Агрохимикаты, статья из раздела: Питательные элементы
По-английски |
Manganese |
|
|
|
|
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. |
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 – 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]
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]
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) |
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 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.
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 |
|
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]
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]
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]
Основной источник марганца для производства удобрений – оксидные марганцевые руды осадочного происхождения. Их подразделяют, в зависимости от содержания железа и основного вещества, на три класса:
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]
Кроме повышения урожайности, применение марганцевых удобрений благотворно влияет на качество сельскохозяйственной продукции. Повышается содержание белка, сахаров, сырого протеина, жиров, клейковины и витаминов.[6]
Составитель: Григоровская П.И.
Страница внесена: 05.12.13 01:15
Последнее обновление: 22.05.14 16:34
Анспок П.И. Микроудобрения: Справочник.– 2-е издание, переработанное и дополненное.– Л.: Агропромиздат. Ленинградское отделение, 1990.– 272 с.
Битюцкий Н.П. Микроэлементы и растение. Учебное пособие. – СПб.: Издательство Санкт-петербургского университета, 1999. – 232 с.
Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях: Перевод с англиского.– М.: Мир, 1989.– 439 с., ил.
Каталымов М.В. Микроэлементы и микроудобрения.– М.: Издательство «Химия», 1965.– 332 с.
Краткая химическая энциклопедия, Главный редактор Н.Л. Кнунянц, Москва, 1964
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).
Петров Б.А., Селиверстов Н.Ф. Минеральное питание растений. Справочное пособие для студентов и огородников. Екатеринбург, 1998. 79 с.
Энциклопедия для детей. Том 17. Химия. / Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта +, 2000. – 640 с., ил.
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).
Manganese deficiency in wheat, by CIMMYT, по лицензии CC BY-NC-SA
Manganese deficiency, by R.J. Reynolds Tobacco Company Slide Set, R.J. Reynolds Tobacco Company, Bugwood.org, по лицензии CC BY
Manganese toxicity, by Mary Ann Hansen, Virginia Polytechnic Institute and State University, Bugwood.org, по лицензии CC BY
Manganese toxicity, by University of Georgia Plant Pathology Archive, University of Georgia, Bugwood.org, по лицензии CC BY
Nutrient excess or toxicity (general), by David B. Langston, University of Georgia, Bugwood.org, по лицензии CC BY
Nutrient excess or toxicity (general), by R.J. Reynolds Tobacco Company Slide Set, R.J. Reynolds Tobacco Company, Bugwood.org, по лицензии CC BY
Rock366 : Day 99 : Manganese Ore, by Hypocentre's, по лицензии CC BY-NC-SA
Оставьте свой отзыв:
Отзывы:
Комментарии для сайта Cackle