A kalciumtrágyázás egyre nagyobb szerepet kap a modern szemléletű növénytermesztésben. A kalcium ugyanis kulcsfontosságú a sejtfal és sejtmembrán felépítésében.
Emellett létfontosságú szerepet játszik a talaj szerkezetének kialakításában is. Minden növénynek szüksége van tehát kalciumra. Azonban, ha beépül a sejtfalba, immobilissá válik, azaz a későbbieken csak a xylemben képes a célhelyre eljutni a növény élete során. Így, ha a növény kalciumellátása csökken, az nem képes e fontos elemet újra mobilizálni idősebb szöveteiből. A kalcium tehát csak felfelé képes mozogni a növényben, s amint elérte „úti célját”, immobilissá válik, s ezáltal hozzáférhetetlen lesz az új, fejlődő szövetek számára. A talaj kalciumforrásainak kimerülése ezért leginkább a fiatal, fejlődő növények szöveteit érinti.
Ennek okán a növényeknek e fontos elemből folyamatos ellátást kell biztosítanunk a talajban és a növényi szövetekben egyaránt. Alacsony mobilitása miatt a hiány még a magas kalciumszintű talajokon termesztett növényekben is kimutatható, s habár hazánkban a kukoricában nem igazán jellemző probléma a kalciumhiány, amennyiben mégis előfordul, a tünetek fiatalabb leveleken kezdődnek: a levélcsúcsok világosbarna vagy fehéres foltokat vagy csíkos elváltozásokat mutatnak, és gyakran visszakunkorodnak. Jó minőségű kalciumforrás hozzáadása, a megfelelő táplálkozási programba történő beépítés mellett, segít ezeknek a hiánybetegségeknek a felszámolásában.
Mivel a kalcium mozgása korlátozott a növényben, a kalciumtáplálás kritikus jelentőségű lehet dinamikus fejlődési szakaszokban, de fontos a megfelelő növényegészségi állapot fenntartásában a növény egész élete folyamán. A kalcium a talaj tápanyag-utánpótlás során juttatható ki, illetve az öntözővízben is alkalmazható annak biztosítására, hogy megfelelő kalciumszintet érjünk el a növényállományunkban. Ez esetben azonban nem szabad figyelmen kívül hagynunk, hogy a tápanyagok növénybe történő leghatékonyabb bejutása a gyökérrendszeren keresztül történik. Alapos indok kell ahhoz, hogy „megváltoztassuk” ezt az egyszerű mechanizmust, hiszen a levelek elsődleges funkciója a fotoszintézis és a transzspiráció.
Ennek okán a tápanyagoknak levélen keresztüli felszívódását elérni kihívást jelent, mert ez a növényi szerv nem erre a feladatra lett „tervezve”. Az, hogy a tápanyagfelvétel a leveleken keresztül nem „természetes” folyamat, persze nem feltétlenül jelenti azt, hogy az nem lehetséges. A levélzeten keresztül alkalmazott tápanyagok vagy a légcserenyílásokon, vagy pedig a növényi levelek viaszos rétegén (kutikula) keresztül szívódnak fel, de csak kis mennyiségű tápanyag juthat így be a növénybe. Mivel ebben az esetben a cél az, hogy a tápanyagok a levélen maradjanak (a felszívódást megelőzően), a növény fejlődési fázisa fontos szempont a kalcium levélzetre történő kijuttatásának időzítésében. Például egy kb. 30 cm magas kukorica-állományra történő kijuttatás esetén a permetnek több mint a fele a talaj felszínén végezné.
A kalcium azonban, a többi tápanyaghoz hasonlóan csak akkor kerül felszívódásra, ha oldatban van. Az oldat megszáradása után a kalcium szilárd halmazállapotban marad vissza, melynek újra- nedvesítéséhez – szerencsés esetben – a hajnali harmat járul hozzá. Az eső ellenben könnyen lemoshatja a kalciumot a levelekről, amely onnantól talajra „jutatott” tápelemmé válik a növény számára. Az öntözéssel megoldott kalciumpótlásnak mégis nagy előnye, hogy felvételét nem befolyásolják a talajtulajdonságok, amelyek adott esetben gátolhatják azt.
A kalcium szerepe a talajtulajdonságokban…
A kalcium segít fenntartani a kémiai egyensúlyt a talajban, csökkenti a talaj szalinitását (sósságát), és javítja annak vízháztartását. A megfelelő mennyiségű kalciummal rendelkező talajok jobb víz-infiltrációs tulajdonságokkal rendelkeznek a kalcium–nátrium kicserélődésnek köszönhetően. Általánosságban igaz, hogy megfelelő öntözési gyakorlat mellett a kalcium javíthatja a talajminőséget. Azok a talajok, amelyek magas nátrium- és alacsony kalciumtartalommal rendelkeznek, nem teszik lehetővé a víz penetrációját. Ezekben a helyzetekben fontos, hogy gipszet vagy kalcium-karbonátot juttassunk ki egyéb talajkémia tényezőktől függően. A Ca2 + a talaj legmeghatározóbb kationja. A talajrészecskék negatív töltésű felületeinek 62-70%-át foglalja el, miközben7 másik tápelem: mangán (Mn), kálium (K), vas (Fe), foszfát (P), bór (B), cink (Zn) és magnézium (Mg) felvételét befolyásolja pozitívan.
A kalciumhiány növényre gyakorolt negatív hatásai megfelelő növénytáplálással könnyen kezelhetők.
A kalcium további, talajra gyakorolt pozitív hatása:
- elsődleges fontosságú a megfelelő talaj pH-érték fenntartásában,
- javítja a talaj szerkezetét,
- csökkenti a talaj tömörödését,
- jó környezetet biztosít a hasznos baktériumok elterjedéséhez,
- befolyásolhatja a gyomszabályozás hatékonyságát, pl. kalcium-szulfát (gipsz) hozzáadása esetén.
A kalciumszint emelése lágyítja a talajt, megszüntetve annak kérgességét, ami bizonyos gyomfajok, mint pl. a réti ecsetpázsit (Alopecurus pratensis) visszaszorulását eredményezi. Gipsz (vagy mész) kijuttatása előtt azonban mindenképpen célszerű talajvizsgálatot végeznünk, ugyanis, ha gipszet alkalmazunk egy olyan talajra, amelynek túl alacsony a magnézium tartalma, valójában a magnéziumhiányt még súlyosabbá tehetjük. Fontos tudnunk, hogy a talaj pH-ja mintegy önszabályozóvá válik, amikor a kalcium, a magnézium, a kálium és a nátrium megfelelő egyensúlyban vannak egymással (ne felejtsük el, hogy a talaj mindenkori pH-értéke a tápelemek kölcsönhatásának eredménye, s nem kiváltó oka). A kalcium hajlamos a „pelyheződésre”, stabil aggregátumok létrehozására, ami jó pórusteret eredményez a gyökerek és mikrobák számára.
A talaj kalciumtartalmának nyomon követése tehát az adott növénykultúrából történő mintavétel mellett segíthet a megfelelő kalciumellátást biztosító helyes gazdálkodási döntések meghozatalában.
…és a növényben
A kalcium minden élő sejt fontos alkotóeleme. Talán a „legsokoldalúbb” molekula, amelynek legfontosabb növényfiziológiai feladatai közül (a teljesség igénye nélkül) a következők emelhetők ki: a sejtfal általános szerkezetének kialakítása (a kalcium mennyisége különösen magas a középső lamellában) és fenntartása, a sejtmembrán révén a kalciumnak szerepe van a tápanyag-szállításban, a tápanyagfelvételben, az alumínium és mangán toxicitás elleni védelemben, a gyökérfejlődésben, bizonyos enzimrendszerek szabályozásában és a növényi szövetek tápanyag-egyensúlyának biztosításában.
Emellett szerepet játszik a sejtek megnyúlásának és osztódásának folyamatában. A sejtfal és sejtmembrán fontos alkotóelemeként alapvető fontosságú a sejt mechanikai ellenálló képességének kialakulásában, ezen keresztül pedig a rovarok és a gombák elleni védelemben. A kalcium a sejtfal létfontosságú összetevője, s mivel erős sejtfal nélkül nem beszélhetünk kellő mértékű ellenálló képességről, a megfelelő kalciumtartalom a növényben jelentősen fokozza a betegségekkel szembeni rezisztenciát, ami különösen fontos pl. rovarinvázió időszakában. Emellett a kalcium javítja a szövetek szakítószilárdságát, fokozza a hőtűrést és a stresszel szembeni rezisztenciát.
A kalcium aktiválja a sejtek javító és védelmi mechanizmusait is, beleértve a szelektív sejthalált egy potenciálisan invazív betegség megelőzése esetén aktivált mechanizmus eredményeként, ami a védekezést biztosító fenolok és fitoalexinek termelődéséhez vezet. Kellőképpen magas kalciumszint segíti a növényi sejteket a kallóz képzésében, ami védelmet nyújt a sérült növényi részek számára. A kalcium továbbá hozzájárul az antioxidánsok megfelelő működéséhez, védve ezáltali a növényi sejteket a biokémiai stressztől. A kalcium védő szerepet játszik továbbá a növény saját enzimjével szemben is, amely lebontja a pektinréteget a sejtek között.
A kalcium kiemelt fontossággal bír a növény növekedése során. A kalcium elismerten fontos funkciója a növényekben, hogy növeli a tápanyagok felvételét, a sejtfalak alkotóelemeként biztosítja a növény strukturális felépítésének kellő szilárdságát, és növeli a növényállomány vitalitását, azonban a talajban fellelhető, biológiailag felhasználható kalcium magas szinten tartása nélkül a kalciumfelvétel zavart szenved. Esszenciális jelentőségű a szénhidrát-anyagcserében csakúgy, mint a sejtben felhalmozódó savak semlegesítésében. Ha a transzspiráció bármilyen okból kifolyólag csökken, a szövetek növekedéséhez szükséges kalcium mennyisége rövid időn belül elégtelenné válik, ami szükségessé teszi a kalcium-utánpótlás biztosítását. Kalciumra épül a növények stressz-adaptációs válaszreakcióinak jelentős része is, s szintén a Ca2+ szabályozza a sztómák (gázcserenyílások) záródását.
Egy másik „dimenzióját” adja a kalcium „sokoldalúságának”, hogy hasonlóképpen az állati szervezetekhez, a zöld növények is számtalan életfunkciójukban támaszkodnak a kalciumra, mint jelátvivő-molekulára: a kalcium-ion ugyanis számos környezeti ingerre, stresszre adott válaszreakció folyamatainak kulcsfontosságú szabályozó eleme a növényekben. A citoszolban (citoplazma mátrix) detektálható, szabad Ca2+ megnövekedett koncentrációja áll számos fiziológiai ingerre adott válasz hátterében, mint pl. a fény, érintés, patogének, növényi hormonok és abiotikus stressz, beleértve a magas sótartalmat, a hideget és a szárazságot. Ahhoz, hogy a kalciumionok jellegüket tekintve ilyen nagymértékben eltérő folyamatokat tudjanak szabályozni, a ráépülő komplex jelátviteli mechanizmusoknak rendkívül jól szabályozottaknak kell lenniük.
Ez az egyszerű, kétszeresen pozitív töltésű, „univerzális” jelátvivő sok esetben rendkívül gyors jelátvitelt tesz lehetővé; ezek közül az egyik legizgalmasabb terület a petesejt aktivációjában betöltött szerepe. Ebben a vonatkozásban a kalcium központi eleme annak a vélhetően több ciklusú, komplex jelátvitelnek, melynek végeredménye a petesejt aktiválása, ami pedig az embriógenezis programja kifejeződésének szükséges feltétele a zigotikus génaktiválás kiváltása mellett.
Talán a legérdekesebb, külső inger által kiváltott molekuláris folyamat, amely átmeneti kalciumion-koncentráció emelkedésén keresztül végső soron egy adott rágó kártevővel szembeni védekező reakciót vált ki, az, aminek során a növénykárosító faj nyálának egyedi összetétele alapján specifikus emésztést gátló proteáz inhibitorok termelődnek a növényben. Ennek során tehát adott, védekezést biztosító gének expresszálódnak, a kalcium szint átmeneti emelkedésének következtében, azaz ez az egyszerű ion igen összetett biokémiai/molekuláris események főszereplője, s mint ilyen, végig kíséri kukorica növényünk életét a „fogantatástól” kezdve, biztosítva, hogy a fejlődő új egyed sikeresen vegye fel a harcot a környezeti stresszel szemben, a lehető legzavartalanabb fejlődés mellett.
