Марганец

По-английски

Manganese

Раздел на сайте

Минеральные удобрения

Группа

Микроэлементы, Питательные элементы


Марганец – один из самых распространенных химических элементов в литосфере. Является компонентом (действующим веществом) комплексных и микроудобрений, добавляется в минеральные удобрения. Применяется для обработки семян, некорневой подкормки и внесения в почву в качестве припосевного удобрения.

Марганец
Показать все

Содержание:


Долгое время черную магнезию (МnO2) считали минералом железа, и только в 1774 году химик Карл Шееле установил, что в ее состав входит не железо, а новый элемент, названный марганцем. Вначале его назвали Magnesium, однако, когда Дэви открыл магний (которому тоже было присвоено аналогичное название), марганцу пришлось «сменить имя», и он стал известен как Manganum.

Марганец – металл; в представлении большинства людей, это значит, что вещество имеет серый, желтый или белый цвет и характерно блестит на свету. Однако марганец – настоящий химический хамелеон: пусть сам он и соответствует внешнему описанию металла, однако его соединения столь многоцветны, что образуют настоящую радугу, зависящую от степени окисления элемента в веществе. Соли марганца (II) бледно-розовые, Mn (III) – вишневые, Mn (IV) – черные. Имея в соединении валентность V, металл дает синий цвет, при степени окисления VI вещества с его содержанием оказываются зелеными, а Мn (VII) ярко-малиновый. Соединения марганца очень интересны не только по цвету, но и по свойствам: перманганат калия оказывает антисептическое действие, оксид Mn2O7 является взрывчатым веществом... Помимо этого, марганец, хоть потребность в нем крайне мала, является одним из незаменимых микроэлементов, необходимых живым клеткам.[8]

Марганец - Марганцевая руда
Марганцевая руда


Физические и химические свойства

Марганец – химический элемент VII группы периодической системы Менделеева. Атомный номер 25, атомная масса 54,9381. Состоит из одного устойчивого изотопа Mn 55.

В природе в чистом виде элемент не встречается. Содержание марганца в земной коре составляет 0,09 %.

Компактный марганец – металл серебристого белого цвета, хрупкий, подвержен окислению и на воздухе быстро покрывается тонкой пленкой окислов. Эта пленка предохраняет его даже в условиях нагревания. В мелкораздробленном состоянии Mn окисляется достаточно легко. С кислородом способен образовывать ряд окислов (основных, амфотерных и кислотных).

Известны четыре кристаллических модификации, существующие при высоких температурных показателях – более 700 °C. Модификация марганца при комнатной температуре обладает температурой плавления 1244°C, температура кипения 2095°C.

В химических соединениях элемент проявляет положительную валентность от 2 до 7, при этом производные 2- и 7-валентного Mn отличаются прочностью. По мере увеличения валентности усиливаются кислотные свойства элемента, а основные ослабевают.[5]

Содержание в природе

Марганец – один из наиболее распространенных в литосфере элементов. Среднее содержание элемента в земной коре – 1000 мг/кг, в горных породах – 350–2000 мг/кг. Преобладает в почвообразующих породах.[2]

В минералах

. Марганец входит в состав большого числа минералов, в основном окисного типа. Наиболее распространены пиролюзит (MnO2) и псиломелан (коллоидная форма MnO2). Это окисные минералы с преобладанием четырехвалентного марганца. Кроме того, часто встречаются браунит, манганит, черная охра.

Большинство марганцевых руд обнаруживается в виде вторичных отложений, реже встречаются первичные месторождения.

Крупнейшие месторождения марганцевых руд – Чиатурское и Никопольское (СНГ), также месторождения есть в Индии, Гане, Южно-Африканском Союзе и других местах.[5]

Содержание общего и подвижного марганца (в мг/кг) в почвах стран СНГ, согласно данным:[4]

Почва

Общеий марганец (пределы колебаний)

Подвижный марганец (пределы колебаний)

Подзолистые песчаные

170

(40-330)

590

(60-1700)

Подзолистые глинистые

1270

(230-7200)

590

(60-1700)

Болотные

330

(50-1000)

320

(190-640)

Серые лесные

1000

(149-3980)

460

(115-1360)

Черноземы

840

(200-5600)

430

(54-2100)

Каштановые

960

(600-1270)

410

(210-640)

Засоленные

730

(400-1640)

420

(130-840)

Сероземы

790

(310-3800)

-

Красноземы

1440

(200-4000)

 

Горные

1170

(100-650)

670

(60-1220)

Распределение марганца

в толще почвы неоднородное. Концентрируется он не только в виде конкреций, но и в виде отдельных примазок, обогащенных другими элементами. Характерно, что отмеченная неоднородность не зависит от типа почв. Наиболее высокое содержание наблюдается в почвах, развитых на основных породах, богатых железом, а также органическим веществом. Кроме того, большое количество данного элемента содержат почвы в аридных и семиаридных районах. Марганец накапливается в различных горизонтах, особенно в тех, которые обогащены оксидом и гидроксидом железа. Но обычно он аккумулируется в верхнем слое почвы из-за его фиксации органическими веществами.

В почвах

марганец встречается в виде солей, оксидов, гидроксидов и комплексных ионов. Оксиды представлены аморфными соединениями, однако в некоторых видах почв обнаружены кристаллические разновидности. Наиболее устойчивы пиролюзит, манганит, гаусманит. Кроме того, марганец образует целый ряд различных минералов, в которых обычно находится в степени окисленности II, III и IV.

В породообразующих силикатных минералах более распространено состояние Mn(II).

В аэробных условиях марганец характеризуется низкой растворимостью. В щелочной среде растворимость снижается, что обусловлено образованием гидроксидов.

В кислом и нейтральном почвенном растворе меньшей, чем гидроксиды, растворимостью обладает гидрофосфат марганца. Его образование контролирует подвижность данного металла в указанных условиях.

Направленность окислительно-восстановительных реакций с участием Mn зависит от деятельности микроорганизмов, участвующих в аккумуляции и окислении данного элемента.[2]

Марганец образует соединения с гуминовыми веществами почв. Соединения марганца с фульвокислотами отличаются повышенной миграционной способностью и доступностью для растений.

Основными барьерами на пути перемещения марганца в почве являются щелочная среда, карбонаты, а также повышенное содержание гумуса.[3]

Содержание в различных типах почв

Содержание марганца в почвах равнинной части России и стран СНГ колеблется от 0,1 до 4 г/кг почвы. В среднем этот параметр составляет около 1 г/кг.

Однако различные виды почв значительно различаются по содержанию общего и обменного марганца. Содержание общего марганца может колебаться от 43 до 1800 мг/кг.

Лугово-лесные и бурые горно-лесные почвы

Закатальского района Азербайджана – самое высокое содержание марганца.

Торфяные почвы

– самое низкое содержание марганца, особенно в верховом торфе (43 мг/кг).

Дерново-подзолистые почвы, желтоземы, красноземы

– содержат самое большое количество обменного марганца. При этом в почвах с кислой реакцией содержание обменного марганца прямо зависит от кислотности почвы. Чем выше кислотность, тем больше марганца переходит в обменную форму.

Потребность с/х культур в марганце и симптомы его недостатка, согласно данным:[9][7]

Культура

П

Симптомы недостатка

Общие симптомы

 

Серая пятнистость,

Появление хлоротичных пятен различных тонов, которые расположены между зелеными жилками.

Рост задерживается, но верхняя почка не отмирает.

Зерновые

Озимая пшеница

В

 

Озимая рожь

С

 

Яровая пшеница

В

 

Яровая рожь

С

 

Ячмень

С

 

Овес

В

 

Зернобобовые

Горох

В

 

Бобы

Н

 

Люпин

Н

 

Масличные

Озимый рапс

В

 

Яровой рапс

В

 

Горчица

Н

 

Лен

Н

 

Овощные

Капуста цветная

С

 

Огурец

В

Молодые листья светло-зеленые с желтоватой каемкой.

На пластинке некрозные пятна в виде небольших точек.

Позднее хлорозом охватывается вся поверхность: жилки зеленые, четко выражен мраморный налет

Морковь

С

 

Редис

В

 

Редька

В

 

Томат

С

Желтеют листья среднего яруса и пластинки наиболее удаленных от главной жилки  участков листа.

Обесцвеченные участки буреют и отмирают.

Задержка роста растения.

Капуста белокочанная

С

 

Лук

В

 

Пропашные

Картофель

С

Листья на верхушке стебля между жилками желтовато-зеленые, с большим количеством пятнышек коричневого цвета. Поверхность листа неровная: хлорозные пятна выпячиваются вверх.

Свекла сахарная, кормовая, столовая

В

Листья темно-красные,

Рост растения задерживается 

Кормовые

Клевер луговой

С

 

Люцерна

С

 

Люпин

Н

 

Кукуруза на силос и зеленую массу

С

 

Карбонатный чернозем, серозем

– обменный марганец не обнаружен.

Количество данного элемента в обменном состоянии зависит и от механического состава почв. Более тяжелые почвы содержат больше обменного марганца, чем супесчаные и легкие суглинки. В карбонатном черноземе и сероземе обменный марганец обнаружить не удалось.[4]

Роль в растении

Биохимические функции

Марганец поглощается растениями и распределяется по их органам в результате метаболических процессов. Имеет место и пассивная адсорбция, особенно при высоких и токсичных уровнях его содержания в растворе. Марганец отличается высокой степенью активности поглощения и быстрым переносом в растениях.

В растительных жидкостях и экстрактах он присутствует в виде свободных катионных форм и транспортируется в растениях в виде Mn2+, но во флоэмных экссудатах обнаруживаются комплексные соединения марганца с органическими молекулами. Более низкая концентрация марганца во флоэмном экссудате по сравнению с листовой тканью и слабое перемещение элемента во флоэмных сосудах становится причиной низкого содержания марганца в семенах, фруктах и корнеплодах.

Марганец переносится в основном в меристематических тканях, и его значительные концентрации обнаруживаются в молодых органах растений.[3]

Марганец нужен всем растениям без исключения. Одна из наиболее важных его функций – участие в окислительно-восстановительных реакциях. Mn2+ является компонентом двух ферментов: фосфотрансферазы и аргиназы. Кроме того, он может замещать в других ферментах магний и повышает активность некоторых оксидаз. Последнее происходит, вероятно, вследствие изменения валентности марганца.

Марганец активно участвует в процессе фотосинтеза, а именно, в его кислородообразующей системе, и играет основную роль в переносе электронов. Слабо связанная в хлоропластах форма марганца участвует непосредственно в выделении кислорода, а прочно связанная форма – в переносе электронов.

Роль марганца в восстановлении NO2 не вполне прояснена. Однако существует косвенная связь между активностью описываемого элемента и ассимиляцией азота растениями.[3]

Число истинных марганецсодержащих ферментов ограничено. На сегодняшний день известно более 35 ферментов, активируемых марганцем. Большинство из них являются катализаторами реакций окисления – восстановления, декарбоксилирования, гидролиза.

Марганец активирует некоторые ферменты, катализирующие превращение шикимовой кислоты, биосинтез ароматических аминокислот (тирозин) и прочих вторичных продуктов (лигнина, флавоноидов).

Марганцевозависимые ферменты принимают участие в биосинтезе каротиноидов и стеролов. Ионы марганца активно влияют на структуру и функции хроматина. Марганец оказывает влияние на увеличение содержания негистоновых белков и РНК в диффузной фракции хроматина. Марганец остро необходим для репликации и функционирования ДНК- и РНК-полимераз.[2]

Недостаток (дефицит) марганца в растениях

Симптомы недостатка марганца чаще всего наблюдаются на карбонатных и кислых известкованных почвах. Критическая минимальная концентрация данного элемента в зрелых листьях варьирует от 10 до 25 мг/кг сухой массы.

В условиях недостатка марганца в первую очередь снижается продуцирование фотосинтетического кислорода. Между тем, содержание хлорофилла и сухой массы листа меняется незначительно, но изменяется структура мембран тилакоидов.

При жестком дефиците марганца значительно снижается содержание хлорофилла в листьях, содержание липидов в хлоропластах тоже уменьшается.

Нарушение системы фотосинтеза приводит к резкому уменьшению содержания углеводов в растении, особенно в корневой части. Это является ключевым фактором замедления роста корневой системы в условиях дефицита марганца.

При недостатке марганца содержание белка в растениях почти не изменяется, одновременно увеличивается содержание растворимых форм азота.

Визуально симптомы недостатка марганца у различных видов растений несколько отличаются. Так, у двудольных это межжилковый хлороз, у трав – зеленовато-серые пятна на базальных листочках (серая пятнистость), у свеклы – темно-красный цвет листовой пластинки с пораженными бурыми участками.[2]

При остром недостатке марганца может наблюдаться полное отсутствие плодоношения у капусты, редиса, гороха, томата и других культур. Марганец способствует ускорению общего развития растений.[9]

Данные в таблице представлены согласно:[9][7]

Избыток марганца

Фитотоксичность

. Переизбыток марганца приводит к угнетению и даже гибели растений. Ядовитость данного элемента ярче всего проявляется на кислых дерново-подзолистых почвах, особенно при повышенной влажности, образовании корки и внесении физиологически кислых удобрений без их нейтрализации. Подвижные формы алюминия и железа усиливают вредоносность марганца.[7]

Общие симптомы избытка марганца

:

  • Угнетение роста
  • Гибель растений

Огурец

  • Молодые жилки листа желтеют, с обратной стороны на жилках – темные точки фиолетового оттенка;
  • Такими же точками покрываются черешки листа и побеги;
  • При усилении избытка элемента лист желтеет, жилки – темно-фиолетовые;
  • На плодах темно-фиолетовые пятна;

Томат

  • Рост приостанавливается;
  • Молодые листья мельчают;
  • На листьях раннего возраста – хлороз. На старых – некротические пятна и коричневые жилки.

Картофель

  • Рост нарушается;
  • Ткани растений отмирают;
  • На стеблях растений появляются продолговатые полосы коричневого цвета;
  • На нижних листьях – хлороз, позднее ткани отмирают, приобретают коричневый цвет, а пятна распространяются между жилками листовой пластинки;
  • Пораженные листья опадают, а пятнистость продвигается вверх;
  • Черешки и стебли водянистые и ломкие;
  • Преждевременное засыхание ботвы;
  • Снижение урожайности.
Марганец - Избыток марганца
Избыток марганца


Свекла

  • Листья темно-зеленые;
  • Рост угнетенный;
  • Мраморность листьев;
  • Желтоватые округлые пятна

Содержание марганца в различных соединениях

Основной источник марганца для производства удобрений – оксидные марганцевые руды осадочного происхождения. Их подразделяют, в зависимости от содержания железа и основного вещества, на три класса:

  1. марганцевые – 40 % марганца и менее 10 % железа;
  2. железомарганцевые – 5–40 % марганца и 10–35 % железа;
  3. марганцовистые железные – менее 5 % марганца.

В оксидных рудах соединения марганца плохо растворяются в кислотах. Поэтому наиболее эффективным считается использовать для производства удобрений карбонатные марганцевые руды и промышленные отходы.[2]

Последние должны проходить стадию восстановительного обжига и содержать марганец в форме MnO.[2] Обычно это отходы предприятий марганцево-рудной промышленности, содержащие 10–18 % марганца.[2]

Для создания различных форм удобрений используют, как правило, сульфат и оксид марганца. Эти же формы можно применять и самостоятельно.[2]

Содержание марганца в удобрениях, согласно данным:[2][5]

Удобрение

Содержание, %

Марганизированный суперфосфат

1,0-2,0

Марганизированная нитрофоска

0,9

Марганцевые шламы и шлаки

10 -17

Сернокислый марганец (сульфат марганца)

20

Хлористый марганец

17

Способы применения марганцевых удобрений

Марганизированный суперфосфат

применяется для внесения в почву.

Сернокислый марганец (сульфат марганца)

используется для некорневой подкормки, обработки семян, для внесения в почву.

Хлористый марганец

используется так же, как и сернокислый марганец, для некорневой подкормки, обработки семян, для внесения в почву.

Марганцевые шлаки и шламы

обычно используют для внесения в почву.[2]

Марганизированная нитрофоска

используется для внесения в почву.[6]

Данные в таблице представлены согласно:[2][6]

Марганец - Симптомы недостатка марганца:</p> хлоротичные пятна между жилками
Симптомы недостатка марганца:

хлоротичные пятна между жилками


Эффект от применения марганцевых удобрений

Корнеплоды сахарной свеклы

. Под влиянием марганцевых удобрений повышается урожайность и сахаристость корнеплодов.

Люцерна, клевер, тимофеевка и другие травы

. Усиливается рост и развитие, повышается урожайность.

Картофель, капуста, огурцы, томаты, синие баклажаны

. Значительно повышается урожайность.

Виноград

. На карбонатных почвах со щелочной реакцией и очень малым количеством усвояемых форм марганца применение различных марганцевых удобрений повышает урожайность и улучшает качество ягод.

Плодово-ягодные растения

. Внесение марганца оказывает положительное воздействие на состояние и развитие плодово-ягодных растений. Повышается урожайность и сахаристость ягод, увеличивается содержание витамина С.[1]

Зерновые культуры, силосная кукуруза, хлопчатник

. Применение марганцевых удобрений способствует повышению урожайности.

Удобрения, содержащие Марганец


Показать все удобрения »

Кроме повышения урожайности, применение марганцевых удобрений благотворно влияет на качество сельскохозяйственной продукции. Повышается содержание белка, сахаров, сырого протеина, жиров, клейковины и витаминов.[6]

 

Оставьте свой отзыв:

Составитель:

 

Страница внесена:

Последнее обновление: 22.05.14 16:34

Статья составлена с использованием следующих материалов:

Литературные источники:
1.

Анспок П.И. Микроудобрения: Справочник.– 2-е издание, переработанное и дополненное.– Л.: Агропромиздат. Ленинградское отделение, 1990.– 272 с.

2.

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

3.

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

4.

Каталымов М.В. Микроэлементы и микроудобрения.– М.: Издательство «Химия», 1965.– 332 с.

5.

Краткая химическая энциклопедия, Главный редактор Н.Л. Кнунянц,  Москва, 1964

6.

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).

7.

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

8.

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

9.

Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия / Под редакцией Б.А. Ягодина.– М.: Колос, 2002.– 584 с.: ил (Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений).

Изображения (переработаны):
10.

Manganese deficiency in wheat, by  CIMMYT, по лицензии CC BY-NC-SA

11.

Manganese deficiency, by  R.J. Reynolds Tobacco Company Slide Set, R.J. Reynolds Tobacco Company, Bugwood.org, по лицензии CC BY

12.

Manganese toxicity, by  Mary Ann Hansen, Virginia Polytechnic Institute and State University, Bugwood.org, по лицензии CC BY

13.

Manganese toxicity, by  University of Georgia Plant Pathology Archive, University of Georgia, Bugwood.org, по лицензии CC BY

14.

Nutrient excess or toxicity (general), by  David B. Langston, University of Georgia, Bugwood.org, по лицензии CC BY

15.

Nutrient excess or toxicity (general), by  R.J. Reynolds Tobacco Company Slide Set, R.J. Reynolds Tobacco Company, Bugwood.org, по лицензии CC BY

16.

Rock366 : Day 99 : Manganese Ore, by  Hypocentre's, по лицензии CC BY-NC-SA