Колообіг кальцію, калію, магнію і натрію

Колообіг сірки.

Сірка у ґрунті міститься у формі мінеральних і органічних сполук. У більшості ґрунтів переважають органічні сірковмісні сполуки рослинних і тваринних решток. У торф'яних ґрунтах майже вся сірка входить до складу органічних сполук. Основною мінеральною формою сірки є сульфати кальцію, магнію та натрію.

Загальний вміст сірки у ґрунті в середньому становить 0,005 -0,004 %. Під час розкладання органічних речовин, які містять білок, поряд з іншими сполуками виділяється й сірка у вигляді сірководню H₂S. Сірководень виділяється лише за анаеробних умов.

Сірководень - дуже отруйний газ, що згубно діє як на тваринні, так і на рослині організми. Проте в ґрунті він зазвичай не накопичується, тому що під дією сіркобактерій швидко окиснюється до сірчаної кислоти. Процес відбувається у дві стадії:

2H₂S + О₂ = S₂ + 2Н₂О

S₂ + 2Н₂О +3О₂ = 2H₂SО₄.

Чим пухкіший ґрунт і кращі умови газообміну, тим енергійніше H₂S перетворюється на H₂SО₄. Сірчана кислота, що утворюється, у ґрунті взаємодіє з різними основами з виділенням сульфатів, звідки рослини й отримують елемент - сірку.

В погано аерованих, ущільнених, позбавлених припливу повітря (глейових) ґрунтах процес сульфуризації поступається місцем процесу десульфуризації, за якого особливі анаеробні бактерії відновлюють солі сірчаної кислоти знову до сірководню.

Рослини поглинають сульфат-іони SO₄^2- і відновлюють сірку до елементарного стану. У відновленій формі вона входить до складу амінокислот і білків у вигляді сульфгідрильних і дисульфідних груп.

За нестачі сірки гальмується синтез сірковмісних амінокислот і білків, знижується інтенсивність фотосинтезу і росту рослин, особливо надземних органів, що негативно позначається на їх урожайності.

У біосфері сформувався досить розвинений процес циклічного перетворення сірки та її сполук. Виявлено резервні фонди цього елемента в ґрунті, відкладах та атмосфері. В обмінному фонді сірки основна роль належить мікроорганізмам, за участю яких відбуваються реакції окиснення і відновлення. Колообіг сірки, як і азоту, піддається впливу промислового забруднення повітря оксидами сірки й азоту.

Внаслідок спалювання викопного палива значно збільшується вміст летких оксидів у повітрі, особливо в містах. Їх концентрації вже стають загрозливими для біотичних елементів екосистеми.

Кальцій - один із найбільш поширених елементів осадового циклу. Він виноситься ріками, утворює поклади вапняків, бере участь у процесі горотворення і знову потрапляє в море. Наприклад, кількість фосфору, залученого в колообіг, становить усього 1 % кількості кальцію.

У більшості ґрунтів кальцію міститься багато. Його нестача спостерігається за сильної закисленості або засоленості ґрунту. За ставанням до кальцію рослини бувають кальцієфілами, кальцієфобами і проміжними. Вміст кальцію у дводольних рослинах більший, ніж в одольних, у бобових культурах його в 4 - 5 разів більше, ніж у злакових.

Фізіологічна роль кальцію в рослинах пов'язана з його впливом на обмін вуглеводів і білкових речовин, забезпеченням нормального розвитку кореневої системи, специфічним впливом на колоїди плазми. Потреба в кальції виявляється на різних стадіях розвитку сільськосподарських культур. Мобілізація запасних поживних речовин (крохмалю, білків), перетворення їх на простіші сполуки, які використовуються проростками, можуть сильно пригнічуватись за відсутності кальцію, що загрожує рослинам загибеллю. За нестачі кальцію активується відновлення нітратів до амонію, що може негативно вплинути на всі наступні процеси утворення білкових речовин. Кальцій бере участь у первинних механізмах поглинання іонів клітинами коренів рослин, обмежує надходження інших іонів, усуває токсичність надмірних концентрацій іонів амонію, алюмінію, магнію і заліза, підвищує стійкість рослин до засолення ґрунту, знижує кислотність середовища.

Рослини використовують кальцій з його розчинних солей, які в певних кількостях містяться в ґрунтовому розчині у формі гідрокарбонату, нітрату і хлориду. Вміст кальцію в ґрунті визначає стан ґрунтового вбирного комплексу і реакцію середовища. В умовах вологого клімату з дерново-підзолистих ґрунтів промивного типу солі кальцію значно вимиваються і виносяться ґрунтовими водами, внаслідок чого ґрунт дуже збіднюється на кальцій. Більшість таких ґрунтів потребує докорінного або підтримувального вапнування.

Калій - входить до складу мінералів, часточок колоїдів органічних решток, мінеральних солей. Вміст його у ґрунті в десятки разів більший, ніж азоту і фосфору. У рослинах калій міститься у вигляді солей KCl, КНСО₃, К₂НРО₄ та катіонів. У клітині концентрація калію в сотні разів більша, ніж у навколишньому середовищі, і перевищує концентрацію інших металів. Найбільший його вміст у молодих тканинах рослин: меристемах, бруньках, молодих пагонах. Він може піддаватися повторному використанню (реутилізації). В зв'язку з відтоком калію зі старих листків у молоді в рослинах він знаходиться в мінеральній (іншій) формі.

Фізіологічна роль калію в житті рослин полягає насамперед у підтриманні сприятливих умов життєдіяльності клітини, фізико-хімічних властивостей протоплазми - її оводненості, в'язкості, еластичності. Калій позитивно впливає на морозо- і зимостійкість рослин, а також на стійкість їх до посухи.

Важливу роль калій відіграє у регуляції активності ферментів, пов'язаних із синтезом амінокислот, білків і полісахаридів, а також із реакціями формування стійкості рослин до захворювань. За нестачі калію в клітині збільшується вміст натрію, магнію, кальцію, вільного аміаку, іонів водню, мінеральних фосфатів і зменшується відтік продуктів асиміляції з листків, внаслідок чого знижується продуктивність фотосинтезу. Підживлення рослин калієм з урахуванням його винесення дає високий ефект.

Біохімічний цикл калію включає різноманітні процеси, що відбуваються передусім у земній корі. Внаслідок вивітрювання і кристалохімічних перетворень силікатів вивільнюються іони калію, які відразу ж поглинаються рослинами, що започатковують біологічний колообіг цього елемента. Біогенна міграція калію дуже велика, оскільки в організмах він міститься в іонній формі і практично не утворює сполук з органічними речовинами. Після відмирання організмів калій швидко переходить у середовище і знову активно включається живими речовинами в колообіг.

Магній. Вміст магнію у ґрунті становить від кількох десятих часток відсотка до 3 % і більше. За вмістом у рослинах він посідає четверте місце після калію, азоту і фосфору. Його багато у молодих тканинах, генеративних і запасаючих органах. У зернівках він зосереджений у зародках. Магній досить рухливий елемент, але здатність його до реутилізації нижча, ніж азоту, фосфору та калію. Близько 70 % магнію зв'язано з аніонами органічних і неорганічних кислот.

Магній входить до складу хлорофілу, чим визначається його важлива роль у житті рослин. Він бере участь у вуглеводному обміні, активізації окисно-відновних процесів і діяльності ферментів. Разом з кальцієм магній визначає фізико-хімічний стан протоплазми. З ним пов'язане утворення генеративних органів рослин.

Внесення азотних, фосфорних і калійних добрив не тільки не усуває потребу рослин у магнії, а й посилює її, оскільки для рослин дуже важливі певні співвідношення між окремими елементами живлення.

За нестачі магнію, яка спостерігається в основному на піщаних і підзолистих ґрунтах, у рослинах знижується вміст фосфору, гальмується синтез фосфорорганічних сполук, полісахаридів і білків, накопичуються моносахариди і вільні амінокислоти, порушуються структура і функції пластид.

Натрій у вигляді NaСІ міститься в усіх ґрунтах. Його багато в рослинах-галофітах на засолених ґрунтах. У разі внесення в ґрунт натрій витісняє калій та інші елементи із ґрунтового вбирного комплексу, внаслідок чого вони стають доступними рослинам і сприяють підвищенню врожайності деяких культур, наприклад цукрових буряків.

Дата добавления: 2014-01-06