Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Агропромышленность arrow Агрохимия

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ И МИКРОУДОБРЕНИЯ

Чем больше ученые узнают строение компонентов биосферы, тем становится понятнее, что нет элементов просто "полезных" и "вредных". Для каждого из них есть определенный диапазон концентраций, за пределами которого полезный элемент превращается в вредное (ядовитый). Многое также зависит и от форм их нахождения в каждом конкретном случае, поэтому отнесение того или иного элемента в группу токсичных достаточно условно, которое отражает только высокую вероятность проявления его негативного воздействия на организм растений, животных и человека. Причины повышенного интереса к микроэлементам кроются в их огромном значении как в живом веществе планеты, так и в геологических процессах, происходящих в различных геосферах планеты (В. П. Кирилюк, 2006).

Недостаток или избыток химических элементов в горных породах, почвах, природных водах отражается на нормальном развитии биоценозов, вызывает эндемические заболевания растений, животных и человека. Заболевания, вызываемые токсическим действием веществ, попавших в организм очень малых количествах, известны с античных времен (например, меркуриализм - отравление ртутью, сатурнизм - отравление свинцом).

Все патологические процессы, вызванные дефицитом, избытком или дисбалансом микроэлементов в организме получили название микроэлементозов. В медицине появился даже новое направление - микроелементология , которая изучает сбалансированность обеспечения организма человека микроэлементами.

Значение микроэлементов для растений

Для выращивания высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур наряду с биоэлементами (С, Η, О, N, Р, К, Са, Mg, S) важное значение в питании растений имеют еще около 18 элементов, прежде всего - в, Mn, Cu, Zn , Co, Mo. Поскольку содержание этих элементов в растениях и почвах достаточно мал (0,01-0,001% в пересчете на сухое вещество), их называют микроэлементами , а удобрения, которые содержат - микроудобрениями . Для выращивания высоких полноценных урожаев сельскохозяйственных культур необходимо учитывать их требования к микроэлементного состава питательной среды.

Выделяют несколько биологических групп растений, характеризующихся повышенной потребностью в тех или иных микроэлементах. Так, зерновые прежде всего реагируют на медь, бобовые - на молибден и бор, кукуруза - цинком, подсолнечник - на бор и медь, рапс - на бор и марганец (табл. 6.1).

Большинство микроэлементов необходимых для нормального роста и развития растений, поскольку они участвуют в таких важных процессах, как фотосинтез (Mn, Fe, Си), дыхания (Mn, Fe, Cu, Zn, Со), углеводный, жировой и белковый обмены, образование органических кислот и ферментов (Μη, V, Cu, Ni, Mo, Zn), процессы связывания свободного азота (Мо, В, Mn, Fe), превращения соединений азота и фосфора (В, Zn, Cu, Mn, Mo) , развитие клубеньковых бактерий (Cu, Mo, В), являются катализаторами различных реакций (Fe, Mn, Mo, Cu, Zn и др.). Известно, что А1, В, Cu, Со, Мо, Zn выполняют специфические функции в защитных механизмах морозостойких и засухоустойчивых видов растений.

Таблица 6.1. Биологическая потребность некоторых сельскохозяйственных культур в микроэлементах (обобщенные данные)

Культура

микроэлемент

Fe

В

си

М n

Mo

Zn

Пшеница

+

+

+++

+++

+

++

Ячмень

+

+

+++

++

+

++

овес

+

+

+++

+++

++

+ +

рис

++

++

+++

++

++

++

сорго

+++

+

++

+++

+

+++

Кукуруза

++

++

++

++

+

+ + +

зернобобовые

++

++

++

+++

+++

+ +

масличные

+

+++

++

++

+

+ +

капуста цветная

+

+++

++

++

+++

+

капуста белокочанная

+

+++

++

+++

+++

+

Лук, чеснок

+

++

+++

+++

++

+ +

огурец

+

+

++

+++

+

+

морковь

+

++

+++

++

+

+

редька

+

++

++

+++

++

+

Помидор, перец

+++

++

++

+++

+

++ +

картофель

+

+

+

++

+

++

свекла

++

+++

+

+++

++

++

Клевер

++

++

++

++

+++

+ +

люцерна

++

+++

+++

++

+++

++

лен

+

++

+++

+

+

+++

гречка

+

++

+

+

++

+ +

Арбуз, дыня

++

++

+

++

+++

++

Земляника, малина

+++

+

+

++

+

++

виноград

+++

+++

++

+++

+

+++

Яблоня, груша

+++

+++

+

++

+

+ +

Черешня, слива

+++

+++

++

+++

+

+ + +

газонные травы

+++

+

+++

+++

+

+

декоративные

+++

+

+++

+++

+

+

Примечание. Чувствительность: + - низкая; ++ - Средняя; +++ - Высокая.

Действие микроэлементов на физиологические процессы объясняется их содержанием ферментов, витаминов, гормонов и других биологически активных веществах. По оптимального обеспечения растений микроэлементами ускоряются их развитие и созревание семян, повышается устойчивость к болезням и вредителям, снижается действие против внешних неблагоприятных факторов - засухи, низких и высоких температур воздуха и почвы. В отличие от пестицидов микроэлементы повышают иммунитет растений.

Известно, что марганец, медь, цинк, бор и другие микроэлементы входят в состав противогрибковых и противобактериальных препаратов, поэтому удобрения, содержащие их, имеют снижать и заболеваемость сельскохозяйственных культур. Установлено, что на фоне применения микроудобрений пораженность овса головней уменьшается вдвое, пшеницы яровой - головней и мучнистой росой в 10 раз, ячменя головней и гельминтоспорозом - вдвое, пшеницы озимой септориозом, мучнистой росой и церкоспорозом - на 10%, подсолнечника мучнистой росой и белой гнилью - в 3-4 раза, кукурузы головней - на 60-80% (С. Ю. Булыгин и др., 2007).

Кроме того, они защищают растения от бактериальных и грибных болезней (табл. 6.2).

Таблица 6.2. Влияние микроэлементов на физиологическую устойчивость растений к болезням (В. Т. Куркаев, А. X. Шеуджен, 2000)

болезнь

микроэлемент

В

со

М n

си

Mo

Zn

Бурая ржавчина зерновых

+

+

Корончатые ржавчина овса

+

Стеблевой ржавчины зерновых

+

Мучнистая роса зерновых

+

+

+

Бактериоз и ржавчина льна

+

ржавчина подсолнечника

+

+

+

фомоз свеклы

+

Ложная мучнистая роса свеклы

+

+

+

+

фитофтороз картофеля

+

+

+

Бурая пятнистость помидора

+

+

+.

Белая пятнистость помидора

+

+

фитофтороз помидора

+

+

+

+

бактериоз капусты

+

+

+

Мучнистая роса капусты

+

Мучнистая роса крыжовника

+

Так, борьбе, молибденовые, медные и цинковые удобрения снижают вредоносность ржавчины, полиспорозу, антракнозу, кобальтовые и марганца удобрения эффективны в борьбе с мучнистой росой зерновых культур и фитофторозом помидора; предпосевная обработка семян гороха молибденом, цинком и кобальтом способствует снижению численности личинок клубеньковых долгоносика; марганец, медь и бор повышают устойчивость зерновых культур в Гессенской мухи.

Снижают повреждения гельминтоспориозом зерновых культур марганец, корнеедом свеклы - цинк, ризоктониозом картофеля - медь, марганец, фитофторозом картофеля - медь, молибден, марганец, черной ножкой картофеля - медь, марганец, грыжей капусты - марганец, бор, фомозом моркови - бор, черным раком яблони - бор, марганец, серой гнилью земляники - марганец.

Во всех случаях наибольшая эффективность микроэлементов в защите растений от патогенов проявляется при их применении на фоне оптимального питания микроэлементами.

Влияние микроудобрений на фитосанитарное состояние агроэкосистем возможен в нескольких направлениях: повышение физиологической устойчивости и адаптивности растений; снижение репродуктивной способности вредных организмов в растениях-хозяевах; задержание скорости передачи возбудителей в здоровые растения; изменение толщины кутикулы и эпидермиса, создает у растений защитный слой; изменение скорости роста и развития растений, нарушает взаимодействие возбудителя и растения в критические периоды формирования урожая.

В течение всего вегетационного периода растения нуждаются основных микроэлементов. Некоторые микроэлементы НЕ реутилизуються, то есть не передвигаются из старых органов в моложе.

Микроэлементы жизненно важные для растений и оказывают прямое воздействие на организм, их специфический биохимический влияние нельзя заменить другими веществами. Без них растение не может ни расти, ни завершить некоторые метаботични цикла. их недостаток обязательно должна быть компенсирована. Только тогда можно получить качественную продукцию, которая соответствует оптимальному содержанию для определенного сорта сахаров, аминокислот, витаминов.

Растения способны использовать микроэлементы только в водорастворимой (подвижной) форме), неподвижная форма микроэлемента может быть использована растениями после протекания сложных биохимических процессов с участием гуминовых кислот почвы. В большинстве случаев эти процессы происходят медленно и в условиях орошения значительная часть подвижных форм микроэлементов может вымываться. Все микроэлементы, кроме бора, входят в состав тех или иных ферментов, а бор локализуется в субстрате и участвует в перемещении сахаров через мембраны вследствие образования вуглеводно- боратного комплекса.

Большинство микроэлементов являются активными катализаторами, которые ускоряют целый ряд биохимических реакций. Совместное действие микроэлементов значительно усиливает их каталитическую действие. Во многих случаях только их сочетание может обеспечить нормальное развитие растений.

Однако сводить роль микроэлементов только к их каталитического действия неправильно. Они оказывают значительное влияние на образование биоколоидив, направленность биохимических процессов. Так, марганец регулирует соотношение двух- и трехвалентного железа в клетках. Соотношение железо: марганец должно быть> 2. Медь защищает от разрушения хлорофилл и позволяет повысить нормы азота и фосфора почти вдвое. Бор и марганец активируют процесс фотосинтеза после подмерзания растений. Неблагоприятное соотношение между азотом, фосфором и калием может привести к болезни растений, которые лечат с помощью микроудобрений.

Оптимальное питание растений микроэлементами повышает их устойчивость к неблагоприятным погодным условиям:

• медь, цинк, марганец, кобальт, молибден положительно влияют на засухоустойчивость растений, сохраняют более высокий уровень синтеза белка, повышают содержание аскорбиновой кислоты, пролина, амидов, нуклеиновых кислот, выполняют в растениях защитную функцию;

• бор, цинк и марганец обеспечивают устойчивость растений к резким колебаниям температур;

• бор и молибден снижают у растений транспирации днем и повышают ее утром, увеличивают содержание связанной воды и Водоудерживающая возможности тканей, уменьшают дневную депрессию фотосинтеза;

• цинк и медь повышают морозостойкость растений.

Многие ученые называют их "элементами жизни", отмечая, что в их отсутствие жизни растений и животных становится невозможным. Недостаток микроэлементов в почве не приводит к гибели растений, но является причиной нарушения обмена веществ, вызывает к заболеванию растений и животных. Основы применения микроэлементов в сельском хозяйстве должны основываться не только на потребностях в них той или иной культуры, но и в большей степени на их содержимом в почве, определяет их содержание в растениях, влияет на производительность и качество урожая. Поэтому основой для разработки мероприятий по производству и применению удобрений должно быть содержание подвижных форм микроэлементов в почвах, их географическая распространенность и распределение по почвенному профилю. В то же время микроэлементы как тяжелые металлы в концентрациях, превышающих потребности в них растений, могут нарушать биологические циклы, подавлять, а иногда и привести к гибели растений. Особенно токсичны для живых организмов высокие концентрации таких элементов, как Pb, Cd, Co, Cu, Zn, Ni. Поэтому, несмотря на высокую эффективность микроудобрений, допускать их бездумного применения нельзя, так как это может привести к накоплению в почве токсического количества тяжелых металлов. Избыток микроэлементов, как и их недостаток вызывают метаболические нарушения в растениях. В целом растение устойчива к повышенным, чем в пониженных концентраций микроэлементов. В процессе эволюции у растений выработались механизмы, регулирующие поступление и содержание в них химических элементов. Это не означает, что устанавливается постоянное содержание химических элементов в органах: наблюдаются колебания. Иногда значительные. Схему защитных реакций растений против чрезмерного поступления микроэлементов приведены на рис. 6.1.

Схема защитной реакции растений от токсических воздействий микроэлементов

Рис. 6.1. Схема защитной реакции растений от токсических воздействий микроэлементов

Корни является главным аккумулятором микроэлементов, задерживает их проникновения в стебель. Основная их часть локализуется по периферии корней в зоне так называемого пояса Каспари. Вместе с этим защитные возможности корневой системы ограничены и при значительном поступления токсичных ионов из почвы она может полностью защитить вегетативную массу от загрязнения. Стебель содержит меньше токсичных элементов и ограничивает их поступления в генеративные органы, поэтому в семенные всегда меньше тяжелых металлов, чем в корнях или стеблях.

По содержанию элементов в отдельных частях растений (корни, листья, семена) можно судить о способности растений и почвы защищать цепь питания от тяжелых металлов и о способности металла преодолевать эту защиту.

Особенно высокая степень адаптации то токсичных концентраций некоторых микроэлементов имеют более низкие растения - микроорганизмы, мхи, лишайники. Высшие растения менее устойчивы к повышенным концентрациям микроэлементов (табл. 6.3).

Таблица 6.3. Проявления токсичности микроэлементов в сельскохозяйственных культур (обобщенно В. П. Кирилюком, 2006)

элемент

симптом

чувствительная культура

Аl

Задержание роста, темно-зеленые или пурпурные окраска листьев, отмирание их кончиков, искажена корневая система

злаки

В

Хлороз краев и кончиков листьев, бурые пятнышки на листьях, загнивание точек роста, корневая гниль

Злаки, картофель, огурец, подсолнечник

со

Мижжилковий хлороз молодых листьев, белые края и кончики листьев, искаженные кончики корней

-

Cu

Темно-зеленые листья, угнетение образования побегов, толстые и короткие корни, состояние злаков

Злаковые, бобовые, шпинат

F

Некроз краев и концов листьев, хлоротичные и красно бурые пятнышки на листьях

Виноград, фруктовые

Fe

Темно-зеленую окраску листьев, замедленный рост надземных частей растений и корней

табак

Μη

Хлороз и некротическое повреждение старых листьев, буровато-красные или красные некротические пятна, засохшие кончики листьев, чахлые корни

Злаки, бобовые, картофель, капуста

Mo

Жовкнення или покоричневению листьев, угнетение кущения и роста корней

злаки

Ni

Мижжилковий хлороз молодых листьев, серо-зеленые листья. Бурые чахлые корни, карликовость

злаки

Pb

Темно-зеленые листья. Скручивания старых листьев, бурые короткие корни

-

Se

Мижжилковий хлороз или черные пятна, жовкнення молодых листьев, розовые пятна на корнях

-

Zn

Хлороз и некроз листьев, мижжилковий хлороз молодых листьев, задержание роста растений, повреждение корней, состояние злаков

Злаки, шпинат

Биодоступность микроэлементов, поступающих из воздуха сквозь листья (фолиарне поглощения), также может значительно влиять на загрязнение продукции растениеводства. Это имеет и практическое значение при проведении внекорневых подкормок, особенно такими элементами, как железо, марганец, цинк и медь. Микроэлементы, поглощенные листьями, могут переноситься в другие ограни, включая корни, где избыточное количество этих элементов может откладываться. Скорость перемещения микроэлементов во многом зависит от органа растения, его возраста и природы микроэлемента. Часть микроэлементов, захваченных листьями, может вымываться дождевой или поливной водой.

Впервые биологическую роль микроэлементов в жизни растений начал исследовать В. И. Вернадский. Большой вклад в решение теоретических и практических вопросов учения о микроэлементах сделали Е. В. Бобко, Я. В. Пейве, М. В. Каталымова, А. К. Кедров-Зихман, А. П. Винноградов, В. А. Ковда, Г. В. Добровольский,

А. 1. Перельман, М. Я. Школьник и др. Основоположником учения о микроэлементах и микроудобрения в Украине был П. А. Власюк, который рассматривал их как необходимые для жизни растений факторы окружающей среды. Он доказал специфику и многофункциональную роль отдельных микроэлементов, создал новые формы удобрений, разработал методы и способы их применения для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур.

Выразительная признак недостатка микроэлементов в растениях - нарушение их нормального роста. Прежде всего это касается В, Mn, Cu, Zn, Мо и др.

Основным источником микроэлементов для растений является почва. их доступность определяют по наличию подвижных форм, меди, цинка, молибдена и кобальта составляют 5-15% валового содержания, для бора - 10-30% (табл. 6.4).

Таблица 6.4. Группировка почв по содержанию подвижных соединений микроэлементов, мг / кг (И. П. Яцук, С.А. Балюк, 2013)

группа

Цвет на картограмме

степень обеспеченности

микроэлемент

1

красный

низкий

2

оранжевый

низкий

3

желтый

средний

4

зеленый

повышенный

5

голубой

высокий

6

синий

очень высокий

Примечание. Экстракционный раствор: ацетатно-аммонийный с pH 4,8 (* 1); оксалатно-буферный с pH 3,3 (* 2) вода (* 3).

Группировка почв по способности обеспечивать растения одними и теми же микроэлементами, которые переходят в ацетатно-аммонийную и другие вытяжки, не совпадают. Это связано с разным количеством микроэлементов, которые вытесняются из почвы этими экстрагентами. Так, содержание подвижных соединений марганца в почвах, вытесненных ацетатно-аммонийным буферным раствором с pH 4,8, в среднем в 3-4 раза меньше, чем в вытяжке 0,1 н H2SO4; содержание цинка, наоборот, в ацетатно-аммонийной вытяжке в 2-4 раза больше, чем в 1 н растворе КС1; медь и кобальт буферным раствором экстрагируется мало, в среднем в 6-8 раз меньше, чем 1 н НС1 и 1 н HNO3.

Необходимо быть очень осторожным при оценке обеспеченности почв подвижными формами микроэлементов и разработки на их основе практических рекомендаций, так как их содержание значительно меняется в зависимости от времени взятия пробы. Эти колебания могут быть настолько значительными, что в разные сроки вегетационного периода один и тот же грунт может оказаться хорошо и слабо обеспеченным подвижными формами микроэлементов.

По сравнению с макроэлементами содержимое микроэлементов в почвах невысок. Поэтому все почвы способны полностью удовлетворить потребности растений в микроэлементах. Основной причиной дефицита микроэлементов в первую очередь является их слабая доступность для растений. Большинство почв Полесья хорошо обеспечены марганца и удовлетворительно медью, но они мало содержат бора, молибдена, цинка. Почвы Лесостепи богатые марганец, достаточно обеспечены медью, удовлетворительно молибденом, слабо - бором и цинком.

Закономерности распределения микроэлементов в почвах Украины обусловлены широкими природными свойствами самих элементов, минералого-геохимическими особенностями грунтотворних пород, физико-химическими характеристиками почв, ландшафтными и техногенными условиями. В грунтотворних глинистых породах с высоким содержанием коллоидных фракций и преобразованием минералов монтморилонитового типа содержится максимальное количество элементов, меньше всего их в флювиогляциальных, песчаных и супесчаных отложениях. Бедные на химические элементы зональные почвы Полесья, а максимальный содержимое валовых и подвижных форм характерен для почв степной зоны.

На основе информации о содержании и распределение микроэлементов в почвах Украины можно проводить биохимическое районирования той или иной территории, определить эффективность применения микроудобрений, подкармливать животных, а также прогнозировать природно-очаговые и, возможно, эндемичные заболевания животных и человека.

Всего в большинстве почв Украины обычно не фиксируется ни недостатка, ни избытка микроэлементов. Это объясняется спецификой грунтотворних пород, которую унаследовали и почвы. При относительной благополучия, свойственной черноземам, сельскохозяйственные культуры положительно реагируют на дополнительное внесение бора, марганца, меди, молибдена и цинка. Можно считать, что речь идет о стимулирующее действие, а не о недостатке микроэлементов.

Итак, генезис и свойства почв - основные факторы, которые контролируют появление дефицита микроэлементов. Об этом свидетельствует дефицит меди на торфяниках, молибдена - на кислых дерново-подзолистых и серых лесных почвах, бора и молибдена - на красноземах, марганца, железа и цинка - на карбонатных почвах и целого ряда микроэлементов на песчаных и супесчаных почвах, то есть обычно нехватка микроэлементов связана с довольно кислыми или щелочными (перевапнованимы) почвами, с неблагоприятным водным режимом и избытком фосфатов, кальция, оксидов железа и марганца.

Повышенное содержание микроэлементов в почве существенно влияет на их содержание в растении (табл. 6.5).

В связи с интенсификацией земледелия потребность в применении микроудобрений приобретает все большее значение, что связано со многими причинами: 1) в результате удаления с поля значительного количества продукции почва постепенно обедняется микроэлементами; 2) повышение урожайности сельскохозяйственных культур и улучшение качества продукции обусловливает большую потребность растений в микроэлементах, а применение высоких норм микроудобрений без внесения органических часто смещает равновесие почвенного раствора и снижает усвояемость микроэлементов 3) увеличение норм высококонцентрированных удобрений, почти не содержат микроэлементов 4) несбалансированность внесения микроэлементов 5) перевапнування почвы и высокие значения pH; 6) погодные условия (засуха) 7) нарушение севооборота.

Пополняется почву микроэлементами результате внесения органических удобрений лишь частично. Например, в 1 т сухого вещества подстилочного полуперепревшего навоза содержится, г: марганца - 201, меди - 16, бора - 20, кобальта - 1, цинка - 96, молибдена - 2. Применение микроудобрений нуждается большинство пахотных земель. Внесение микроудобрений в необходимых количествах является дополнительным резервом для повышения урожайности и улучшения качества сельскохозяйственной продукции.

Таблица 6.5. Влияние повышенного содержания микроэлементов в почве на их количество в растении (В. Б. Ильин. 1991)

Элемент в растении

Элемент в питательной среде

Fe

мп

В

Ζη

си

мо

N

Р

К

Mg

са

Fe

Μn

В

Ζn

си

Mo

Примечание. Содержание растет (↑), уменьшается (↓), не изменяется (↔).

Как микроудобрения используют полезные ископаемые, содержащие микроэлементы, некоторые промышленные отходы, технические соли и специально изготовленные соединения и смеси, например комплексные (внутрикомплексные соединения), фритты (стекло- или металлоподобными гранулы, полученные из расплавленных твердых смесей) и др.

Обычно микроудобрения используют в виде неорганических солей отдельных металлов и отходов производства. Однако в подавляющем большинстве почв проявляется недостаток не одного, а нескольких элементов питания. Смешивания отдельных солей для применения в производстве связано с рядом сложностей, поскольку некоторые металлы при этом могут образовывать труднорастворимые соли.

Установлено, что микроэлементы в виде неорганических солей обнаруживают эффективности на кислых почвах. В почвах с реакцией, близкой к нейтральной их эффективность снижается в десятки раз. В нейтральных и слабощелочных почвах неорганические соли не могут содержать микроэлементы в водорастворимой, то есть в доступной для растений форме, и их эффективность стремится к нулю. Это связано с переходом их в труднорастворимые формы (гидроксиды, карбонаты) и резким прекращением доступности для усвоения растениями.

Для растений применения микроэлементов эффективнее в форме комплексонатов (хелатов) металлов, имеют ряд преимуществ. Так, хелаты устойчивы на всех типах почв независимо от их кислотности.

В Украине первые исследования по применению комплексонатов металлов в качестве микроудобрений, были проведены в 1960-х годах. Уже тогда академик П. А. Власюк высказал мнение о целесообразности производства комплексонатов металлов, которые дают достаточно прочные, но растворимые в воде соединения микроэлементов. Ученый предположил, что применение этих веществ позволяют повысить также подвижность микроэлементов и самой почвы. По его выражению: комплексонаты - это удобрения будущего.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее