Биологическая роль макро и микроэлементов. Mикроэлементы и макроэлементы
Самое ценное в жизни – это здоровье. Чтобы сохранить и укрепить его, важно обеспечить свой организм всеми необходимыми, биологически значимыми веществами, в том числе макро- и микроэлементами. А для этого надо тщательно следить за своим питанием. Ведь именно из продуктов мы получаем почти все элементы, требующиеся для нормального функционирования организма.
Что такое макро- и микроэлементы
Макроэлементы содержатся в нашем организме в значительном количестве (больше 0,01% массы тела, иначе говоря, их содержание в теле взрослого человека измеряется граммами и даже килограммами). Макроэлементы подразделяют на:
- биогенные элементы, или макронутриенты, составляющие структуру живого организма. Из них формируются белки, углеводы, жиры и нуклеиновые кислоты. Это кислород, азот, водород, углерод;
- остальные макроэлементы, которые имеются в организме в больших количествах: кальций, калий, магний, натрий, сера, фосфор.
К микроэлементам относятся: железо, цинк, йод, селен, медь, молибден, хром, марганец, кремний, кобальт, фтор, ванадий, серебро, бор. Они участвуют во всех процессах жизнедеятельности и являются катализаторами биохимических реакций. Их суточное потребление менее 200 мг, и содержатся они в организме в маленьких дозах (менее 0,001% массы тела).
Причины и последствия дефицита макро- и микроэлементов
Причинами недостатка биологических элементов чаще всего бывают:
- неправильное, несбалансированное или нерегулярные питание;
- плохое качество питьевой воды;
- неблагоприятные условия среды, связанные с климатическими и экологическими условиями;
- большая потеря крови при чрезвычайной ситуации;
- применение лекарственных средств, способствующих выведению элементов из организма.
Недостаток микро- и макроэлементов ведет к патологическим изменениям в организме, нарушению водного баланса, обмена веществ, повышению или понижению давления, замедлению химических процессов. Все структурные изменения внутри клеток приводят к общему снижению иммунитета, а также появлению различных заболеваний: гипертонии, дисбактериоза, колитов, гастритов, болезней сердечно-сосудистой системы, аллергии, ожирения, сахарного диабета и многих других. Такие заболевания ведут к ухудшению функционирования организма, замедлению умственного и физического развития, что особенно страшно в детском возрасте.
Надо также помнить, что вреден бывает и избыток биологически значимых элементов. В слишком большом количестве многие из них оказывают токсическое действие на организм и даже порой оказываются смертельно опасны.
Поэтому чрезвычайно важно следить за рационом питания, образом жизни и, конечно, нужно знать, какие продукты богаты элементами, полезными для поддержания всех функционально значимых процессов организма.
Важнейшие макро- и микроэлементы
Кальций является основным элементом костной ткани, а также требуется для поддержания ионного баланса организма, отвечает за активацию некоторых ферментов. Большое количество кальция находится в молочных продуктах, поэтому ежедневно в меню необходимо включать молоко, сыр, кефир, ряженку, творог.
Фосфор участвует в энергетических реакциях, является структурным элементом косной ткани, нуклеиновых кислот. Рыба, мясо, фасоль горох, хлеб, овсяная, ячневая крупа богаты фосфором.
Магний отвечает за процессы обмена углеводов, энергии, поддерживает работу нервной системы. Находится в значительном количестве в таких продуктах, как творог, орехи, ячневая крупа, овощи, горох, фасоль.
Натрий играет большую роль в поддержании буферного баланса, кровяного давления, работы мышц и нервной системы и активации ферментов. Главными источниками натрия считают хлеб и поваренную соль.
Калий – внутриклеточный элемент, поддерживающий водно-солевой баланс организма, отвечает за сокращение сердечных мышц, способствует поддержанию нормального давления крови. Им богаты следующие продукты: чернослив, клубника, персики, морковь, картофель, яблоки, виноград.
Хлор важен для синтеза желудочного сока, плазмы крови, он активирует ряд ферментов. Поступает в человеческий организм главным образом из хлеба и соли.
Сера является структурным элементом многих белков, витаминов и гормонов. Продукты животного происхождения богаты этим элементом.
Железо играет важнейшую роль в нашем организме. Оно входит в состав большинства ферментов и гемоглобина, это белок, который обеспечивает перенос кислорода ко всем органам и тканям организма. Также железо необходимо для формирования эритроцитов и регулирует кровообращение. Данным элементом богаты говяжья и свиная печень, почки, сердце, зелень, орехи, гречневая, овсяная и перловая крупы.
Цинк стимулирует процессы сокращения мышц, кровообращение, отвечает за нормальное функционирование вилочковой железы. От цинка напрямую зависит красота и здоровье кожи, ногтей и волос. Морепродукты, грибы, смородина, малина, отруби содержат большие количества этого микроэлемента.
Йод является важнейшим элементом для щитовидной железы, которая обеспечивает нормальную работу мышечной, нервной, иммунной систем организма. Данным элементом насыщены морепродукты, черноплодная рябина, фейхоа, фасоль в стручках, помидоры, земляника.
Хром активирует процессы, связанные с передачей наследственной информации, участвует в обмене веществ, предотвращает развитие сахарного диабета. Входит в состав следующих продуктов: телячья печень, яйца, ростки пшеницы, кукурузное масло.
Кремний отвечает за работу лейкоцитов, эластичность тканей, способствует укреплению сосудов и кожных покровов, участвует в поддержании иммунитета и снижает возможность заражения различными инфекциями. Содержится в капусте, моркови, мясе, морских водорослях.
Медь участвует в процессах кровообращения и дыхания. При ее нехватке развивается атрофия сердечных мышц. Находится в таких продуктах, как грейпфрут, мясо, творог, крыжовник, пивные дрожжи.
Таким образом, для здоровья и нормального функционирования организма необходимо вводить в рацион полезные продукты. А в зимне-весенний период желательно применять комплексы поливитаминов. Это поможет укрепить иммунитет и исключить простудные и другие заболевания.
Существуют различные классификации химических элементов, содержащихся в организме человека. Так, В. И. Вернадский в зависимости от среднего содержания (массовой доли га, %) в живых организмах делил элементы по декадной системе. Соответственно этой классификации (табл. 5.2) элементы, содержащиеся в живых организмах, делят на три группы:
Макроэлементы. Это элементы, содержание которых в организме выше 10~ 2 %. К ним относятся кислород, углерод, водород, азот, фосфор, сера, кальций, магний, натрий и хлор.
Микроэлементы. Это элементы, содержание которых в организме находится в пределах от 10~ 3 до 10~ 5 %. К ним относятся иод, медь, мышьяк, фтор, бром, стронций, барий, кобальт.
Ультрамикроэлементы. Это элементы, содержание которых в организме ниже 10~ 5 %. К ним относятся ртуть, золото, уран, торий, радий и др.
В настоящее время ультрамикроэлементы объединяют с микроэлементами в одну группу. В табл. 5.3 приведены уточненные данные по содержанию химических элементов в организме человека. Однако эта классификация отражает только содержание элементов в живых организмах, но не указывает на биологическую роль и физиологическое значение того или иного элемента.
В. В. Ковальский, исходя из значимости для жизнедеятельности, подразделил химические элементы на 3 группы.
Жизненно необходимые (незаменимые) элементы. Они постоянно содержатся в организме человека, входят в состав ферментов, гормонов и витаминов: Н, О, Са, N. К, Р, N3, 5, Мд,С1, С, I, Мп, Си, Со, Ре, 2п, Мо, V. Их дефицит приводит к нарушению нормальной жизнедеятельности человека.
Примесные элементы. Эти элементы постоянно содержатся в организме животных и человека: Оа, 5Ь, 5г, Вг, Р, В, Ве, Ы, 51, 5п, Сз, А1, Ва, <3е, Аз, КЬ, РЬ, Ка, В1. Си, Сг, N1, "Л, Ад, ТЬ, Н§, У, 5е. Биологическая роль их мало выяснена или неизвестна.
Примесные элементы (5с, Т1, 1п, Ьа, Рг, 5т, \№\ Ке, ТЬ и др.). Обнаружены в организме человека и животных. Данные о количестве и биологическая роль не выяснены.
Элементы, необходимые для построения и жизнедеятельности различных клеток и организмов, называют биогенными элементами.
Точно перечислить все биогенные элементы в настоящее время еще невозможно из-за сложности определения очень низких концентраций микроэлементов и установления их биологических функций. Для 24 элементов биогенность установлена надежно. Это элементы 1-й и некоторые элементы 2-й групп по Ковальскому.
5.3. Топография важнейших биогенных элементов в организме человека.
Органы человека по-разному концентрируют в себе различные химические элементы, т. е. микро- и макроэлементы неравномерно распределяются между разными органами и тканями. Большинство микроэлементов накапливается в печени, костной и мышечной тканях. Эти ткани являются основным депо (запасником) для многих микроэлементов.
Элементы могут проявлять специфическое сродство по отношению к некоторым органам и содержатся в них в высоких концентрациях. Хорошо известно, что цинк концентрируется в поджелудочной железе, иод - в щитовидной, фтор - в эмали зубов, алюминий, мышьяк, ванадий накапливаются в волосах и ногтях, кадмий, ртуть, молибден - в почках, олово - в тканях кишечника, стронций - в предстательной железе, костной ткани, барий - в пигментной сетчатке глаза, бром, марганец, хром - в гипофизе и т. д. Данные по распределению (топографии) некоторых макро- и микроэлементов в организме человека приведены на рис. 5.4.
В организмах микроэлементы могут находиться как в связанном состоянии, так и в виде свободных ионных форм. Установлено, что кремний, алюминий, медь и титан в тканях головного мозга находятся в виде комплексов с белками, тогда как марганец - в ионном виде.
Водород и кислород - макроэлементы. Они входят в состав воды, которой в организме взрослого человека в среднем содержится около 65%. Вода неравномерно распределена по органам, тканям и биологическим жидкостям человека. Так, в желудочном соке, слюне, плазме крови, лимфе вода составляет от 99,5 до 90 %. В моче, сером веществе головного мозга, почках - 80%, в белом веществе головного мозга, печени, коже, спинном мозге, мышцах, легких, сердце - 70-80%. Меньше всего - 40 % воды содержится в скелете.
Макроэлементы - углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор - входят в состав белков, нуклеиновых кислот и других биологически активных соединений организма. Содержание углерода в белках составляет от 51 до 55%, кислорода - от 22
до 24 %, азота - от 15 до 18 %, водорода от 6,5 до 7 %, серы -от 0,3 до 2,5%, фосфора - около 0,5%. О содержании белков в различных тканях и органах животных и человека, а следовательно, и о примерном содержании элементов С, Н, N. 8, Р можно судить на основании данных, приведенных в табл. 5.4.
Как следует из табл. 5.4, максимальное количество белков (~80%) содержится в селезенке, легких, мышцах, минимальное (~25%) - в костях и зубах.
Углерод, водород и кислород входят также в состав углеводов, содержание которых в тканях животных невелико - примерно 2%. Эти элементы входят в состав липидов (жиров). Кроме того, в состав фосфолипидов входит фосфор в виде фосфатных групп. В наибольшей степени липиды концентрируются в головном мозге (12%), а затем в печени (5%), молоке (2-3%) и сыворотке крови (0,6%). Однако основная часть фосфора - 600 г - содержится в костной ткани. Это составляет 85 % от массы всего фосфора, находящегося в организме человека. Концентрируется фосфор и в твердых тканях зубов, в состав которых он входит вместе с кальцием, хлором, фтором в виде гид-роксил-, хлор-, фторапатитов общей формулы Са5(РО 4)зХ, где X = ОН, С1, Р соответственно.
Кальций преимущественно концентрируется в костной ткани, а также и в зубной ткани. Натрий и хлор в основном содержатся во внеклеточных жидкостях, а калий и магний - во внутриклеточных. В виде фторидов натрий и калий входят в состав костной и зубной ткани. Магний в виде фосфата М§з(РО 4)2 содержится в твердых тканях зуба.
Десять металлов, жизненно необходимых для живого организма, получили название «металлы жизни». Так, установлено, что в организме человека массой 70 кг содержание «металлов жизни» составляет (в г): кальция-1700, калия - 250, натрия - 70, магния - 42, железа - 5, цинка - 3, меди - 0,2, марганца, молибдена и кобальта, вместе взятых, - менее 0,1. В теле взрослого человека содержится около 3 кг минеральных солей, причем 5 / 6 этого количества (2,5 кг) приходится на долю костных тканей.
Некоторые макроэлементы (магний, кальций) и большинство микроэлементов содержатся в организме в виде комплексов с биолигандами - аминокислотами, белками, нуклеиновыми кислотами, гормонами, витаминами и т. д. Так, ион Ре 2+ в качестве комплексообразователя входит в состав гемоглобина, Со 2+ - в витамин В12, М§[ 2+ - в хлорофилл. Известны многочисленные биокомплексы и других элементов (Си, 2п, Мо и др.), играющие важную биологическую роль в организме.
На изменение содержания химических элементов в организме влияют различные заболевания. Так, при рахите происходит нарушение фосфорно-кальциевого обмена, что приводит к снижению содержания кальция. При нефрите из-за нарушения электролитного обмена уменьшается содержание кальция, натрия, хлора и повышается содержание магния, калия в организме.
В поддерживании определенного содержания макро- и микроэлементов в организме участвуют гормоны.
Биологически значимые элементы (в противоположность биологически инертным элементам) - химические элементы, необходимые живым организмам для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Биологически значимые элементы классифицируют на:
- макроэлементы (содержание которых в живых организмах составляет больше 0,01 %)
- микроэлементы (содержание менее 0,001 %).
Макроэлементы
Эти элементы слагают плоть живых организмов. К макроэлементам относят те элементы, рекомендуемая суточная доза потребления которых составляет более 200 мг. Макроэлементы, как правило, поступают в организм человека вместе с пищей.
Биогенные элементы:
- Кислород - 65%
- Углерод - 18%
- Водород - 10%
- Азот - 3%
Эти макроэлементы называют биогенными (органогенными) элементами или макронутриентами (англ. macronutrient). Из макронутриентов преимущественно построены такие органические вещества, как белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Для обозначения макронутриентов иногда используют акроним CHNO, состоящий из обозначений соответствующих химических элементов в таблице Менделеева.
Другие макроэлементы
- Калий
- Кальций
- Магний
- Натрий
- Фосфор
Микроэлементы
Термин «микроэлементы» получил особое распространение в медицинской, биологической и сельскохозяйственной научной литературе в середине XX века. В частности, для агрономов стало очевидным, что даже достаточное количество «макроэлементов» в удобрениях (троица NPK - азот, фосфор, калий) не обеспечивает нормального развития растений.
Микроэлементами называются элементы, содержание которых в организме мало, но они участвуют в биохимических процессах и необходимы живым организмам. Рекомендуемая суточная доза потребления микроэлементов для человека составляет менее 200 мг. В последнее время стал использоваться заимствованный из европейских языков термин микронутриент (англ. micronutrient).
Поддержание постоянства внутренней среды (гомеостаза) организма предусматривает в первую очередь поддержание качественного и количественного содержания минеральных веществ в тканях органов на физиологическом уровне.
Основные микроэлементы
По современным данным более 30 микроэлементов считаются необходимыми для жизнедеятельности растений, животных и человека. Среди них (в алфавитном порядке):
- Железо
- Кобальт
- Марганец
- Молибден
- Селен
Чем меньше концентрация соединений в организме, тем труднее установить биологическую роль элемента, идентифицировать соединения, в образовании которых он принимает участие. К числу несомненно важных относят бор, ванадий, кремний и др.
Совместимость микронутриентов
В процессе усвоения организмом витаминов, микроэлементов и макроэлементов возможен антагонизм (отрицательное взаимодействие) или синергизм (положительное взаимодействие) между разными компонентами.
Подробнее про совместимость микронутриентов ЗДЕСЬ:
Недостаток микроэлементов в организме
Основные причины, вызывающие недостаток минеральных веществ:
- Неправильное или однообразное питание, некачественная питьевая вода.
- Геологические особенности различных регионов земли - эндемические (неблагоприятные) районы.
- Большая потеря минеральных веществ по причине кровотечений, болезнь Крона, язвенный колит.
- Употребление некоторых лекарственных средств, связывающих или вызывающих потерю микроэлементов.
Микроэлементоз
Все патологические процессы, вызванные дефицитом, избытком или дисбалансом микроэлементов, получили название - микроэлементоз
Основные свойства минералов
Минеральные вещества-макроэлементы
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Минеральные вещества-микроэлементы
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
* - Средняя суточная потребность для взрослых: мужчины и женщины в возрасте от 25 до 51 года. В таблице приведены нормы, рекомендуемые Немецким обществом нутрициологов (Deutsche Gesselschaft fur Ernahrung - DGE).
** - В таблице приведены дозы, рекомендуемые отделом по пищевым продуктам и питанию (Food and Nutrition Board - FNB) Института медицины США и Научным комитетом по пищевым продуктам (Scientific Commitee on Food - SCF) Европейского союза.
Истинное значение микро — и макроэлементов, трудно переоценить – она грандиозна.
При достаточном получении полезных и нужных минеральных элементов, человек ощущает себя здоровым и полным сил. Все жизненно важные системы человека работают без сбоев и нарушений.
Микро — и макроэлементы не синтезируются организмом, они — незаменимая доля пищевого рациона.
Недостаток полезных минеральных веществ
В питании приводит, рано или поздно, к формированию алиментарных болезней.
- Приблизительно, два миллиарда населения нашей планеты на сегодня испытывают недостаток этих полезных и нужных микро — и макроэлементов. Это люди с умственной отсталостью, с поражением зрения, новорожденные умирают, не прожив и года.
- Эти минеральные вещества, прежде всего, ответственны за работу ЦНС, кроме того, они располагают способностью снижать число сравнительно часто возникающих внутриутробных аномалий в развитии сердечно-сосудистой системы.
- Микро — и макроэлементы проявляют значительное воздействие на деятельность иммунной системы. Например, у лиц, получающих в требуемом объеме нужные и полезные минералы, сезонные простуды и инфекционные болезни проходят гораздо легче.
Весь комплекс микро — и макроэлементов жизненно необходим, поскольку каждый из них оказывает влияние на ту или другую область его деятельности. Эти элементы, как и витамины, имеются в разнообразных продуктах.
Бесспорно, в нынешний период времени микро — и макроэлементы можно произвести в специальных лабораториях, но, получение нужных и полезных минеральных элементов с продуктами, доставит человеку гораздо больше полезности, чем употребление синтетических аналогов.
Опасность дефицита минеральных веществ
Если человек длительно не извлекает из пищи в требуемом объеме минеральные компоненты, то организм принимается усиленно впитывать имеющиеся радиоактивные включения и загрязняющие металлы, аналогичные по структуре, с отсутствующими.
Вследствие этого, крайне важно, стабильно сохранять в организме посредством правильно подобранного рациона и приема натуральных добавок, оптимальный состав ценных и полезных микро — и макроэлементов, витаминного набора, для снижения вероятности впитывания организмом опасных элементов из неблагоприятной окружающей среды.
Вдобавок к этому, радиоактивные изотопы, рентгеновские и прочие вредные излучения непременно приведут к снижению баланса минеральных веществ. Наиболее часто при влиянии таких факторов появляется нехватка кальция, цинка, йода.
Микро — и макроэлементы — на защиту человека!
Необходимо предпринять какие-то меры, чтобы защитить себя и близких, от длительного неблагоприятного воздействия экологии, если мы проживаем в таких условиях, и в наших органах и системах уже накопилось достаточное количество этих вредных веществ.
Для того чтобы помочь органам и системам правильно работать в нынешней обстановке, припомнили позабытые и принялись формировать новые полезные средства, изучая их воздействие новыми методами.
Получили развитие взаимно восполняющие друг друга препараты в медицине, устремленные на активирование персональных запасов организма.
Не заменяя функций лекарственных, средств, натуральные добавки содействуют человеку в противоборстве с болезнью.
Минеральные компоненты непосредственно задействованы во всех, без исключения, биохимических течениях в органах, воздействуя на формирование и рост, на функции оплодотворения, дыхания, гемопоэз.
Они подразделяются на две значительные группы:
- Макроэлементы — включены в строение тканей и пребывают там в сравнительно немалом числе. Это — кальций, магний, калий, натрий, фосфор.
- Микроэлементы — исполняют роль бустера биологических течений, и задействованы в упорядочивании жизненно значимых течений. Они имеются в тканях в незначительных объемах. Наиболее важными считаются незаменимые пищевые вещества: железо, медь, цинк, селен, хром, молибден, йод, кобальт, марганец.
Последствия дефицита минеральных веществ
При неимении или неполном получении микроэлементов и макроэлементов с едой, органы и системы останавливается в формировании и развитии, расстраивается обмен веществ, ход деления клеток и трансляции генетической информации.
Нехватка или излишнее получение микро — и макроэлементов, неизменно приведет к формированию аномальных трансформаций и, вполне возможно, к появлению специфических болезней — микроэлементозы.
Это название связывает заболевания и симптомы, определенные недостатком, излишком или нарушением баланса микроэлементов.
Несоответствующее получение микроэлементов является источником (исходя из уровня недостатка или избытка) к физиологическим трансформациям в рамках обычной регуляции, либо к существенным сбоям метаболизма, либо к появлению специфических недугов.
Анормальность формируется, когда регуляторные течения перестают гарантировать гомеостаз.
Необходимо иметь информацию об основных минеральных веществах, о продуктах, в которых они наличествуют, об их численном содержании. Также нужно знать, какие негативные последствия несет для здоровья дефицит того или другого вещества.
Кальций - центральная составляющая в строении зубов и костной ткани. Данный макроэлемент обладает способностью координировать нервную и мышечную работу, факторы сужения и расширения сосудов, секрецию эндокринных желез, течение гемостаза.
Магний - редкостный элемент, являющийся необходимым соучастником обменной деятельности в организме. Кроме всего прочего, макроэлемент крайне важен для взаимодействия работы мышц, трансляции нервных импульсов и упорядочивании ритма сердца.
Селен - элемент, находящийся в белках, которые производят энзимы для предохранения клеток от разрушительного влияния свободных радикалов. Недостаток данного полезного микроэлемента ухудшает деятельность работы сердца, снижает иммунитет, расстраивает процесс функционирования щитовидной железы.
Цинк - незаменимый микроэлемент для правильной работы иммунной системы. Необходимое присутствие цинка в организме форсирует действие расщепления углеводов, помогает быстрому затягиванию повреждений на теле.
Йод - стержневой микроэлемент для гормонов щитовидной железы - трийодтиронина и тироксина. Только эти вещества помогают регуляции обменных функций, упорядочивают функции роста, поддерживают деятельность репродуктивной сферы.
Медь - центральная составляющая ферментов, нужных и важных для реализации функций ЦНС, урегулированию хода производства энергии и прочих процессов, для создания соединительной ткани, и выработки меланина.
Железо - база биологической структуры - гем. Он — соучастник в течении кислородного обмена и разрушении токсических элементов. Железо включено в содержание гемоглобина - белка, из которого состоят эритроциты. Без присутствия этого полезного микроэлемента дыхательная деятельность на клеточном уровне была бы невозможна.
Хром - микроэлемент увеличивает влияние инсулина и способствует толерантности к глюкозе. Признаки недостатка хрома выражаются в снижении терпимости систем к глюкозе, невропатии.
Марганец - нужен для здорового состояния костного каркаса человека, артерий, для лучшего лечения тканей организма и выработки коллагена. Марганец находится в содержании энзимов, задействованных в обменных течениях и оберегает нас от влияния свободных радикалов.
Показать все
Макроэлементы принимают непосредственное участие в построении органических и неорганических соединений растения, составляя основную массу его сухого вещества. Большей частью они представлены в клетках ионами.
В теле взрослого человека содержится порядка 4 граммов , 100 г натрия , 140 г , 700 г и 1 кг . Несмотря на такие разные цифры, вывод очевиден: вещества, объединенные под названием «макроэлементы», жизненно необходимы нам для существования. Большую потребность в них испытывают и другие организмы: прокариоты, растения, животные.
Сторонники эволюционного учения утверждают, что необходимость в макроэлементах определяется условиями, в которых зародилась жизнь на Земле. Когда суша состояла из твердых пород, атмосфера была насыщенна углекислотой, азотом, метаном и водяными парами, а вместо дождя на землю выпадали растворы кислот, именно макроэлементы были единственной матрицей, на основе которых могли появиться первые органические вещества и примитивные формы жизни. Поэтому даже сейчас, миллиарды лет спустя, все живое на нашей планете продолжает испытывать необходимость в обновлении внутренних ресурсов , и других важных элементов, образующих физическую структуру биологических объектов.
Физические и химические свойства
Макроэлементы различны как по химическим, так и по физическим свойствам. Среди них выделяются металлы ( , и прочие) и неметаллы ( , и прочие).
Некоторые физические и химические свойства макроэлементов, согласно данным: |
|||||||
Макроэлемент |
Атомный номер |
Атомная масса |
Группа |
Cвойства |
Т. кип, °C |
Т. плавл, °C |
Физическое состояние при нормальны условиях |
14,0 |
неметалл |
195,8 |
210,00 |
бесцветный газ |
|||
30,97 |
неметалл |
44,1 |
твердое вещество |
||||
39,1 |
металл |
63,5 |
|||||
40,8 |
металл |
1495 |
твердый белый металл |
||||
24,31 |
металл |
1095 |
металл серебристо-белого цвета |
||||
3,07 |
неметалл |
444, 6 |
112,8 |
хрупкие кристаллы желтого цвета |
|||
55,85 |
VIII |
металл |
1539 |
2870 |
металл серебристого цвета |
||
Макроэлементы содержатся в природе повсеместно: в почве, горных породах, растениях, живых организмах. Некоторые из них, такие, как азот, кислород и углерод, являются составными элементами земной атмосферы.
Симптомы недостатка некоторых элементов питания у сельскохозяйственных культур, согласно данным: |
||
Элемент |
Общие симптомы |
Чувствительные культуры |
Изменение зеленой окраски листьев на бледно-зеленую, желтоватую и бурую, Уменьшается размер листьев, Листья узкие и расположены под острым углом к стеблю, Число плодов (семян, зерен) резко уменьшается |
Картофель, Репчатый лук, Земляника, Черная смородина, |
|
Скручивание краев листовой пластинки, Образование фиолетовой окраски |
Картофель, Земляника, Красная смородина, |
|
Краевой ожог листьев, Вялость листьев, Свисание листьев, Полегание растений, Нарушение цветения, Нарушение плодоношения |
Картофель, Земляника, Черная смородина, |
|
Побеление верхушечной почки, Побеление молодых листьев, Кончики листьев загнуты вниз, Края листьев закручиваются вверх |
Картофель, Капуста белокочанная и цветная, |
|
Хлороз листьев |
Картофель, Капуста белокочанная и цветная, Черная смородина, |
|
Изменение интенсивности зеленой окраски листьев, Стебли - деревянистые, Замедление роста, |
Подсолнечник, |
|
Окраска листьев меняется до белой, Хлороз листьев |
Плодовые, Картофель, Кукуруза, |
|
Роль в растении
Биохимические функции
Высокий урожай любой сельскохозяйственной культуры возможен только при условии полноценного и достаточного питания. Кроме света, тепла и воды, растениям необходимы питательные вещества. В состав растительных организмов входит более 70 химических элементов, из них 16 абсолютно необходимых - это органогены (углерод, водород, азот, кислород), зольные микроэлементы (фосфор, калий, кальций, магний, сера), а также железо и марганец.
Каждый элемент выполняет в растениях свои функции, и заменить один элемент другим совершенно невозможно.
Из атмосферы
в растения в основном поступают кислород, углерод и водород. На их долю приходится 93,5 % сухой массы, в том числе, на углерод - 45 %, на кислород - 42 %, на водород - 6,5 %.Следующими по значимости
для растений элементами являются азот, фосфор и калий:Следующие макроэлементы
не менее важны для успешной жизнедеятельности растений. Их баланс влияет на множество важнейших процессов растения:Недостаток (дефицит) макроэлементов в растениях
О дефиците того или иного макроэлемента в почве, а следовательно, и в растении отчетливо свидетельствуют внешние признаки. Чувствительность каждого вида растений к недостатку макроэлементов строго индивидуальна, однако имеются и некоторые схожие признаки. Например, при недостатке азота, фосфора, калия и магния страдают старые листья нижних ярусов, при нехватке кальция, серы и железа - молодые органы, свежие листья и точка роста.
Особенно отчетливо недостаток питания проявляется у высокоурожайных культур.
Избыток макроэлементов в растениях
На состояние растений влияет не только недостаток, но и избыток макроэлементов. Он проявляется, прежде всего, в старых органах, и задерживает рост растений. Часто признаки недостатка и избытка одних и тех же элементов бывают несколько схожи.
Симптомы избытка макроэлементов в растениях, согласно данным: |
|
Элемент |
Симптомы |
Подавляется рост растений в молодом возрасте Во взрослом - бурное развитие вегетативной массы Снижается урожайность, вкусовые качества и лежкость плодов и овощей Затягивается рост и созревание Снижается устойчивость к грибным заболеваниям Повышается концентрация нитратов Хлороз развивается на краях листьев и распространяется между жилками Коричневый некроз Концы листьев свертываются Листья опадают |
|
Листья желтеют На концах и краях более старые листья становятся желтоватыми или коричневыми Появляются яркие некротические пятна Раннее опадение листьев |
|
Неравномерность созревания Полегание Снижение сопротивляемости грибковым заболеваниям Снижение устойчивости к неблагоприятным климатическим условиям Ткань не некротическая Слабый рост Удлинение междоузлий На листьях пятна Листья вянут и опадают |
|
Межжилковый хлороз с беловатыми некротическими пятнами Пятна окрашены либо имеют наполненные водой концентрические кольца Рост листовых розеток Отмирание побегов Опадание листьев |
|
Листья темнеют Листья немного уменьшаются Сморщивание молодых листьев Концы листьев втянуты и отмирают |
|
Снижается урожай Общее огрубение растений |
|
Ткань не некротическая Хлороз развивается между жилками молодых листьев Жилки зеленые, позднее весь лист - желтый и беловатый |
|
Содержание макроэлементов в различных соединениях
Рекомендуются к применению на достаточно увлажненных дерново-подзолистых, серых лесных почвах, а также на выщелоченных черноземах. Они способны обеспечить до половины от общей прибавки урожая, получаемой от полной минеральной подкормки (NPK).
Однокомпонентные азотные удобрения делят на несколько групп:
- . Это соли азотной кислоты и селитры. Азот содержится в них в нитратной форме.
- и аммиачные удобрения : выпускают твердые и жидкие. Содержат азот в аммонийной и, соответственно, аммиачной форме.
- . Это азот в аммонийной и нитратной форме. Пример - аммиачная селитра.
- Амидные удобрения . Азот в амидной форме. К ним относятся мочевина и карбамид.
- . Это карбамид-амиачная селитра, водный раствор мочевины и аммиачной селитры.
Источник получения промышленных азотных удобрений - синтетический аммиак, образованный из молекулярного азота и воздуха.
Фосфорные удобрения делят на несколько групп:
- Содержащие в водорастворимой форме - суперфосфаты простой и двойной. Фосфор удобрений данной группы легко доступен растениям.
- Содержащие , не растворимый в воде, но растворимый в слабых кислотах (в 2%-ной лимонной) и щелочном растворе цитрата аммония. К ним относятся томасшлак, преципитат, термофосфаты и другие. Фосфор доступен растениям.
- Содержащие , не растворимый в воде и плохо растворимый в слабых кислотах . Полностью фосфор данных соединений может растворяться только в сильных кислотах. Это костяная и фосфоритная мука. Считаются наиболее труднодоступными источниками фосфора для растений.
Основные источники получения фосфорных удобрений - природные фосфорсодержащие руды (апатиты и фосфориты). Кроме того, для получения этого вида удобрений используют богатые фосфором отходы металлургической промышленности (мартеновские шлаки, томасшлак).
Применение этого вида удобрений рекомендовано на почвах с легким гранулометрическим составом, а также на торфянистых почвах с низким содержанием калия. На прочих почвах с высоким валовым запасом калия потребность в данных удобрениях возникает только при возделывании калиелюбивых культур. К ним относятся корнеплоды, клубнеплоды, силосные, овощные культуры, подсолнечник и прочие. Характерно, что эффективность калийных удобрений тем сильнее, чем выше обеспеченность растений прочими основными элементами питания.
Калийные удобрения подразделяют на:
- Местные калийсодержащие материалы . Это непромышленные калийсодержащие материалы: сырые калийные соли, кварц-глауконитовые пески, отходы алюминиевой и цементной продукции, растительная зола Однако использование этих источников неудобно. В районах с залежами калийсодержащих материалов их действие ослаблено, а дальняя транспортировка нерентабельна.
- Промышленные калийные удобрения . Получают в результате обработки калийных солей промышленными способами. К ним относятся хлористый калий, хлоркалий-электролит, калимагнезия, калимаг и другие.
Источник производства калийных удобрений - природные месторождения калийных солей.
Магниевые удобрения
По составу подразделяют на:
- Простые - содержат только один питательный элемент. Это магнезит и дунит.
- Сложные - содержат два и более питательных элемента. К ним относятся азотно-магниевые (аммошенит или доломит-аммиачная селитра), фосфорно-магниевые (фосфат магниевый плавленый), калийно-магниевые (калимагнезия, полигалит карналлит), бормагниевые (борат магния), известково-магниевые (доломит), содержащие азот, фосфор и магний (магний-аммонийфосфат).
Источники производства магнийсодержащих удобрений - природные соединения. Некоторые используются непосредственно как источники магния, другие перерабатываются.
Соединения железа в почву не вносят, поскольку железо способно очень быстро переходить в неусвояемые растениями формы. Исключение составляют хелаты - органические соединения железа. Для обогащения железом растения опрыскивают железным купоросом, слабыми растворами хлорного и лимоннокислого железа.
Известковые удобрения
Известкование почв - это один из методов химической мелиорации. Считается самым выгодным способом повышения урожайности на кислых почвах. Действующее вещество известковых удобрений - это кальций (Ca) в форме карбоната кальция (CaCO 3) или оксида кальция СаО.
Известковые удобрения делятся на:
Содержание макроэлементов в органических удобрениях
Органические удобрения содержат значительное количество макроэлементов и являются важным средством для воспроизводства плодородия почв и роста продуктивности земледелия. Содержание макроэлементов в органических удобрениях колеблется от долей процента до нескольких процентов и зависит от многих природных факторов.
Свежий на соломенной подстилке
включает в состав весь спектр необходимых для жизни растения микроэлементов: азота - 0,45 - 0, 83 %, фосфора - 0,19 - 0,28 %, калия 0,50 - 0,67%, кальция 0,18 - 0,40 %, магния 0,09 - 0,18 %, серы 0,06 - 0,15% от всего объема вещества, включая воду и органику.Полупревший подстилочный
содержит несколько больше макроэлементов: азота - 0,5 - 0,86%, фосфора - 0,26 - 0,47 %, калия - 0,59 - 0,60%.Верховой
Переходный
Низинный
Навозная жижа
При молочно-товарных фермах