Агрохимикаты
Содержание:
- Физические и химические свойства
- Содержание в природе
- В минералах
- Распределение марганца
- В почвах
- Содержание в различных типах почв
- Лугово-лесные и бурые горно-лесные почвы
- Торфяные почвы
- Дерново-подзолистые почвы, желтоземы, красноземы
- Карбонатный чернозем, серозем
- Роль в растении
- Биохимические функции
- Недостаток (дефицит) марганца в растениях
- Избыток марганца
- Фитотоксичность
- Общие симптомы избытка марганца
- Огурец
- Томат
- Картофель
- Свекла
- Содержание марганца в различных соединениях
- Способы применения марганцевых удобрений
- Марганизированный суперфосфат
- Сернокислый марганец (сульфат марганца)
- Хлористый марганец
- Марганцевые шлаки и шламы
- Марганизированная нитрофоска
- Эффект от применения марганцевых удобрений
- Корнеплоды сахарной свеклы
- Люцерна, клевер, тимофеевка и другие травы
- Картофель, капуста, огурцы, томаты, синие баклажаны
- Виноград
- Плодово-ягодные растения
- Зерновые культуры, силосная кукуруза, хлопчатник
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.
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.
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.
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.
| Содержание общего и подвижного марганца (в мг/кг) в почвах стран СНГ, согласно данным: | ||
| 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.
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.
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: | ||
| 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.
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.
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.
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.
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.
При остром недостатке марганца может наблюдаться полное отсутствие плодоношения у капусты, редиса, гороха, томата и других культур. Марганец способствует ускорению общего развития растений.
Данные в таблице представлены согласно:
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.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.
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:
- марганцевые – 40 % марганца и менее 10 % железа;
- железомарганцевые – 5–40 % марганца и 10–35 % железа;
- 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.
Последние должны проходить стадию восстановительного обжига и содержать марганец в форме MnO. Обычно это отходы предприятий марганцево-рудной промышленности, содержащие 10–18 % марганца.
Для создания различных форм удобрений используют, как правило, сульфат и оксид марганца. Эти же формы можно применять и самостоятельно.
| Содержание марганца в удобрениях, согласно данным: | |
| 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.Марганизированная нитрофоска
используется для внесения в почву.Данные в таблице представлены согласно:
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.Зерновые культуры, силосная кукуруза, хлопчатник
. Применение марганцевых удобрений способствует повышению урожайности.Кроме повышения урожайности, применение марганцевых удобрений благотворно влияет на качество сельскохозяйственной продукции. Повышается содержание белка, сахаров, сырого протеина, жиров, клейковины и витаминов.