Влияние макроэлементов на растения (серы, фосфора, калия, кальция, натрия, магния). Значение натрия для растений
Кислотность и щёлочность почвы. Влияние на урожай. Рост и развитие здорового пшеничного растения
Повышенная кислотность и повышенная щелочность почв во всем мире ограничивают продуктивность пшеницы. Степень кислотности или щелочности – это относительное количество в почве ионов водорода Н+, выраженное в единицах рН по шкале теоретических (возможных) значений от 1 до 14. Поскольку шкала логарифмическая, изменение рН всего на одну единицу означает десятикратное изменение кислотности или щелочности.
Например, почва с рН = 5 в 10 раз превышает кислотность почвы, рН которой составляет 6, а почва с рН = 4 в 100 превышает кислотность почвы с рН = 6. Почвы со значением рН = 7 считаются нейтральными, а те, в которых это значение ниже, – кислыми, выше – щелочными. Почвы с рН ниже 6,6 в сельскохозяйственном производстве считаются кислыми. Для пшеницы значение рН между 5,5 и 7,5 является самым благоприятным для роста пшеницы и формирования высокого урожая. Но указанные значения рН могут быть разными для разных почв, разных мест выращивания и разных сортов пшеницы (рис. 1).В кислых почвах концентрация обменных кислотных катионов алюминия и марганца будет больше, чем концентрация основных катионов кальция, магния, калия и натрия, а в щелочных почвах наоборот. Считается, что для растения пшеницы питательные вещества оптимально доступны при значениях рН от 6 до 7 (рис. 2). При снижении указанного значения рН доступность ключевых питательных элементов либо очень снижается, либо повышается настолько, что элементы становятся токсичными для растения.Кислотность и щелочность также влияют на многие биологические процессы, протекающие в почве, а также на болезнетворные организмы, причиняющие вред пшенице, клубеньковые бактерии, которые развиваются на корнях бобовых растений и способны поглощать азот из атмосферы. Азот хорошо связывается клубеньковыми бактериями в нейтральных или щелочных почвах, а в кислых почвах этот процесс угнетается.
Кислые почвы
Кислотность почвы всегда была потенциальным ограничивающим фактором урожая пшеницы в регионах Северной Америки, где почва в своем естественном состоянии кислая. Однако это явление стало проблемой и для других регионов, в которых почва подкислялась азотными удобрениями. Применение извести для повышения рН почвы в регионах, где оно упало на две единицы, а также для снижения алюминиевой токсичности и повышения доступности питательных веществ стало нормальным явлением (фото 1).
Фото 1. Влияние кислой почвы (штат Оклахома)
Причины изменения кислотности почвы
Химический состав материала, из которого формируется почва, – определяющий фактор ее кислотности. Например, почвы, сформированные на известковых сланцах или известняке, имеют высокое изначальное значение рН. Для того чтобы они стали кислыми, нужно больше времени, чем для тех, которые образовались на гранитах и песчанике. Кроме того, на кислотно-щелочной баланс (рН) почвы влияет геологический возраст ландшафта – время, в течение которого из исходного материала формировалась почва. Чем длиннее период воздействия погодных условий и чем интенсивнее этот процесс, тем больше будет удалено из почвы исходного материала и, следовательно, будет ниже рН. Там, где годовой уровень осадков превышает годовую норму испарения и влага накапливается в почве, существует высокий потенциал выщелачивания растворимых солей и основных минералов вниз по профилю почвы, за пределы корневой зоны. Постепенно почва становится более кислой. Выщелачивание в процессе орошения может также стать причиной повышения кислотности почвы, в зависимости от интенсивности применения воды и ее щелочного баланса (рН).Аммонийный азот (NH+4), внесенный в почву или полученный в результате разложения пожнивных остатков и органического вещества почвенными бактериями, превращается в нитрат азот (соль азотной кислоты N03+). Это преобразование аммония в нитрат азота происходит благодаря микроорганизмам. В результате такой реакции высвобождается два иона водорода Н+, что приводит к повышению кислотности почвы. Кроме того, ионы аммония, смешанные в концентрированной форме с поверхностным слоем почвы, могут быть замещены другими основными ионами, такими как кальций и калий, которые впоследствии постепенно опускаются вниз по профилю почвы в процессе выщелачивания. В течение последних нескольких десятилетий этот процесс считается причиной увеличения кислотности почвы в тех местах, где почвы изначально были нейтральными или слегка щелочными.Азотные удобрения начали активно использоваться для выращивания пшеницы и других культурных растений с 1950 годов. С появлением в 1960 годах новых высокоурожайных карликовых сортов пшеницы, которые имеют свойство положительно реагировать на применение высоких доз азотных удобрений, то есть без угрозы полегания стеблей, интенсивность использования азотных удобрений увеличилась еще больше.Вынос с урожаем кальция, калия и магния также в некоторой степени влияет на подкисление почвы. Стебли и листья содержат в 3-4 раза больше основных минералов, чем семена. Использование растений в качестве фуража или удаление соломы с поля в течение многих лет, в свою очередь, приводит к еще большему удалению минералов с поля по сравнению с вариантом, когда убираются только семена.Еще одна причина увеличения кислотности почвы – разложение органического материала, особенно в очень влажных почвах. Если разложение происходит при отсутствии достаточного количества кислорода, освобождаются ионы Н+, много органических кислот и большой объем углекислого газа (С02). Углекислый газ реагирует с водой, в результате чего образуется угольная кислота. Если осуществляется дренаж почвы и восстанавливается поступление в почву кислорода, много кислоты удаляется из почвы с помощью микроорганизмов или в результате других химических процессов. Вклад в окисление почвы со стороны разложения органической материи будет небольшим. Для незначительных изменений, которые наступают в результате этого процесса, понадобится много лет.Влияние кислотности почвы на физическое состояние и продуктивность пшеницыУрожай пшеницы начинает уменьшаться с понижением рН почвы до 5,5-6. Уровень снижения урожая при повышении кислотности почвы зависит от сорта пшеницы, типа почвы и погодных условий в данном регионе. Прогрессирующее снижение урожая с понижением значения рН происходит не из-за более высокой концентрации ионов водорода в более кислой почве. Прямое влияние кислотности со стороны высокой концентрации водорода на рост пшеницы наблюдается только при значении рН ниже 3. Причиной снижения продуктивности пшеницы с повышением кислотности почвы является изменение растворимости многих ионов, содержащих питательные элементы.Растворимость одних ионов повышается настолько, что они становятся токсичными для пшеницы. Другие же ионы, наоборот, становятся до такой степени нерастворимыми, что растение испытывает недостаток в них. Высокая концентрация алюминия или марганца в нейтральных почвах не проявляют токсичности, но приводит к резкому снижению урожайности на кислых почвах. Алюминий не играет существенной роли в росте пшеницы, а вот марганец, медь и цинк существенно влияют на этот процесс.Низкое значение рН может также привести к тому, что медь, цинк и бор станут токсичными. При этом высокая концентрация этих ионов может стать причиной проявления на растениях симптомов дефицита питательных веществ. Высокая концентрация растворимого алюминия и марганца может быть помехой в поглощении, транспортировке или использовании растением некоторых питательных веществ, а именно кальция, калия, фосфора, магния и молибдена. Это приводит к дефициту в почве этих элементов, хотя при других условиях этого количества питательных элементов было бы достаточно для пшеницы. Дефицит фосфора является существенным фактором на кислых почвах, поскольку он связывается с железом и алюминием в нерастворимые соединения. Дефицит доступного фосфора может наблюдаться, если значение рН находится у другого края шкалы рН, то есть в щелочных почвах, в которых фосфор также образует малорастворимые соединения. Примером в данном случае может служить кальциевый фосфат.
Корректировка кислотности почвы
Кислотность почвы может быть снижена путем внесения известкового материала (рис. 3). Сельскохозяйственная известь (карбонат кальция, карбонат магния или их смесь) – самое распространенное средство для нейтрализации кислоты. Другие известковые материалы включают в себя кальциевые и магниевые закиси и окиси водорода, а также другие побочные продукты горной добычи.Чистота продукта обычно оценивается по кальциево-углеродному эквиваленту (ССЕ) либо по содержанию кальциевого карбоната (ЕСС). Большинство штатов, где кислые почвы ограничивают урожайность пшеницы, определили основные направления тестирования почвы для выявления потребности в извести, чтобы помочь производителям правильно корректировать кислые почвы. Известковый материал должен быть перемешан с почвой на глубину 4-6 дюймов. Плохое перемешивание может привести к образованию целой сети затеков с высоким содержанием щелочи, которые будут чередоваться с кислотными затеками. При плохом перемешивании кислой почвы в верхнем слое может сформироваться слой с высоким содержанием щелочи.
Рис. 3. Химическая реакция извести (карбонат кальция СаСO3) и кислотных частиц почвы, в результате которой значение рН почвенного раствора становится нейтральным (Г. Джонсон, Р Узстерман, и Д. Минтер, 1988)
Щелочные почвы
Щелочные почвы влияют на состояние пшеницы и ее продуктивность через уменьшение доступности имеющихся в почве питательных веществ (рис. 2). Когда значение рН равно или больше 8, особенно дефицитным становится фосфор. Дефицит таких микроэлементов, как цинк и медь, также может иметь место, но это не очень сильно влияет на урожайность культуры (если наличие указанных элементов не будет слишком малым в корневой зоне). Ленточное внесение фосфора в щелочную почву, особенно вместе с аммонийным азотом, может помочь удержать эти питательные микроэлементы в ней. Ленточное внесение фосфора уменьшает степень его контакта с почвой, и это способствует меньшему образованию растворимых солей, таких как кальциевый фосфат. Другим важным путем влияния щелочной почвы на рост, развитие и урожайность пшеницы является наличие лишней соли в почвенном растворе.
Засоленная почва и почва с высоким содержанием натрия
Засоленность почвы определяется содержанием в ней растворимых солей. Соли образованы в основном натриевыми, кальциевыми и магниевыми катионами с хлорными и серными анионами. Незначительную часть составляют калийные катионы, бикарбонатные, карбонатные и нитратные анионы, хотя при определенных условиях они могут быть основными составляющими частями почв.Как кислотность, так и засоленность почвы может быть результатом унаследованных или остаточных свойств геологического исходного материала почвы, результатом процесса формирования почвы, ландшафта, результатом естественного дренажа или разграничивающих подпочвенных слоев. Иногда же главной причиной повышения уровня засоленности почвы является сельскохозяйственная практика использования почвы в засушливых местах, где интенсивно применяется орошение.
Cчитается, что для растения пшеницы питательные вещества будут оптимально доступны при значениях рН в пределах 6,0-7,0. Если уровень рН ниже, то ключевые питательные элементы будут либо менее доступны, либо наоборот, станут для растения токсичными
Натриевая (содовая) почва – это почва с высокой концентрацией натрия. Она создает дополнительные трудности для освоения почв из-за плохой структурированности и недостаточной пористости по сравнению с другими засоленными почвами.Традиционно используются три вида анализов для измерения содержания соли в почве: электропроводимость (ЕС), процент замещения натрия (ESP) и абсорбирующий коэффициент натрия (SAR). Показатель рН почвы также используется как индикатор наличия натрия в почве. Обычная почва имеет электропроводимость меньше 4 mmho/cm, процент замещения натрия – меньше 10%, абсорбирующий коэффициент – меньше 13 и рН – меньше 8,3. Самозасаливающая почва обычно делится на три категории: засоленная, засоленная натриевая, незасоленная натриевая.
Много солей – водный стресс
Основное влияние соли на растение – ограничение потребления воды корнями. При увеличении концентрации соли в почвенном растворе корням становится труднее поглощать воду из солевого раствора. На почвах с высокой концентрацией солей у растений наблюдается водный стресс, вследствие чего растения прекращают рост. Особенно это наблюдается при снижении влажности почвы, так как это приводит к резкому увеличению концентрации соли в почвенном растворе.Реагируя на засоленность, растение направляет энергию не на рост, а на сохранение способности корневой системы поглощать воду. Это выражается в первую очередь в изменении размеров клеток. Клетки продолжают делиться, но не увеличиваются в размерах в значительной степени. Cоответ‑ственно, пшеница, выращенная на засоленной почве, всегда будет небольших размеров. Клетки с ограниченным размером также появляются в большом количестве у части растений, получивших водный стресс, обычно они имеют темный сине-зеленый цвет. Засоленность почвы в зависимости от количества и типа имеющейся соли также может быть причиной дисбаланса питательных веществ в растении. Высокий уровень содержания натрия может привести к дефициту в растении кальция и, возможно, даже магния.Растение более чувствительно к наличию соли в период прорастания семян и появления всходов, чем в более поздние фазы. На ранних стадиях развития повреждение растений и снижение густоты стояния начинаются при электропроводности, равной 4 mmho/cm.
Солончаки на сухих землях
Обрабатываемые площади полузасушливых земель на севере Великой Равнины и в других местах были утеряны из-за солончаков (фото 2). Многие из этих почв, а также их материнская порода в своем естественном состоянии были насыщены растворимыми солями, в основном в виде сульфатов натрия, кальция и магния. Солончаки образуются в результате того, что избыточная вода, проникающая вниз по профилю почвы, содержит в себе растворимые соли. Она формирует почвенные воды над водонепроницаемыми слоями (глина, сланец или скальный грунт) или концентрируется в высокопроницаемых слоях (песок, угольные пласты), под которыми лежит водонепроницаемый слой породы. Место, где происходит глубокое проникновение воды, называется участком перезарядки.Со временем такая вода поднимается до уровня 1,2-1,5 м, причем в других местах уровень грунтовых вод может составлять 4-5 м от поверхности. Затем по почвенным капиллярам грунтовая вода поднимается к поверхности почвы, в результате чего может сформироваться небольшой участок засоления. Испарение воды приводит к увеличению концентрации соли на поверхности почвы.Время, необходимое для формирования солончакового пятна, зависит от количества осадков, глубины непроницаемого или в большой степени проницаемого слоя, его подпочвенной топографии, а также от системы земледелия. Некоторые солончаковые пятна увеличиваются относительно быстро, но все-таки это длительный процесс – около 20 лет и больше. Удивительно, что солончаковые пятна могут быть проблемой даже в местах с годовым уровнем осадков, равным 10 дюймам (250 мм). Основной причиной образования неглубоких грунтовых вод, которые формируют солончаковые пятна, является система земледелия, при которой неэффективно используются имеющиеся осадки. Овощной севооборот является основным фактором просачивания воды и формирования солончаковых источников. В почве накапливается больше воды, чем может удержать почва в корнеобитаемой зоне. Глубокое проникновение воды под корнеобитаемую зону выражается не только в низком фактическом урожае культур и солончаковых пятнах, но и в снижении урожая из-за недостатка влаги для растений.
Когда значение рН равно или больше 8, особенно дефицитным становится фосфор. Ленточное внесение фосфора в щелочную почву, особенно вместе с аммонийным азотом, может помочь удержать в ней питательные микроэлементы
Перед ремонтом крана сначала надо перекрыть воду. Точно так же перед проведением превентивных мер и восстановлением солончаковых почв нужно прекратить глубокое проникновение воды в грунтовые воды. Этого можно добиться с помощью интенсивного земледелия с набором культур, способных максимально использовать имеющиеся в данном регионе осадки. Одним из подходов может быть использование летних паров в засушливые годы и посев культур исходя из имеющегося почвенного запаса влаги и предполагаемых осадков в период их роста и развития. Противоэрозийная обработка почвы, обеспечивающая увеличение сохранения запасов почвенной воды, может позволить выращивать культуры, потребляющие много воды. Растения с глубокой корневой системой, потребляющие большое количество воды (например люцерна, подсолнечник, сафлор), на таких почвах ускоряют восстановление солончаков. При этом уровень грунтовых вод понижается, и солончаковые пятна высыхают. Выпадающие осадки будут постепенно перемещать соли в глубину почвы. В результате плодородность почвы повышается. Посев в солончаковых местах растений, которые хорошо выдерживают засоленность, способствует дренажу и восстановлению этой почвы. В некоторых ситуациях может быть необходимо осушение солончаков. Если почва имеет высокое содержание натрия, то, возможно, будет необходимо внести кальций. Для этого, как правило, используют гипс.
Солончаки, появившиеся вследствие ирригации
Проблема солончаков, возникших вследствие ирригации, может также стать причиной высокого уровня грунтовых вод. Ситуация, когда вода подходит к поверхности и испаряется, приводит к накоплению солей. Такое явление может возникнуть в результате просачивания воды из каналов, траншей, применения воды больше, чем ее может вобрать в себя почва, и в большем количестве, чем необходимо растениям, либо полив по слишком длинным для данной почвы и для данного культурного растения бороздам. Высокая концентрация соли в поливной воде увеличивает засоленность почвы на орошаемом поле независимо от дренажа и неглубокого уровня грунтовых вод.Во избежание вторичной засоленности почвы в результате орошения рекомендуется обеспечивать адекватный дренаж, использовать качественную воду, предотвращать утечку воды из систем при ее подводе к полю. Полив следует осуществлять так, чтобы не выливать лишнюю воду. Кроме того, следует предотвращать повышение уровня грунтовых вод.Усовершенствованный дренаж почвы необходим для восстановления засоленной почвы на орошаемых площадях. Поливная вода и осадки переместят излишнюю соль ниже, в корневую зону. При этом, если концентрация натрия высокая, для замены замещаемого в почве натрия необходимо добавлять кальций, в большинстве случаев в виде гипса.
Фото 2. Влияние просачивания соли на поверхность почвы (штат Монтана)
Справка
Солончаковые почвы имеют электропроводность (ЕС)4 mmho/cm, степень насыщенности натриевыми катионами (ESP) – меньше 15%, коэффициент поглощения натрия (SAR) – меньше 13, а рН – меньше 8,3 (см. таблицу 1). Появление на поверхности белой корки – обычное явление после высыхания солончаковой почвы. Поскольку концентрация натрия относительно небольшая, структура почвы и коэффициент фильтрации сравнимы с несолончаковыми почвами.Несолончаковые натриевые почвы имеют электропроводность (ЕС) меньше 4 mmho/cm, степень насыщенности натриевыми катионами (ESP) – больше 15%, коэффициент поглощения натрия (SAR) – больше 13, а рН – обычно между 8,5 и 10.
Большое количество насыщенного натрия становится причиной депрессии частиц почвы и органической материи. Такие почвы имеют плохую структуру, низкую пористость, низкий коэффициент фильтрации воздуха и воды, а также склонны к образованию блюдец на поверхности. Из-за низкого коэффициента фильтрации доступность воды для растения пшеницы со временем уменьшается. Содовые (натриевые) почвы часто встречаются небольшими площадями в регионах с малым количеством выпадения дождей, эти места часто называют «блестящими пятнами». Высота пшеницы, сила роста растений и достижимый урожай в таких местах обычно намного меньше, чем на прилегающих к ним полях.Солончаковые натриевые почвы имеют электропроводность (ЕС) больше 4 mmho/cm, степень насыщенности натриевыми катионами (ESP) – больше 15%, коэффициент поглощения натрия (SAR) – больше 13, а рН – меньше 8,3 при наличии избытка растворимой соли. Но если соли выщелачиваются в подпочвенный профиль без добавления кальция, рН может увеличиться до 8,5, потому что натрий становится доминантным катионом. Тогда почва может стать натриевой, а натрий будет влиять на структуру и другие свойства почвы.
Р. Джеймс Кук, Министерство сельского хозяйства США, исследовательская сельскохозяйственная служба, Госуниверситет Вашингтона
Роджер Дж. Фесет,Служба по корпоративному распространению
www.zerno-ua.com
Натрий в высших растениях - Справочник химика 21
Если сравнить химический состав Земли с составом Вселенной, то, казалось бы, между ними не должно быть существенных различий, за исключением, пожалуй, водорода, который легко уходит из атмосферы в межпланетное пространство. К сожалению, судить о составе Земли можно лишь по составам атмосферы, гидросферы и земной коры, изученной в глубину не более чем на 20 км. Главная химическая особенность этих трех сфер — необычайно высокое содержание кислорода, что объясняется уже не строением ядер его атомов, а его химическими свойствами. Атомы кислорода способны образовывать прочные химические связи с атомами многих элементов, в том числе кремния и алюминия. В процессе образования земной коры эти элементы накапливались в ней благодаря легкоплавкости их соединений со щелочами. В итоге на поверхности нашей планеты выкристаллизовалась твердая кремнекислородная оболочка. Кислород, не считая воды, входит в состав 1364 минералов. В атмосфере кислород появился около 1,8 млрд. лет назад в результате действия на минералы микроорганизмов. В настоящее время выделение кислорода растениями за счет фотосинтеза возмещает его убыль в атмосфере в ходе процессов окисления, горения, гниения, дыхания. По числу известных природных соединении (432) второе место занимает кремний. Далее по распространенности атомов в земной коре следуют алюминий, натрий, железо, кальций, магний и калий [c.201]
Содержание крахмала в клубнях изменяется в широких пределах— от 12 до 30%. В юго-западных районах оно более высокое, чем в северо-восточных. В сухое теплое лето крахмала накапливается больше, чем в дождливое и холодное. Дожди необходимы в середине роста растения, избыток их нежелателен в период интенсивного образования крахмала. На крахмалистости отрицательно сказываются избыток азотных удобрений и присутствие хлорида натрия. Клубни средней массы (50—100 г) богаче крахмалом, чем крупные и мелкие. В недозрелых клубнях меньше крахмала. [c.13]
В виде растворимых солей натрия гуминовые кислоты могут применяться как стабилизатор глинистых растворов при бурении нефтегазовых скважин (так называемые торфощелочные реагенты). Повышается значение гуминовых кислот как регулятора роста и развития растений благодаря высокому содержанию в них хиноидных групп. [c.260]
Многие неорганические соединения в небольших количествах необходимы для роста растений, но более высокие их концентрации оказываются токсичными. Типичным примером может служить бор. Многие зерновые культуры и разновидности трав чувствительны к высоким концентрациям бора, в то же время некоторое количество бора может поглощаться этими растениями. Важным фактором является содержание натрия в сточной воде. Высокое отношение содержания натрия к содержанию многовалентных катионов оказывает неблагоприятное влияние на растения и грунт. Растениям трудно получать воду из раствора с повышенным содержанием солей, и если натриево-адсорбционное отношение слишком высоко, то грунтовая структура теряет пористость. Засоленность почвы представляет собой более серьезную проблему для ирригации в засушливых районах, где быстрое испарение приводит к увеличению концентрации солей. В северных районах с более влажным климатом накопление солей не может оказаться таким критическим фактором для выращивания фуражных культур. Концентрация растворенных минеральных примесей в воде может оказаться существенным фактором и в том случае, если предполагается прямое повторное использование восстановленной воды. Наиболее распространенными растворимыми солями являются сульфаты и хлориды натрия, калия, магния и кальция. Хотя некоторые из них задерживаются в грунте при ионном обмене, общее содержание растворенных веществ в очищенной воде может быть таким же, как и в исходной сточной воде. Бор, селен и нитрат не задерживаются грунтами и проходят вместе с потоком воды через толщу груита, если они уже прошли через растительную и микробиальную зоны. [c.398]
В природных, незагрязненных водоемах и в местах, где нет предприятий по добыче и переработке полезных ископаемых, и там, где неорганические вещества не вносятся в почву как удобрения или стимуляторы роста растений, микроэлементы содержатся, как правило, в тысячных или десятитысячных долях миллиграмма на литр воды [77 0-38]. Натрий, калий и кальций содержатся в природных водах в более высоких концентрациях. Необходимо не только определять безвредную дозу и концентрацию химических элементов, но и знать их содержание в организме в норме. Некоторые из них, даже чрезвычайно ядовитые, как мышьяк и свинец в норме содержатся в крови человека и выделяемой моче [0-4 0-22 0-14]. [c.15]
Солончаки вследствие большого содержания воднорастворимых солей, высокой концентрации почвенного раствора, щелочной реакции и плохих физических свойств непригодны для возделывания культурных растений. Для устранения избытка солей их промывают водой при обильном орошении. Перед промывкой, если используется вода, бедная гипсом и известью, вносят в почву гипс, чтобы избежать превращения солончаков, в которых много воднорастворимых солей натрия, в солонцы. [c.174]
Обычно биологи, говоря о соединениях натрия, калия, магния и кальция, в первую очередь имеют в виду их хлориды, фосфаты, сульфаты и карбонаты. Все они имеют довольно сильно ионизированные связи. Соединяясь с катионами водорода, образуют кислые соли и кислоты. Соли имеют большое значение не только как составные части жизненной среды, но и как активные участники процессов в живых клетках. Ионы натрия благодаря небольшому размеру играют важную роль в поддержании водного режима организма, и увеличение концентрации Ма+ способствует удерживанию воды. Соли натрия наряду с солями других металлов определяют осмотическое давление в клетках и влияют на работу ферментных систем. Ионы натрия вместе с ионами калия служат для передачи нервного импульса через мембраны нервных клеток (см. 38). Нормальный ритм работы сердца и головного мозга зависит от строгого выдерживания соотношения концентраций ионоз калия и натрия. Ионов калия в организмах животных меньше, и повышение концентрации К+ оказывает вредное действие. В растениях калий способствует фотосинтезу и стимулирует процессы, связанные с прорастанием семян. Поэтому так важны калийные удобрения. Роль магния не ограничивается только участием в структуре хлорофилла. В организмах животных и человека он уменьшает спазмы сосудов и регулирует работу сердца. В периодической системе М занимает промежуточное положение между бериллием и щелочноземельными металлами. Его свойства уникальны имея высокий заряд и небольшой радиус, он в то же время образует в большинстве своих соединений не ионные, а кова- [c.180]
Экстракция кобальта 2-нитрозо-1-нафтолом была применена для определения этого элемента встали, различных сплавах, никеле [189, 819], алюминии [1378], металлическом натрии [944], горных породах [35, 194], фосфоре высокой чистоты [1507], в почвах, растениях и биологических материалах [1310]. [c.167]
АНТАГОНИЗМ ИОНОВ. Подавление одними ионами поступления в растение других одноименно заряженных ионов. Примерами антагонистических отношений между ионами может служить подавление поступления нитратного иона при высокой концентрации фосфатного иона, и наоборот, и подобные же отношения между ионами калия и натрия, калия и кальция, калия и магния, кальция и магния. А, обычно слабо проявляется при низкой концентрации ионов. Вредное влияние избыточной концентрации какой-либо соли на растение люжно устранить прибавлением конкурирующего иона. Так, внесением калия можно уменьшить поступление в растения стронция, что весьма важно для районов с высоким содержанием в почвах стронция-90. [c.27]
То же относится и к химическим процессам. Взаимодействие водорода и кислорода с образованием воды может происходить самопроизвольно, и осуществление этой реакции дает возможность получать соответствующее количессво работы. Но, затрачивая работу, можно осуществить и обратную реакцию — разложения воды на водород и кислород, — например, путем электролиза. И другие химические реакции, которые по своим термодинамическим параметрам не могут в данных условиях совершаться самопроизвольно, можно проводить, затрачивая работу извне. Большей частью это осуществляют или путем электролиза, или при электрическом разряде в газах, или действием света, или же путем повышения давления (причем одновременно изменяются и условия проведения реакции). Из хорошо известных процессов такого рода можно назвать фотосинтез в растениях, получение натрия и хлора путем электролиза расплавленного хлористого натрия, получение металлического алюминия из бокситов путем электролиза, синтез аммиака при высоком давлении и др. [c.209]
Сопоставляя чувствительность различных методов и оценивая примерное содержание компонента в образце, химик выбирает тот или иной метод анализа. Например, для определения содержания натрия в силикатных породах используют гравиметрический метод, позволяющий определять милли-фаммовые н более высокие количества натрия для определения микро-граммовых количеств того же элемента в растениях и биологических образцах животного происхождения — метод пламенной фотометрии для определения натрия в воде особой чистоты (нано- и пнкограммовые количества) — метод лазерной спектроскопии. [c.26]
Применение промышленных отходов для мелиорации солонцовых почв, к солонцам и солонцеватым почвам относят почвы, содержащие большие количества обменного натрия. Они обладают неблагЬприят-ными афохимическими свойствами. Во влажном состоянии солонцовые почвы набухают, становятся вязкими и липкими, в сухом состоянии отличаются твердостью и слитостью. Водопроницаемость их низка и большая часть почвенной влаги остается недоступной растениям. Кроме плохих водно-физических качеств некоторым солонцам свойственна повышенная щелочность, губительно действующая на культурные растения. Особенно высокой щелочностью отличаются солонцы содового засоления. [c.285]
Холодно-щелочной метод менее важен, чем нейтрально-сульфитный. Он заключается в обработке древесной щепы растворами гидроксида натрия прн температуре от 20 до 30 °С с последующим разделением на волокна размолом в рафинере. Сырьем почти исключительно служит древесина лиственных пород, в том числе имеющих высокую плотность, таких, как дуб различных видов, а также недревесные растения [123, 241]. Производство холоднощелочной полуцеллюлозы обычно совмещают с производством сульфатной целлюлозы, что позволяет использовать комбинированную систему регенерации гидроксида натрия. [c.345]
Влияние катиоиов. Щелочные металлы в пламени возбуждаются гораздо легче, чем щелочноземельные, поэтому, несмотря на то что кальций в большинстве случаев фотометрируется в пламени по узкой спектральной линии (4270 А), они завышают содержание определяемого компонента [933]. 13а излучение кальция накладывается в некоторой степени линия натрия и сплошное излучение калия [499]. При определении кальция влияние натрия более значительно, чем влияние калия. Некоторые объекты, содержащие сравнительно небольшое количество щелочных металлов по сравнению с кальцием, могут анализироваться непосредственно без введения соответствующих поправок на излучение примесей. Отмечается сильное влияние натрия при анализе объектов с высоким содержанием щелочных металлов хромитовая шихта [70], руды [225[, биологические объекты, морская вода [791], питьевая вода [1318] и др. Калий сильно мешает при анализе растений. [c.139]
Предельно допустимые концентрации, установленные по эстетическим соображениям, основаны на том, что присутствие в воде тех или ипых веществ делает ее менее желательной для употребления. Это относится к веществам, придающим воде неприятный вкус и запах, ухудшающим ее качество с точки зрения экономики и эстетики. Сюда же относятся вещества, токсичные для рыб или растений. Вещества, активно действующие на метиленовую синь и находящиеся в высоких К01щент-рациях в некоторых моющих средствах, могут придавать воде неприятный вкус и пенистость. Хлориды, сульфаты и растворенные частицы также влияют на вкус воды и, кроме того, обладают слабительным действием, а высокоминерализованная вода ухудшает качества кофе и чая. Сульфат натрия и сульфат магния — хорошо известные слабительные с общепринятыми названиями глауберова соль и горькая соль . Послабляющее действие воды, богатой сульфатами, обычно отмечается приезжими из других районов и новыми потребителями. Медь является важным питательным элементом и не представляет угрозы для здоровья. Рекомендуемый предел содержания меди устанавливают таким, чтобы избежать появления у воды медного привкуса. Цинк — также важный элемент в питании человеческого организма, однако в больших количествах он раздражающе действует на желудочно-кишечный тракт. Экстракт хлороформа содержит большое количество органических остатков, до сих пор мало исследованных. Предельно допустимые концентрации веществ, экстрагируемых хлороформом, установлены для того, чтобы не допустить присутствия неизвестных органических соединений. Вода с высокими концентрациями нитратов для взрослых людей не опасна, но у детей может вызывать тяжелые отравления. Многие случаи детской метгемоглобинемии были результатом пользования водой, загрязненной азотосодержащими стоками и забиравшейся из частных водораспределительных систем. В настоящее время еще не разработан способ экономичного удаления избыточных нитратов из воды. Поэтому в тех районах, где вода содержит нитраты в высоких концентрациях, необходимо предупреждать население о потенциальной опасности такой воды для детей. Железо и марганец нежелательны из-за того, что они вызывают появление коричневатых пятен на белье и фарфоре, а также из-за горько-сладкого привкуса, присущего л елезу. Оптимальные концентрации фтора в питьевой воде приведены в табл. 5.3. Количество потребляемой людьми воды зависит от климатических условий, поэтому оптимальные концентрации установлены для средней максимальной дневной температуры воздуха. [c.120]
Высокая химическая активность ЫОг- и МНг-групп, введенных в ароматическое ядро, обусловила возможность применения нитро- и аминосоединений в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений, а также с сорняками. Антисептическое действие нитрофенолятов было известно давно. Нитрофенолят натрия применялся ранее и используется сейчас для антисептирования древесины. Оказалось, что нитро-фенолы и их производные могут быть успешно применены и в качестве фунгицидов, т. е. препаратов для борьбы с болезнями растений. Наиболее употребительными препаратами этого типа являются динитро-о-крезпл I (ДНОК, селинон, эльджетол), получаемый нитрованием о-крезола и выпускаемый в смеси с сульфатом натрия и другими соединениями диносеб П (динит-ро-о-вгор-бутилфенол), который синтезируют путем конденсации фенола с бутиленом и последующим нитрованием образовавшегося бутилфенола или из. -хлорбензолсульфокисло-ты (отход от производства ДДТ) в результате последовательно проводимых омыления, бутилирования и нитрования нитрофен— продукт нитрования фенолов, полученных из сланцев, добываемых в Латвии, [c.39]
В золе корнеплодов довольно много калия и сравнительно мало фосфора. Отношение Р2О5 К2О в золе корнеплодов примерно равно 1 3. Характерная особенность состава золы корнеплодов— очень высокое содержание натрия. В диких видах свеклы количество натрия может достигать 30% и более веса золы. С накоплением большого количества натрия в корнеплодах связано положительное действие этого элемента на рост и урожай данной группы растений. При изменении условий выращивания и особенно при внесении удобрений состав золы корнеплодов может значительно изменяться. [c.433]
Водород, кроме воды, содержится также во многих других веществах [103] и может из них получаться. Для примера упомянем о том 1) что муравьинонатровая соль СНЫаО , при накаливании смеси ее с едким натром ЫаНО, образует угленатровую соль На СО и водород № (эта реакция необратима, совершается при накаливании сухого вещества и может давать в замкнутом сосуде сильно сжатый водород), 2) что множество органических веществ, содержащих углеводородные соединения, при накаливании разлагаются, образуя между другими газами водородный, а потому он содержится в обычном светильном газе, 3) что уголь при высокой температуре выделяет из водяных паров водород, но происходящие при этом реакции отличаются сложностью, а потому будут рассматриваться лишь в дальнейшем изложении (гл. 9), и 4) что при гниении (изменении под влиянием микроорганизмов) некоторые органические вещества (напр., при гниении растений под водою) образуют вместе с другими газами некоторое количество водорода. [c.95]
Экстракция с помощью NaDD была применена для определения меди в никеле [549, 824], растворах солей никеля, кобальта и других металлов [481, 795], кадмии 359, 521, 615], цинке [359, 521, 1189], олове [411], титане и цирконии [1132], тантале [387 , селене и селениде кадмия [995, 1363[, теллуре [714], хро.ме [1139] и сурьме высокой чистоты [811] и других металлах [798, 1431]. Этот метод был использован также для определения меди в сплавах [647], рудах [795], едких щелочах [470, 1409], щелочных металлах высокой чистоты [117], поваренной соли [1537], иодиде натрия [1219], воде [469, 718, 1014], почвах [171], красном фосфоре [1469], растениях [303] и других биологических материалах [515]. [c.235]
Термическая обработка природных фосфатов, а также спекание при высоких температурах их смесей с солями щелочных металлов (содой, смесью сульфата натрия с углем) или сплавление их с кварцитом, с силикатами магния, со щелочными алюмосиликатами приводит к образованию веществ, называемых термическими фосфатами, в которых Р2О5 находится в усвояемых растениями лимонно- и цитратнорастворимой формах. Поэтому продукты термической обработки фосфатов в измельченном виде являются хорошими удобрениями, в особенности на кислых почвах. Их применение дает дополнительный эффект, аналогичный известкованию почв. Они негигроскопичны, не слеживаются и содержат от 20 до 42 % Р2О5, в зависимости от состава исходного фосфата, причем усвояемая часть составляет 90—98 % от общего количества Р2О5. Преимуществами термофосфатов являются также [c.202]
V,B), богатых щавелевой кислотой, близок к 2,0 это показывает, что в данном случае щавелевая кислота присутствует в основном в свободном состоянии и, возможно, сосредоточена внутри вакуолей. У Begonia наряду со щавелевой кислотой, по-видимому, накапливается очень незначительное количество лимонной или яблочной кислоты. Напротив, в таких органах, как черешок листа ревеня, и яблочная, и лимонная, и щавелевая кислоты присутствуют в высокой концентрации. Возможно, применение более совершенных аналитических методов покажет, что щавелевая кислота присутствует в малой концентрации у большинства растений. Недавно она была обнаружена в зерне ячменя (табл. 37) и в плодах банана. В последних она находится в растворимой форме, возможно, в виде солей натрия или калия [66]. [c.292]
Указанный метод приемлем для экстракции пестицидов из растений. Мы пользовались нм при определении гентахлора, дилора, ГХЦГ и ДДТ в фекалиях животных. Для этого навеску свежего образца (25 г) гомогенизировали с 50 мл ацетонитрила или ацетона в течение 10 мин. Смесь выдерживали три дня, фильтровали, а остаток на фильтре промывали чистым растворителем до конечного объема экстракта 100 мл. Затем в делительную воронку брали 2 мл приготовленного экстракта, добавляли 50 мл насыщенного раствора сульфата натрия и экстрагировали соединения 5 мл смеси к-гексана и диэтилового эфира (4 1). Верхний органический слой подвергали анализу посредством газо-жидкостной хроматографии. Фактор извлечения добавок был достаточно высоким (89-94%). [c.97]
АЛЬГИЦИДЫ. Химические средства борьбы с водорослями, например, в рыбоводных прудах, на рисовых чеках. Наиболее часто применяют медный купорос и пентахлорфенолят натрия. АЛЬДРИН. 1,2,3,4,10,10-Гексахлор-1,4,4а,5,8,8а-гексагидро-1,4-эи9о. экзо-5,8-диметанофталан. Белое кристаллическое вещество, практически не. растворимое в воде. Устойчив при хранении, на листьях и в почве. Обладает очень высокой контактной инсектицидностью. Перспективный инсектицид, применяемый за рубежом главным образом для борьбы с вредителями, обитающими в почве (проволочными и ложнопроволочными червями, гусеницами, подгрызающими растения, с личинками пластинчатоусых жуков и т. п.). Способы применения опудривание дустами или смачивающимися порошками семян перед посевом (расход д. в-ва около 50 г/го) внесение в виде гранулированных препаратов или дустов в борозду или гнездо (расход д. в-ва 0,5—1,5 кг/га) рассев гранулированных ирепаратов но полю с заделкой в почву (расход д. в-ва 3—5 г/га). Очень ядовит мон ет накапливаться в организме и вызывать хроническое отравление. [c.21]
ПИРОФОСФАТЫ. Соли пирофосфорной кислоты Н4Р2О7. Хорошо усваиваются растениями П. калия, натрия, аммония и кислые соли кальция и магния. Содержатся в качестве примесей в удобрениях, полуттаемых путем нагревания до высоких температур, порядка 200—300° С. П. на удобрения не производятся. [c.230]
ТРАВЕРТИНЫ. Минеральные осадки вод некоторых минеральных источников. К ним близки известковые туфы, применяемые в качестве известковых удобрений. В состав Т. входит в больших количествах кальций. Они содержат также серу, натрий, фосфор и микроэлементы марганец, медь, цинк, молибден и др. Для использования в качестве минеральной подкормки для скота и установления норм скармливания проводится химический анализ Т. ТРАНСПИРАЦИЯ. Процесс испарения содержащейся в растении влаги с поверхности растения, главным образом с поверхности листьев. Чем выше влажность почвы и чем суше воздух и выше температура, тем сильнее Т. Ветер также повышает Т. Высокое содержание солей в засоленных почвах затрудняет поглощение воды корневой системой, которая при этом не может обеспечить необходимой интенсивности Т. При недостаточном снабжении водой растения регулируют испарение путем закрывания устьиц, что улучшает водный режим в листьях, но снижает интенсивность фотосинтеза. При недостаточной Т. на прямом солнечном свету листья сильно перегреваются, что нарушает процессы, происходящие в листьях, и ведет к увяданию растений. Количество воды в граммах,. транснирированпое растением за период его вегетации на 1 г сухого вещества растения, называется транспирационным коэффициентом. При внесении удобрений транспирационный коэффициент снижается. [c.290]
ХЛОР. С1. Химический элемент VII группы периодической системы элементов. Одновалентен. Атомный вес 35,45. Принадлежит к группе галогенов. В природе встречается преимущественно в виде со лей натрия (Na l — поваренная соль) и калия (КС1 — сильвин), а также магния и кальция. Почвами X. не поглощается, и внесенный с удобрениями легко вымывается из почвы. Хлориды, наряду с сульфатами, являются основными солями почвенных растворов засоленных почв. X. входит в состав растений и нотвотных. Он быстро поступает в растения, но накопление его в растениях неблагоприятно для ряда физиологических процессов, из за чего снижается качество ряда продуктов. Особенно чувствительны к высокому содержанию X. в почве табак, картофель, виноград, цитрусовые, а также лен, гречиха, люнин и др. Более выносливы к X. сахарная свекла, хлопчатник. В организме животных значительные количества X. содержатся в виде соляной кислоты в желудочном соке. X. принимает участие в обеспечении нормальной функции [c.343]
chem21.info
| Практическая значимость исследований по микроэлементам связана с тем, что есть почвенные провинции, где остро недостает того или иного из них. Кроме того, часто в почве микроэлементы находятся в неусвояемом для растительного организма состоянии, поэтому внесение микроудобрений (удобрений, содержащих микроэлементы) в почву очень полезно. Однако надо учитывать, что высокие дозы микроэлементов могут оказать ядовитое влияние. Выяснилось, что микроэлементы в подавляющем большинстве активируют определенные ферментативные системы. Это осуществляется различными путями — непосредственным участием в составе молекул ферментов или их активацией. Важным моментом в действии всех микроэлементов является их способность давать комплексные соединения с различными органическими соединениями, в том числе и с белками. Разные микроэлементы могут давать комплексные соединения с одними и теми же органическими веществами, благодаря чему они могут выступать как антагонисты. Отсюда понятно, что для нормального роста растений необходимо определенное соотношение микроэлементов (железа к марганцу, меди к бору и т. д.). В решение вопросов, связанных с питанием растений микроэлементами большой вклад внесли Я.В. Пейве, М.Я. Школьник, М.В. Каталымов, Б.А. Ягодин и др. Марганец поступает в растение в виде ионов Мп2+. Среднее содержание марганца в растениях 0,001 %. В растении марганец находится в разной степени окисления (Мп2+, Мп3+, Мп4+). Марганец характеризуется высоким показателем окислительно-восстановительного потенциала. С этим связано значение этого элемента в реакциях биологического окисления. Он необходим для нормального протекания фотосинтеза, поскольку входит в состав активного центра кислородовыделяющего комплекса фотосистемы II и осуществляет разложение воды и выделение кислорода: 2Мп4+ + 2Н20 -> 2Мп2+ + 4Н+ + 02. Кроме того, марганец участвует в восстановлении С02, играет роль в поддержании структуры хлоропластов. В отсутствие марганца хлорофилл быстро разрушается на свету. Марганец активирует более 35 ферментов, участвующих в реакциях окисления-восстановления, декарбоксилирования и гидролиза. В том числе ферменты, катализирующие реакции цикла Кребса (дегидрогеназа яблочной кислоты, лимонной кислоты, декарбоксилаза щавелевоуксусной кислоты и др.). В связи с этим понятно большое значение марганца для процесса дыхания, особенно его аэробной фазы. Марганец участвует в азотном обмене в восстановлении нитратов до аммиака, поскольку в этом процессе участвуют ферменты, некоторые из которых зависимы от марганца. В связи с этим у растений, испытывающих недостаток марганца, затруднено использование нитратов в качестве источника азотного питания. Марганец связан с синтезом белка через регуляцию активности ДНК-полимеразы и РНК-полимеразы. Марганец активирует ферменты, участвующие в окислении важнейшего фитогормона — ауксина. Медь поступает в растение в виде иона Сu2+ или Сu+. Среднее содержание меди в растениях 0,0002%. Медь входит непосредственно в состав ряда ферментных систем, относящихся к группе оксидаз, таких, как полифенолоксидаза, аскорбатоксидаза, цитохромоксидаза. В этих ферментах медь соединена с белком, по-видимому, через SH-группы. Полифенолоксидаза и аскорбатоксидаза осуществляют окисление фенолов и аскорбиновой кислоты, а цитохромоксидаза входит в состав дыхательной цепи митохондрий. Ряд ферментов медь активирует, в частности нитратредуктазу, а также протеазы. Это объясняет роль меди в азотном обмене. Большая часть меди (75% от всего содержания меди в листьях) концентрируется в хлоропластах. В хлоропластах сосредоточен и медьсодержащий белок синего цвета — пластоцианин. Содержание меди в пластоцианине составляет 0,57%. Медь, подобно железу и марганцу, обладает способностью к обратимому окислению и восстановлению: Сu2+ + е —> Сu+. Именно поэтому пластоцианин участвует в переносе электронов от ФСII к ФСI. При дефиците меди снижается активность первой фотосистемы. В связи с этим понятно значение меди для процесса фотосинтеза. Цинк поступает в растение в виде ионов Zn2+. Среднее содержание цинка в растениях 0,002%. В растениях цинк не участвует в окислительно-восстановительных реакциях, поскольку не меняет степень окисления. Он входит в состав более 30 ферментов, в т. ч. фосфатазы, карбоангидразы, алкогольдегидрогеназа, РНК-полимераза и др. Карбоангидраза катализирует разложение гидрата окиси углерода на воду и углекислый газ. Эта реакция важна для процесса фотосинтеза. Углекислый газ, поступая в клетку, растворяется в воде, образуя Н2С03: С02 + Н20 <-> НС03 + Н+. Фермент карбоангидраза, катализируя высвобождение С02 из гидрата окиси углерода, способствует его использованию в процессе фотосинтеза. Кроме того, цинк активирует такие ферменты, как енолаза, альдолаза, гексокиназа, триозофосфатдегидрогеназа. В этой связи понятно значение цинка для процессов дыхания и фотосинтеза. Цинк играет важную роль при образовании фитогормона ауксина. Это связано с тем, что цинк, повышая активность триптофансинтетазы, влияет на образование аминокислоты триптофана — предшественника ауксина. Внесение цинка повышает содержание ауксинов и заметно сказывается на темпах роста растений. При дефиците цинка возрастает проницаемость мембран, что свидетельствует о роли этого элемента в структуре мембран, в поддержании их интеграции. Цинк влияет на белковый синтез, на активность РНКазы. Обнаружены белки, содержащие цинк и участвующие в репликации ДНК и транскрипции. Цинк входит в состав одного из факторов регуляции транскрипции в соединении с остатками гистидина и цистеина («цинковые пальцы»). Молибден поступает в растения в виде аниона Мо042-. Содержание молибдена в растениях составляет 0,0005—0,002%. Молибден входит в состав более 20 ферментов, выполняя при этом не только каталитическую, но и структурную функцию. Молибден вместе с железом входит в состав активного центра ферментного комплекса нитрогеназы в виде Mo-Fe-белок и участвует в фиксации азота атмосферы различными микроорганизмами. При недостатке молибдена происходят заметные изменения в азотном обмене растений — наблюдается уменьшение синтеза белка при одновременном падении содержания аминокислот и амидов. Нарушения в азотном обмене особенно проявляются на фоне питания растений нитратами. Это связано с тем, что молибден входит в активный центр фермента, восстанавливающего нитраты до нитритов,— нитратредуктазу. Нитратредуктаза — это флавопротеид, простетической группой которого является флавинадениндинуклеотид (ФАД). При восстановлении нитратов молибден действует как переносчик электронов от ФАД к нитрату, при этом N03- переходит в N02-, а Мо5+ — в Мо6+. Образование нитратредуктазы является одним из немногих примеров адаптивного синтеза ферментов в растительном организме. Этот фермент образуется, когда в среде имеются нитраты и молибден. Активность нитратредуктазы возрастает в 10 раз и более при питании растений нитратами по сравнению с аммиаком, причем появление фермента происходит уже через 1—3 ч после внесения в среду нитратов. По-видимому, молибден обладает и другими функциями, так как необходим растению и в условиях достаточного уровня аммиачного питания. При недостатке молибдена резко падает содержание аскорбиновой кислоты. При отсутствии молибдена наблюдаются нарушения в фосфорном обмене растений. Со способностью молибдена к комплексообразованию связано влияние этого элемента на стабилизацию структуры нуклеиновых кислот. Бор поступает в растение в виде аниона борной кислоты — В033-. Среднее содержание бора в растениях 0,0001%. Роль бора выяснена далеко не достаточно. Это связано с тем, что бор, в отличие от большинства других микроэлементов, не входит в состав ни одного фермента и не является активатором ферментов. Большое значение для осуществления функции бора имеет его способность давать комплексные соединения. Комплексы с борной кислотой образуют простые сахара, полисахариды, спирты, фенольные соединения и др. В этой связи можно предположить, что бор влияет на скорость ферментативных реакций через субстраты, на которые действуют ферменты. Комплексы органических соединений с борной кислотой могут иметь и иное значение. Так, способность бора образовывать комплексы с углеводами оказывает влияние на клеточную оболочку, регулируя ориентацию мицелл целлюлозы, что способствует ее большей эластичности (Е.В. Бобко). У растений, испытывающих недостаток бора, наблюдается быстрая потеря эластичности клеточных оболочек, что, в свою очередь, связано с более жесткой ориентацией мицелл целлюлозы. Бор играет роль в поддержании структуры мембран. При недостатке бора подавляется активность Н+-помпы, повышается проницаемость мембран. Комплексы Сахаров с бором — сахаробораты, по-видимому, легче проникают через мембраны и быстрее передвигаются по растению. При недостатке бора сахара накапливаются в листьях, и их отток резко тормозится. Определения, проведенные с нанесением меченой сахарозы на листья, показали, что при небольшом добавлении борной кислоты отток сахарозы идет значительно быстрее. Сходные результаты были получены в опытах, в которых лист экспонировался в атмосфере, содержащей меченый С02. Образовавшиеся при этом меченые продукты фотосинтеза оттекали значительно быстрее у растений, получивших бор. Показано (М.Я. Школьник), что при недостатке бора нарушается синтез нуклеиновых кислот. В боронедостаточных растениях заторможен процесс аминирования органических кислот. Бор может выступать как ингибитор активности ряда ферментов, в первую очередь катализирующих образование фенольных соединений. При недостатке бора наблюдается накопление кофейной и хлорогеновой кислот, которые считаются ингибиторами роста растений. Бор усиливает рост пыльцевых трубок, прорастание пыльцы. В этой связи опрыскивание бором способствует оплодотворению. Кобальт находится в тканях растений в ионной (Со2+, Со3+) и комплексной форме. Содержание кобальта в среднем составляет 0,00002%. Особенно кобальт необходим бобовым растениям, поскольку участвует в фиксации атмосферного азота. Кобальт входит в состав кобаламина (витамин В12 и его производные), который синтезируется бактериями в клубеньках бобовых растений, а также в состав ферментов у азотфиксирующих организмов, участвующих в синтезе метионина, ДНК и делении клеток бактерий. При дефиците кобальта подавляется синтез леггемоглобина, снижается синтез белка, и уменьшаются размеры бактероидов. Это говорит в пользу необходимости кобальта. Установлена потребность в кобальте для высших растений, не способных к азотфиксации. Показано влияние кобальта на функционирование фотосинтетического аппарата, синтез белка, его связь с ауксиновым обменом. Трудность решения вопроса о необходимости кобальта для всех растений заключается в том, что потребность в нем чрезвычайно мала. Хлор поступает в растение в виде Сl-. Хлор необходим для работы ФС II на этапе фотосинтетического разложения воды и выделения кислорода. Показано влияние хлоридов на работу Н+-АТФаз тонопласта, участие в делении клетки. Имеются сведения о влиянии хлора на азотный обмен. Так, хлориды стимулируют активность аспарагинсинтетазы, которая участвует в переносе аминогруппы на аспарагин. Концентрируясь в растении в вакуолях, хлориды могут выполнять осморегулирующую функцию. Недостаток хлора проявляется редко и наблюдается только на очень щелочных почвах. Никель поступает в растения в виде иона Ni2+, но может также находиться в виде Ni+ и Ni3+, Роль никеля для высших растений как микроэлемента была доказана недавно. До этого считали никель необходимым микроэлементом многих бактерий. У высших растений никель входит в состав фермента уреазы, который осуществляет реакцию разложения мочевины. Показано, что в растениях, обеспеченных никелем, активность уреазы выше и соответственно ниже содержание мочевины по сравнению с необеспеченными. Никель активирует ряд ферментов, в т. ч. нитратредуктазу и другие, оказывает стабилизирующее влияние на структуру рибосом. Имеются еще и такие элементы, которые усиливают рост лишь определенных групп растений. Для роста некоторых растений засоленных почв (галофитов) оказывается полезным натрий. Необходимость натрия проявляется у растений С4 и САМ. У этих растений показана необходимость натрия для регенерации ФЕП при карбоксилировании. Недостаток натрия у этих растений приводит к хлорозу и некрозам, а также тормозит развитие цветка. В натрии нуждаются и многие С3-растения. Показано, что этот элемент улучшает рост растяжением и выполняет осморегулирующую функцию, подобно калию. Благоприятное влияние оказывает натрий на рост сахарной свеклы и цианобактерий. Для роста диатомовых водорослей необходим кремний. Он улучшает рост некоторых злаков, таких, как рис и кукуруза. Кремний повышает устойчивость растений против полегания, так как входит в состав клеточных стенок. Хвощи нуждаются в кремнии для прохождения жизненного цикла. Однако и другие виды аккумулируют достаточно кремния и отвечают при внесении кремния повышением темпов роста и продуктивности. В гидрированной форме Si02 кремний накапливается в эндоплазматическом ретикулуме, клеточных стенках, в межклеточных пространствах. Он может также образовывать комплексы с полифенолами и в этой форме вместо лигнина служит для укрепления клеточных стенок. Показана необходимость ванадия для Scenedesmus (зеленая одноклеточная водоросль), причем это очень специфическая потребность, так как даже для роста хлореллы ванадий не нужен. Не все растения одинаково нуждаются и в тех элементах, которые относят к необходимым. Так, уже упоминалось, что бор значительно меньше нужен злакам. Бор и кальций необходимы для всех растений. В то же время для некоторых бактерий и грибов кальций может быть заменен стронцием или барием. Бобовые больше нуждаются в молибдене по сравнению с представителями других семейств. Калий в некоторых случаях и в небольших количествах может быть заменен рубидием или цезием. Бериллий может заменить магний для некоторых грибов и частично для томатов. Не все элементы, необходимые для жизни растений, являются таковыми для животных. Так, по-видимому, для животных не нужен бор. Они больше нуждаются в натрии, чем в калии. Установлено, что для животных необходимы йод и кобальт. Такие различия в реакции на элементы питания различных организмов для физиолога очень важны, так как дают возможность выяснить, какую роль играет данный элемент. Так, если бор не нужен животным, то, следовательно, его функция должна быть связана со специфическими особенностями растительного организма.
|
fizrast.ru
| Необходимыми считаются элементы, без которых организм не может завершить свой жизненный цикл. Они должны оказывать прямое влияние на организм и быть незаменимыми. Для того чтобы установить, является ли данный элемент необходимым, нужно выращивать растения на какой-либо среде известного состава. В 1860 г. Ю. Сакс и И. Кноп, выращивая растения в сосудах на водном растворе минеральных солей, установили, что для жизнедеятельности растения, кроме С, О, Н, необходимы следующие 7 элементов: N, Р, S (неметаллы), К, Са, Mg, Fe (металлы). Если полностью исключить какой-либо из этих элементов, то при выращивании в водных культурах нормальных растений получить не удается. На основании исследований Кноп предложил питательную смесь для выращивания растений в водных культурах. После этого разные авторы неоднократно видоизменяли питательные смеси, но все они должны удовлетворять следующим требованиям: 1) содержать все основные питательные элементы в доступной для растений форме; 2) иметь близкий к нейтральному рН, который не должен сильно сдвигаться при выращивании растений; 3) общая концентрация солей не должна превышать определенный уровень. Ю. Сакс и И. Кноп развили применение вегетационного метода, впервые предложенного французским ученым Ж. Буссенго (1837). При вегетационном методе растения выращивают в специальных сосудах, заполненных водой, песком или почвой. Соответственно различают водные, песчаные или почвенные культуры. В зависимости от задач исследования в сосуды вносят определенную питательную смесь. Вегетационный метод исследования широко используется в физиологических и агрохимических экспериментах. Сосуды обычно ставят на специальные вагонетки, которые помещают в вегетационный домик, имеющий застекленную и незастекленную часть. Вегетационный домик служит для растений укрытием и защищает от дождя, ветра и небольших заморозков. В последнее время распространение получили лаборатории искусственного климата, где растения выращивают в контролируемых условиях влажности, температуры и освещенности. Выращивание растений на водных питательных растворах в теплицах широко применяется в растениеводческой практике. Такой прием выращивания растений (главным образом овощных и декоративных культур) без почвы получил название «гидропоника». При этом в качестве субстрата используются гравий, керамзит и вермикулит. Из питательных смесей используется смесь Чеснокова и Базыриной: на 1000 л воды растворяют 200 г Nh5N03, 500 г KN03, 550 г суперфосфата, 300 г MgS04, 6 г FeC13, 0,72 г Н3В03, 0,02 г CuS04, 0,45 г MnS04, 0,06 г ZnS04. Данная среда имеет много преимуществ перед выращиванием в почве. Твердый субстрат имеет малую емкость поглощения питательных солей и служит хорошей твердой опорой для поддержания растений в вертикальном положении, создает условия для дифференцированного питания растений в течение вегетационного периода путем смены питательных растворов, позволяет избежать накопления в почве вредных веществ и микроорганизмов. Все это позволяет получать значительно более высокие урожаи овощей при малых затратах. Аналитические методы, применявшиеся Ю. Саксом и И. Кнопом (1859) не позволяли достаточно очистить воду и сосуды, в которых выращивались растения, поэтому элементы, необходимые растению в микроколичествах, в то время не были открыты. В начале XX в. при современных методах очистки воды и реактивов была показана необходимость для растений, кроме перечисленных выше, еще шести элементов: бора, марганца, цинка, меди, молибдена и хлора. Предполагают, что для нормального роста некоторых растений необходимы и такие элементы, как кобальт, натрий и др. Все необходимые элементы корневого питания подчиняются основным правилам, сформулированным еще Ю. Либихом: 1) все перечисленные элементы равнозначны и полное исключение любого из них приводит растение к гибели; 2) ни один из перечисленных элементов не может быть заменен другим, даже близким по химическим свойствам, т. е. каждый элемент имеет свое специфическое физиологическое значение. Все необходимые для жизни растений элементы в зависимости от их количественного содержания в растении принято разделять на макроэлементы (содержание более 0,01%) —к ним относят N, Р, S, К, Са, Mg, Fe и микроэлементы (содержание менее 0,01%) — к ним относят Mn, Си, Zn, В, Mo, О. Однако это деление довольно условно. Растения отдельных видов специфически аккумулируют микроэлементы в масштабах, сравнимых с накоплением в тканях макроэлементов. В частности, растения-галофиты отличаются избыточным концентрированием хлора, а также брома и натрия. Некоторые растения аккумулируют медь, никель, цинк, свинец, кадмий (поэтому их называют металлофиты). Иногда выделяют еще одну группу питательных элементов, называемых полезными. К ней относят элементы, которые необходимы только в определенных условиях или для некоторых видов растений. В настоящее время полезными для растений элементами считают натрий, кремний, кобальт, селен, алюминий. В литературе можно встретить и другие варианты классификации химических элементов. Например, одна из них, разработанная К. Менгелем (1987), основана на учете физиологических функций элементов и формы поглощения растением.
|
fizrast.ru
Влияние макроэлементов на растения (серы, фосфора, калия, кальция, натрия, магния) | Биология. Реферат, доклад, сообщение, краткое содержание, лекция, шпаргалка, конспект, ГДЗ, тест
Роль макроэлементов в растении обусловливается в первую очередь их вхождением в состав разнообразных органических соединений. Иными словами, они играют огромную роль в обмене веществ организма. Следует отметить, что выделение роли каждого, отдельно взятого элемента не совсем правильно. Это только одна из сторон их роли в жизни растения. Тесно взаимодействуя друг с другом и с коллоидами протоплазмы, они обусловливают нормальный ход таких процессов, как дыхание, фотосинтез и рост растения. Вернее было бы сказать, что нормальное развитие и связанные с ним рост и весь ход физиологических процессов немыслим без участия минеральных солей. В начале своей жизни растение использует запасы минеральных веществ, имеющихся в семенах, а затем по мере развития растения минеральные вещества начинают поглощаться из окружающего корневую систему почвенного раствора.
Роль серы и фосфора в растении наиболее выяснена, так как они входят в состав протоплазмы растения.
Сера является составной частью аминокислот цистина, цистеина, метионина, входящих в свою очередь в состав белков. Сера усваивается растением только в виде иона SO-4. Поглощенная растением сульфатная сера восстанавливается и входит в состав соответственных аминокислот и белков в виде сульфгидрильных групп SH. При распаде белков сера окисляется до SO4, попадает в сосудисто-волокнистые пучки и по ним перемещается в те ткани и органы, где идет новообразование белков.
Большую роль играют взаимные превращения сульфгидрильной серы SH в дисульфидную серу S — S, влияющие на процессы окисления и восстановления.
Фосфор поглощается растением в форме иона ортофосфорной кислоты PO-4. Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, которые, соединяясь с белками (протеидами), образуют нуклеопротеиды, входящие в состав ядра (дезоксирибонуклеиновая кислота), протоплазмы и ядрышка (рибонуклеиновая кислота). Фосфорная кислота играет огромную роль в процессах дыхания и брожения. При фосфорилировании глюкозы используется фосфорная кислота аденозин-три- и аденозин-ди-фосфатов (АТФ и АДФ), содержащая богатые энергией макроэргические связи. Энергия макроэргических связей используется растением на разнообразные синтезы, и таким образом фосфорная кислота стоит в центре всего энергетического обмена растительной клетки.
Роль металлов выяснить значительно труднее. Тем не менее она в какой-то мере также известна.
При исключении калия из питательного раствора прекращается рост растения, так как обмен белков и углеводов в отсутствии калия не происходит нормально. Значительная часть калия (70%) в растении находится в ионной форме, остальная — в составе белков. Калий сильно влияет на гидрофильность коллоидов протоплазмы, повышая их оводненность, что очень благоприятствует протеканию синтетических процессов. Так, например, у проростков ячменя, выращенных без калия, доля белкового азота составляла 42%, а при наличии калия — 72%. Синтез углеводов, например, полисахаридов идет значительно лучше при наличии калия. Отсюда становится понятным значение калия для таких культур, как картофель, в клубнях которого идет интенсивный синтез крахмала. Калий способствует протеканию процесса фотосинтеза.
При отсутствии кальция в наружном растворе не могут нормально развиваться корни растения. Кальций входит в состав пектиновых веществ (Са-пектаты), которые составляют основы срединных пластинок, склеивающих стенки клеток друг с другом. Очень большое значение кальций имеет для образования протоплазматических структур. При отсутствии кальция в клетках не происходит образования плазмалеммы при плазмолизе. Кальций влияет очень значительно на такое важное свойство протоплазмы, как вязкость.
В последнее время начинает выясняться роль натрия в синтезе ферментных систем в ядре, принимающих впоследствии участие в образовании белковых веществ в клетке. Материал с сайта http://worldofschool.ru
Магний входит в состав хлорофилла. Магний, в отличие от кальция, необходим не только хлорофиллоносным клеткам, но и бесцветным организмам. В последнее время выяснилось, что магний принимает значительное участие в обмене веществ в клетке. Магний играет большую роль в активировании ряда ферментов, и, в частности, он влияет на образование комплексов фермент-субстрат.
Знакомясь с ролью макроэлементов в растении, нельзя не отметить их роль как источников электрической энергии в растении. Часть полученных растением минеральных веществ находится в клетке в виде ионов, несущих электрический заряд. Прежде всего неодинаковую проницаемость протоплазматических слоев для анионов и катионов можно считать источником электродвижущих сил в организме.
Влияние электролитов на коллоиды протоплазмы очень значительно. Протоплазма из состояния золя может переходить в состояние коацервата и геля. Во всех изменениях коллоидно-химического состояния протоплазмы ионы солей играют весьма заметную и существенную роль, обусловливая как заряд коллоидных мицелл, так и его изменения.
На этой странице материал по темам:Реферат на тему макроэлемент калий биология
Влияние серы на растения
Сообщение на тему роль макроэлементов в жизнедеятельности растений
Роль макроэлементов в клетке растений
Влияние фосфора на растения конспект по биологии
worldofschool.ru
Натрий - полезные свойства
Натрий жизненно важный межклеточный и внутриклеточный элемент, электролит, который принимает участие в процессах регулировки водно-солевого обмена. Натрий активизирует работу пищеварительных ферментов, регулирует деятельность почек, работу нервной и мышечной ткани.
Полезные факты, связанные с натрием
● Натрий и его соединения использовались с древних времён. К примеру, соду (натрон) в природе можно встретить в натронных озёрах Египта. Натриевую соду в древнем Египте использовали для изготовления глазурей, красок, варке пищи, отбеливании холстов и бальзамировании.
● Название «Натрий» было заимствовано латинским языком у среднеегипетского и в первоначальном толковании оно означало: «едкий натр», «сода».
● Впервые натрий был получен в 1807 Хемфри Дэви - английским химиком в электролиза NaOH.
● Слово Natrium и аббревиатура Na впервые были использованы Йенсом Якобсом - академиком и основоположником шведского сообщества врачей. До этого элемент назывался содием.
● В организме натрий большей частью находится снаружи клеток, и лишь малая доля в цитоплазме.
В каких случаях применяется натрий?
● Обильное потоотделение
● Во время приёма мочегонных препаратов
● При сильных поносах и рвотах
● При обширных ожогах
● Болезнь Аддисона
Полезные свойства натрия. Чем полезен натрий?
● Совместно с калием и хлором натрий является связующим звеном в процессе регуляции обмена воды и соли, наряду с магнием, кальцием и калием - участвует в нейтрализации кислот, поддерживает в норме осмотическое давление.
● Натрий участвует в процессах регуляции кровяного давления и механизмах мышечного сокращения, а также поддерживает нормальный ритм сердцебиения, повышает выносливость тканей.
● Этот элемент чрезвычайно важен для выделительной и пищеварительной системы организма, участвует в регуляции переноса веществ наружу и внутрь каждой клетки.
Норма потребления магния
● Суточная потребность от 4 до 6 грамм. Это количество содержится лишь в 10-15 граммах столовой соли.
Признаки дефицита натрия
● Судороги
● Ухудшение памяти
● Мышечная слабость
● Перемены настроения, утомляемость, головокружение,
● Кожные высыпания
● Повышенное газообразование
● Желудочные спазмы, рвота, тошнота
● Частые инфекции
● Потеря вкуса пищи и аппетита
Признаки избытка натрия
● Аллергия
● Жажда
● Отёки
● Повышенное кровяное давление
● Водянка
● Гипертония
● Заболевания почек
Основные пищевые источники натрия
● Сельдерей
● Одуванчик
● Цикорий
● Свекла
● Морковь
● Морская капуста
● Мидии и омары
● Осьминог, камбала и анчоусы
| Следующая > |
edazdorov.ru
Химические элементы в почве
Химические элементы в почве присутствуют в виде минеральных, органических и органо-минеральных веществ. Источником минеральных соединений почвы являются горные породы, из которых слагается твердая оболочка земной коры — литосфера.
Органические вещества поступают в почву в результате деятельности живых организмов, ее населяющих. Взаимодействие минеральных и органических веществ создает сложный комплекс органо-минеральных соединений почв. Минеральная часть составляет 80—90% и более массы почв и только в органогенных почвах снижается до 10% и менее.
В составе почв обнаружены почти все известные химические элементы. Литосфера состоит почти наполовину из кислорода (47,2%), более чем на четверть из кремния (27,6%), далее идут алюминий (8,8%), железо (5,1%), кальций, натрий, калий, магний (до 2-3% каждого). Восемь названных элементов составляют более 99% общей массы литосферы. Такие важнейшие для питания растений элементы, как углерод, азот, сера, фосфор, занимают десятые и сотые доли процента. Еще меньше в земной коре микроэлементов.
Кислород: входит в состав первичных и вторичных минералов, является элементом органических веществ и воды.
Кремний: наиболее распространенное соединение кремния — кварц (SiOj). Он относится к веществам очень инертным химически и биологически. Алюминий: находится в почвах в составе первичных и вторичных минералов в форме органо-минеральных комплексов и в поглощенном состоянии (в кислых почвах).
Железо: в почвах встречается в составе первичных и вторичных минералов-силикатов, в виде гидроокисей и окисей, простых солей, в поглощенном состоянии, а также в составе органо-минеральных комплексов. Азот: основная масса азота почв сосредоточена в органическом веществе. Количество азота находится в прямой зависимости от содержания в почве органического вещества, и прежде всего гумуса. В большинстве почв этот элемент составляет 1/12—1/20 гумуса. Накопление азота в почве обусловлено биологической аккумуляцией его из атмосферы. В почвообразующих породах азота очень мало. Азот доступен растениям главным образом в форме ионов аммония и нитрат-ионов, которые образуются при разложении азотсодержащих органических веществ.
Фосфор: поглощаясь в больших количествах растениями, фосфор аккумулируется в верхних горизонтах почвы. Фосфор в почвах содержится в органических и минеральных соединениях. Органические представлены нуклеиновыми кислотами, нуклеопротеидами, сахарофосфатами и др., минеральные — солями кальция, магния, железа и алюминия ортофосфорной кислоты. Фосфор в почве входит в состав апатита, фосфорита и вивианита. Апатит встречается во многих магматических породах и составляет 95% соединений фосфора в земной коре.
Калий: присутствует калий чаще в глинистых минералах тонкодисперсных фракций, особенно в гидрослюдах, а также в составе таких первичных минералов крупной фракции, как биотит, мусковит, калиевые полевые шпаты. Калий относится к числу органогенов, необходимых для развития растений; в ряде случаев калий может быть в дефиците.
Натрий: в почве натрий главным образом присутствует в составе первичных минералов, преимущественно в натрийсодержащих полевых шпатах. В почве дефицита этого элемента обычно не наблюдается; присутствие натрия в повышенных количествах в составе подвижных соединений обусловливает наличие у почв неблагоприятных физических и химических свойств.
Титан: присутствует в почве в составе первичных устойчивых к выветриванию титансодержащих минералов (ильменита, рутила, сфена), в связи с чем при выветривании наблюдается его относительное накопление.
Сера: присутствует в почве главным образом в составе различных органических соединений как растительного, так и животного происхождения; в засоленных почвах при наличии значительных количеств сульфатов валовое содержание может возрастать. Повышенное содержание серы в виде подвижных соединений может наблюдаться при загрязнении почв промышленными отходами (выпадение с осадками газообразных выбросов соединений серы). В крупных фракциях почвы сера присутствует в составе сульфидов (пирит), гипса, вторичных соединений железа, образующихся при болотном процессе.
Кальций и магний: находятся в кристаллической решетке минералов в обменно-поглощенном состоянии и в форме простых солей разной степени растворимости. Среди обменных катионов кальций в большинстве почв занимает первое место, а магний — второе.Наряду с перечисленными макроэлементами в почве в очень небольших количествах присутствуют рассеянные элементы и микроэлементы, чрезвычайно важные для жизнедеятельности растений.
boleznisada.ru
