Кругообіг мікроелементів. Кругообіг заліза (феруму) в природі
6.3.2.10. Кругообіг мікроелементів
У попередніх розділах описана роль мікроелементів – азоту, сірки, калію, кальцію і магнію – у функціонуванні біогеоценозів і, зокрема, життєдіяльності рослинних і тваринних організмів, а також фрагментарно розкриті кругообіги цих елементів в екосистемах.
В 60-х роках минулого століття німецькі вчені Я.Захс і В.Кноп внаслідок досліджень з використанням водних культур з'ясували, що для нормального розвитку рослин, крім С, О і Н, необхідні ще N, S, Р, К, Са, Mg і Fe (класична "десятка" Захса і Кнопа). Водночас було взято до уваги, що такі елементи, як Cu, Mn, Zn, As і В, є токсичними і шкідливими для рослинних організмів. Погляд на цю групу елементів змінився лише в 20-х роках нашого століття, коли стало відомо, що кожний із цих "токсичних" елементів необхідний у невеликих кількостях рослинним і тваринним організмам. Ці мікроелементи назвали стимуляторами, мінеральними ферментами, або ж каталізаторами. До них належать: Fe, Mn, Cu, Mo, Zn, В, Cl, а також інші елементи – Na, Si, Co, Wd, I, Se, Al, Pl, F, Cd, Hg, Br, Cr, As, Ni, Sr.
Польські екологи Т.Літинський і Г.Юрковська у своїй фундаментальній праці "Життєвість ґрунту і життєдіяльність рослин"(1982) довели, що практично всі мікроелементи включені в кругообіг біогеоценозів і мають суттєве значення для розвитку рослин і тварин. Людина, в організмі якої присутні всі ці мікроелементи, також включена у ці кругообіги.
Кругообіг заліза. Хоча залізо Захсом і Кнопом було занесено до десятки найважливіших, потреби рослин у цьому елементі є невеликі, і тому його вважають мікроелементом. Загальна кількість заліза в ґрунті може коливатися в межах 0,002-10%, в середньому становить близько 2%.
Рослини використовують залізо у формі іонів Fe2+ і Fe3+, а також хелатів (хелат – стійкий осад, утворений металом разом з метаболітом). Наприклад, сільськогосподарські рослини вживають заліза від 2 до 2500 г/га. Одночасно вони виділяють в ґрунт хелатори (наприклад, органічні кислоти), які зв'язують у ньому залізо, утворюючи хелати.
На засвоєння заліза рослинами впливає багато чинників, зокрема, кислотність ґрунту, концентрація деяких катіонів, які сильно погіршують всмоктуваність заліза (наприклад, мідь, висока концентрація якої часто пов'язана з використанням мідного купоросу для захисту рослин). Доброму всмоктуванню заліза перешкоджає концентрація важких металів – Ni, Mo, Zn, Co, V.
Залізо бере участь у важливих фізіологічних процесах рослин. Нестача заліза призводить до зменшення кількості хлорофілу. Типовим виявом нестачі цього елемента є поява хлорозу молодого листя, яке стає ясно-зеленим, жовтуватим або навіть повністю білим. Старе листя може залишатися зеленим, а згодом теж змінює забарвлення, або ж зеленими на листковій пластинці залишаються лише прожилки.
Явище хлорозу навело дослідників на думку, що саме залізо є одним з творців хлорофілу. Однак виявилося, що тим чинником є магній, а залізо допомагає лише синтезу магнезопрофірину – складової хлорофілових зерен. Впливаючи позитивно на синтез хлорофілу, залізо опосередковано бере участь у процесі фотосинтезу. Вже в 1843 р. Овене і Ґалс відкрили, що за допомогою заліза можна лікувати хлороз рослин, а через рік Гріс встановив, що цей елемент просто необхідний рослині. Схильність рослин до хлорозу, зумовлена нестачею заліза, є неоднаковою для різних видів. Особливо часто це явище спостерігається в азалії, рододендронів, клена ясенелистого, бобових, а також в кукурудзи і помідорів.
В окремих випадках, коли в ґрунті концентрується велика кількість Fe2+, рослини можуть проявляти ознаки отруєння. Наприклад, на землях рисових плантацій, а також на землях з високим рівнем засвоюваності заліза на листках появляються бронзові плями, а згодом усі вони стають бронзовими.
Залізо є поживним мікроелементом не лише для рослин, але й для людей і тварин. Більша половина заліза тваринного організму знаходиться в гемоглобіні – червоному барвнику крові. Цей елемент присутній у білках, таких, як міоглобін, трансферин, ферритин та інші, а також у деяких ферментах (каталази, пероксидази, цитохром).
Гемоглобін відіграє важливу роль в організмі тварин, переносячи кисень в тканини:
Формула
Під час переходу гемоглобіну в оксигемоглобін залізо переходить у форму іона Fe2+. Оксигемоглобін є нетривкою сполукою і швидко звільнює кисень. Значно краще зв'язується з гемоглобіном вуглекислий газ, утворюючи вуглекислогемоглобін. Шкідливість вуглекислого газу полягає в тому, що він перешкоджає перенесенню кисню через гемоглобін. У випадку, коли в організмі зв'язані 50-80% гемоглобіну з вуглекислим газом, настає смерть внаслідок задухи. Отже, відпрацьовані гази автомобілів шкідливі і небезпечні для життя людей.
Нестача заліза в процесі утворення гемоглобіну, в свою чергу, призводить до анемії – недокрів'я. Справа в тому, що тварини, поїдаючи рослинну їжу, використовують лише декілька відсотків заліза, яке там знаходиться.
Для забезпечення потреб свійської худоби в залізі необхідно, щоб його кількість в сіні становила в середньому 100 ppm. Фактично цей показник буває значно вищим, наприклад, для червоної конюшини він коливається в межах 157-608 ppm у сухій масі.