеспечивают регуляцию Ca в организме и основное поступление его в кости. He менее половины Ca в крови связана с белками плазмы (в основном с альбумином). В покоящихся клетках (не воспринявших специфического внешнего сигнала) концентрация Ca2+, который является основным регулятором внутриклеточных процессов, чрезвычайно мала — 0,01—0,1 мкмоль/л (мкм), во внеклеточной среде гораздо выше — 1,5—2,5 мкмоль/л. Регуляторами циклического изменения концентраций Ca2+ являются белки (известно >100 Са-содержащих белков), которые способны активизироваться в диапазоне изменения его содержаний от 0,1 до 10 мкмоль/л. Особенно чувствительны к концентрации Ca2+ и изменению отношения Na/Ca деятельность мозга, мышц, сердца и процессы оплодотворения.
У человека суточное потребление Ca варьирует от 1,1 г у мужчин, и 0,9 г у женщин до 0,36 г у грудных детей. Всасывание из пищи в кровь — от 0,25 до 0,80 — находится в обратной зависимости от степени обогащенности рациона Ca — при 0,6 г/сут оно составляет 0,35, при 1 г/сут — 0,28; среднее всасывание для нормального человека принято 0,3, его увеличивают витамин D, фосфаты, лактоза, белки, пшеничная мука, тогда как жиры, алкоголь, кортизон снижают. Особенно велико всасывание у новорожденных, молодых животных и у беременных. У людей уменьшение всасывания начинается после 60 лет и увеличивается экскрекция через кишечник, а также при заболеваниях почек, гастроэктомии тонкой кишки. Основное количество Ca содержится и костной ткани (мг/кг): 108—166 (ж.), 309—356 (з.), х = 351±7. Высокое его содержание (мг/л) установлено в крови — общая 60,5±0,2, плазма 96±0,7; сыворотка 97±0,1 — и в материнском молоке 150—481. В остальных органах человека содержания следующие (мг/кг): мозг 7,6±0,1; волосы 1,1±0,49; сердце 0,05—0,15 (ж.), 5.6 (з.), почка 0,1—0,17 (ж.), 7,4—17 (з.); печень 0,05—0,1 (ж.), 0,22 (с.), 5,1 (з.); легкие 0,09—0,15 (ж.), 10,5 (з.); мышцы 0,04—0,05 (ж.), 2,5—3,5 (з.); ногти 0,37—3,1; кожа 0,03—0,25 (ж.), 16—20 (з.); селезенка 0,25 (ж.), 5,4—7 (з.). Кратность поступления в организм 910, с учетом всасывания 0,3—3000, а для скелета 10000; Tб выведения из скелета и всего организма 7000 и 2100 сут.
Сходно в организме и поведение радионуклида 45Ca, который хорошо усваивается (всасывание с пищей 60%, из атмосферы 75%) и имеет длительный период полувыделения (сут.): биологический 16400, эффективный 152. Он накапливается в злаковых растениях и, попадая в организм, в основном концентрируется в костях и может вызвать образование остеосарком.