роль марганца в жизни растений

Марганец

Подробнее при переходе по ссылке

Подробнее при переходе по ссылке

Подробнее при переходе по ссылке

Агрохимикаты

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.

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

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.

(60-1700)Подзолистые глинистые1270

(60-1700)Болотные330

(190-640)Серые лесные1000

(115-1360)Черноземы840

(54-2100)Каштановые960

(210-640)Засоленные730

(130-840)Сероземы790

(310-3800)—Красноземы1440

(200-4000)Горные1170

Распределение марганца

В почвах

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

Торфяные почвы

Дерново-подзолистые почвы, желтоземы, красноземы

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

Рост задерживается, но верхняя почка не отмирает.ЗерновыеОзимая пшеницаВОзимая рожьСЯровая пшеницаВЯровая рожьСЯчменьСОвесВЗернобобовыеГорохВБобыНЛюпинНМасличныеОзимый рапсВЯровой рапсВГорчицаНЛенНОвощныеКапуста цветнаяСОгурецВМолодые листья светло-зеленые с желтоватой каемкой.

На пластинке некрозные пятна в виде небольших точек.

Позднее хлорозом охватывается вся поверхность: жилки зеленые, четко выражен мраморный налетМорковьСРедисВРедькаВТоматСЖелтеют листья среднего яруса и пластинки наиболее удаленных от главной жилки участков листа.

Обесцвеченные участки буреют и отмирают.

Задержка роста растения.Капуста белокочаннаяСЛукВПропашныеКартофельСЛистья на верхушке стебля между жилками желтовато-зеленые, с большим количеством пятнышек коричневого цвета. Поверхность листа неровная: хлорозные пятна выпячиваются вверх.Свекла сахарная, кормовая, столоваяВЛистья темно-красные,

Рост растения задерживаетсяКормовыеКлевер луговойСЛюцернаСЛюпинНКукуруза на силос и зеленую массуС

Карбонатный чернозем, серозем

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 – способность пестицидов или друхих веществ оказывать токсическое (отравляющее) воздействие на растения.

Подробнее при переходе по ссылке

Общие симптомы избытка марганца

Огурец

Томат

Картофель

Свекла

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:

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.

Способы применения марганцевых удобрений

Марганизированный суперфосфат

Сернокислый марганец (сульфат марганца)

Подробнее при переходе по ссылке

Подробнее при переходе по ссылке

Хлористый марганец

Подробнее при переходе по ссылке

Подробнее при переходе по ссылке

Марганцевые шлаки и шламы

Марганизированная нитрофоска

Данные в таблице представлены согласно:

хлоротичные пятна между жилками «/> Симптомы недостатка марганца:

Источник

Сельское хозяйство | UniversityAgro.ru

Агрономия, земледелие, сельское хозяйство

Популярные статьи

Приложения для Android

Марганцевые удобрения

Марганец в жизни растений

Наличие марганца в растительных организмах было открыто в 1872 г., длительное время считался не нужным для питания растений. К.К. Гедройц установил, что марганец действует лучше на известковом фоне. Необходимость марганца для жизни растений отмечал Ф.В. Чириков.

Повышенные требования к достаточному содержанию доступных форм марганца в почве предъявляют злаки, свекла, кормовые корнеплоды, картофель. С урожаем различных сельскохозяйственных культур с 1 га выносится 1000-4500 г марганца.

Таблица. Содержание в растениях марганца и его вынос с урожаем сельскохозяйственных культур на различных почвах (по Каталымову)

Марганец — незаменимый элемент для всех растений. Среднее его содержание в растениях составляет 0,001%, или 10 мг на 1 кг массы. В основном сосредоточен в листьях и хлоропластах.

Марганец является металлом с высоким окислительно-восстановительным потенциалом и может участвовать в реакциях биологического окисления.

Установлено участие марганца в фотосинтезе: после добавления марганца растениям, испытывавшим его дефицит, восстановление скорости фотосинтеза отмечалось через 20 минут. Марганец участвует в системе выделения кислорода при фотосинтезе и в восстановительных реакциях фотосинтеза. Увеличивает содержание сахаров, хлорофилла и его связи с белком, улучшает отток сахаров, усиливает интенсивность дыхания.

Марганец входит в состав гидроксиламинредуктазы, осуществляющей восстановление гидроксиламина до аммиака, а также в ассимиляционный фермент, восстанавливающий диоксид углерода при фотосинтезе. Участвует в активации многих реакций, в том числе превращения ди- и трикарбоновых кислот в процессе дыхания. Предполагается, что марганец входит в состав фермента, синтезирующего аскорбиновую кислоту, а также малатдегидрогеназы, изоцитратдегидрогеназы, гидроксиламинредуктазы, глутаминтрансферазы, ферредоксина. В настоящее время известно примерно 30 металлоферментных комплексов, активируемых марганцем.

Марганец участвует в механизме действия индолилуксусной кислоты на рост клеток. Показана необходимость марганца в качестве кофактора ауксиноксидазы для энзиматического разрушения индолилуксусной кислоты. Кальций и марганец способствуют избирательному поглощению ионов из внешней среды. При исключении марганца из питательной среды в тканях растений отмечается повышение концентрации основных элементов минерального питания, нарушается их соотношение в питательном балансе. Имеются сведения о влиянии марганца на передвижение фосфора из стареющих нижних листьев к верхним и к репродуктивным органам. Повышает водоудерживающую способность тканей, снижает транспирацию, влияет на плодоношение растений.

При остром дефиците марганца отмечены случаи отсутствия плодоношения у редиса, капусты, томата, гороха и других культур. Марганец способствует и ускоряет развитие растений. При недостатке наблюдаются хлорозы, серая пятнистость злаков, пятнистая желтуха сахарной свеклы.

Марганцевые удобрения повышают урожайность сахарной свёклы в среднем на 0,9-1,6 т/га, увеличивают сахаристость корней на 0,1-0,6%, урожайность зерновых культур — в среднем на 0,15-0,35 т/га, силосной массы кукурузы с початками молочновосковой спелости — на 4,0-7,0 т/га, картофеля — на 2,5-3,5 т/га, томатов — на 3-4 т/га, а также хлопчатника, овощных, плодово-ягодных культур. Повышается содержание белка, сахаров, сырого протеина, клейковины, жиров и витаминов.

Содержание марганца в почве

Известь и щелочные формы удобрений уменьшают подвижность марганца и его поступление в растения. Дерново-подзолистые почвы, как правило, содержат наибольшее количество марганца. От дефицита марганца особенно страдают сахарная, кормовая и столовая свекла, пшеница, кукуруза на зерно, ячмень, люцерна, овощные и плодовые культуры.

В результате высокого содержания марганца в почве его количество в почвенном растворе может достигать 2200 мкг/л с образованием комплексов с фульвокислотами. При близкой к нейтральной реакции почвенного раствора растения могут испытывать недостаток марганца из-за перехода в труднорастворимые соединения. В практике для предотвращения связывания ионов металлов почвой и улучшения их доступности растениями применяют хелаты марганца и железа, которые вносят с поливной водой и при некорневых подкормках.

Хелаты микроэлементов широко используются. Например, в Швеции некорневые подкормки сахарной свеклы проводят хелатом с содержанием 6 % марганца, в качестве лиганда используется ЭДТА. В опытах, проведенных в Великобритании, обработка посевов яровой пшеницы повысила урожайность с 2,8 до 4,7 т/га.

Марганцевые удобрения применяются на Украине. Положительный эффект от их применения отмечается на черноземах, карбонатных, солонцеватых и каштановых почвах с низким содержанием доступного для растений марганца. На почвах Нечерноземной зоны марганец эффективен при его содержании 25-55 мг/кг почвы, Черноземной — 40-60 кг/кг почвы, на сероземах — 10-50 мг на 1 кг почвы.

Марганцевые удобрения вносят на серых лесных почвах, слабовыщелоченных черноземах, солонцеватых и каштановых почвах под овес, пшеницу, кормовые корнеплоды, картофель, сахарную свеклу, кукурузу, люцерну, подсолнечник, плодово-ягодные, цитрусовые и овощные культуры.

К числу почв, нуждающихся в использовании марганцевых удобрений, относятся карбонатные черноземы, каштановые и бурые полупустынные почвы Поволжья, Северного Кавказа, Урала и Западной Сибири. На северных дерново-подзолистых почвах эти удобрения чаще всего не дают положительного эффекта, в некоторых случаях отрицательно влияют на растения.

К.К. Гедройц и О.К. Кедров-Зихман указывали на положительное действие марганца на известкованных почвах. Марганцевые удобрения не всегда положительно действуют на различных почвах юга европейской части России. Вероятно, на применение этих удобрений следует обращать внимание на щелочных, нейтральных и карбонатных почвах, легких по гранулометрическому составу.

Источник

Микроэлементы. Марганец

Физиологическая роль микроэлемента. Марганец (Мn) – элемент, жизненно необходимый всем живым организмам. В среднем количество его в растениях составляет 0,001%. Он необходим для нормального протекания фотосинтеза, способствуя увеличению количества хлорофилла в листьях, синтезу сахаров и аскорбиновой кислоты (витамин С). Марганец участвует в окислительно-восстановительных реакциях, активизируя более 35 ферментов, регулирует водный режим, повышает устойчивость к неблагоприятным факторам, а также влияет на плодоношение растений и способствует их активному развитию. Он способен быстро поглощаться и перемещаться в растениях. Кроме этого марганец регулирует поступление других микроэлементов, оказывает влияние на перемещение фосфора из более старых частей растения к молодым.

Симптомы дефицита. При недостатке марганца в растениях нарушается соотношение элементов минерального питания, что приводит к точечному хлорозу. На листьях культур появляются мелкие желтые пятна, которые со временем образуют отмершие зоны. Злаки, испытывающие дефицит марганца, поражаются серой пятнистостью. Овощные культуры (шпинат, свекла) страдают от пятнистой желтухи, а у бобовых (горох) на семенах образуются черные и коричневые пятна, – т.н. болотная пятнистость. У многих культур острая нехватка этого микроэлемента может привести к полному отсутствию плодоношения.

Наиболее чувствительны к недостатку марганца такие растения как овес, ячмень, свекла, фасоль, горох, томат, яблоня, персик, роза и зеленые культуры. Марганцевая недостаточность обостряется при низких температурах и высокой влажности. В связи с этим ранней весной озимые больше всего страдают от дефицита этого элемента. Критический уровень марганцевой недостаточности для большинства растений составляет 10 – 25 мг/кг сухой массы. А оптимальное количество марганца в сельскохозяйственных культурах находится в пределах 40 – 70 мг/кг сухой массы.

Симптомы избыточного содержания. В то же время уровень токсичных концентраций этого микроэлемента более изменчив. Особенно избыток марганца ощутим на кислых почвах. Для большинства растений критичным показателем является содержание микроэлемента, близкое к 500 мг/кг сухой массы. Токсичное воздействие избыточного количества марганца приводит к «выгоранию посевов» у зерновых культур. Также передозировка этого элемента способствует уменьшению количества хлорофилла, что проявляется в возникновении хлороза на старых листьях, появлении бурых некротичных пятен, в результате чего они скручиваются и опадают. Помогает предотвратить последствия избытка марганца обеспеченность растений кремнием. а молибден способен устранить его токсичное воздействие.

Содержание марганца в различных типах почв. Одно из основных мероприятий, позволяющих предотвратить возникновение дефицита марганца в растениях – правильное определение рН почвы и профилактические меры по обеспечению оптимального кислотно-щелочного баланса. Так, на луговых и песчаных пахотных землях рекомендуется провести легкое известкование. На кальцийсодержащих или сильно известкованных грунтах увеличить подвижность марганца и доступность его для растений можно путем применения физиологически кислых минеральных удобрений. В хорошо дренируемых почвах растворимость марганца возрастает с увеличением их кислотности. Но поскольку марганец легко входит в органические соединения, это увеличивает его растворимость и в щелочной среде. Наиболее высокое содержание этого микроэлемента характерно для почв, богатых железом, органическими веществами, а также для аридных почв.

Марганец накапливается в верхних слоях почв как составляющая органических веществ. Наибольшее количество элемента содержится в кислых затапливаемых грунтах. Недостаток его наблюдается чаще всего на нейтральных почвах с высоким содержанием гумуса, богатых кальцием и активными микроорганизмами. Большинство почв содержит достаточное количество марганца в доступной растениям форме, и регулярное внесение марганцевых удобрений не требуется.

Применение марганцевых удобрений. Потребность растений в марганцевых удобрениях обычно наблюдается при рН 5,8 и более. В менее щелочной среде этот микроэлемент содержится в достаточных для растений количествах. Перспективно применение марганцевых удобрений при содержании его 20 – 25 мг/кг (для неплодородных почв), 40 – 60 мг/кг (для черноземов), 10 – 50 мг/кг (для сероземов). В первую очередь марганцевые удобрения следует вносить под пшеницу, кормовые корнеплоды, картофель, подсолнечник, плодово-ягодные и овощные культуры.

В качестве марганцевых удобрений чаще всего используют водорастворимые соли марганца: сернокислый марганец (норма внесения в грунт 5 – 6 г/м 2 ) и марганцовокислый калий (норма внесения в грунт 2 – 3 г/м 2 ). Известны также марганцевый шлам (0,5 – 2,0 ц/га), марганизированный суперфосфат (1,5 – 2 ц/га) и различные отходы промышленности.

Один из способов использования марганца – предпосевная обработка семян (опудривание). С этой целью используют смесь сернокислого марганца (50 – 100 г) с тальком (300 – 400 г), которой обрабатывают 100 кг семян. Более современный метод – замачивание семян зерновых культур (пшеницы) в растворе сульфата марганца (до 0,2 %) на 12 часов. Эта операция позволяет улучшить рост и развитие растений, а в результате повысить урожайность и содержание марганца в зерне.

Другой метод применения марганцевых удобрений – внесение их в почву. Доза внесения марганца составляет 2,5 кг/га, а доза сульфата марганца – 5 – 15 кг/га. При внесении в почву хелаты марганца теряют свою эффективность в результате быстрого замещения марганца в них железом, что может привести к возникновению дефицита марганца. Жидкие хелаты этого микроэлемента успешно применяются в гидропонике.

Сернокислый марганец используют во внекормовых подкормках (норма расхода для сельскохозяйственных растений 200 г/га, а для плодовых культур 600 – 1000 г/га). Для повышения его доступности готовят водный раствор (0,01 – 0,5 %), которым затем поливают или опрыскивают растения.

Источник