Редкие и рассеянные элементы содержащиеся в почвах
14-02-2016, 21:20
Болотные почвы нашей северной тундры бедны В, но концентрируют J и Br. Подзолистые почвы бедны В, J, Br, теряют Sr и тяжелые металлы (Cu и др.). То же еще более ярко проявляется при красноземном процессе в наших субтропиках. При этом труднорастворимые соединения TiO2, ThO, ZrO2, BaSO4 накапливаются в горизонте выноса. Черноземные почвы аккумулируют J, Br (весьма вероятно Al и возможно Se). Тяжелые металлы фиксируются органическими коллоидами почв (Виноградов).
Все более выясняется важная физиологическая роль микро- и ультрамикроэлементов. Ряд из них входит в состав витаминов: B12 — кобальт, D — фтор и йод, А — железо, B1 — медь и марганец и т. д. Многие элементы (Al, J, F, Zn, Co, С, V, Mn и др.) производят активизирующее или тормозящее действие на деятельность отдельных ферментов, гормонов, витаминов. Некоторые элементы (Zn, Mn, Co, F, Br, J и др.) концентрируются в эндокринных железах. Резкие отклонения от обычной нормы содержания ряда элементов в растениях и в связи с этим в продуктах питания (относительный их избыток или недостаток) нарушают нормальный обмен веществ у человека и животных. Специфические заболевания растений, животных и человека, вызванные недостатком или, напротив, избытком некоторых элементов в почве, охватывают довольно обширные территории, именуемые биогеохимическими провинциями.
Биогеохимические эндемии у животных и растений могут быть вызваны как макро-, так и микроэлементами. Характерной особенностью последних является относительно высокая амплитуда колебания их процентного содержания в растениях в зависимости от состава почвы.
Бериллий и стронций могут вызывать у животных бериллиевый и стронциевый рахиты в результате нарушения отношения этих элементов в пище к кальцию и фосфору. Эндемии, связанные с явлениями деформации костей и их ломкостью (остеопорозисом), преимущественно вызываемые относительным недостатком кальция и фосфора, проявляются у нас в Восточном Забайкалье и в других местах.
Недостаток йода в пище вызывает у людей и животных появления эндемического зоба. Заболевание вызывается понижением нормального содержания йода в воде от 10в-7 до 10в-8 %. Йодная профилактика зоба проводится у нас в государственном масштабе. Йодированная соль с содержанием 7,5 г йодистого калия на тонну поваренной соли производится на ряде предприятий и складов Главсоли под контролем противозобных диспансеров. До Октябрьской революции в ряде пунктов Верхней Сванетии в Грузии, в горах Северного Кавказа, Алтая, Урала население страдало от этой болезни, а в отдельных пунктах встречались кретинизм и зоб у домашнего рогатого скота. В результате йодной профилактики заболеваемость зобом резко снижена, а в Кабардинской республике, можно считать, ликвидирована. Йодную недостаточность в воде и в продуктах питания более всего можно предполагать в высокогорных районах, заболоченных и богатых торфом местах, по водоразделам с песчаными почвами в районах крупных водохранилищ.
Избыток фтора в питьевой воде вызывает крапчатость эмали зубов человека и животных, что отмечается у нас среди населения Кольского полуострова, где воды обогащаются фтором из осадочных пород, а также в Исландии, Италии (близ Неаполя), в средних штатах США и др. Крапчатость эмали вызывается повышением обычного содержания фтора в воде от 2*10в-5 % до 8*10в-6 %.
Животные, как и растения, являются концентратами брома. Его количество для морских животных составляет 4*10в-33 %, а для наземных 2,5—4*10в-5 % их живого веса. Значительные количества брома содержатся в торфе — в среднем 3,1*10в-3 % от его сухого вещества. Соли брома и его органические соединения давно применяются в медицине.
Избыток селена в почве вызывают эндемические заболевания в ряде штатов США. Крестоцветные и бобовые культуры, накапливая значительное количество селена, замещающего серу в серно-эфирных маслах и белках, становятся ядовитыми для животных. Вредное действие селена устраняется внесением в почву серы и мышьяка. Содержание селена 0,5% в корме, 0,05% в молоке и воде является вредным.
В ряде европейских стран: Австралии, Африке, Южной Америке, на островах Тихого океана у крупного рогатого скота наблюдается гематурия (элементы крови в моче, преимущественно эритроциты). Исследование этого заболевания у нас, в горном поясе Карпат, указывает на связь этой болезни с повышенным содержанием в почвах и растительности свинца.
Вполне вероятно, что распространенные заболевания скота под названием НЗ (неизвестных заболеваний) также связаны с проявлениями биогеохимических эндемий. Несомненно существуют переходы между здоровым и больным состоянием организмов в скрытом виде. Все это подчеркивает важность выяснения оптимума концентраций и соотношений не только для макроэлементов, но и вообще для всех элементов, имеющих то или иное биогенное значение, а также необходимость выяснения тех вредных отклонений, которые могут встречаться в среде обитания растительных и животных организмов.
Повышенное в растениях содержание никеля, меди, цинка, кобальта, молибдена и других элементов, характерное для ряда областей, может служить основанием для поисков месторождений этих элементов. При этом некоторые растения, наиболее чувстительные к этим элементам, могут служить видовыми индикаторами.
Ряд растений, приспособившихся к высоким концентрациям, образуют расы, закрепляющие этот признак стойкости по отношению к различным элементам. Состав дикорастущей флоры изменяется под влиянием избытка или недостатка в почве того или иного элемента. Существуют организмы, называемые концентраторами солей, обладающие способностью концентрировать в своем составе отдельные элементы: Si, Cu, Fe, Sr, Ba, Al, Mn, К, Ge, J и другие. Такие концентраторы могут проявлять специфическое физиологическое действие на животный организм при использовании их в качестве продуктов питания.
Порядок содержания радиоактивных веществ Ra, Th, U в живых растениях отмечается малой величиной (для Ra обнаружено около 2-10в-12 %). Результаты опытов с редкими элементами подтверждают общебиологический закон Арнда-Шульца, согласно которому слабые раздражения (дозы солей) возбуждают жизнедеятельность организмов, средние — усиливают, а максимальные — угнетают.
Литий проявлял стимулирующее действие на растения, когда его содержание в почве не достигало 0,002%, и угнетал при более высокой дозе. Прорастание семян уменьшалось от присутствия фтора а виде HF или NaF в концентрации 100 частей на миллион. Бериллийв виде BeCl2 при 1% этой соли в растворе угнетал растения, мало задерживая рост при 0,5%. Хром в виде раствора Cr(SO4)3 в дозе 1 мг Cr на 1 л стимулировал развитие растений, при дозе 10 мг влиял вредно, а в дозе 100 мг сильно угнетал. Бихромат натрия проявлял себя токсичнее, чем хромат натрия, причем Cr в дозах менее 0,005% проявлял стимулирующее действие. Хлорид хрома проявлял токсичное действие, когда сульфат хрома в той же дозе был нейтральным.
Германий в малых дозах стимулировал, в больших угнетал растения.
Одна часть мышьяка на миллион в водных культурах задерживала развитие. Арсенит натрия проявлял себя приблизительно в 4 раза более токсичным, чем арсенат натрия. Раствор мышьяковой кислоты при дозе 1 : 200 000 был ядовитым, убивая корни растений. При малых дозах As проявляет стимулирующее действие на растения. К числу растений, накапливающих относительно большое количество As, принадлежит чеснок.
Содержание йода в дозе 10 частей на миллион частей почвы положительно влияло на развитие томатов. В зависимости от характера почвы максимальный эффект стимулирующего действия KJ проявлялся в дозах от 25 до 125 г на акр. Барий преимущественно локализируется в корнях в отличие от двух других щелочноземельных металлов — кальция и стронция, которые легче могут, по сравнению с барием, проникать в корни и передвигаться по стеблю. Ba и Sr в малых дозах в присутствии кальция оказывают стимулирующее действие на растения. При повышении дозировок этих элементов Ba более токсичен для растений, чем Sr. Малые дозы свинца стимулируют рост растений.
Парование подзолистой почвы в сосудах с сульфатом стронция в концентрациях 2,5—10 мг атома элемента на I кг почвы в течение месяца повышало в ней количество подвижных форм азота. В песчаных культурах с яровой пшеницей испытывались сульфаты и хлориды меди, цинка, стронция, марганца, железа, алюминия, никеля, кобальта, ртути в концентрациях от 2 до 20 мг на 1 кг песку. Наибольший эффект дала смесь сульфатов микроэлементов, примененных по 5—7 соединений вместе, повышавших урожай пшеницы на фоне питательной смеси Кнопа более чем в 2 раза (Ламбин).
В условиях водных культур на фоне хорошо очищенных питательных солей было обнаружено благоприятное действие на растения (горох) малых доз (10в-2 г на сосуд в 6 л) солей редких земель — церия, лантана, самария (Дробков). В тех же опытах положительно проявили себя радиоактивные элементы — радий, уран и актиний в дозах: Ra 1,45*10в-11, U 4,73*10в-4 и Ac 1*10в-9 г на сосуд. Эти же элементы, включая торий, проявили себя положительно в условиях почвенных культур. Радий в этих опытах стимулировал развитие клубеньков у гороха.
Трудности выяснения роли радиоактивности вызываются ее постоянным присутствием в почвах, воде, химических реактивах. В физиологических опытах требуются специальные меры для создания питательной среды, предельно свободной от радиоактивных элементов.
Выявлена новая сторона стерилизации почвы — уничтожение бактерий, потребляющих необходимые растениям микроэлементы и редкие элементы.
В связи с небольшими количествами требуемых растениями редких элементов потребность в них может быть удовлетворена обогащением ими семян. Это достигается как естественным путем — усилением снабжения ими растений на семенных участках, так и искусственными приемами — предпосевной обработкой семян растворами этих элементов (внесением их не в почву, а в семена). Смачивание в течение 18 часов семян хлопчатника в растворе, содержащем селен — H2SeO3 100 мг на 1 л, ускоряло созревание растений на 7 дней, повышая урожай хлопка-сырца на 24% (Кузнецов). Обработка семян ржи ванадием и вольфрамом (NaVO3 и Na2WO4) по 400 г на гектарную норму семян повышала урожай зерна на 10% и больше (Рахно).
Обработка семян кукурузы хромом в течение двух суток (раствором K2Cr2O7 0,0005 моля при температуре 15—18°) повышала их всхожесть. Замена воды при яровизации семян растворами меди, свинца и других понижала поражение растений твердой и пыльной головней.
Все более выясняется важная физиологическая роль микро- и ультрамикроэлементов. Ряд из них входит в состав витаминов: B12 — кобальт, D — фтор и йод, А — железо, B1 — медь и марганец и т. д. Многие элементы (Al, J, F, Zn, Co, С, V, Mn и др.) производят активизирующее или тормозящее действие на деятельность отдельных ферментов, гормонов, витаминов. Некоторые элементы (Zn, Mn, Co, F, Br, J и др.) концентрируются в эндокринных железах. Резкие отклонения от обычной нормы содержания ряда элементов в растениях и в связи с этим в продуктах питания (относительный их избыток или недостаток) нарушают нормальный обмен веществ у человека и животных. Специфические заболевания растений, животных и человека, вызванные недостатком или, напротив, избытком некоторых элементов в почве, охватывают довольно обширные территории, именуемые биогеохимическими провинциями.
Биогеохимические эндемии у животных и растений могут быть вызваны как макро-, так и микроэлементами. Характерной особенностью последних является относительно высокая амплитуда колебания их процентного содержания в растениях в зависимости от состава почвы.
Бериллий и стронций могут вызывать у животных бериллиевый и стронциевый рахиты в результате нарушения отношения этих элементов в пище к кальцию и фосфору. Эндемии, связанные с явлениями деформации костей и их ломкостью (остеопорозисом), преимущественно вызываемые относительным недостатком кальция и фосфора, проявляются у нас в Восточном Забайкалье и в других местах.
Недостаток йода в пище вызывает у людей и животных появления эндемического зоба. Заболевание вызывается понижением нормального содержания йода в воде от 10в-7 до 10в-8 %. Йодная профилактика зоба проводится у нас в государственном масштабе. Йодированная соль с содержанием 7,5 г йодистого калия на тонну поваренной соли производится на ряде предприятий и складов Главсоли под контролем противозобных диспансеров. До Октябрьской революции в ряде пунктов Верхней Сванетии в Грузии, в горах Северного Кавказа, Алтая, Урала население страдало от этой болезни, а в отдельных пунктах встречались кретинизм и зоб у домашнего рогатого скота. В результате йодной профилактики заболеваемость зобом резко снижена, а в Кабардинской республике, можно считать, ликвидирована. Йодную недостаточность в воде и в продуктах питания более всего можно предполагать в высокогорных районах, заболоченных и богатых торфом местах, по водоразделам с песчаными почвами в районах крупных водохранилищ.
Избыток фтора в питьевой воде вызывает крапчатость эмали зубов человека и животных, что отмечается у нас среди населения Кольского полуострова, где воды обогащаются фтором из осадочных пород, а также в Исландии, Италии (близ Неаполя), в средних штатах США и др. Крапчатость эмали вызывается повышением обычного содержания фтора в воде от 2*10в-5 % до 8*10в-6 %.
Животные, как и растения, являются концентратами брома. Его количество для морских животных составляет 4*10в-33 %, а для наземных 2,5—4*10в-5 % их живого веса. Значительные количества брома содержатся в торфе — в среднем 3,1*10в-3 % от его сухого вещества. Соли брома и его органические соединения давно применяются в медицине.
Избыток селена в почве вызывают эндемические заболевания в ряде штатов США. Крестоцветные и бобовые культуры, накапливая значительное количество селена, замещающего серу в серно-эфирных маслах и белках, становятся ядовитыми для животных. Вредное действие селена устраняется внесением в почву серы и мышьяка. Содержание селена 0,5% в корме, 0,05% в молоке и воде является вредным.
В ряде европейских стран: Австралии, Африке, Южной Америке, на островах Тихого океана у крупного рогатого скота наблюдается гематурия (элементы крови в моче, преимущественно эритроциты). Исследование этого заболевания у нас, в горном поясе Карпат, указывает на связь этой болезни с повышенным содержанием в почвах и растительности свинца.
Вполне вероятно, что распространенные заболевания скота под названием НЗ (неизвестных заболеваний) также связаны с проявлениями биогеохимических эндемий. Несомненно существуют переходы между здоровым и больным состоянием организмов в скрытом виде. Все это подчеркивает важность выяснения оптимума концентраций и соотношений не только для макроэлементов, но и вообще для всех элементов, имеющих то или иное биогенное значение, а также необходимость выяснения тех вредных отклонений, которые могут встречаться в среде обитания растительных и животных организмов.
Повышенное в растениях содержание никеля, меди, цинка, кобальта, молибдена и других элементов, характерное для ряда областей, может служить основанием для поисков месторождений этих элементов. При этом некоторые растения, наиболее чувстительные к этим элементам, могут служить видовыми индикаторами.
Ряд растений, приспособившихся к высоким концентрациям, образуют расы, закрепляющие этот признак стойкости по отношению к различным элементам. Состав дикорастущей флоры изменяется под влиянием избытка или недостатка в почве того или иного элемента. Существуют организмы, называемые концентраторами солей, обладающие способностью концентрировать в своем составе отдельные элементы: Si, Cu, Fe, Sr, Ba, Al, Mn, К, Ge, J и другие. Такие концентраторы могут проявлять специфическое физиологическое действие на животный организм при использовании их в качестве продуктов питания.
Порядок содержания радиоактивных веществ Ra, Th, U в живых растениях отмечается малой величиной (для Ra обнаружено около 2-10в-12 %). Результаты опытов с редкими элементами подтверждают общебиологический закон Арнда-Шульца, согласно которому слабые раздражения (дозы солей) возбуждают жизнедеятельность организмов, средние — усиливают, а максимальные — угнетают.
Литий проявлял стимулирующее действие на растения, когда его содержание в почве не достигало 0,002%, и угнетал при более высокой дозе. Прорастание семян уменьшалось от присутствия фтора а виде HF или NaF в концентрации 100 частей на миллион. Бериллийв виде BeCl2 при 1% этой соли в растворе угнетал растения, мало задерживая рост при 0,5%. Хром в виде раствора Cr(SO4)3 в дозе 1 мг Cr на 1 л стимулировал развитие растений, при дозе 10 мг влиял вредно, а в дозе 100 мг сильно угнетал. Бихромат натрия проявлял себя токсичнее, чем хромат натрия, причем Cr в дозах менее 0,005% проявлял стимулирующее действие. Хлорид хрома проявлял токсичное действие, когда сульфат хрома в той же дозе был нейтральным.
Германий в малых дозах стимулировал, в больших угнетал растения.
Одна часть мышьяка на миллион в водных культурах задерживала развитие. Арсенит натрия проявлял себя приблизительно в 4 раза более токсичным, чем арсенат натрия. Раствор мышьяковой кислоты при дозе 1 : 200 000 был ядовитым, убивая корни растений. При малых дозах As проявляет стимулирующее действие на растения. К числу растений, накапливающих относительно большое количество As, принадлежит чеснок.
Содержание йода в дозе 10 частей на миллион частей почвы положительно влияло на развитие томатов. В зависимости от характера почвы максимальный эффект стимулирующего действия KJ проявлялся в дозах от 25 до 125 г на акр. Барий преимущественно локализируется в корнях в отличие от двух других щелочноземельных металлов — кальция и стронция, которые легче могут, по сравнению с барием, проникать в корни и передвигаться по стеблю. Ba и Sr в малых дозах в присутствии кальция оказывают стимулирующее действие на растения. При повышении дозировок этих элементов Ba более токсичен для растений, чем Sr. Малые дозы свинца стимулируют рост растений.
Парование подзолистой почвы в сосудах с сульфатом стронция в концентрациях 2,5—10 мг атома элемента на I кг почвы в течение месяца повышало в ней количество подвижных форм азота. В песчаных культурах с яровой пшеницей испытывались сульфаты и хлориды меди, цинка, стронция, марганца, железа, алюминия, никеля, кобальта, ртути в концентрациях от 2 до 20 мг на 1 кг песку. Наибольший эффект дала смесь сульфатов микроэлементов, примененных по 5—7 соединений вместе, повышавших урожай пшеницы на фоне питательной смеси Кнопа более чем в 2 раза (Ламбин).
В условиях водных культур на фоне хорошо очищенных питательных солей было обнаружено благоприятное действие на растения (горох) малых доз (10в-2 г на сосуд в 6 л) солей редких земель — церия, лантана, самария (Дробков). В тех же опытах положительно проявили себя радиоактивные элементы — радий, уран и актиний в дозах: Ra 1,45*10в-11, U 4,73*10в-4 и Ac 1*10в-9 г на сосуд. Эти же элементы, включая торий, проявили себя положительно в условиях почвенных культур. Радий в этих опытах стимулировал развитие клубеньков у гороха.
Трудности выяснения роли радиоактивности вызываются ее постоянным присутствием в почвах, воде, химических реактивах. В физиологических опытах требуются специальные меры для создания питательной среды, предельно свободной от радиоактивных элементов.
Выявлена новая сторона стерилизации почвы — уничтожение бактерий, потребляющих необходимые растениям микроэлементы и редкие элементы.
В связи с небольшими количествами требуемых растениями редких элементов потребность в них может быть удовлетворена обогащением ими семян. Это достигается как естественным путем — усилением снабжения ими растений на семенных участках, так и искусственными приемами — предпосевной обработкой семян растворами этих элементов (внесением их не в почву, а в семена). Смачивание в течение 18 часов семян хлопчатника в растворе, содержащем селен — H2SeO3 100 мг на 1 л, ускоряло созревание растений на 7 дней, повышая урожай хлопка-сырца на 24% (Кузнецов). Обработка семян ржи ванадием и вольфрамом (NaVO3 и Na2WO4) по 400 г на гектарную норму семян повышала урожай зерна на 10% и больше (Рахно).
Обработка семян кукурузы хромом в течение двух суток (раствором K2Cr2O7 0,0005 моля при температуре 15—18°) повышала их всхожесть. Замена воды при яровизации семян растворами меди, свинца и других понижала поражение растений твердой и пыльной головней.