Поиск

Значение и роль микроэлементов в почвах
29.10.2015

Элементы, содержащиеся в организмах в очень небольших количествах, порядка 10-3 % и меньше, в научной литературе принято называть микроэлементами. Этот термин условный, так как известен ряд «типичных» микроэлементов, количество которых в организмах достигает 10-2—10-1 % (В, Mn, Zn). Вероятно, при определении микроэлементов необходимо учитывать не столько количественную сторону, сколько их специфическую роль в живом веществе.
Начало учению о микроэлементах положено трудами В.И. Вернадского, В.М. Гольдшмидта, Л.Е. Ферсмана, А.П. Виноградова. На необходимость микроэлементов для развития организмов указывал К.А. Тимирязев.
Микроэлементы участвуют в таких важнейших биохимических процессах, как дыхание (Mg, Fe, Cu, Zn, Mn, Co), фотосинтез (Mn, Fe, Cu), синтез белков (Mg, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Cr) и кроветворение (Co, Cu, Mn, Ni, Zn), белковый, углеводный и жировой обмен веществ (Mo, Fe, V, Co, W, В, Mn, Zn), синтез гумуса (Fe, Cu) и пр. Роль их в этих процессах сводится в основном к инициированию, направлению и активации реакций как в составе ферментативных и гормональных систем, так и вне их. В настоящее время установлено участие микроэлементов в составе 1/3 известных ферментов. Так, в карбоангидразе содержится цинк, в каталазе — железо, в уриказе — медь, в пролидазе — марганец, в карбоксилазе — марганец, кобальт, медь, железо, кадмий, цинк, а в энолазе — магний, марганец, цинк.
Организмы весьма требовательны к определенной концентрации микроэлементов в среде, к набору, соотношению и формам их соединений. Недостаток и избыток микроэлементов в почвах (среда, из которой они поступают в организмы) одинаково вредно сказываются на развитии организмов, вызывая в крайних случаях эндемические заболевания растений, животных, человека. С недостатком меди связаны суховершинность плодовых деревьев, атаксия овец и крупного рогатого скота; избыток меди приводит к заболеванию скота анемией, к перерождению печени. При недостатке цинка развивается «розеточная болезнь» плодовых деревьев, пятнистость листьев у цитрусовых, прекращение роста, паракератоз животных; избыток цинка может вызвать анемию у животных. Однако в районах с повышенным или пониженным содержанием микроэлементов эндемические заболевания охватывают не все организмы, а только некоторые виды, а среди последних — лишь 5—20%, реже до 40%. Это обусловлено различной чувствительностью отдельных видов и особей к одним и тем же концентрациям микроэлементов и способностью к адаптации в среде с «ненормальным» содержанием микроэлементов. Отсюда большая трудность в определении критических концентраций микроэлементов в почвах и растениях.
Недостаток или избыток какого-либо микроэлемента вреден не только «сам по себе», но и потому, что при этом понижается усвояемость других элементов из-за нарушения их соотношения в среде. Например, при недостаточном содержании Mo в растениях и почвах происходит накопление меди в животных организмах, сопровождающееся развитием анемии; при избыточном содержании Mo в растениях обнаруживается дефицит Cu в животных организмах и развитие соответствующих болезней. При низком уровне Co и Mn понижается усвояемость йода. Наиболее изучено взаимное влияние следующих групп микроэлементов: J—Co—Cu—Mn, Cu—Mo—Pb, Ni—Cu, Mo—Cu.
Соотношение микроэлементов и пороговая концентрация отдельных элементов определяются не только их кларками, но и доступностью организмам отдельных форм соединений. При достаточно высоком валовом содержании микроэлементов может наблюдаться одновременно дефицит их подвижных форм, обусловленный высокой прочностью соединений, неподвижностью и неусвояемостью их (например, медь в торфяниках; медь, марганец и железо в известковых почвах).
Препараты из микроэлементов используются в сельском хозяйстве и медицине для профилактики и лечения заболевания растений, животных, людей. He менее важное практическое значение имеют микроэлементы в поисковой геологии как индикаторы на рудные и нефтеносные месторождения. Над рудными телами и нефтеносными бассейнами в почвах и водах создаются «ореолы» рассеяния, характеризующиеся аномально повышенным содержанием соответствующих микроэлементов. Растительность в районах месторождений нередко претерпевает ряд морфологических и химических изменений, служащих непосредственными индикаторами на присутствие тех или иных элементов, например избыток марганца вызывает покраснение стебля и черенка листьев, хлороз, скручивание и отмирание краев листьев; при избытке хрома листья становятся желтыми с зелеными жилками, а избыток кобальта приводит к белой пятнистости на листьях. Возможно также развитие специфической флоры, присущей только определенным типам месторождений. Так, по данным того же автора, клюзия (Clusia rosea) является индикатором для железа, смолка (Viscaria alpina) — для меди, рута (Ruta graveoleus) — для цинка, а бурачок (Alyssum murale) — для никеля. При помощи биогеохимического поискового метода было обнаружено большое количество рудных месторождений в США, Швеции, России (Сибирь, Армения, Урал).
А.Е. Ферсман обратил внимание еще на одну особенность микроэлементов — их «красящую» способность. Незначительная примесь микроэлементов в минералах придает цвет, яркость тонов и многообразие оттенков. К хромофорам относятся элементы семейства железа: Ti, V, Mn, Cr, Fe, Co, Ni, а также W, Mo, U, Th. Все эти элементы обладают высокой степенью поляризации. «Это и есть красители мира — основа_ ярких и чистых тонов, красота драгоценного и цветного камня и ценность искусственных стекол». Например: голубой цвет сапфиров обусловлен примесью титана, хрома, фиолетовый аметист — соединений марганца, а красные оттенки рубина и шпинели связаны с наличием хрома.
Колоссальна роль микроэлементов в промышленности и сельском хозяйстве. Развитие таких важных отраслей, как металлургия и химия, а также энергетика и оборонная промышленность, производство удобрений и медикаментов немыслимы без микроэлементов. Применение и употребление многих микроэлементов известны человечеству с древних веков:

Значение и роль микроэлементов в почвах

С каждым годом вовлекаются все новые и новые элементы в сферу практической деятельности человека. Последние десятилетия знаменуются широким использованием радиоактивных изотопов, микроэлементов в медицине, промышленности, научной работе. А.Е. Ферсман, крупнейший ученый и мечтатель, рисуя картину будущего человечества, писал: «В борьбе за недра человек использует всю горную массу. Никаких отбросов, никаких неиспользованных пустых пород. Все будет служить промышленности, вся Менделеевская таблица будет использована...».