Что такое микроэлементы почв это

Содержание микроэлементов в природе

Микроэлементы содержатся в небольших количествах практически повсеместно: в горных породах, почве, растениях и, естественно, в организме человека и животных.

Бор. В небольших количествах в составе различных соединений можно встретить во всех почвах, воде, в составе растительных и животных организмов.

Йод. Образует мало самостоятельных минералов, но присутствует во многих в виде изоморфных примесей.

Марганец. Один из наиболее распространенных в литосфере элементов. Преобладает в почвообразующих породах.

Кобальт. Содержание в литосфере незначительно. Присутствует в растениях, при этом, бобовые культуры богаче кобальтом, чем злаковые.

Медь. В земной коре – 0,01 %. Встречается в свободном состоянии в виде самородков, иногда очень значительных размеров.

Цинк. Широко распространен в природе. В породах цинк содержится в виде простого сульфида, а также замещает магний в силикатах.

Ванадий. Относится к рассеянным элементам и в свободном виде в природе не встречается.

Молибден. Связан с гранитными и другими кислыми магматическими породами. Содержание его в этих породах колеблется в пределах 1–2 мг/кг.

Факторы, определяющие концентрацию микроэлементов в почвах

Содержание микроэлементов в почвах зависит от многих факторов и подчинено ряду закономерностей:

• Чем больше микроэлементов в горной породе, тем больше их и в почве. Эта неизменная, за некоторым исключением, закономерность (например, йод) проистекает из того факта, что основным источником поступления микроэлементов в почву являются материнские горные породы. Известно, что в процессе длительного почвообразования происходит перераспределение химических элементов исходных горных пород, но при этом специфические свойства и химические особенности микроэлементов горных пород практически навсегда сохраняются в почвах.
• Концентрация микроэлементов в почвообразующих породах увеличивается с возрастанием содержания физической глины и уменьшается с увеличением содержания песка и супеси. Это объясняется тем, что в состав глин включен монтмориллонит, содержащий большую концентрацию микроэлементов, чем включенный в состав песка кварц. Обычно в пределах одного почвенного района закономерность возрастания содержания микроэлементов от песков к глинистым породам увеличивается, но между породами в различных областях можно наблюдать значительные различия.
• Один из определяющих факторов содержания микроэлементов в породах – карбонатность.
• Почвы с реакцией, близкой к нейтральной, содержат больше микроэлементов.
• Почвообразующие породы, расположенные в зоне активного воздействия грунтовых вод и подверженные процессу заболачивания, приобретают некоторые особенности по содержанию микроэлементов.
• Почвы с повышенным накоплением органического вещества, как правило, и микроэлементами обеспечены в достаточной степени. Это связано с тем, что в растительных остатках и плазме микроорганизмов находится значительное количество микроэлементов. Гумусовые вещества обладают большей адсорбционной способностью и поглощают ионы микроэлементов из окружающей среды.
• Содержание в почве водорастворимых солей оказывает большое влияние на наличие в ней микроэлементов.
• Специфика условий почвообразования также накладывает свой отпечаток на количественное содержание микроэлементов в почвах.
• Концентрация микроэлементов в грунтовых водах сильно влияет на их содержание в почве. В данном случае наблюдается тесная взаимосвязь, поскольку и колебание концентрации микроэлементов в почвенно-грунтовых водах – следствие разнообразия почвенного покрова и почвообразующих пород.

Источник

Экология СПРАВОЧНИК

Информация

Микроэлементы почв

Определенное влияние на здоровье человека может оказать химический состав почвы. Впервые это отметил еще академик В. И. Вернадский. Теперь исследователи твердо установили, что многие микроэлементы влияют на рост и развитие растений, состояние и функции организма животных, в том числе и человека.[ . ]

Микроэлементы поступают в организм человека с растительной и животной пищей, отчасти с водой, по схеме: почва — растение — организм животного. Уровень обеспеченности растительных и животных организмов микроэлементами зависит от содержания их прежде всего в почве. Недостаток или избыток микроэлементов в почве приводит к недостатку или избытку их не только у травоядных, но и плотоядных животных, а также в организме человека. Это влечет за собой ослабление или усиление синтеза биологически активных веществ, в состав которых входят микроэлементы, нарушение процесса промежуточного обмена веществ, возникновение заболеваний. Заболевания, связанные с недостатком или избытком микроэлементов, получили название эндемических (от греч. епсктоэ— местный). Районы, в которых обнаруживаются отклонения в развитии растений и животных, а также регистрируются эндемические заболевания, связанные с местными геохимическими особенностями, А. П. Виноградов назвал биогеохимическими провинциями. В СССР известны биогеохимические провинции, бедные иодом (западные области Украины), бедные кобальтом и медью (Прибалтийские республики, Ярославская область) и др.[ . ]

Почва — биокосное природное тело, сформировавшееся в процессе взаимодействия живой и неживой природы. Она — продукт биогеоценоза и главный ее компонент. Почва — важнейший природный ресурс, так как обладает плодородием — способностью удовлетворять потребности растений в питательных веществах и, следовательно, обеспечивать рост, развитие и биологическую продуктивность (урожай) сельскохозяйственных культур. Плодородие почвы во многом зависит от ее химического состава. Плодородные почвы богаты гумусом, макро- и микроэлементами, необходимыми для развития фитоценозов. Из почв растения потребляют азот, фосфор, калий, кальций, магний, бор, кобальт и другие элементы минерального питания.[ . ]

Почвы любой области разнообразны и в силу этого по-разному влияют на рост древесных пород. Поэтому проектирование лесных культур в полном соответствии с условиями местопроизрастания требует глубокого изучения почвенных условий и особенностей роста древесных пород в этих условиях. В новом аспекте должны применяться химические исследования в лесах, чтобы при решении задачи создания будущих лесов располагать всеми необходимыми данными о фактах, влияющих на рост и развитие древесных пород. Мы считаем, что задачу проектирования лесных культур будущих лесов можно уже в настоящее время успешно решать на основании изучения ресурсов микроэлементов питания, водного баланса и экономических факторов в пределах территории предприятия.[ . ]

В почвах микроэлементы содержатся в различных формах: в кристаллической решетке минералов в виде изоморфной подмеси, в форме солей и окисей, в составе органических веществ, в ионообменном состоянии и в растворимой форме в почвенном растворе.[ . ]

Изучение микроэлементов началось почти сто лет назад. Еще К.А. Тимирязев (1872), И. Раулин (1870) указывали на значение цинка для высших и низших растений. Бертран (1897) в золе многих растений находил марганец. Позднее Ф.В. Чириков (1913), Е.Е. Успенский (1915), И.В. Мичурин (1925), Агюлон (1910) и другие показали, что микроэлементы положительно влияют на рост и развитие растений. Особенно большие и разносторонние исследования микроэлементов и их биогео-химической роли на земной коре провел В.И. Вернадский (1926,1940) Им было показано, что химический состав организмов связан с составом земной коры. Идеи Вернадского получили дальнейшее развитие в работах А.П. Виноградова (1935, 1948, 1952, 1957), который показал теснейшую связь между почвой, растением и человеком.[ . ]

Значение микроэлементов. Микроэлементы играют важную физиологическую и биохимическую роль в жизни растений, животных и человека. Они входят в состав ферментов, гормонов, витаминов. Установлено наличие тесной связи между содержанием микроэлементов в почвах и состоянием и урожайностью растений, продуктивностью животных и здоровьем человека. Недостаточное или избыточное содержание витаминов вызывает нарушение нормальной деятельности организмов и развитие различных заболеваний. Так, избыток молибдена способствует развитию подагры, недостаток иода — эндемии зоба у животных и человека; при недостатке меди в кормах ягнята страдают эндоотической атаксией, при выпасе овец на пастбищах, в почвах которых много бора, у них возникают пневмония, нервные расстройства и др.[ . ]

Различные почвы существенно отличаются друг от друга по составу катионов, находящихся в обменном состоянии (табл. 23). Помимо указанных в таблице, в составе ППК находятся практически все катионы, необходимые для питания растений: К+, КН , микроэлементы, но их долй в сумме обменных катионов невелика, порядка нескольких процентов.[ . ]

Н+ или ОН- в почве (при pH соответственно ниже 3 или выше 9) является повреждение протоплазмы клеток корня большинства сосудистых растений. Кроме того, имеют место и непрямые следствия: pH почвы сказывается на степени доступности биогенных элементов и(или) на концентрациях ядовитых веществ (рис. 2.18). При pH ниже 4,0—4,5 минеральные почвы содержат так много ионов алюминия (А13+), что становятся высокотоксичными для большинства растений. Кроме алюминия, при низких pH в токсичных концентрациях могут содержаться еще железо и марганец (в виде ионов Ре3+ и Мп2+), которые вообще-то совершенно необходимы растениям. На другом конце шкалы значений pH серьезной проблемой может стать нехватка тех же самых биогенных элементов. В щелочных почвах железо, марганец, фосфаты (Р043 ) и некоторые микроэлементы оказываются связанными в составе сравнительно малорастворимых соединений, и растения обеспечены ими плохо. Пределы устойчивости по отношению к pH почвы у разных растений различны, но лишь очень немногие из них способны расти и размножаться при pH ниже 4,5.[ . ]

Плодородие почвы — совокупность свойств почвы, обеспечивающая высокую урожайность сельскохозяйственных растений, а также биологическую продуктивность естественных фитоценозов. Плодородие почвы зависит от оптимального содержания в ней питательных веществ (азота, фосфора, калия, микроэлементов), степени увлажненности, правильных методов агротехники, отсутствия вторичного засоления, процессов эрозии и др. Различают плодородие: естественное, определяемое в основном природными факторами; и искусственное — оно обусловливается внесением удобрений и проведением комплекса агротехнических мероприятий (мелиорация, севообороты, водосберегающие технологии полива и др.).[ . ]

Содержание микроэлементов в почвах. Количество микроэлементов в почвах прежде всего определяется их содержанием в исходной почвообразующей породе и влиянием почвообразовательного процесса на их дальнейшее перераспределение.[ . ]

На поведение микроэлементов и формы их соединений в почвах большое влияние оказывают окислительно-восстановительные условия, реакция среды, концентрация СО2 и содержание органического вещества. Изменение окислительно-восстановительного состояния почв существенно сказывается на поведении микроэлементов с переменной валентностью. Так, марганец при окислении (Мп2+->-Мп4+) переходит в нерастворимые формы, а хром (Сг3+-»-Сгв+) и ванадий (У3+->1/5+), наоборот, приобретают подвижность и мигрируют.[ . ]

Распределение микроэлементов и их содержание по профилю светло-серых и серых почв такие же, как и в дерново-подзолистых почвах: в гумусовом и иллювиальном горизонтах наблюдается увеличение валового содержания 2п, Си и Со, а оподзоленные горизонты обеднены ими. У темносерых почв такой четкой закономерности нет.[ . ]

Химический состав почв очень разнообразен. Содержание в почве некоторых ионов имеет существенное экологическое значение. Почвы, залегающие на известняках, очень богаты кальцием. На них развивается специфическая кальцефитная растительность. Другие растения, наоборот, избегают высоких концентраций Са2+ в почве. Очень своеобразна растительность засоленных почв, богатых №+ и СГ (галофиты солончаков, морских побережий). Активная реакция большинства почв близка к нейтральной (pH 7). Известковые и засоленные почвы имеют щелочную реакцию (pH 8-9), а некоторые болотные почвы и торфяники — кислую (pH 4-5). Известны эндемические фитоценозы, связанные с участками почвы, содержащей повышенные количества некоторых микроэлементов. Многие представители почвенной фауны также чувствительны к кислотности и ионному составу почв.[ . ]

Изучением влияния микроэлементов на повышение степени устойчивости томатов к меланозу занималась А.Н.Зей-Нечаева (1961). Опыты проводились на серой лесной почве со следующими вариантами: микроэлементы вносились путем обработки семян перед посевом, путем некорневой подкормки, а также полива в борозды. Через пять дней после внесения микроэлементов тем или иным способом проводилось искусственное заражение растений меланозом.[ . ]

Во многих торфяных почвах мало микроэлементов, главным образом меди. Недостаток ее в болотных почвах восполняется внесением медного купороса и пиритных огарков.[ . ]

Растет загрязнение почв пестицидами, которые всегда отрицательно влияют на живое население почв, поддерживающее почвенное плодородие. Пестициды вызывают депрессию процесса нитрификации, увеличивают эрозию почв. Влияют они и на насе-комых-опылителей, на содержание микроэлементов и других биогенных веществ в растениях, на устойчивость сельскохозяйственной продукции к хранению, на вкусовые качества и пищевую ценность растений и на здоровье человека.[ . ]

Осадки, обогащённые микроэлементами, используются в сельском хозяйстве как удобрение, добавки в корм для скота, средство для рекультивации почв, в дорожном строительстве, для получения жиров и смазок и других целей. Если утилизация осадков невозможна или нецелесообразна, их захоранивают или сжигают. В результате сгорания получают минеральный остаток, подлежащий захоронению, и газы, которые перед выбросом в атмосферу необходимо очищать.[ . ]

Изучение содержания микроэлементов и закономерностей их распределения проводилось на образцах почв, собранных лабораторией почвоведения Института биологии БФАН СССР,.[ . ]

Заметное обогащение почв отдельными микроэлементами может наблюдаться вблизи рудных месторождений, в зонах деятельности вулканов. Отдельные микроэлементы могут поступать в почву при внесении удобрений и применении пестицидов, а также в результате техногенного загрязнения территории. На поглощение микроэлементов почвами при техногенном загрязнении оказывают влияние механический состав, реакция, содержание гумуса и карбонатов, емкость поглощения и условия водного режима.[ . ]

Медь более чем другие микроэлементы способна образовывать прочные комплексные соединения с органическими веществами. Это хорошо объясняет проявление медной недостаточности у растений, выращиваемых на торфяно-болотных и перегнойно-карбонатных почвах (Островская, 1961; Иванов и Седлецкий, 1946; Антипов-Каратаев, 1947).[ . ]

В результате эрозии в почвах уменьшается содержание азота и усвояемых растениями форм фосфора и калия, ряда микроэлементов (йода, меди, цинка, кобальта, марганца, никеля, молибдена), от которых зависит не только урожай, но и качество сельскохозяйственной продукции.[ . ]

Ими раскрыты некоторые закономерности распределения микроэлементов в почвах Советского Союза.[ . ]

Уменьшение загрязнения почв вредными веществами можно добиться концентрированным отводом и очисткой поверхностного стока, разбивкой зеленых насаждений, устройством валов рядом с проезжей частью для защиты почвы смежных участков. При высокой загрязненности придорожной полосы тяжелыми металлами, осложняющей произрастание требуемых видов растительности, необходима мелиорация. Для очистки загрязненных микроэлементами почв используют способы защиты растений, основанные на выщелачивании легкоподвижных элементов и переводе микроэлементов в почве в трудноподвижные формы. Рекультивацию загрязненных тяжелыми металлами почв обычно производят гашеной известью и фосфатами с добавкой органических веществ. Кроме того, существуют механические способы мелиорации почв: перемешивание загрязненного верхнего слоя с незагрязненным грунтом, засыпка свежего грунта поверх загрязненной почвы или удаление верхнего загрязненного слоя.[ . ]

В.К. Гирфанов, H.H. Ряховская. Микроэлементы в почвах Башкирии и эффективность микроудобрений.[ . ]

Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях. — М.: Мир, 1989. — 439 с.[ . ]

Свинец в этих условиях менее опасен, гак как малоподвижен и практически недоступен растениям и другим живым организмам. Накопление слабоподвижных соединений элементов, присутствующих в малых количествах, свойственно нейтральным почвам с высоким содержанием гумуса, черноземам и лугово-черноземным почвам. Этому накоплению способствуют процессы изоморфного замещения в кристаллических решетках, сорбция, соосаждение с гидроксидами железа и марганца, которые обычно присутствуют в почвах, и образование слаборастворимых минеральных комплексов.[ . ]

Органические вещества, находящиеся в почве или поступающие в нее, включают углеводы, белки, жиры, а также различные смолы, воск, дубильные вещества. Органические вещества в почве минерализуются с образованием гумуса (плодородного слоя, перегноя) и более простых веществ — воды, С02 и др. Большое значение для роста и развития растений имеет содержание микроэлементов в почве (железа, цинка, никеля и других).[ . ]

В связи с особенностями состава и свойств почв и развитием почвообразовательного процесса в различных почвах наблюдается неоднотипное распределение как общего содержания, так и подвижных форм микроэлементов. Наиболее четко эти особенности отражает распределение важнейших микроэлементов по профилю дерново-подзолистой и черноземной почв (рис. 15). Вследствие интенсивного развития элювиальных процессов в дерново-подзолистых почвах имеет место обеднение верхних горизонтов 2п, Со, Мо, Си и максимальное их содержание в породе. В черноземных пачвах, как следствие длительного развития гумусовоаккумулятивного процесса, максимальное содержание микроэлементов наблюдается в гумусовом слое и по мере уменьшения содержания гумуса по профилю постепенно снижается и количество микроэлементов с минимумом их в породе.[ . ]

В работе рассмотрены закономерности содержания микроэлементов: меди, цинка, кобальта, бора, марганца и йода — в почвах Башкирской АССР. Даны картограммы их содержания. Приведены материалы по изучению эффективности микроудобрений. Показано, что научно обоснованное применение микроудобрений является одним из важных резервов повышения урожайности сельскохозяйственных культур.[ . ]

Любопытный пример неодинаковой доступности цинка в почве растениям приведен в зарубежной литературе. На бедных этим микроэлементом почвах Флориды сорняки содержали его по 140 мг, а культурное бобовое растение кроталлярия — только 4—11 мг на 1 кг. Запахивание сорняков под кукурузу считается одним из способов улучшения питания ее цинком.[ . ]

Основным источником биогенных катионов на суше является почва, куда они попадают при процессах выветривания горных пород. Из почвы с помощью корневой системы растений катионы попадают сначала в ткани растений, а затем поглощаются травоядными и т. д. Ряд животных способен частично получать биогенные катионы непосредственно из почвы — процесс солонцевания. Минерализация экскрементов и остатков живых организмов позволяет макро- и микроэлементам возвратиться в почву, что вновь делает их доступными для включения в повторный биогенный круговорот.[ . ]

А.С.Шаровой, М.П.Чмелевым и Г.Е.Радцевой (1963) был проведен опыт по влиянию некорневой подкормки микроэлементами на урожай сахарной свеклы. Почва опытного участка — выщелоченный чернозем — содержала подвижных форм (в мг/кг): бора 1,6, меди 5,6, кобальта 4,2, молибдена 0,16 и обменного цинка 0,07. Перед посевом участок был удобрен перегноем из расчета 10 т/га, в рядки были внесены гранулированный суперфосфат и калийная соль. Результаты опыта приведены в табл. 36.[ . ]

М.Г.Ханисламова и М.П. Чмелев (1960), В.Н.Анферова, А.С.Шарова (1960) на выщелоченных черноземах изучали влияние микроэлементов на урожай люцерны и клевера. Урожай семян люцерны был по контролю 2,6 ц/га, по бору 3,9, по марганцу 3,8 ц/га. На урожай семян клевера наиболее сильное влияние оказали бор и молибден.[ . ]

Микроэлементный состав тканей тела человека еще сто лет назад почти полностью совпадал с микроэлементным составом почвы. Сегодня они существенно различаются за счет обогащения почвы микроэлементами промышленного происхождения. Человек стал инородным для земли существом, занозой на отравленной почве. Отсюда — снижение продолжительности жизни, рост заболеваемости, уменьшение деторождаемости. Особое значение имеют круговороты кислорода, углерода, азота, серы и фосфора. Биогеохимиче-ский цикл кислорода — планетарный процесс, связывающий атмосферу и гидросферу с земной корой.[ . ]

Наряду с органическим азотом в осадке содержится и минеральный азот (нитратный и аммонийный)—от 8 до 12% от общего количества азота. Очень важным свойством осадка является наличие в нем окиси кальция (14—27%), серы (17— 21%), железа (1,2—1,4%), магния (0,4—0,7%), микроэлементов и физиологически активных веществ (ферменты, витамины). Нейтральная и слабокислая реакция среды (pH = 5,34-7) позволяет применять этот осадок как местное удобрение на всех типах почв Иркутской области.[ . ]

В связи с особенностями состава почвообразующих пород, наличием различных рудных месторождений, развитием элювиальных и аккумулятивных процессов выделяют территории с недостаточным или избыточным содержанием тех или иных микроэлементов. Такие районы А. П. Виноградов предложил называть биогеохимическими провинциями. На территории биогеохимических провинций вследствие недостатка или избытка микроэлементов и могут проявляться отмеченные выше нарушения нормального обмена веществ у растений, животных и человека и, как следствие, развиваться специфические заболевания—биогеохимические эндемии. Так, Полесская низменность образует биогеохимическую провинцию недостаточного содержания иода в почвах и при родных водах. Аналогичную биогеохимическую провинцию с резким недостатком иода образует Закарпатская область, где наблюдается развитие эндемии зоба.[ . ]

Химическая природа витаминов и других стимулирующих рост органических соединений, а также потребность в них человека и домашних животных известны давно; однако исследование этих веществ на уровне экосистемы только началось. Содержание органических питательных веществ в воде или почве так мало, что их следовало бы назвать «питательными микро-микроэлементами» в отличие от «питательных макроэлементов», таких, как азот, и «питательных микроэлементов», таких, как «следовые» металлы (см. гл. 5). Нередко единственным способом измерить их содержание является биологическая проба: используются специальные штаммы микроорганизмов, интенсивность роста которых пропорциональна концентрации органических питательных веществ. Как подчеркивалось в предыдущем разделе, о роли того или иного вещества и скорости его потока не всегда можно судить по его концентрации. Сейчас становится ясно, что органические питательные вещества играют важную роль в метаболизме сообщества и что они могут быть лимитирующим фактором. Эта интереснейшая область исследований в ближайшее время, несомненно, привлечет к себе внимание ученых. Приводимое ниже описание круговорота витамина В12 (кобаламина), взятое из работы Провасоли (1963), показывает, как мало мы знаем о круговороте органических питательных веществ.[ . ]

Пятое — седьмое десятилетие XX в. внесло в почвоведение много принципиально нового: весь мир теперь охвачен почвенными исследованиями разного аспекта, неизмеримо возросло их практическое значение, составлены достаточно подробные мировые почвенные карты, достиг больших успехов системный подход к почве и ее использованию, в почвоведение впервые внедрились математические, а также многие новые физические и химические методы. Почвы заняли прочное место в глобальной экологии и учении о биосфере, возникли новые направления, такие, как почвенная зоология, учение о микроэлементах почвы.[ . ]

В пределах почвенного профиля техногенный поток веществ встречает ряд почвенно-геохимических барьеров. К ним относятся карбонатные, гипсовые, солонцовые, Глеевые, иллювиальные горизонты (иллювиально-железисто-гумусовые, иллювиальные кольматирован-ные). Наличие барьерных функций в иллювиальных горизонтах дерново-подзолистых почв, или в глеевых горизонтах торфяно-глеевых почв подтверждается накоплением различных микроэлементов в условиях нормального геохимического фона в незагрязненных ландшафтах. Так, для иллювиальных горизонтов характерно накопление Си, N1, В, а для глеевых — также Сг и V.[ . ]

Растительность промплощадок является не только показателем состояния окружающей среды, но и имеет определенное природоохранное значение. В этом отношении дело обстоит пока более или менее благополучно: даже при очень интенсивном загрязнении проективное покрытие растительного покрова снижается незначительно, и, соответственно, сохраняется важная функция фитоценозов — предотвращение эрозии почв. В связи с этим растительный покров играет важную роль в снижении интенсивности поверхностного стока загрязненных производственных вод в реки и озера и в предотвращении запыленности атмосферного воздуха. Последнее имеет большое значение, т. к. 20-50 % тяжелых металлов и, вероятно, других токсикантов попадает в организм человека с пылью [Самойлова, Бондарева, 1985; Bomschein et al. , 1986], причем концентрация микроэлементов в организме коррелирует с их содержанием в почве [Thornton, 1988]. Однако можно прогнозировать, что в ближайшем будущем состояние растительности, вследствие продолжающейся аккумуляции в почве техногенных примесей, ухудшится, и она уже не будет выполнять в должной мере указанные функции.[ . ]

Источник