Железо

По-английски

Iron

Раздел на сайте

Минеральные удобрения

Группа

Макроэлементы, Питательные элементы


Железо – химический элемент, жизненно необходимый для питания растений. Один из главных компонентов литосферы, второй по содержанию после кремния и алюминия. Является действующим веществом железосодержащих удобрений. Удобрения данного элемента применяют в форме опрыскивания растений. В почву железо не вносят, поскольку оно быстро переходит в неусвояемые формы. Для внесения в почву применяют органические соединения железа – хелаты.

Железо
Показать все

Содержание:


Если попросить любого человека назвать ценный, редкий и дорогой металл, он наверняка вспомнит о золоте, и будет совершенно прав. Тем не менее, благородное золото не всегда находилось на своем заслуженном месте. Например, когда люди только научились получать алюминий, предметы из него могли себе позволить лишь очень состоятельные слои населения, а дефицитные алюминиевые столовые приборы подавались на званых ужинах только самым дорогим и уважаемым гостям. Остальные, бросая на них завистливые взгляды, были «вынуждены» орудовать золотыми вилками и ложками, которые тогда представлялись не настолько прекрасными, как блестящие, легкие, гнущиеся изделия из божественного алюминия.

Есть и другие примеры подобной исторической несправедливости. Так, во времена Гомера самой распространенной крупной валютой были рабы, бычьи шкуры и железо. Даже будучи неочищенным, плохо кующимся и не качественным по всем другим показателям, железо ценилось аж в десять раз выше, чем золото, ведь тогда оно было самым прочным из всех известных материалов, и, к тому же, добывалось с большим трудом.

Прошли столетия. Сыродутный способ получения металла оказался забыт, ему на смену пришло использование современных доменных печей. Качество получаемого железа в разы улучшилось, люди познакомились со сталью, однако, наряду с повышением прочности и ковкости, стоимость железа все больше падала, так, что сейчас его уже нельзя назвать дорогим. Тем не менее, если говорить о ценности этого металла, то кое-где он по-прежнему остался необходимым, незаменимым и востребованным. Все золото мира не заменит того небольшого количества железа, которое содержится в каждом организме и поддерживает его жизнь…[7]

Железо - Железная руда
Железная руда


Физические и химические свойства

Железо (Ferrum) Fe – химический элемент побочной подгруппы VIII группы периодической системы Менделеева. Атомный номер – 26. Атомная масса – 55,85. Строение атома железа типично для переходных элементов. Это определяет переменную валентность и ярко выраженную способность к комплексообразованию у данного металла.[1]

Для железа характерны двухвалентные и трехвалентные соединения. Известны также соли железистой кислоты, где железо шестивалентно.

Железо – пластичный металл серебристого цвета, хорошо поддается ковке, прокатке и прочим видам механической обработки.

  • Плотность – 7,87 г/см3,
  • Температура плавления – 1539°С,
  • Температура кипения – 2870°С.

Твердое железо растворяет в себе многие элементы, в частности, углерод. На влажном воздухе железо ржавеет, то есть покрывается налетом гидратированного оксида железа бурого цвета. Данный оксид рыхлый и от дальнейшей коррозии железо не защищает. В воде данный металл интенсивно корродирует. При обильном доступе кислорода формируются гидратные формы оксида трехвалентного железа. При недостатке кислорода образуется смешанный оксид.

Металл легко растворяется в соляной кислоте любой концентрации, в разбавленной серной кислоте, в азотной кислоте. К концентрированным серной и азотной кислотам железо пассивно.[3]

Содержание в природе

Железо – самый распространенный после алюминия металл на земле. Его масса составляет 4 % от массы земной коры. В природе оно встречается в виде самых разнообразных соединений: сульфидов, оксидов, силикатов. В свободном состоянии железо можно встретить только в метеоритах.

Важнейшие руды железа – магнитный железняк, красный железняк, бурый железняк, шпатовый железняк. В больших количествах встречается железный колчедан.[3]

Железо концентрируется преимущественно в основных сериях магматических пород. Глобальная распространенность железа составляет 45 %.

Геохимия соединений Fe в окружающей среде имеет сложный характер, определяется способностью элемента легко менять валентность в зависимости от физико-химических условий среды и тесно связана с циклами углерода, кислорода и серы.

Обычно окислительные и щелочные условия среды способствуют осаждению железа, а восстановительные и кислые растворяют его соединения. Свободное железо быстро фиксируется в виде гидроксидов и оксидов, замещает магний и алюминий и образует комплексы с химическими лигандами.[4]

В почвах железо присутствует в основном в виде оксидов и гидроксидов и находится либо в виде небольших частиц, либо связано с поверхностью минералов. В богатых органикой горизонтах железо присутствует в форме хелатов.

К почвообразующим минералам железа относят:

  1. Гематит. Встречается в почвах аридных, семиаридных и тропических районов. Наследуется от материнских пород.
  2. Маггемит. Образуется в сильно выветрелых почвах тропических зон и чаще всего присутствует в скоплениях гематита, магнетита, гетита.
  3. Магнетит. Унаследован от материнских пород. Тесно связан с маггемитом.
  4. Ферригидрит. Широко распространен, но очень нестабилен, легко переходит в гематит в районах с умеренными гумидами.
  5. Гетит. Распространенный в почвах всех климатических зон минерал железа.
  6. Лепидокрокит. Типичен для плохо дренируемых почв (рисовых полей) и почв умеренных гумидных районов. Образование данного минерала осуществляется при низких значениях pH, низкой температуре и в отсутствии трехвалентного железа.
  7. Ильменит. В почвах обычно не встречается. К выветриванию устойчив. Унаследован от материнских пород.
  8. Пирит, сульфид железа и ярозит. Серосодержащие минералы. Широко распространены в затопляемых почвах с содержанием серы, например, в кислых сульфатных.

И минералы, и органические соединения железа легко преобразуются в почвах. При этом органическое вещество оказывает большое влияние на образование оксидов железа.

Соединения железа с органикой почвы является важным резервом доступных соединений данного металла для растений. С железом взаимодействуют гуминовые вещества, органические кислоты, сидерофоры, фенолы.

Взаимодействие железа с гуминовыми веществами сопровождается образованием водорастворимых и малорастворимых в воде соединений. На растворимость комплексов влияют многие факторы, в частности, химическая природа, соотношение компонентов, а также реакция среды. Как правило, гуминовые кислоты характеризуются большей склонностью к образованию нерастворимых соединений с металлами, чем фульвокислоты. В этой связи фульватные комплексы железа рассматривают как важный фактор, определяющий и миграцию этого металла по почвенному профилю, и его доступность растениям.[1]

Преобразование железа осуществляется и микроорганизмами. Некоторые виды бактерий вовлечены в круговорот данного элемента и аккумулируют его на поверхности живых клеток.[4]

Содержание железа в различных типах почв Украины, согласно данным:[2]

Почва

Железо, %

Чернозем на  мергеле (Крым)

0,8-1,9

Южный чернозем

1,5 -2,1

Перегнойно-карбонатная

2,5

Среднеподзолистая

0,2

Содержание железа в различных типах почв

Содержание железа в почвах СНГ составляет около 3,11 % и зависит от типа почвообразующей породы. Установлено, что колебания в содержании железа в пахотном горизонте различных почв достигают значительных величин.

Подзолы

Сумской области (Украина) содержат 0,02 % железа.

Перегнойно-карбонатные почвы

Волыни (Украина) – до 3–4 %.

Перегнойно-карбонатные почвы

Львовской области (Украина) – 2,5 %

Южные черноземы на мергеле

Крыма – 0,8–2,1 %.

Среднеподзолистые почвы

Киевского Полесья – 0,2 % железа.[2]

Кислые почвы

содержат больше растворимого неорганического железа, чем нейтральные и щелочные.[4]

Заболоченные почвы

характеризуются процессом восстановления двухвалентного железа до трехвалентного. Этот процесс обеспечивает увеличение растворимости железа. Он тесно связан с метаболической деятельностью некоторых бактерий и может приводить к высокой концентрации двухвалентного железа в некоторых затопляемых почвах.[4]

Карбонатные почвы

и почвы с высоким содержанием усвояемых фосфатов содержат недостаточно железа, что объясняется переходом его в малодоступное для растений состояние.[5]

Дерново-подзолистые почвы

характеризуются избыточным количеством железа.

Слабо аэрируемые кислые почвы

содержат большое количество закисных соединений железа. Данные соединения отрицательно влияют на рост растений. Устраняется это известкованием почв.[5]

Признаки дефицита железа, согласно данным:[6]

Культура

Симптомы недостатка

Картофель

Верхушки и края молодых листьев зеленые, середина – белесая

Томаты

Растения угнетены;

Хлороз проявляется на молодых листьях, но даже мелкие жилки сохраняют зеленый цвет; 

Усиление – мелкие жилки утрачивают зеленый цвет, пластинка становится  желто-белой

Огурцы

Хлороз – на молодых листьях основного и бокового побегов;

Зеленые только основные и боковые жилки;

Пластинка листа – от светло-зеленой  до желто-белой;

В дальнейшем  на листьях появляются некротические пятна, а хлороз распространяется на старые листья

Малина

Молодые листья на верхушечных побегах – желтоватые, около краев появляются коричневые пятна отмершей ткани.

Черная смородина

Хлороз на молодых листьях верхушечных побегов.

Яблоня

Молодые листья на побегах – хлоротичные, почти белые с коричневыми пятнышками на краях;

Хлороз на листьях уменьшается сверху вниз;

При длительном дефиците  отдельные ветви отмирают;

Плоды  палево-землистого цвета

Роль в растении

Биохимические функции

Основные функции железа

Железо играет активную роль в окислительно-восстановительных реакциях хлоропластов, митохондрий и пероксисомы, а также выполняет многие другие функции в растениях.

Участие железа в окислительно-восстановительных реакциях определяется легкой переменой валентности и высокой способностью к комплексообразованию.

Важная роль железа в биохимии растений подтверждается следующими факторами:

  1. Железо обнаруживается в геме и негемовых белках и концентрируется в хлоропластах.
  2. Органические комплексы железа участвуют в переносе электронов в процессе фотосинтеза.
  3. Негемовые железосодержащие белки участвуют в восстановлении нитритов и сульфатов.
  4. Процесс образования хлорофилла осуществляется с участием железа.
  5. Железо вовлекается в метаболизм нуклеиновой кислоты.
  6. Известна каталитическая и структурная роль двухвалентного и трехвалентного железа.[4]

Формы и соединения железа в тканях и органеллах клеток растений

В растение железо поступает в двухвалентной форме. В дальнейшем восстановленная форма железа проходит через реакции реокисления, и в тканях уже содержится и Fe (II), и Fe (III), в большей части в комплексах с различными органическими соединениями.

В строме пластид

железо запасается в виде фитоферритина, который состоит из соединений трехвалентного железа и белковой оболочки. Фитоферритин чаще всего находится в кристаллической форме. Его содержание велико в листьях, выращенных в темноте, но в процессе зеленения на свету фитоферритин быстро исчезает. Он локализуется также в ксилеме и флоэме, кроме того, встречается в клубеньках бобовых и в семенах.

В анопласте клеток

значительная часть железа находится в физиологически неактивной форме и сосредоточена в виде малорастворимых соединений.

Большая часть железа в растениях находится в трехвалентном состоянии, тогда как физиологически важной является фракция Fe (II)/Fe (III), поскольку именно эта фракция подвержена обратимым окислительно-восстановительным превращениям.

Цитрат железа (III)

– основная форма транспорта железа из корней в побеги растений, который осуществляется по ксилеме. Подвижность данного элемента во флоэме средняя. Она ниже, чем у калия, азота, фосфора и серы, но выше, чем у кальция и марганца.

В составе ферментов

железо встречается как в гемовой, так и в негемовой форме.

Гем – это железопорфириновый комплекс. Атом железа в нем координируется четырьмя атомами азота пиррольных колец протопорфирина. Последний придает стабильность белковой глобуле гемсодержащих ферментов.

Как простетическая группа, гемовое железо включено в состав многих белковых соединений. Это цитохромы, нитратредуктаза, нитритредуктаза, пероксидаза и каталаза, леггемоглобин, ферредоксин, нитрогеназа, супероксиддисмутаза, аконитаза, липоксигеназы и многие другие.[1]

Железо - Недостаток железа
Недостаток железа


Недостаток (дефицит) железа в растениях

Дефицит железа – проблема для многих сельскохозяйственных культур. Причина недостатка данного элемента в растениях – низкое содержание доступных форм железа в окультуренных почвах. Недостаточность железа оказывает отрицательное влияние на многие физиологические процессы в тканях растений и приводит к ослаблению роста их и развития и, как следствие, снижению урожайности.[4]

Дефицит железа широко представлен в регионах распространения карбонатных почв (30 % поверхности земли). Недостаток подвижных форм железа в данном типе почв приводит к возникновению опасного заболевания – железистого (карбонатного, известкового) хлороза. Это заболевание при развитии может привести к гибели растения.

Дефицит железа проявляется также при высоком содержании в почве марганца, цинка, меди.

На рост листьев дефицит железа влияет в меньшей степени. Деление клеток и замедление роста проявляются только при острой недостаточности железа. Наиболее значительные изменения проходят в пластидном аппарате листьев. Пластиды уменьшаются в размерах, система тилакоидов редуцирована. Синтез белка в хлоропластах и цитоплазме подавляется, причем, в первых – сильнее.

Недостаток железа сказывается на снижении содержания в листьях хлорофилла и подавлении активности фотосистем. Изменения фотосинтеза отражаются на углеводном обмене растений, в частности, наблюдается снижение содержания сахаров и крахмала в листьях.[1]

Симптоматика железистой недостаточности проявляется в растениях при различных уровнях содержания железа в тканях растения. Характер симптомов различен в зависимости от почвенных, растительных, питательных и климатических факторов. Наиболее типичный симптом – межжилковый хлороз молодых листьев. К недостатку железа очень чувствительны некоторые фруктовые деревья, овес и рис.[4]

Визуально симптомы недостатка железа проявляются следующим образом: становится заметна белесая, бледно-зеленая или желтая окраска тканей листа между жилками.

При усиливающемся дефиците железа жилки листьев бледнеют, а ткани отмирают.

Первые признаки проявляются на молодой листве, поскольку по причине слабой реутилизации железа старые листья дольше остаются зелеными.

У травянистых растений верхние молодые листья приобретают желтый цвет, формируются мелкие, слабые соцветия. У плодовых деревьев отмечается усыхание кончиков ветвей и побегов.[1]

Железо - Избыток железа
Избыток железа


Избыток железа

На почве, обогащенной растворимыми формами железа, может наблюдаться токсическое воздействие данного элемента на растения. Обычно это происходит на сильнокислых почвах, кислых сульфатных и пойменных почвах. Токсичность железа часто бывает связана с засоленностью почв и низким содержанием в них фосфора и оснований.

Установлено, что:

  • растения, хорошо обеспеченные питательными веществами, выдерживают воздействие очень высоких концентраций железа;
  • корни риса обладают способностью окислять железо и откладывать его на своей поверхности;
  • повреждение корней сводит к минимуму их окислительную способность, что увеличивает токсичность железа.[4]

В целом избыток закисных соединений железа отрицательно влияет на рост растений. Характерными признаками токсического воздействия железа на растения являются отсутствие некротической ткани, развитие хлороза между жилками молодых листьев, при котором жилки остаются зелеными; позднее весь лист становится беловатым или желтым (сходно с признаками дефицита железа).[6]

Содержание железа в удобрениях, %, согласно данным:[1]

Удобрение

Содержание железа, %

Комплексные органические соединения  железа

10 - 17

Пиритные огарки

46 - 47

Железный купорос

0,05

Хлорное железо

Лимоннокислое железо

Слабый раствор

Содержание железа в различных соединениях

Широко распространено использование комплексонов железа и некоторых из отходов промышленности, содержащих данный элемент.

Комплексные органические соединения железа

получают путем смешивания железного купороса с хелаторами. Массовая доля железа в них составляет от 10 до 17 %. Ценность хелатов определяется их устойчивостью к диссоциации в широких диапазонах кислотности, к микробиологическому разложению, высокой растворимостью в воде, низкой токсичностью и технологичностью форм.[1] Данные средства являются самым радикальным вариантом борьбы с известковым хлорозом, а также другими проявлениями недостаточности железа и антагонизма металлов.[2]

Пиритные огарки

отходы целлюлозно-бумажной промышленности и производства серной кислоты. Получают путем отжига флотационных колчеданов. Содержится 46–47 % железа.[1]

Отходы гидролизной и целлюлозно-бумажной промышленности

. Наиболее широкое распространение у продуктов взаимодействия минеральных солей железа с отходами древесины (лигносульфонатами, фенолами, полифлавоноидами). Наиболее перспективное сырье для получения комплексонов – природный лигнин.[1]

Для устранения и предотвращения симптомов недостаточности железа используются также железный купорос, хлорное и лимоннокислое железо.[5]

Удобрения, содержащие Железо


Показать все удобрения »

Способы применения

Комплексные органические соединения железа

применяют для внесения в почву и опрыскивания растений 0,1%-ным раствором.[5]

Пиритные огарки

применяются путем внесения в почву. Медленно действующее удобрение. Эффект достигается при непосредственном контакте корней растений с очагом внесения пиритных огарков.[1]

Железный купорос

применяют в виде опрыскиваний растений слабым раствором.[5]

Хлорное и лимоннокислое железо

опрыскивание растений слабыми растворами.[5]

Эффект от применения железосодержащих удобрений

Своевременное применение железосодержащих удобрений устраняет симптомы известкового хлороза и положительно влияет на урожайность сельскохозяйственных культур.[5]

 

Оставьте свой отзыв:

Составитель:

 

Страница внесена:

Последнее обновление: 05.12.13 00:35

Статья составлена с использованием следующих материалов:

Литературные источники:
1.

Битюцкий Н.П. Микроэлементы и растение. Учебное пособие. – СПб.: Издательство Санкт-петербургского университета, 1999. – 232 с.

2.

Власюк П.А. Биологические элементы в жизнедеятельности растений. Издательство «Наукова Думка», Киев, 1969

3.

Глинка Н.Л. Общая химия. Учебник для ВУЗов. Изд: Л: Химия, 1985 г, с 731

4.

Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях: Перевод с англиского.– М.: Мир, 1989.– 439 с., ил.

5.

Минеев В.Г. Агрохимия: Учебник.– 2-е издание, переработанное и дополненное.– М.: Издательство МГУ, Издательство «КолосС», 2004.– 720 с., [16] л. ил.: ил. – (Классический университетский учебник).

6.

Петров Б.А., Селиверстов Н.Ф. Минеральное питание растений. Справочное пособие для студентов и огородников. Екатеринбург, 1998. 79 с.

7.

Энциклопедия для детей. Том 17. Химия. / Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта +, 2000. – 640 с., ил.

Изображения (переработаны):
8.

Ambohibary, Irrigated lowland hub, Madagascar, by AfricaRice, по лицензии CC BY-NC-SA

9.

Iron deficiency, by Howard F. Schwartz, Colorado State University, Bugwood.org, по лицензии CC BY

10.

Mojave Iron Ore, by Michael Dorausch, по лицензии CC BY-SA