Медь известна человечеству очень давно. Когда-то из нее даже делали оружие, правда, из-за того, что этот металл очень мягкий, в военном деле он перестал применяться еще в третьем тысячелетии до нашей эры. Сложно сказать, сколько именно названий сменила медь за то огромное количество лет, на протяжении которых ее использует человек, однако последнее имя – Сuprum– было дано ей в честь острова Кипр, где в III в. до н.э. велись интенсивные разработки медных рудников.
Несмотря на то, что на Кипре уже очень давно не ведется добыча этого металла, остров до сих пор известен в качестве месторождения меди. Дело в том, что такие рудники – явление достаточно редкое. Хотя в природе и встречаются медные самородки (самый крупный из добытых весил 420 тонн), основную часть металла добывают из руд и минералов. Кстати, раньше ее получали преимущественно из малахита – того самого, который ныне используется в изготовлении украшений и других декоративных вещиц. Он представляет собой основной карбонат меди, который образуется в карбонатных породах, а также может формироваться на воздухе в присутствии воды и углекислого газа. Пример последнего мы можем наблюдать воочию: оказывается, зеленые крыши домов старой Праги покрыты не яркой краской, а медными листами, на поверхности которых под действием времени образовалась тонкая пленка малахита…
Каждый год по всему миру выплавляется порядка 10 миллионов тонн меди, которая самостоятельно или в составе сплавов используется с самыми разными целями, от изготовления мельхиоровых ложек до производства антисептиков. Медь нужна практически в любой сфере производства, а также в здравоохранении и сельском хозяйстве.[9]
Медная руда
Медная руда
Порода, содержащая медь.
Использовано изображение:[11]
Физические и химические свойства
Медь (Cuprum) Cu – химический элемент I группы побочной подгруппы периодической системы Менделеева. Атомный номер – 29. Атомная масса – 63,54. Природная медь состоит из смеси двух стабильных изотопов с массовым числом 63 (69,1 %) и 65 (30,9 %)
Медь – металл красного, в изломе розового цвета. При просвечивании в тонких слоях заметен зеленовато-голубой оттенок. Температура плавления – 1083°C, температура кипения – 2600°C.
В химическом отношении медь является промежуточным элементом между элементами первой плеяды VIII и щелочными металлами I группы химической системы Менделеева. Так же, как железо, кобальт и никель, она склонна к комплексообразованию, образует окрашенные соединения, нерастворимые сульфиды и др. Сходство по химическим свойствам с элементами главной подгруппы первой группы незначительно.
В химических соединениях медь обычно присутствует в двухвалентном состоянии, но известны вещества, в которых медь трехвалентна.[5]
Содержание меди в почве и стран СНГ. Общее количество и подвижные формы (для некоторых типов), (мг/кг), согласно данным:[4]
|
Почвы |
Общее среднее содержание меди
(подвижные формы) |
Пределы колебаний общего среднего содержания меди |
Почвы тундры |
9 |
2 - 23 |
Дерново– подзолистые |
15
(1 - 5,4) |
0,1 – 47,9 |
Серые лесные |
15
(6,6 - 7,8) |
5 – 39 |
Черноземы |
30
(4,1 - 6,5) |
7 – 18 |
Каштановые |
10 |
0,6 – 20 |
Сероземы |
11 |
5 - 20 |
Засоленные |
27 |
4 - 42 |
Красноземы и желтоземы |
76
(7,4) |
27 - 140 |
Болотные |
11 |
2 - 37 |
Торфяник верховой |
3 |
1 - 5 |
Дерново-карбонатные Прибалтики |
5 |
1,2 – 18,5 |
Содержание в природе
В земной коре содержится 0,01 % меди. Распространение в природе сравнительно низкое. Встречается в свободном состоянии в виде самородков, иногда очень значительных размеров. Но руды самородной меди распространены сравнительно мало – их не более 5 % от общей добычи в мире.
Медь – один из элементов, образующих халькосферу, которая располагается между литосферой и земным ядром. В связи с выдавливанием халькофилов в литосферу вследствие магматических и гидротермальных процессов подавляющая часть меди (около 80 %) присутствует в земной коре в соединениях с серой, 15 % меди – в виде кислородных соединений: окислов, карбонатов, силикатов и прочих. Данные соединения являются продуктами выветривания первичных сульфидных медных руд.
Медь образует до 240 различных минералов, но только около 40 из них имеют промышленное значение.
Важнейшие для промышленности минералы – халькопирит (медный колчедан), халькозин (медный блеск), ковеллин, борнит, малахит, азурит, хризаколла, брошантит. Обычны арсениды, антимониды и сульфоарсениды меди.[5]
Повышенное содержание меди свойственно средним и основным горным породам, а пониженное – карбонатным. Наибольшее распространение имеют простые и сложные сульфиды (первичные минералы). Они довольно легко растворяются при выветривании и высвобождают ионы меди. Кроме того, катионы меди обладают разнообразными свойствами и склонны к химическому взаимодействию с органическими и минеральными веществами. Они легко осаждаются различными анионами: сульфидом, карбонатом, гидроксидом. По этой причине медь в почвах относительно малоподвижна, и ее суммарное содержание в почвенных профилях варьирует незначительно.[3]
Начальным состоянием распределения меди в почвах управляют два фактора: процессы почвообразования и материнская порода. Обычной чертой распределения меди в почвенном профиле является ее аккумуляция в верхних слоях. Это отражает ее биоаккумуляцию и влияние антропогенных факторов.[3]
следующие формы меди: обменные (поглощенные органическими и минеральными коллоидами), водорастворимые, труднорастворимые медные соли, медьсодержащие минералы, комплексные органические соединения. Подвижность меди и доступность растениям зависит от комплексообразования и адсорбции. Ионы меди способны адсорбировать практически все минералы почвы. Адсорбция зависит от заряда поверхности адсорбента, контролируемого величиной кислотности среды. Растворимость катионных и анионных форм меди понижается при pH 7–8.
Ключевая реакция содержания меди в почве – комплексообразование с органическими соединениями. Гуминовые вещества образуют с медью растворимые и нерастворимые соединения.
Наиболее доступны для растений обменносорбированные и водорастворимые соединения меди.[2]
Содержание меди в различных типах почв
Содержание меди в почвах стран СНГ колеблется в достаточно широких пределах – от 1 до 100 мг/кг и выше.
Потребность с/х культур в меди и симптомы недостатка, согласно данным:[10][8]
|
Культура |
П |
Симптомы недостатка |
Общие симптомы |
|
Потеря тургора листьев, хлороз;
Тормозится рост, нарушается образование репродуктивных и запасающих органов, происходит закручивание листьев |
Зерновые |
Общие симптомы |
|
Рост заторможен, растения светло-зеленые, верхние листья сухие, скрученные;
Колосья и метелки недоразвиты;
Цветки стерильные, кончики листьев белеют |
Озимая пшеница |
В |
|
Озимая рожь |
- |
|
Яровая пшеница |
В |
|
Яровая рожь |
С |
|
Ячмень |
В |
|
Овес |
В |
|
Зернобобовые |
Горох |
Н |
|
Бобы |
С |
|
Масличные |
Озимый рапс |
- |
|
Яровой рапс |
- |
|
Лен |
В |
Укороченные междоузлия, розеточность листьев, склонность к полеганию |
подсолнечник |
В |
Соцветие мелкое, искривленное, листья верхнего яруса бледные |
Овощные |
Капуста цветная |
С |
|
Огурец |
С |
Становится карликовым, ткани теряют тургор, растения вянут;
Белеют кончики молодых листьев;
Опадают завязи и цветки;
Задерживается стеблевание;
Слабо образуются семена |
Морковь |
В |
Верхние 3-5 листьев становятся мелкими, сине-зеленого цвета;
Хлороз отсутствует;
Цветки недоразвиты;
Завязи осыпаются;
Побеги слабые;
Развитие корней слабое |
Редис |
С |
|
Редька |
С |
|
Томат |
С |
|
Капуста белокочанная |
С |
|
Лук |
В |
Угнетается рост и развитие;
Плотность чешуй понижается;
Цвет бледно-желтый |
Салат |
В |
Листья уродливой формы, беловатой окраски, слабо растут |
Пропашные |
Картофель |
- |
|
Свекла сахарная, кормовая, столовая |
С |
|
Кормовые |
Клевер луговой |
С |
|
Люцерна |
В |
|
Кукуруза на силос и зеленую массу |
С |
|
Плодовые |
Общие симптомы |
|
На верхних листьях побегов – хлороз тканей между жилками.
Лист беловатый. С усилением - побеги растут сплющенными, темно-зелеными с маленькими листьями, листья опадают
Образуется суховершинность, цветение и завязывание плодов прекращается, плоды мельчают, качество их ухудшается |
Слива |
В |
Молодые листья желтеют, ранний листопад, кора растрескивается, натеки камеди, слабое плодоношение |
Яблоня |
В |
Кончики побегов увядают, ведьмины метлы, опадают верхние листья |
Цитрусовые |
| Общие симптомы |
В |
Плодоношение отсутствует |
Очень высоко содержание меди в почвах, образовавшихся на богатых медью породах и в районах концентрации медных месторождений. Значительное обогащение почв медью отмечается при частой обработке растений инсектофунгицидами с содержанием меди.[4]
Содержание данного элемента в почве непосредственно связано с его содержанием в почвообразующих породах:
– содержат больше всего меди.
– несколько меньше, чем базальты.
– низкое содержание меди.
– особенно бедны медью
– самые богатые медью среди осадочных пород.
[4]
Общее содержание меди различается в зависимости от типа почв:
– наиболее богатые медью.
так же богаты медью, но здесь ее меньше, чем в красноземах.
почвы – содержат более низкие концентрации данного металла.
типы почв прибалтийских районов – самые бедные по общему содержанию меди.
– так же бедны медью, как и предыдущие типы почв.
[4]
и некоторые
минеральные почвы песчаного и супесчаного механического состава содержат количество меди, не способное обеспечить нормальный уровень питания растений данным элементом. При этом надо отметить, что торфянисто-болотные почвы значительно различаются по содержанию меди.
[4]
. Для сельского хозяйства важно не только общее содержание меди в почве, но и форма нахождения и степень доступности растениям. Формы меди подразделяются на четыре группы:
- медь в кристаллической решетке первичных и вторичных минералов;
- медь в соединениях с органическим веществом почвы;
- медь в поглощенном состоянии на поверхности коллоидных частиц почвы;
- водорастворимые формы меди.
Содержание водорастворимых соединений обычно мало и составляет менее 1 % от общего ее количества. При этом, они представлены как минеральными, так и органическими кислотами. Водорастворимые соединения меди подвержены вымыванию из почв. Это значимо для супесчаных и песчаных почв с малой емкостью поглощения.
Кроме водорастворимых соединений, легко усваиваемыми формами соединений меди являются обменно-сорбированные. Медь поглощается органическими и минеральными коллоидами и глинистыми минералами почв.
Содержание доступной для растений меди в почвах колеблется от 1,1 до 7,8 мг/г.[3]
Роль в растении
Биохимические функции
Формы нахождения и поведения меди в растениях делятся на шесть групп:
- Медь присутствует в комплексных соединениях с протеинами и низкомолекулярными органическими веществами.
- Медь обнаруживается в составе энзимов – жизненно важных для растений веществ с неисследованными функциями.
- Медь играет немаловажную роль в процессах дыхания, фотосинтеза, перераспределения углеводов, фиксации и восстановления азота, метаболизма клеточных стенок и протеинов.
- Медь влияет на проницаемость сосудов ксилемы для воды и контролирует баланс влаги.
- Медь контролирует образование ДНР и РНК.
- Медь оказывает значительное влияние на механизмы устойчивости к различным заболеваниям. Однако при избытке или повышенном содержании меди в растениях они становятся менее устойчивы к некоторым заболеваниям.[3]
По биохимическим свойствам и функциям медь схожа с железом и способна как образовывать стабильные комплексы, так и изменять валентность с двухвалентной на одновалентную. Одновалентная медь нестабильна, в отличие от двухвалентной. Вопрос о том, в какой форме – Cu (II) или Cu (III) – медь поглощается растениями, в настоящее время остается открытым. До 99 % меди в растениях присутствует в виде комплексных форм, а концентрация свободных одно- и двухвалентных ионов предельно низка. Для меди характерно большее сродство к аминокислотам, чем к органическим кислотам, и средняя мобильность во флоэме.
Большинство функций меди в растениях связано с ее непосредственным участием в ферментативных окислительно-восстановительных реакциях. Существует несколько важнейших Cu-ферментов:
- Пластоцианин. Участвует в процессе фотосинтеза. Свыше 50 % меди в хлоропластах связано с пластоцианином. На 1000 молекул хлорофилла приходится три-четыре молекулы этого вещества.
- Цитохлоромоксидаза – оксидаза митохондриальной ЭТЦ. Включает в себя два атома меди и два атома железа в гемовой конфигурации. Атомы меди взаимодействуют с молекулой кислорода, при условии недостатка меди активность фермента снижается.
- Полифенолоксидаза. Отвечает за перенос фенолов на молекулярный кислород. Фермент участвует в биосинтезе лигнина, алкалоидов, меланина. Эти вещества ингибируют прорастание спор и рост грибов. При недостатке меди снижается активность фермента.
- Супероксиддисмутаза – изофермент. Играет важную роль в детоксикации супероксидного радикала, образуемого в процессе фотосинтеза. Изофермент присутствует в цитозоле, митохондриях, глиоксисомах, хлоропластах.
- Аскорбатоксидаза. Катализирует окисление аскорбиновой кислоты до дегидроаскорбиновой. Содержит до пяти атомов меди на молекулу. Локализуется в клеточных стенках и цитоплазме. При недостатке меди активность фермента снижается. Используется как показатель оценки обеспеченности растений медью.
- Диаминоксидаза. Катализирует деградацию путресцина. Локализован в апопласте эпидермиса и ксилемы зрелых тканей. В условиях дефицита меди активность фермента снижается.[2]
Недостаток (дефицит) меди в растениях
Болезнь, вызываемая недостатком меди, называется белокосицей, белой чумой или болезнью обработки.[8] Дефицит меди провоцирует задержку роста, хлороз, потерю тургора и, как следствие, увядание растений, а также задержку цветения и гибель урожая. У злаков при острой нехватке меди белеют кончики листьев и не развивается колос. Плодовые страдают суховершинностью.[10]
Дефицит меди, как правило, возникает у растений на кислых песчаных и торфянистых почвах. Критический уровень недостатка меди наблюдается при содержании меди в вегетативных частях растений 1–5 мг/кг сухой массы. Типичные анатомические нарушения, возникающие вследствие дефицита меди, непосредственно связаны с нарушением лигнификации клеточных стенок. В наибольшей степени это проявляется в склеренхиме клеток стеблей. Это явление может наблюдаться даже при незначительном снижении уровня меди и может быть использовано с целью диагностики.
При недостатке меди отмечается снижение активности медьсодержащих ферментов, участвующих в процессах дыхания и фотосинтеза. Как следствие, в растениях снижается уровень растворимых углеродов. При низком их содержании нарушается формирование пыльцы, что приводит к снижению фертильности, а у бобовых подавляется азотофиксация. Недостаток меди больше влияет на развитие семян, зерен, чем на рост вегетативной массы. Таким образом, для нормального образования и функционирования генеративных органов растениям требуется гораздо больше меди, чем для формирования вегетативных частей растения.
Вызванные недостатком меди нарушения процессов фотосинтеза и дыхания отражаются на энергетическом обмене растения, что провоцирует каскад вторичных физиологических эффектов.[2]
Растения испытывают недостаток меди, а почвы считаются бедными по содержанию данного элемента при содержании меди в почвах Нечерноземья менее 1,5–2,0 мг/кг почвы, а в Черноземье – менее 2,0–5,0 мг.[10]
Избыток меди
При избытке меди наблюдается проявление симптомов отравления растений (фитотоксичность). Это хлороз молодых листьев, при этом, жилки остаются зелеными; хлороз нижних листьев. Последний сопровождается появлением коричневой пятнистости и опадением листьев.[8]
Содержание меди в различных соединениях
Источниками промышленного получения медьсодержащих удобрений являются различные медные руды. По минералогическому составу они делятся на три категории: самородные, окисленные и сульфидные. Основной сопутствующий минерал сплошных сульфидных руд – пирит. Содержание меди в рудах колеблется от 0,7 до 3 %. Медные руды – комплексное сырье. В зависимости от основного спутника меди, подразделяются на медноцинковые, медноникелевые, медномолибденовые и меднокобальтовые. Кроме того, медные руды содержат серу, селен, золото, серебро, платину и многие другие элементы.[5]
Значительное количество меди и ее соединений может быть получено при переработке вторичных цветных металлов.[2]
Недостаток меди
Недостаток меди
Симптомы недостатка меди у пшеницы: срученность верхушек листев.
Использовано изображение:[12]
Эффект от применения медьсодержащих удобрений
Эффективность применения медьсодержащих удобрений зависит от вида растения и типа почвы.
на осушенных болотных и других почвах. Медные удобрения высокоэффективны, способствуют повышению урожайности и улучшению качества продукции.
[1] Опытным путем установлено, что внесение медных удобрений повышает урожай пшеницы на 2–5 ц/га, ячменя – на 2–3 ц/га, овса – на 4–6 ц/га, зеленой массы кукурузы – на 21 %, а початков – на 9–13 %.
[6]
на дерново-подзолистой почве. Внесение медных удобрений приводит к повышению урожайности на 43–45 %. Та же культура при внесении Сu на дерново-карбонатных почвах с достаточным содержанием подвижной меди прибавки в урожае не дает.
. После внесения медных удобрений повышается урожайность зеленой массы, улучшается кормовое качество трав.
на дерново-подзолистых почвах.Внесение меди при определенных условиях способствует не только увеличению урожайности и улучшению качества корнеплодов, но и повышает сопротивляемость растения к фитофторозу и черной ножке.
Оставьте свой отзыв:
Отзывы:
Комментарии для сайта Cackle